在期刊上写作低温学，来自韩国航空航天研究所的科学家团队评估了发射车的氦气热交换器的性能。在实际发动机操作条件下评估了性能。
学习：低温推进剂发射车的氦热交换器的热性能评估和分析.Image信用：Karnoff/Shutterstock.com
发射车辆
有效的发射车设计对于SpaceTech行业至关重要。自太空旅行初期以来，技术已经进步，但是发射车的基本原理仍然相同。
发射车辆通常采用氦气，向飞行和车辆的氧化罐加压。涡轮泵从低压下的推进剂罐转移推进剂到高压燃烧室。通过将推进剂从推进剂罐转移到涡轮机中，可以避免入口处的气腔。
带有氦热交换器的LOX – Kerosene发射器推进系统的示意图。图片来源：Baek，S等人，低温
在液体氧气和煤油发射系统中，氦气在极低的温度下储存，从而增加气体的密度和气体体积。这使氦储油罐可以轻巧且紧凑。
但是，在低温温度下，供应辅助升空所需的压力并不那么有效。为了克服这个问题，必须通过外部热源加热氦气，从而导致气体扩展。由于发射车提供的能源有限，因此需要有效的能源管理和转换。
以前的努力
解决此问题的常规方法涉及在推力室和气体发生器中提供燃烧气体，以将氦气加热到高温（约600 K）。
土星V火箭采用了4线壳管热交换器来蒸发氦气并提供推进剂加压。此过程的热源是涡轮的废气。已使用液体氧气提供必要的加热，以帮助各种发射车中的氦气加压。
其他发射车使用发动机再生冷却夹克来提供油箱加压。最近的研究探索了液态氦加热方法，包括探索在月球旅行模块中使用该策略的使用。与常规方法相比，热交换器的效率和重量更高，尽管该方法需要进一步测试。
热交换器
最近的研究试图提高热交换器的效率，以帮助未来的发射车设计。已经设计了实验设置，可在推进剂罐加压系统中使用氦气，并证明氦气加热器的性能。
Lee等人的一种系统设计。已经使用了液氮热交换器。在该系统中，没有产生热气，因为电加热器提供了热源。该系统具有壳管形状，就像传统系统一样，例如土星V发射车。另一项研究利用蒸汽加热气体。
在发射车中利用热交换器为设计高级空间车辆的性能增强，重量降低以及令人满意且稳定的传热提供了机会。尽管基于实验室的研究取得了重大进展，但对热交换器的现实分析和评估不足。
KSLV-II 75-TONF发动机的氦/热气体热交换器的配置。图片来源：Baek，S等人，低温
研究
新论文低温学已经开发了用于启动车辆热交换器的测试方法。热交换器具有圆柱形微通道设计，而不是先前系统的壳管配置。板热交换器在系统中使用，从300 K到90 K冷却氦气。
作者开发了一个数值模型来表征交换器并提高燃烧气和氦气之间的热交换效率。研究中评估的热交换器系统将安装在目前正在建设的KSLV-II发射车中。
研究结果
在研究论文中，对KSLV-II氦气热交换器的性能进行了广泛评估。进行了两种类型的实验。首先，在燃烧器测试设施中恒定质量流下提供氦气。第二个实验涉及在全引擎组件中测试性能。在第二个实验中，提供了氦气流速的逐渐降低。
两种测试中的热性能类似于作者的数值模拟。作者在测试中观察到了一个有趣的现象。当入口温度从低温温度到环境温度变化时，发射车的推进系统使用低温氦气。
当入口温度为300 K时，热交换器的有效性比低温温度高1％。模型证实了系统的传热系数受进气温的影响。在较低的入口温度下，有效性降低了6％。简单的建模用于确认热交换器设计技术。
照片的照片（A）氦分配系统和（b）板热交换器使用液氮冷却氦气。图片来源：Baek，S等人，低温
总之
该研究证明了一种有效的方法来分析和评估真实发射系统中热交换器模块的性能，该系统利用这项技术解决了推进设计中的几个当前问题。该研究的发现将有助于设计发射车的更高效，低重量的下一代推进系统。
进一步阅读
Baek，S等。（2022）低温推进剂发射车的氦热交换器的热性能评估和分析低温学103492 [在线，预隔离] ScienceDire亚博老虎机网登录ct.com。可用网址：https://www.亚博老虎机网登录sciendirect.com/science/article/pii/s0011227522000741?via%3dihub
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