基于碳氢燃料裂解工作的ATR发动机性能分析

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1、第43卷第3期火箭推进Vol.43,№.32017年6月JOURNALOFROCKETPROPULSIONJun.2017基于碳氢燃料裂解工作的ATR发动机性能分析121张留欢，刘嬿，张蒙正（1.西安航天动力研究所,陕西西安710100；2.中国运载火箭技术研究院,北京100076）摘要：提出了一种基于碳氢燃料裂解气体驱动涡轮工作的ATR发动机方案，并对特定裂解气成分的碳氢ATR发动机性能进行计算，获得了裂解气中烷/烯比对发动机性能的影响规律。结果表明，在同一飞行条件下，随着发动机转速上升，推力逐渐上升，比冲基本呈减小趋势；

2、在同一转速下，碳氢燃料裂解气中烷/烯比越大，发动机比冲越高。在烷/烯比4、转速百分比70%条件下，发动机比冲最高达到约7644m/s；随着烷/烯比逐渐升高，裂解气比热容逐渐升高。关键词：碳氢燃料；裂解；ATR发动机；烷/烯比；发动机性能中图分类号：V439-34文献标识码：A文章编号：1672-9374(2017)03-0001-05PerformanceanalysisofATRengineworkingwithcrackinggasofhydrocarbonfuel121ZHANGLiuhuan,LIUYan,ZHANG

3、Mengzheng（1.Xi’anAerospacePropulsionInstitute,Xi’an710100,China;2.ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology,Beijing100076,China）AnewschemeaboutATR(airturborocket)enginedrivenbycrackinggasofhydrocarbonfuelispresentedinthispaper.TheperformanceofATRengineworkingwithspecif

4、iccrackinggascomponentsiscalculated.Theinfluencelawofalkane/alkeneratiofromcrackinggasonengineperformancewasobtained.Theresultsshowthatthethrustincreasesandthespecificimpulsehasadegressivetrendbasicallyastherotatingspeedoftheengineincreasesunderthesameflightconditi

5、on,andthehigherthealkane/alkeneratioofcrackinggasrises,thehigherthespecificimpulsebecomesatthesamerotatingspeed.Thespecificimpulseoftheenginecanreachabout7644m/swhilealkane/alkeneratiois4anditsrotatingspeedis70%.Thespecificheatcapacityofcrackinggasincreasesgraduall

6、ywiththeriseofalkane/alkeneratio.hydrocarbonfuel;cracking;ATRengine;alkane/alkeneratio;engineperformance收稿日期：2016-10-21；修回日期：2017-02-01基金项目：航天支撑技术项目（617010406）作者简介：张留欢（1986—），男，工程师，研究领域为组合推进系统气动热力技术2火箭推进2017年6月气体发生装置，直接驱动涡轮带动压气机工作，0引言大气中的空气经压气机增压后直接进入涡轮后的空气涡轮火箭发动机作

7、为一种组合循环发动燃烧室，在燃烧室内和经过涡轮做功后的可燃气机，将火箭发动机推力室与涡轮喷气发动机进行体进行燃烧，生成的高温燃气通过喷管膨胀产生[1-2]有机组合，将涡轮入口气流参数与飞行工况解推力。耦，拓宽了发动机工作高度、速度范围。根据热力循环方式不同，ATR发动机主要分[3-7]为燃气发生器循环和膨胀循环2种方案。燃气发生器循环ATR发动机多使用双组元（液氧/液[8-9]氢、液氧/甲烷、H2O2/煤油等）作为推进剂，这种方式发动机自带氧化剂，且推进剂低温或热稳定性差；膨胀循环ATR发动机（Air-Turbo-RamEx

8、pandercycle，ATREX）使用液氢作为推图1碳氢ATR发动机工作原理示意图进剂[10-11]，其做功能力强，燃烧热值高，但密度Fig.1SketchforworkingprincipleofATRengine低，储存容积大且对材料性能要求高，操作性较workingwithcrac