锂冷航空核动力系统传热与推进特性研究

发布时间：2021-11-01 09:50

　　航空核动力系统具有大载重量、无限续航的优点,开发高效传热、大推重比的航空核动力系统,是未来推进系统发展的重要方向。目前热传输系统的设计多为开式循环,空气直接与堆芯换热,虽然结构简单却增加了核燃料泄漏风险。航空核动力系统为高空飞行系统,受重量、体积的限制较为明显,反应堆与发动机耦合传热是其中重要瓶颈之一。反应堆热量输出过程中,需通过高效传热方式以减小反应堆体积,实现核动力系统的小型化,动力驱动型锂热管的相变传热是实现堆芯高效耦合传热的有效手段;同时,现有核热换热器体积庞大,需探讨新型换热器结构,以实现核动力系统换热器与发动机的一体化耦合。本文围绕核动力推进系统堆与发动机高效耦合传热的关键科学问题开展系统性研究,针对某款马赫数Ma<l的小型航空涡喷发动机,设计了基于动力驱动热管和闭式循环的新型航空核动力系统,利用动力驱动热管的锂通道,以相变传热的方式将热量带出堆芯,传递至核热换热器内部;所设计的核热换热器为多环结构并可放置于原燃烧室环形空间内部,实现空气与热源的充分换热,最终产生推力。文中探索了该新型核动力系统的可行性并进行了方案设计与系统性评价,主要的研究内容及结果如下:（1）基于... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：113 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１涡喷发动机原理［８］??（２）技术特点??航空核动力系统是可以实现军民两用的飞行系统，早期核动力系统的研发主??

现长航时、低燃料携带、系统稳定性与固有安全性的最佳系统平台的在针对“全球鹰”无人机的航空核动力系统设计中，考虑核能系统对大影响，在低海拔区域，例如飞行高度小于６ｋｍ时，由常规涡扇发动机行动力。当飞行高度达到１２ｋｍ以上且飞行Ｍａ达到０．４时，将开启核热，实现常规发动机与核热推进系统的切换。航空核动力系统运行时，需的辐射屏蔽系统，研究表明：新型核动力推进系统的屏蔽重量约占总飞量的１１％。参照“全球鹰”无人机，以７天连续飞行的推进系统为例，推进系统相比采用常规化石能源的推进系统，可有效减重约２ｔ［１２］。??．３?航空核推进传热方式??受系统传热特性、材料耐受程度、开发时间及发动机流动特性参数的核动力系统按吸入空气的循环方式可分为开式循环与闭式循环两种：??１）开式循环系统：空气通过流道进压气机增压，转向后直接进入反应加热后的压缩空气进入涡轮做功产生推力，如图１．２所示。??核反应堆??

缩空气与核热换热器交换热量，反应堆与封闭的液态金属回路换热。因直接与外界空气接触，具有充分的放射性包容能力，无核燃料和放射性风险，闭式循环的航空核动力系统在高空巡航时，大气无核素污染，系全可靠，两类循环的特点如表１．２所示。??表１．２不同循环方式的特点??开式循环?闭式循环设计简单，开发时间短?结构紧凑，相对体积较小，设计较复杂??有一定的工程实践经验?处于试验验证阶段，存在可靠性问题??易发生放射性物质释放环境的风险?放射性物质的泄漏风险较小过两种循环方式的比较可知：闭式循环无核燃料泄露风险，高空巡航排，系统安全性更高。???航空核动力系统存在问题??


本文编号：3469955