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摘要
以甲烷为冷却剂的预冷型涡轮基组合发动机以其较高的冷却性能和密度比冲等优点，成为未来宽速域飞行器动力装备问题的重要研究方向。针对该型发动机的核心部件——预冷器，建立理论计算模型对其综合性能进行了评估，并提出了一种熵函数分析法，对预冷器与压气机工作参数匹配特性开展理论分析。计算结果表明，所提出的预冷器方案换热有效度在0.5～0.72，功重比达到250kW/kg；甲烷预冷措施能将涡轮发动机工作速域扩展至Ma=3.1，此状态来流空气最高被冷却180K。对预冷器和压气机整体结构，“单位比热的比熵”与冷却剂当量比和压气机压比均成正相关。压气机能在根据材料耐高温极限设计的预冷器/压气机共同工作线上获得最高压比，但需消耗大量冷却剂，导致发动机比冲和热循环效率降低；冷却剂当量比始终控制在1.0左右的工作线能获得较高比冲、压比和热循环效率，同时消耗的功率和冷却剂均较低；保持较低熵增设计的工作线有较高热循环效率和较低功耗，但压比偏低，发动机难以提供较高输出功率。
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单位国家计算流体力学实验室; 北京航空航天大学; 中国空气动力研究与发展中心
