常規(guī)核動力系統(tǒng)的反應(yīng)堆通常布置于發(fā)動機外部,需額外提供安放空間,不利于核動力系統(tǒng)的小型化;同時,空氣經(jīng)過堆芯加熱后再進入發(fā)動機產(chǎn)生推力,存在一定能量損耗,不利于推進性能提升;本文以某款Ma<1的小型航空渦噴發(fā)動機為研究對象,提出一種一體化堆芯結(jié)構(gòu),將環(huán)形核燃料布置于發(fā)動機燃燒室內(nèi)部構(gòu)成新型多環(huán)反應(yīng)堆系統(tǒng)實現(xiàn)推進系統(tǒng)的穩(wěn)定加熱。雖然環(huán)數(shù)的增加可有效提高系統(tǒng)換熱能力,卻引發(fā)更大壓損,不利于推力的提升;為此,發(fā)展了核動力推進系統(tǒng)的數(shù)學模型及Matlab優(yōu)化程序,并使用Fluent進行了正確性驗證,通過Matlab數(shù)值模擬對多環(huán)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。結(jié)果表明:多環(huán)結(jié)構(gòu)可有效提高高速空氣流的堆內(nèi)換熱;經(jīng)優(yōu)化設(shè)計后,多環(huán)結(jié)構(gòu)可在推力F與換熱系數(shù)h的歸一化均值交點附近,找到最優(yōu)結(jié)構(gòu),使其在較小的堆芯流動阻力損失下,達到原發(fā)動機同等的推進性能,能夠滿足巡航及最大推力兩種工況的性能需求;同時,一體化堆芯設(shè)計避免了額外的反應(yīng)堆空間布置,有效實現(xiàn)核動力推進系統(tǒng)緊湊、小型化的設(shè)計目的。

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【部分圖文】：

圖1一體化核動力渦噴發(fā)動機示意圖

模型以某款Ma<1的渦輪噴氣式發(fā)動機為基礎(chǔ)，如圖1所示，進氣來流與尾噴管的流動均采用有摩擦的一維絕熱流動，為提高系統(tǒng)換熱能力，保證持續(xù)穩(wěn)定加熱，將反應(yīng)堆布置在原環(huán)形燃燒室空間內(nèi)（Φ92～140mm）與燃燒室一起構(gòu)成一體化反應(yīng)堆系統(tǒng)：將常規(guī)化學燃燒室替換為由n(2<n<35）個壁....

圖2多環(huán)堆芯結(jié)構(gòu)

圖1一體化核動力渦噴發(fā)動機示意圖壓縮空氣采用直接循環(huán)方式，經(jīng)過反應(yīng)堆堆芯直接換熱，由尾噴管噴出產(chǎn)生推力。

圖3環(huán)形燃燒室截面網(wǎng)格

本文針對環(huán)形燃燒室的改進設(shè)計主要是對燃燒室內(nèi)環(huán)形窄通道的調(diào)整，來流進口主流速為60m/s，在巡航狀態(tài)下的總進氣量為6.29kg/s，取環(huán)形燃燒室內(nèi)1/6的換熱器結(jié)構(gòu)進行研究，網(wǎng)格模型如圖3所示。燃燒室加熱部分的主要尺寸為：環(huán)形燃燒室內(nèi)徑92mm，環(huán)形燃燒室外徑142mm，主換熱區(qū)....

圖4燃燒室流場分布特性（狀態(tài)點3：ΔS3=1.6,n3=25)

由此得到各狀態(tài)點的流場特性，其中狀態(tài)點3（ΔS3=1.67,n3=25）處的流場特性如圖4所示。該燃燒室模型模擬了巡航飛行狀態(tài)下，加熱功率為3MW，進氣量為6.29kg/s的燃燒室加熱與流動特性。模擬結(jié)果顯示，燃燒室出口流速達到135m/s，出口壓力約4.2×105Pa，進/....

本文編號：3944747