CN112696271A - 一种回热循环发动机 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种回热循环发动机，回热循环发动机包括：压气机最后一级静叶(1)，增压泵(2)，出液管(3)，冷却夹层(4)，喷管(5)，回液管(6)，回液泵(7)，燃烧室(8)，其中：所述出液管(3)为管状结构，所述出液管(3)上设置有增压泵(2)，所述出液管(3)的入口与压气机最后一级静叶(1)的上侧连通，所述出液管(3)的出口与冷却夹层(4)的进口连通；所述回液管(6)为管状结构，冷却夹层(4)上设置有回液泵(7)，所述回液管(6)的入口与冷却夹层(4)的出口连通，所述回液管(6)的出口与压气机最后一级静叶(1)的下侧连通；所述冷却夹层(4)为筒状夹层结构，冷却夹层(4)位于喷管(5)外侧。
Description
技术领域
本发明属于航空领域，涉及一种回热循环发动机。
背景技术
发动机热效率的提高，主要通过革新热力循环或突破重大部件技术来实现，间冷回热循环发动机就是革新热力循环的一种。已公开的间冷回热循环发动机的工作原理通常为：(1)间冷环节，间冷器位于发动机外涵道，通过管路将发动机风扇出口或压气机中间级气流引至间冷器，与外界大气进行热交换，以减小压缩功；(2)回热环节，回热器位于喷管内，通过管路将燃烧室进口气流引至回热器，与喷管内的气流进行热交换，以提高发动机的热效率。然而，将发动机核心流引至间冷器或回热器的过程，不仅要付出沉重的结构和重量上的代价，还会造成很大的压力损失，最终会抵消间冷回热循环所带来的收益。因此，具有应用前景的间冷回热发动机应该是在有限的结构和重量代价下，在不给发动机核心流造成额外的压力损失的基础上，实现间冷回热循环，才能在真正意义上提高发动机的推进效率。由于在间冷环节中，压气机级间冷却会降低循环热效率，需通过增大总增压比予以补偿，故间冷环节不是本发明的研究对象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种回热循环发动机，在不额外增加发动机核心流流动阻力的前提下，通过有限的重量和结构代价，有效提高发动机热效率，同时降低喷管壁面及喷流的温度，减小飞机的红外辐射特性。
本申请提供一种回热循环发动机，所述回热循环发动机包括：压气机最后一级静叶(1)，增压泵(2)，出液管(3)，冷却夹层(4)，喷管(5)，回液管(6)，回液泵(7)，燃烧室(8)，其中：
所述出液管(3)为管状结构，所述出液管(3)上设置有增压泵(2)，所述出液管(3)的入口与压气机最后一级静叶(1)的上侧连通，所述出液管(3)的出口与冷却夹层(4)的进口连通；压气机最后一级静叶(1)与增压泵(2)之间为出液管前段(3a)，增压泵(2)与冷却夹层(4)之间为出液管后段(3b)；
所述回液管(6)为管状结构，冷却夹层(4)上设置有回液泵(7)，所述回液管(6)的入口与冷却夹层(4)的出口连通，所述回液管(6)的出口与压气机最后一级静叶(1)的下侧连通，冷却夹层(4)与回液泵(7)之间为回液管前段(6a)，回液泵(7)与压气机最后一级静叶(1)的下侧之间为回液管后段(6b)；
所述冷却夹层(4)为筒状夹层结构，冷却夹层(4)位于喷管(5)外侧。
具体的，所述的压气机最后一级静叶(1)、出液管(3)、冷却夹层(4)和回液管(7)内充满工作介质，所述工作介质用于将喷管内气流的热量传递给燃烧室入口气流。
具体的，所述工作介质包括铋铅合金液态金属。
具体的，所述铋铅合金液态金属中铋的含量为56.5％，熔点为123.5℃，沸点为1670℃。
具体的，所述增压泵(2)用于驱动铋铅合金液态金属从压气机最后一级静叶(1)的上侧沿出液管(3)向冷却夹层(4)的进口流动；
所述的回液泵(7)用于驱动铋铅合金液态金属从冷却夹层(4)的出口沿回液管(6)向压气机最后一级静叶(1)的下侧流动。
具体的，所述喷管(5)内气流的流路与常规发动机的流路相同，铋铅合金液态金属在冷却夹层(4)中与喷管(5)内的气流进行热交换，铋铅合金液态金属吸热，喷管(5)内的气流放热；
所述的燃烧室入口气流的流路与常规发动机的流路相同，铋铅合金液态金属在压气机最后一级静叶(1)中与燃烧室入口气流进行热交换，铋铅合金液态金属放热，燃烧室入口气流吸热。
具体的，回油泵(7)靠近喷管(5)安装。
具体的，发动机开车10～20分钟后方可打开回液泵(7)工作，回油泵(7)工作5～10分钟后方可打开增压泵(2)工作。
具体的，冷却夹层(4)的内部设置有波纹状薄壁换热片。
具体的，所述压气机最后一级静叶(1)的内部设置有多通道换热管。
本申请提供一种回热循环发动机，所述的回热循环发动机，采用间接换热的方式，引入铋铅合金液态金属作为工作介质，将喷管内气流的热量传递给燃烧室入口气流，使得燃烧室入口气流温度升高，同时发动机喷流、喷管壁面以及辐射至机体表面的温度降低。
附图说明
图1是本发明的一种回热循环发动机的结构示意图。
其中：1-压气机最后一级静叶、2-增压泵、3-出液管、4-冷却夹层、5-喷管、6-回液管、7-回液泵、8-燃烧室。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的回热循环发动机进一步说明：
