間冷回熱循環航空發動機

間冷回熱循環航空(IRA)發動機是一種裝有間冷器和回熱器的渦扇發動機，與傳統渦扇發動機相比，IRA發動機在降低耗油率方面具有明顯的優勢。

基本介紹

• 中文名：間冷回熱循環航空發動機
• 外文名：Intercooled reheat cycle aero engine
• 領域：航空航天工程
• 類型：太空飛行器部件

簡介

間冷回熱循環航空(IRA)發動機是一種裝有間冷器和回熱器的渦扇發動機，與傳統渦扇發動機相比，IRA發動機在降低耗油率方面具有明顯的優勢。除了減少高壓壓氣機轉子的加功量以外，間冷器降低了高壓壓氣機的進口溫度及出口溫度，相應提高了回熱器的效率。在空氣進人燃燒室之前，回熱器能夠回收低壓渦輪出口的廢熱，對空氣進行預熱，從而降低了耗油率。無論是在起飛狀態還是在巡航狀態，面積可調的低壓渦輪能確保低壓渦輪保持足夠高的出口溫度,充分發揮了回熱器的作用,從而在整個功率範圍內大幅度降低了間冷回熱循環航空發動機的耗油率。

發展歷程

間冷回熱循環航空發動機的空氣進人進氣道後，首先經過風扇和低壓壓氣機的壓縮，然後流人間冷器進行冷卻。從間冷器流出的冷卻空氣經過高壓壓氣機壓縮後，通過導管流人位於低壓渦輪後的回熱器。在回熱器中，由高壓 壓氣機流出的空氣從低壓渦輪較高溫度的排氣中吸收熱量，並被預熱，最後再通過導管流回燃燒室。由於從排氣中回收了一部分熱量，燃燒室只要有較低的溫升就可達到高壓渦輪的目標進口溫度，從而減少了燃油用量。流出燃燒室的燃氣再經高壓渦輪和面積可調的低壓渦輪的擴壓，通過排氣噴管排出，最後產生飛機所需的推力。

20世紀研究IRA已取得的成就

20世紀60~ 70年代，人們就已經認識到熱交換器(間冷器和回熱器)具有提高燃氣渦輪發動機性能的潛力，並進行了大量的理論和試驗研究。研究發現，將間冷器引人燃氣渦輪發動機具有以下優點: 能夠大大降低驅動高壓壓氣機所需的功輸入(提高發動機的單位功率);可以採用較小的核心機，或在核心機大小一定的情況下， 能夠獲得較大的推力，可用冷卻器冷卻空氣，可在所有推力下適當提高發動機性能;燃燒室進口溫度較低，易於設計熱端部件，且能夠降低NO的排放量。

但是，與此同時，也必須解決以下問題:由於最優的總壓比較高，需要更多級壓氣機和渦輪，需要提高靜態和動態燃氣負荷，因此，影響了轉子葉片、核心機機匣和高壓軸推力軸承的負荷，核心機尺寸小，降低了部件效率需要更多的壓氣機可調級或放氣閥，還可能需要渦輪可調，以控制壓氣機的工作線。

將回熱器引人燃氣渦輪發動機帶來的好處是:由於最優總壓比明顯降低，簡化了葉片機的設計，並可以使用冷卻空氣作為冷卻介質，提高了部分推力狀態的性能，特別是在渦輪採用可調面積導向器的情況下，大大提高了總壓比有限的小發動機的性能，在一定的推力下，可以減小渦扇發動機的涵道比和減少低壓渦輪所需的級數，降低低壓渦輪的噪聲。

但是，與此同時，將回熱器引入燃氣渦輪發動機也面臨著以下問題:在大推力下，較大發動機的收益很小費用增加、質量增大、複雜性增加承受熱負荷的回熱器耐久機械性能差較高的燃燒室進口溫度可能提高NO、的排放量。

間冷器

在高、低壓壓氣機間引人間冷器，允許熱效率相對獨立於壓比， 且允許將最優壓比控制在25~ 30。間冷器不但降低了壓氣機的性能要求，而且降低了壓氣機的工作溫度。這樣，壓氣機出口空氣溫度和渦輪排氣溫度間存在較大的溫度差，可以從渦輪排氣中更多地吸收熱量，有效地提高燃燒室進口溫度。由於間冷器增加了發動機的質量和費用，所以間冷器的氣動熱力設計特別關鍵。

回熱器

位於低壓渦輪熱排氣流中的整個回熱器組件(包括機匣和連線管路)都由MTU公司在歐洲的EEFEA計畫下研製。它充分利用了MTU公司在換熱器技術計畫(AEROHEX)中發明的型面管基結構的換熱器技術，具有結構緊湊和耐大的溫度梯度的特性。MTU公司開發這種類型的換熱器已有較長的歷史，現已套用於陸基燃氣輪機上。