免费双活塞集成复合循环发动机设计研究 林宇轩（Yu-Hsuan Lin） 格雷戈里·乌尔（Gregory Uhl） 弗洛里安·温特（Florian Winter） 亚历山德罗斯·莱西斯（Alexandros Lessis） 法比奥·维茨加尔（Fabio Witzgall） 阿恩·塞茨（Arne Seitz）

《Aerospace》：Engine Design Study for Free Double Piston Integrated Composite Cycle Engine Yu-Hsuan Lin, Gregory Uhl, Florian Winter, Alexandros Lessis, Fabio Witzgall and Arne Seitz

　　

摘要

复合循环发动机（CCE）通过用高质量活塞式气体发生器替代高压压缩机，增强了传统的焦耳/布雷顿循环。这种活塞式附加循环技术使得工作流体在进入经典焦耳燃烧器之前能够实现极高的压缩、燃烧和膨胀效率，从而大大提高了燃料利用率。本文研究了一种CCE概念，该概念采用了自由双活塞（FDP）单元系统，旨在实现2045年的远程（LR）应用目标，并与同一时间段的先进涡轮风扇发动机进行了对比分析。研究过程中使用了自主研发的活塞系统及整个动力装置的仿真工具，以及对飞机非线性性能因素的分析，进行了多层面的概念评估。首先确定了FDP系统内的冷却需求，随后针对设计爬升点（ToC）进行了发动机循环参数研究。进一步研究了非设计状态下的性能，结果显示在巡航状态下，与基准发动机相比，推重比燃油消耗（TSFC）提高了9.3%。在考虑了发动机重量和整流罩几何形状的影响后，与基准发动机相比，该发动机的总任务燃油消耗减少了约14.7%。这一概念评估展示了CCE在未来远程航空领域的燃油节省潜力，并为进一步的气候影响分析奠定了基础。