多级压缩布雷顿循环的核电推进系统概念设计

作     者：李可一 游尔胜 周子杨 张昊春 LI Keyi;YOU Ersheng;ZHOU Ziyang;ZHANG Haochun

作者机构：哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 中国核动力研究设计院四川成都610213 

出 版 物：《火箭推进》 (Journal of Rocket Propulsion)

年 卷 期：2024年第50卷第4期

页      面：126-139页

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：中国核动力研究设计院创新团队项目(KJCX-2022-TD-02) 

主　　题：多级压缩 布雷顿循环 二元混合气体 敏感性分析 Sobol-Sequence 

摘      要：针对空间核动力在深空探测领域的应用和需要,在简单回热式布雷顿循环的基础上,通过增加压气机的级数来提升系统的效率并降低对于压气机的性能要求,提高其可靠程度。通过建立氦氙物性模型和循环热力学模型,通过基于Sobol方法的敏感性分析方式,研究了循环关键节点温度、叶轮机械效率、压气机压比等参数对循环热效率和比质量的影响,并基于多目标粒子群算法进行了多目标优化获得系统关键性能参数的帕累托解集,并计算该模型下推进系统的推力和比冲。计算结果表明:在相同的参数条件下多级压缩布雷顿循环热效率为22.33%,优于单级压气机的布雷顿循环17.75%的热效率。增加压气机的级数有效提高了系统的净效率,降低了对压气机的负荷,为高效空间核动力系统设计提供了理论依据。