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组合发动机一体化氦加热器设计与性能分析OA北大核心

Design and performance analysis of an integrated helium heater for combined cycle engine

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为解决预冷吸气式组合发动机分体式氦加热器质量大、结构复杂的问题,提出了燃烧换热一体化氦加热器的新方案.建立了新型一体化氦加热器传热设计与性能分析模型,以及三维数值仿真模型,验证了所提构型的有效性.分析了换热组件毛细管层、排间距与层数、排数对换热性能的影响规律.结果表明:一体化氦加热器可避免使用燃气发生器以及相应燃烧主动冷却设备,从而减轻系统质量降低复杂度;相较于层间距,排间距对流动换热性能影响更大,排间距(S1/d)取2.0 较为适合,层间距推荐与排间距取相同值.随径向层数增加,总传热系数增大传热性能增强,流阻与喷嘴数量增大,应综合考虑传热、流阻与结构因素选定适合的径向与轴向层数.

To address the issues of high weight and complex structure in the split-type helium heater used in precooled air-breathing combined cycle engines,a novel helium heater integrated gas generator and heat exchange is proposed.A heat transfer design and performance analysis model,along with a three-dimensional numerical simulation model,are developed for this novel integrated helium heater.The effectiveness of the configuration design is validated,and the influences of spacing between microtubes and microtube layers on heat transfer performances are evaluated.The findings are as follows:the integrated helium heater eliminates the need for a gas generator and corresponding active cooling equipment,thereby reducing the system weight and complexity;compared to interlayer spacing,row spacing has a greater impact on flow and heat transfer performance,a row spacing(S1/d)of 2.0 is appropriate,and the interlayer spacing should ideally match the row spacing value.Increasing the number of radial layers enhances the overall heat transfer coefficient and performance,but also increases flow resistance and nozzle count.A balanced consideration of heat transfer,flow resistance,and structural factors is needed to achieve the optimal number of radial and axial layers.

毛红威;李雄辉;毛宏敏;薛凡鹏;李哲;马元;刘金鑫

西安交通大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室,陕西 西安 710049||西安交通大学机械工程学院,陕西 西安 710049西安航天动力研究所,陕西 西安 710100武汉产品质量监督检验所,湖北 武汉 430048西安交通大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室,陕西 西安 710049||西安交通大学机械工程学院,陕西 西安 710049西安航天动力研究所,陕西 西安 710100西安交通大学机械工程学院,陕西 西安 710049||西安航天动力研究所,陕西 西安 710100西安交通大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室,陕西 西安 710049||西安交通大学机械工程学院,陕西 西安 710049

预冷组合发动机氦加热器结构设计性能分析

precooled combined cycle enginehelium heaterstructure designperformance analysis

《火箭推进》 2025 (5)

36-45,10

国家自然科学基金青年项目(52306025)中国博士后科学基金面上项目(2023M732763)陕西省重点研发计划(2025ZG-JBGS-006)

10.3969/j.issn.1672-9374.2025.05.004

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