超燃冲压发动机的热防护技术.docx

中国矿业大学电力工程学院 制冷设备技术进展报告 姓名： 班级： 学号： 超燃冲压发动机的热防护技术 摘 要 热防护技术是发展高超音速的关键技术之一。本文综合近年来高超音速飞行器中发动机的冷却方式的进展，对超燃冲压发动机的热防护技术进行简单介绍，并对未来有应用趋势的技术简述。 关键字：超燃冲压 再生冷却 闭式循环 飞行速度超过5倍声音速度的叫做“高超声速飞行器”[1]。高超声速飞行器有两大类，一类是在稠密大气层中较长时间飞行的“高超声速巡航飞行器”，主要有目前尚在研究发展阶段的，以超声速燃烧冲压发动机为动力的“空天飞机”和“高超声速巡航导弹”等；另一类是由火箭发动机发射到外层空间再返回地球的“再入航天器”(包括弹道式中远程导弹弹头，返回式卫星，宇宙飞船和航天飞机等)。 超燃冲压发动机是高超声速飞行的理想动力装置，结构简单、质量轻、成本低、易维护、超声速飞行时性能好，具有高比冲、高速度和大巡航推力的特性，适宜在大气层或跨大气层中长时间超声速或高超声速动力续航飞行[2]。但是由于其工作环境极其恶劣，一般在高马赫数下飞行，飞行过程中高温空气不断向壁面传热，为了保证发动机长时间安全正常运行，维持适宜的电子元器件工作环境，所以研究超燃冲压发动机的热防护技术十分必要[3]。 超燃冲压发动机的热防护技术按原理和冷却方式分为三种：被动式、半被动式和主动式。被动式是指采用轻质的耐烧蚀隔热材料对冷却结构进行热防护，热量被吸收或者是直接辐射出去；主动式是指利用低温冷却介质进行防护，全部热量或绝大部分被工作介质带走，主要包括发散冷却、对流冷却和气膜冷却；半被动式是指大部分热量由工作流体带走，主要有两种结构方式，热管理结构和烧蚀结构。 被动式涉及的防护与材料联系及其密切，局限性就是防护时间不宜过长，不涉及我们制冷原理。半被动式适用于高热流长时间使用要求，有图1，热量被工作介质由高温区传至低温区，通过对流和辐射进行冷却放热。 INCLUDEPICTURE \d C:\\Users\\asus\\AppData\\Roaming\\Tencent\\Users\\1525435144\\QQ\\WinTemp\\RichOle\\URHNP%W@$0LBY$YLVJ4_A}4.png \* MERGEFORMATINET  图1 1.主动式： 主动式中对流冷却方式应用于主体发动机喷管，如图2所示，主要是通过热量传递给冷却介质、冷却介质受热带走热量而达到冷却效果的。 INCLUDEPICTURE \d C:\\Users\\asus\\AppData\\Roaming\\Tencent\\Users\\1525435144\\QQ\\WinTemp\\RichOle\\52RQ}X7W[{JEE[9MW]B59Q0.png \* MERGEFORMATINET  图2 主动式中气膜冷却是在壁面附近沿切线方向或用一定的入射角射入一股冷却气流，用以将高温气体与壁面隔离。如图3所示。 INCLUDEPICTURE \d C:\\Users\\asus\\AppData\\Roaming\\Tencent\\Users\\1525435144\\QQ\\WinTemp\\RichOle\\R}13CX9C@8PPHL0JV_DDQ5O.png \* MERGEFORMATINET  图3 主动式发汗冷却是通过内壁上大量的孔洞或沟槽向火焰筒内部射入冷却介质，然后通过对流和发汗吸热达到保护目的。如图4所示。 INCLUDEPICTURE \d C:\\Users\\asus\\AppData\\Roaming\\Tencent\\Users\\1525435144\\QQ\\WinTemp\\RichOle\\D[B@CUD_ZV`VA8S]JQO4_8H.png \* MERGEFORMATINET  图4 介绍了以上几种基本冷却方式，下面我将介绍研究很火的冷却技术。 2.再生冷却技术[4] 再生冷却是对流冷却的一种，应用于超燃冲压发动机，是在发动机壁面内开冷却槽通道，并使用燃料作为冷却剂，燃料在冷却通道内流动对发动机室壁进行对流冷却，同时燃料也得到预热，使废弃的热量得到充分的利用。这种冷却方式的优点是既减轻了冷却系统的质量，有利用燃料的吸热性质。 具有再生冷却结构的发动机，由热交换面板构成（如图5所示），流动的燃料作为冷却剂在通道流动。碳氢燃料做冷却剂从发动机尾部流入，通过冷却通道，从发动机头部流出，发动机再生冷却通道内涂上了催化剂，这种催化剂在碳氢燃料温度升高时能催化燃料裂解，这个过程生成气态的碳氢组分并吸收大量的热量，起到了防护的作用。这些气态