航空核動(dòng)力系統(tǒng)具有大載重量、無(wú)限續(xù)航的優(yōu)點(diǎn),開發(fā)高效傳熱、大推重比的航空核動(dòng)力系統(tǒng),是未來(lái)推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。目前熱傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)多為開式循環(huán),空氣直接與堆芯換熱,雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單卻增加了核燃料泄漏風(fēng)險(xiǎn)。航空核動(dòng)力系統(tǒng)為高空飛行系統(tǒng),受重量、體積的限制較為明顯,反應(yīng)堆與發(fā)動(dòng)機(jī)耦合傳熱是其中重要瓶頸之一。反應(yīng)堆熱量輸出過(guò)程中,需通過(guò)高效傳熱方式以減小反應(yīng)堆體積,實(shí)現(xiàn)核動(dòng)力系統(tǒng)的小型化,動(dòng)力驅(qū)動(dòng)型鋰熱管的相變傳熱是實(shí)現(xiàn)堆芯高效耦合傳熱的有效手段;同時(shí),現(xiàn)有核熱換熱器體積龐大,需探討新型換熱器結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)核動(dòng)力系統(tǒng)換熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化耦合。本文圍繞核動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)堆與發(fā)動(dòng)機(jī)高效耦合傳熱的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題開展系統(tǒng)性研究,針對(duì)某款馬赫數(shù)Ma<l的小型航空渦噴發(fā)動(dòng)機(jī),設(shè)計(jì)了基于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)熱管和閉式循環(huán)的新型航空核動(dòng)力系統(tǒng),利用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)熱管的鋰通道,以相變傳熱的方式將熱量帶出堆芯,傳遞至核熱換熱器內(nèi)部;所設(shè)計(jì)的核熱換熱器為多環(huán)結(jié)構(gòu)并可放置于原燃燒室環(huán)形空間內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)空氣與熱源的充分換熱,最終產(chǎn)生推力。文中探索了該新型核動(dòng)力系統(tǒng)的可行性并進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)與系統(tǒng)性評(píng)價(jià),主要的研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:（1）基于... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)原理［８］??（２）技術(shù)特點(diǎn)??航空核動(dòng)力系統(tǒng)是可以實(shí)現(xiàn)軍民兩用的飛行系統(tǒng)，早期核動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)主??

現(xiàn)長(zhǎng)航時(shí)、低燃料攜帶、系統(tǒng)穩(wěn)定性與固有安全性的最佳系統(tǒng)平臺(tái)的在針對(duì)“全球鷹”無(wú)人機(jī)的航空核動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮核能系統(tǒng)對(duì)大影響，在低海拔區(qū)域，例如飛行高度小于６ｋｍ時(shí)，由常規(guī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)行動(dòng)力。當(dāng)飛行高度達(dá)到１２ｋｍ以上且飛行Ｍａ達(dá)到０．４時(shí)，將開啟核熱，實(shí)現(xiàn)常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)與核熱推進(jìn)系統(tǒng)的切換。航空核動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需的輻射屏蔽系統(tǒng)，研究表明：新型核動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的屏蔽重量約占總飛量的１１％。參照“全球鷹”無(wú)人機(jī)，以７天連續(xù)飛行的推進(jìn)系統(tǒng)為例，推進(jìn)系統(tǒng)相比采用常規(guī)化石能源的推進(jìn)系統(tǒng)，可有效減重約２ｔ［１２］。??．３?航空核推進(jìn)傳熱方式??受系統(tǒng)傳熱特性、材料耐受程度、開發(fā)時(shí)間及發(fā)動(dòng)機(jī)流動(dòng)特性參數(shù)的核動(dòng)力系統(tǒng)按吸入空氣的循環(huán)方式可分為開式循環(huán)與閉式循環(huán)兩種：??１）開式循環(huán)系統(tǒng)：空氣通過(guò)流道進(jìn)壓氣機(jī)增壓，轉(zhuǎn)向后直接進(jìn)入反應(yīng)加熱后的壓縮空氣進(jìn)入渦輪做功產(chǎn)生推力，如圖１．２所示。??核反應(yīng)堆??

縮空氣與核熱換熱器交換熱量，反應(yīng)堆與封閉的液態(tài)金屬回路換熱。因直接與外界空氣接觸，具有充分的放射性包容能力，無(wú)核燃料和放射性風(fēng)險(xiǎn)，閉式循環(huán)的航空核動(dòng)力系統(tǒng)在高空巡航時(shí)，大氣無(wú)核素污染，系全可靠，兩類循環(huán)的特點(diǎn)如表１．２所示。??表１．２不同循環(huán)方式的特點(diǎn)??開式循環(huán)?閉式循環(huán)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，開發(fā)時(shí)間短?結(jié)構(gòu)緊湊，相對(duì)體積較小，設(shè)計(jì)較復(fù)雜??有一定的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)?處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段，存在可靠性問(wèn)題??易發(fā)生放射性物質(zhì)釋放環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)?放射性物質(zhì)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)較小過(guò)兩種循環(huán)方式的比較可知：閉式循環(huán)無(wú)核燃料泄露風(fēng)險(xiǎn)，高空巡航排，系統(tǒng)安全性更高。???航空核動(dòng)力系統(tǒng)存在問(wèn)題??


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