[发明专利]除湿预冷器及高超声速预冷组合发动机

说明书

本发明提供一种除湿预冷器及高超声速预冷组合发动机，在进气道和压气机之间设置有除湿预冷器，除湿预冷器包括第一流体通道和第二流体通道；第一流体通道入口与进气道联通，引入的是含湿空气；第一流体通道上设置有除湿结构，用于对第一流体通道内的含湿空气除湿；第二流体通道引入低温流体，低温流体为低温燃料，低温燃料与第一流体通道进行换热，对第一流体通道内的空气进行降温，升温后的燃料经第二流体通道出口引出，为燃烧室提供燃料；第一流体通道出口将除湿、降温之后得到的低温干空气引出，第一流体通道出口与压气机联通，为压气机提供低温干空气。本发明将预冷除湿一体化设计，通过简单、紧凑的结构设计就能够实现空气的高效预冷除湿。

技术领域

本发明涉及预冷器技术领域，具体涉及一种除湿预冷器及高超声速预冷组合发动机。

背景技术

超声速飞行技术作为未来航空航天领域的战略制高点，因其巨大的军事价值和潜在的民用、商用价值而受到世界各军事强国的深入研究。以SABRE为代表的预冷组合发动机是实现水平起降、可重复使用的高超声速飞行器的一种具有光明前景的动力系统选择。预冷器作为预冷组合发动机的核心部件之一，位于进气道与压气机之间，将高温高速来流在短时间内进行高效冷却，这对发动机整体性能的提升具有重要意义。需要特别指出的是，由于空气中含有水蒸气，当空气的温度冷却到露点温度时，空气中的水蒸气会凝结析出，当空气温度被冷却到冰点温度以下时，空气中的水蒸汽会冻结成霜，并附着于预冷器管壁表面，这会导致总压损失增大，产生气流畸变，甚至堵塞管道，对发动机性能造成恶劣影响。因此对于预冷发动机而言，实现高效强预冷的同时能够防结霜控霜是关键技术难点之一。

现有实现预冷的途径主要有两种：一是在压气机进口喷入冷却介质，其中的典型代表如美国MSE技术应用公司提出的射流预冷却TBCC发动机方案MIPCC-TBCC；二是利用预冷器，如日本的吸气式涡轮冲压膨胀循环发动机ATREX、俄罗斯的深冷空气涡轮发动机ATRDC和英国REL公司的方案。

在现有的预冷组合发动机中，为了防止结霜，进行了各种尝试，总结起来主要包括以下两种方案:一是在气流中喷入低温流体(如液氮或液氧)或者特定的冷凝气体(如甲醇或酒精)，在空气进入冷凝器之前，将空气中的水蒸气凝结并排出，从而抑制结冰。二是以对高温高速来流进行适度冷却代替深冷，即将空气冷却到冰点温度以上，从而达到防结冰的目的。现有公开文献中对于第一种方案，以日本的ATREX和美国的KLIN为代表，英国的SABRE4.0和Scimitar作为第二种防结冰方案的典型代表。

现有的预冷器防结冰技术中，预冷系统和除湿系统分离，大多数预冷器存在结冰的关键问题，除湿系统结构复杂且空间体积大。对于射流预冷除湿方案，在气流中喷注低温液体的方案需要额外携带大量的低温喷注液体，使得飞行器的负重增大，且喷注结构、喷注角度、喷注量等均有要求，结构复杂性大，同时造成资源浪费以及空气污染问题，且可能使得压气机进口来流氧含量下降，对燃料燃烧造成影响。

发明内容

在高超声速预冷组合发动机领域，当空气温度冷却到冰点温度以下时，空气中的水蒸气在预冷器与空气接触侧表面冻结，即结冰问题发生。预冷器换热管道的结冰不但使得预冷器的换热效率急剧恶化，同时将对发动机整体性能造成恶劣影响。为在保证预冷器预冷效果的同时解决预冷器结冰的问题，本发明的目的是提供一种除湿预冷器及高超声速预冷组合发动机，其将预冷除湿一体化设计，通过简单、紧凑的结构设计就能够实现空气的高效预冷除湿。

为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案为：

一方面，本发明提供一种高超声速预冷组合发动机，包括依次设置的进气道、压气机、燃烧室和尾喷管，在其进气道和压气机之间设置有除湿预冷器，所述除湿预冷器包括第一流体通道和第二流体通道；

第一流体通道入口与进气道联通，引入的是含湿空气；所述第一流体通道上设置有除湿结构，用于对第一流体通道内的含湿空气进行除湿；