一种应用于lng为燃料的航空发动机的燃料供应系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞机发动机及燃油供应技术领域，特别是涉及一种应用于LNG为燃料的航空发动机的燃料供应系统。
【背景技术】
[0002]随着人类社会和经济的发展，全球航空业发展势头越发迅猛。目前，全球已有大约3750个机场，2000多家航空公司，每天有近23000架航空器在空中进行飞行活动。近年来我国航空运输业总体呈上升趋势，发展状况良好，截至2013年末，全行业运输飞机在册架数为2145架，有定期航班航线2876条，按不重复距离计算的航线里程为410万公里。2013年全年累计实现收入5889.6亿元，全年完成运输总周转量671.72亿吨公里、旅客运输量35.40亿人次。但航空燃油成本仍然是影响航空运输业成本控制的主要因素，同时本世纪初欧美等国家就已开始意识到自身对石油基航空燃料的过分依赖将会给国防和经济安全留下严重隐患。
[0003]为满足未来航空发动机更经济、更环保的要求，各大航空工业大国针对控制航空发动机污染物排放、降低航空燃油成本作为重点课题进行了广泛的研宄。为实现航空燃油成本的降低及减少对航空煤油的依赖，在未来30?50年内，航空燃料将以不会对飞机和发动机硬件产生影响的〃即用型〃航空替代燃料为主。
[0004]液化天然气(LNG)是将天然气经过干燥脱酸处理后，在低温下液化成液态的一种液态燃料，主要成分是甲烷(90%以上)、乙烷、氮气及少量C3?C5烷烃的低温液体。液态密度为0.42?0.46t/m3 (3#航空煤油密度为0.78t/m3)，液态热值50MJ/kg (航空煤油约为42.5MJ/kg)。LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积重量仅为同体积水的45%左右。与航空煤油相比，LNG具有密度低、成本低、热值高(LNG中氢碳比为4，Jet A航空煤油氢碳比为1.8，LNG比Jet A航空煤油热值高16% )的特点，同时LNG燃烧后产生的污染物要比航空煤油低(0)2低20% )。发展LNG发动机技术，使LNG成为航空煤油的替代燃料将是解决航空煤油枯竭和环境问题的有效途径，对于民用航空和国防科技都有着至关重要的作用。
[0005]为实现LNG在航空发动机上的应用，美国通用电气(GE)公司开展了以LNG为燃料的飞机燃料系统的研宄，并申请了多项国际专利:W02012/173651A1、W02014/105328A1，这些专利主要针对航空发动机使用航空煤油/LNG双燃料系统时需要对燃料供应系统、LNG的温度控制及LNG与航空煤油之间的协调控制进行了研宄。采用了在同一个航空发动机中同时使用两种燃料的燃料供应系统，这种燃油供应方式需要一个复杂的燃油控制系统，同时这些专利未涉及两种燃料在燃烧室内如何燃烧。前苏联的图波列夫航空公司曾在图-155客货两用机上将LNG作为航空发动机替代燃料，在飞机上的3台发动机中有I台发动机使用LNG作为燃料，其他2台发动机仍采用航空煤油作为燃料。但文献中未详细报道LNG发动机的燃料供应系统及发动机是如何工作的。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是:克服航空发动机应用双燃料时的燃油供应、控制系统和燃烧系统的复杂性，在多发动机的飞机上采用部分发动机使用航空煤油为燃料、剩余发动机使用LNG为燃料的飞机动力系统。通过将涡轮叶片冷却用压气机引气与LNG气化加热装置结合，在实现降低冷却用空气温度改善飞机动力系统性能的同时实现了 LNG冷能的有效利用，同时可以将液态LNG气化，为以天然气为燃料的发动机提供燃料。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的:一种应用于LNG为燃料的航空发动机的燃料供应系统，该系统包括LNG储罐、LNG低压泵、气体低压泵、气化装置、气体高压泵、流量控制器、燃油歧管、气体燃料喷嘴和燃烧室；LNG储罐下端出口处通过管道连接LNG低压泵，低压泵连接气化装置，LNG储罐上端出口通过管道连接气体低压泵，气体低压泵出口连接管道与气化装置出口连接管道汇合之后连接气体高压泵，气体高压泵连接流量控制器，流量控制器依次连接燃油歧管、气体燃料喷嘴和燃烧室。
