预冷型组合循环发动机技术

预冷型组合循环发动机具有工作速域宽、比冲高和推重比大等优点，在未来空天领域有广阔的应用前景。本文首先回顾了LACE、SABRE和ATREX等主要预冷型组合循环发动机的工作原理、技术特点和研究情况，对各型发动机热力循环中面临的难点问题进行了分析。其次，针对发动机预冷器、压气机、涡轮和燃烧室等关键部件，建立了热力循环计算模型，研究了预冷和燃烧对冷却剂的流量需求问题、预冷器与压气机性能参数匹配问题和压气机与涡轮共同工作问题等。结果显示，1.0～2.0倍当量比的氢在马赫数0～4.5速域内能将空气冷却51～476 K，而相同流量的甲烷在马赫数0～4.0速域内仅能将空气冷却24～182 K；熵函数用于表征预冷器和压气机在热势差效应和功热转换过程中的能量损失总和，根据发动机性能需求，在熵函数图上可设计不同的当量比-压比（φ-π_c）协同工作线；涡轮总功率是影响预冷发动机压气机压比的主要原因，与传统涡轮相比，驱动涡轮的工质（冷却剂）流量小，要求涡轮单位功率高，给涡轮设计带来挑战。最后结合评估结果对预冷型组合循环发动机的未来发展提出了一些建议。