所述发动机包括：压气机最后一级静叶(1)，增压泵(2)，出液管(3)，冷却夹层(4)，喷管(5)，回液管(6)，回液泵(7)，燃烧室(8)；本发明的回热循环发动机在喷管外侧设置冷却夹层，压气机最后一级静叶与冷却夹层由出液管和回液管连通，压气机最后一级静叶、冷却夹层、出液管和回液管内充满铋铅合金液态金属。出液管上设置有增压泵，回液管上设置有回液泵，驱动铋铅合金液态金属沿管路的流动。喷管内的高温喷流通过喷管壁面的导热作用，将冷却夹层内的铋铅合金液态金属加热，同时发动机喷流、喷管壁面和辐射区机体表面的温度大幅降低。被加热后的铋铅合金液态金属经回液管和回液泵流入压气机最后一级静叶，将燃烧室入口气流加热，以提高发动机效率。铋铅合金液态金属被压气机出口气流冷却后，再经出液管和出液泵返回喷管。本发明适用于高推进效率发动机，以高导热系数的铋铅合金液态金属为工作介质，将喷管内气流的热量传递给燃烧室入口气流，一方面，燃烧室入口气流温度上升，可提高发动机效率；另一方面，发动机喷流、喷管壁面以及辐射至机体表面的温度显著降低，可减小飞机的红外辐射特性。
Claims (10)
1.一种回热循环发动机，其特征在于，所述回热循环发动机包括：压气机最后一级静叶(1)，增压泵(2)，出液管(3)，冷却夹层(4)，喷管(5)，回液管(6)，回液泵(7)，燃烧室(8)，其中：
所述出液管(3)为管状结构，所述出液管(3)上设置有增压泵(2)，所述出液管(3)的入口与压气机最后一级静叶(1)的上侧连通，所述出液管(3)的出口与冷却夹层(4)的进口连通；压气机最后一级静叶(1)与增压泵(2)之间为出液管前段(3a)，增压泵(2)与冷却夹层(4)之间为出液管后段(3b)；
所述回液管(6)为管状结构，冷却夹层(4)上设置有回液泵(7)，所述回液管(6)的入口与冷却夹层(4)的出口连通，所述回液管(6)的出口与压气机最后一级静叶(1)的下侧连通，冷却夹层(4)与回液泵(7)之间为回液管前段(6a)，回液泵(7)与压气机最后一级静叶(1)的下侧之间为回液管后段(6b)；
所述冷却夹层(4)为筒状夹层结构，冷却夹层(4)位于喷管(5)外侧。
2.根据权利要求1所述的回热循环发动机，其特征在于，所述的压气机最后一级静叶(1)、出液管(3)、冷却夹层(4)和回液管(7)内充满工作介质，所述工作介质用于将喷管内气流的热量传递给燃烧室入口气流。
3.根据权利要求2所述的回热循环发动机，其特征在于，所述工作介质包括铋铅合金液态金属。
4.根据权利要求3所述的回热循环发动机，其特征在于，所述铋铅合金液态金属中铋的含量为56.5％，熔点为123.5℃，沸点为1670℃。
5.根据权利要求1所述的回热循环发动机，其特征在于，所述增压泵(2)用于驱动铋铅合金液态金属从压气机最后一级静叶(1)的上侧沿出液管(3)向冷却夹层(4)的进口流动；
所述的回液泵(7)用于驱动铋铅合金液态金属从冷却夹层(4)的出口沿回液管(6)向压气机最后一级静叶(1)的下侧流动。
6.根据权利要求1所述的回热循环发动机，其特征在于，所述喷管(5)内气流的流路与常规发动机的流路相同，铋铅合金液态金属在冷却夹层(4)中与喷管(5)内的气流进行热交换，铋铅合金液态金属吸热，喷管(5)内的气流放热；
所述的燃烧室入口气流的流路与常规发动机的流路相同，铋铅合金液态金属在压气机最后一级静叶(1)中与燃烧室入口气流进行热交换，铋铅合金液态金属放热，燃烧室入口气流吸热。
7.根据权利要求1所述的回热循环发动机，其特征在于，回油泵(7)靠近喷管(5)安装。
8.根据权利要求1所述的回热循环发动机，其特征在于，
发动机开车10～20分钟后方可打开回液泵(7)工作，回油泵(7)工作5～10分钟后方可打开增压泵(2)工作。
9.根据权利要求1所述的回热循环发动机，其特征在于，所述冷却夹层(4)的内部设置有波纹状薄壁换热片。
10.根据权利要求1所述的回热循环发动机，其特征在于，所述压气机最后一级静叶(1)的内部设置有多通道换热管。
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| CN113236440A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-10 | 中国航空发动机研究院 | 一种螺旋盘管换热器结构及核能和化学能混合发动机 |
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| CN111828198A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-27 | 哈尔滨工业大学 | 一种喷气式发动机液态金属朗肯循环热电转换装置 |
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2020
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