一种用于组合发动机氦加热器的工质集散装置

本公开属于飞行棋发动机，具体涉及一种用于组合发动机氦加热器的工质集散装置。

背景技术：

1、基于预冷吸气式组合发动机的高超声速飞行器具有宽速域、宽空域、模态转换简洁，综合比冲高、有效载荷大等优点，是实现未来空天一体化的重要技术方案。预冷吸气式组合发动机通过预冷器利用低温氦气换热，降低高温来流空气(温度约为1250～1650k)，以此来提升发动机性能。同时，该股氦气流随后经过氦加热器对其补充能量，以推动空气涡轮工作，达到热量再利用的效果。该措施可极大提高该型组合发动机的工作包线，使宽空域、宽速域的高超声速飞行器的实现成为可能。

2、氦加热器在预冷吸气式组合发动机中起到关键作用，是发动机的“启动器”。但是，氦加热器涉及超临界氦高温大温差换热技术，技术卡点多、难度大，导致氦加热器的研发仍处于摸索阶段。其中一个主要难点是，氦加热器内部涉及多根(10000根量级)毛细管(1mm量级)内大流量的低温氦气与高温燃气换热。但氦加热器的氦气与燃气入口和出口却是200mm量级的大通道来流，如何把大通道来流氦气分配给多根毛细管进行换热，然后将换热后的氦气集成并通过大管道输出，同时，进一步保证分配给各毛细管的氦气较为均匀，事关氦加热器的换热性能优劣。目前，氦加热器的研发仍处于关键技术攻关阶段，仍未有用于氦加热器大通道向毛细管分配换热气流的工质集散装置。若氦气在毛细管内分配不均匀，会使流量小的毛细管区域的换热面积因不能充分利用而导毛细管换热能力的浪费，进而导致各毛细管的换热效率不均匀，而根据前期分析发现，氦气分配不均匀导致的毛细管换热效率不均匀现象可使氦加热器的换热性能下降20％以上。

3、因此，有必要提出一种用于组合发动机氦加热器的工质集散装置，以实现氦加热器大通道与换热毛细管之间的工质集散功能，并同时保证工质集散的均匀性。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种用于组合发动机氦加热器的工质集散装置，该装置能够实现氦加热器大通道来流与换热毛细管之间的工质集散功能，并通过保证集散均匀性以提升氦加热器的换热性能。

2、为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

3、一种用于组合发动机氦加热器的工质集散装置，所述装置包括：氦气分配模块、换热模块和氦气收集模块，其中，

4、所述氦气分配模块用于将由装置外部输入的低温氦气分配至所述换热模块，

5、所述换热模块用于利用所分配的低温氦气与装置外输入的高温燃气进行换热以获得高温氦气，

6、所述氦气收集模块用于收集所述高温氦气以推动组合发动机氦涡轮做功。

7、优选的，所述氦气分配模块包括氦气分配腔，氦气分配腔的一侧设置有氦气入口管，另一侧设置有若干氦气入口支管。

8、优选的，所述氦气分配腔上设置有若干氦气入孔，所述氦气入口支管与氦气入孔对应连接。

9、优选的，所述氦气入口管至少包括2个。

10、优选的，所述换热模块包括多组氦气换热毛细管，每组氦气换热毛细管的入口连接一根氦气入口支管。

11、优选的，所述氦气收集模块包括氦气收集腔，氦气收集腔的一侧设置有若干氦气出口支管，另一侧设置有氦气出口管。

12、优选的，所述氦气收集腔上设置有若干氦气出孔，所述氦气出口支管与氦气出孔对应连接。

13、优选的，所述氦气收集腔上还设置有支管架。

14、优选的，所述支管架包括支管架本体，支管架本体周侧设置有多个支撑件，支撑件与氦气出孔对应设置。

15、优选的，所述氦气分配腔外还设置有温度传感器孔。

16、与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：

17、1、本公开通过氦气分配模块与氦气收集模块实现了氦气从大通道到毛细管，再从毛细管到大通道之间的均匀稳定过渡流动；

18、2、本公开通过将分配腔设计为环形以及在分配腔内设置旋流叶片，能够实现氦气在氦气入口支管以及在氦气毛细管内的均匀分配，从而能够提升氦加热器的换热性能。

技术特征：

1.一种用于组合发动机氦加热器的工质集散装置，所述装置包括：氦气分配模块、换热模块和氦气收集模块，其中，

2.根据权利要求1所述装置，其中，优选的，所述氦气分配模块包括氦气分配腔，氦气分配腔的一侧设置有氦气入口管，另一侧设置有若干氦气入口支管。

3.根据权利要求2所述装置，其中，所述氦气分配腔上设置有若干氦气入孔，所述氦气入口支管与氦气入孔对应连接。

4.根据权利要求2所述装置，其中，所述氦气入口管至少包括2个。

5.根据权利要求2所述装置，其中，所述换热模块包括多组氦气换热毛细管，每组氦气换热毛细管的入口连接一根氦气入口支管。

6.根据权利要求1所述装置，其中，所述氦气收集模块包括氦气收集腔，氦气收集腔的一侧设置有若干氦气出口支管，另一侧设置有氦气出口管。

7.根据权利要求6所述装置，其中，所述氦气收集腔上设置有若干氦气出孔，所述氦气出口支管与氦气出孔对应连接。

8.根据权利要求7所述装置，其中，所述氦气收集腔上还设置有支管架。

9.根据权利要求8所述装置，其中，所述支管架包括支管架本体，支管架本体周侧设置有多个支撑件，支撑件与氦气出孔对应设置。

10.根据权利要求3所述装置，其中，所述氦气分配腔外还设置有温度传感器孔。

技术总结
本公开揭示了一种用于组合发动机氦加热器的工质集散装置，所述装置包括：氦气分配模块、换热模块和氦气收集模块，其中，所述氦气分配模块用于将由装置外部输入的低温氦气均匀分配至所述换热模块，所述换热模块用于利用所分配的低温氦气与装置外输入的高温燃气进行换热以获得高温氦气，所述氦气收集模块用于收集所述高温氦气以用于推动组合发动机氦涡轮做功。本公开能够实现氦加热器大通道来流与换热毛细管之间的工质集散功能，并通过保证集散均匀性以提升氦加热器的换热性能。

技术研发人员：毛红威,李雄辉,李哲,肖策,常福城,杜明龙,马壮,马元,梁俊龙,刘金鑫,陈雪峰
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/30