[0008]所述的气化装置为加热器。
[0009]所述的低温LNG储罐为双层绝热结构，储罐的内壁和外壁为金属材料，两层壁之间为真空结构。
[0010]所述的管道采用双层中间抽真空的绝热管道。
[0011]本发明的有益效果:
[0012]I)本发明采用了在飞机动力系统中分别使用以航空煤油为燃料的航空发动机和以LNG为燃料的发动机，与使用双燃料掺混燃烧的发动机相比减少了复杂的燃油控制系统，降低了系统复杂性，提高了动力系统的可靠性。
[0013]2)本发明采用了使用以LNG为燃料的航空发动机，与传统的使用航空煤油为燃料的航空发动机相比降低运行成本，减少了由于使用液体燃料而导致的污染物排放。
[0014]3)本发明采用LNG为燃料的航空发动机中，将LNG的气化过程与涡轮叶片冷却用压气机引气相结合，在实现LNG冷能利用的同时降低了涡轮叶片冷却用气温度，提高了航空发动机的整体性能。
[0015]4)在飞机飞行的整个过程中，根据对动力系统输出推力的不同采用了发动机交替工作或同时工作的不同工作方式，在保证提供所需推力的同时降低运输成本。
【附图说明】
:
[0016]图1是带有4个发动机使用2种燃料的飞机示意图；
[0017]图2是LNG储存和输运系统示意图；
[0018]图3是LNG气化装置示意图一；
[0019]图4是LNG气化装置示意图二；
[0020]图5是LNG航空发动机工作过程示意图；
[0021]图6是飞机运行过程中推力变化示意图；
[0022]图中:I机翼、2机身、3发动机、4油箱、5LNG储罐、6机尾、7气态蒸发气、8LNG低压泵、9气体低压泵、10气化装置、11气体高压泵、12流量控制器、13燃油歧管、14气体燃料喷嘴、15燃烧室、16热端入口、17热端出口、18冷端入口、19冷端出口、20风扇、21低压压气机、22高压压气机、23高压涡轮、24低压涡轮、25低压轴、26高压轴、27尾喷管。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施对本发明做进一步的描述。
[0024]如图1所示为带有4个发动机使用2种燃料的飞机示意图。本实施例的飞机系统包括机身2和连接在机身2上的机翼1，飞机系统通过动力系统的发动机3产生推力，本实施例动力系统包括4个发动机3并位于机翼I上，在其他的实施例中也可以采用3个发动机3，其中两个位于机翼I上，一个位于机尾6上，或3个发动机3都位于机尾6上。
[0025]飞机上有2个燃料储存系统为发动机3提供燃料，油箱4位于机翼I内储存常规航空煤油，LNG储罐位于机身2上接近于机翼I与机身2的连接处。在其他的实施例中，LNG储罐也可以位于机尾6上。
[0026]在本实施例中，动力系统包括4台发动机3，燃油系统包括两种燃料(航空煤油和LNG)，发动机3通过使用燃料为飞机产生动力。在4个发动机3中有I台或2台发动机3使用LNG为燃料，其他发动机以航空煤油作为燃料。航空煤油储存在油箱4内，通过供油系统为发动机3提供燃料。LNG燃料储存在低温LNG储罐5中，通过LNG气化装置和增压装置增压后为航空发动机3提供燃料。低温LNG储罐5为双层绝热结构，储罐5的内壁和外壁为金属材料，两层壁之间为真空结构。
[0027]在本实施例中，燃料通过供油系统从油箱进入发动机3，其中储存在油箱4内的航空煤油通过供油系统直接供给使用航空煤油的发动机3。储存在LNG储罐5内的低温燃料通过供油管路先进入燃料气化系统将液体燃料转化为气态，供油管路可采用中间真空的双层绝热管道。
[0028]如图2所示为LNG储存和输运系统示意图。在本实施例中，温度为_165°C左右、压力为常压的低温LNG储存在LNG储罐5内，该系统包括LNG储罐5、LNG低压泵8、气体低压泵9、气化装置10、气体高压泵11、流量控制器12、燃油歧管13、气体燃料喷嘴14和燃烧室15，在LNG储罐5下面出口处由管道连接至LNG低压泵8，LNG在低压泵8内增压后再由管道连接至气化装置10实现LNG由液态转化为气态，在气化装置10前的LNG输送管道采用双层中间抽真空的绝热管道以保证LNG为液态。LNG储罐5上端出口通过管道连接气体低压泵9，LNG储罐5在工作过程中会出现气态蒸发气7，该部分气体可由LNG储罐5上面的出口流出，