超音速燃焼ラムジェットエンジンは、現在の超音速飛行体の主流動力システムです。超音速飛行体が長時間高マッハ数で飛行する際、エンジンの熱保護要求と電力需要が顕著です。ある特定の超音速燃焼ラムジェットエンジンを対象に、超臨界CO₂ブレイトンサイクルに基づく冷却および発電一体化システムを設計し、エンジン壁面の熱源特性モデルを構築しました。吸熱圧力、タービン入口温度、放熱圧力、回熱度などの主要設計パラメータがシステムの熱力学性能に与える影響とパラメータ間の相関関係を探求しました。多変量協調最適化法を用いて冷却と発電の一体化システムの最適設計案と最適性能を得て、従来の単純サイクルを基準案として比較し、本案の熱力学性能の優位性を評価しました。結果は、本冷却発電一体化システムの最大発電効率が15.9%に達し、206.2 kWの継続的な電力供給が可能で、優れた応用可能性を示しています。エンジン壁面の吸熱過程の接合点温度差が小さいほど、本案の熱力学性能優位性が基準案に対して顕著となり、発電効率の最大相対向上量は9.3%に及びます。

超音速燃焼ラムジェットエンジン; 熱防護; 超臨界CO_2; ブレイトンサイクル; 熱力発電