氨燃料吸气式变循环发动机性能分析

	氨燃料吸气式变循环发动机性能分析
	张鑫 ; 陆阳 ; 程迪 ; 范学军
发表期刊	力学学报
	2022-09-16
卷号	54 页码:16
ISSN	0459-1879
摘要	针对飞行马赫数0～10的宽域飞行器对吸气式动力的需求，本文提出了一种以氨为燃料和冷却剂的宽域吸气式变循环发动机，其工作模态可有三种：涡轮模态，预冷模态和冲压模态。本文首先通过对该发动机各模态热力循环过程进行建模，计算得到发动机比推力、比冲和总效率等性能参数，初步验证了其在马赫数0～10范围内工作的可行性；然后，选取甲烷和正癸烷为低温低密度和煤油类碳氢燃料的典型代表，对比了各模态下氨与碳氢燃料发动机的性能差异。结果表明，由于氨突出的当量总热沉和当量热值，飞行马赫数3～5的预冷模态发动机性能各指标均优于碳氢燃料。在涡轮模态和冲压模态下，氨燃料发动机比冲较低，但比推力和总效率优于碳氢燃料；最后，对比分析了各类燃料马赫数0～10宽域工作特性，发现氨预冷可以显著提升发动机比推力，特别在高马赫数范围，再生冷却通道内氨可发生裂解反应大量吸热并分解为氢气和氮气，会进一步提升发动机比推力和比冲，且不会堵塞冷却通道，因此可胜任飞行马赫数0-10的宽范围飞行需求。而煤油类碳氢燃料受限于比推力低和裂解结焦问题，最高工作马赫数难以超过8。综上所述，本文提出的氨燃料吸气式变循环发动机，当量冷却能力强且比推力高，适合用于二级入轨飞行器的一级动力、高马赫数宽域吸气式飞行以及未来高超声速民航等场景。
关键词	氨涡轮模态预冷模态冲压模态当量总热沉当量热值
收录类别	EI ; CSCD
语种	中文
项目资助者	中国科学院战略性先导专项（XDA17030100）资助项目
CSCD记录号	CSCD:7349447
论文分区	二类
力学所作者排名	1
引用统计	被引频次：1[CSCD] [CSCD记录]
文献类型	期刊论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/90106
专题	高温气体动力学国家重点实验室
作者单位	1.中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室 2.中国科学院大学工程科学学院
推荐引用方式 GB/T 7714	张鑫,陆阳,程迪,等. 氨燃料吸气式变循环发动机性能分析[J]. 力学学报,2022,54:16.
APA	张鑫,陆阳,程迪,&范学军.(2022).氨燃料吸气式变循环发动机性能分析.力学学报,54,16.
MLA	张鑫,et al."氨燃料吸气式变循环发动机性能分析".力学学报 54(2022):16.

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