一种基于燃烧室壁面冷却重整装置的飞行器能量供给系统

本发明涉及高超声速飞行器，尤其涉及一种基于燃烧室壁面冷却重整装置的飞行器能量供给系统。

背景技术：

1、水平起降高超声速飞机通常采用涡轮发动机和冲压发动机的组合动力，具有可重复使用的特点，在低速阶段(马赫数为0～2)，只有涡轮发动机工作；在高速阶段(马赫数为3～5，甚至更高)，只有冲压发动机工作。以涡轮冲压组合循环(turbine based combinedcycle,tbcc)发动机为代表的组合发动机，在高速段依赖冲压发动机提供飞机所需的推力。然而，冲压发动机没有旋转部件，无法采用涡轮发动机中常规的旋转轴输出功方式来供给功或电能。同时，以激光高能武器为代表的脉冲能量负载应用，使得未来飞机能源需求达到兆瓦级，是目前传统飞机的5～10倍。水平起降高超声速飞机所特有的“可重复使用、水平起降、马赫数0～5甚至更宽速域工作”工作模式，所装备组合动力发动机的多模态工作特性叠加机载设备“大功率能量需求、脉冲能量提取冲击”的能量需求，使得机载能量短缺的问题非常突出。

技术实现思路

1、发明目的：针对飞行器飞行过程中机载能量短缺的缺点，本发明提供一种基于燃烧室壁面冷却重整装置的飞行器能量供给系统。

2、技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种基于燃烧室壁面冷却重整装置的飞行器能量供给系统，包括燃油箱、泵、冲压发动机、重整装置、储气罐、固体氧化物燃料电池、涡轮、发电机；所述冲压发动机设有燃烧室壁面，所述重整装置设置在燃烧室壁面上；燃油通过泵从燃油箱进入冲压发动机时经过重整装置，重整装置重整燃油并生成混合气体，混合气体进入储气罐，固体氧化物燃料电池利用储气罐中的气体产生电能；储气罐中的气体输出至涡轮处产生气流驱动涡轮旋转，进而带动发电机产生电能，经过涡轮的气体再次通入固体氧化物燃料电池中产生电能。

3、进一步的，所述涡轮为轴流式涡轮，将储气罐中气体的流动工质的能量转换为机械能，进而带动发电机发电。

4、进一步的，所述重整装置为由同心圆环逐层套设而成的多层环形结构，各层圆环内部为中空的冷却通道且自外向内的相邻冷却通道之间相互连通，燃油从外层圆环逐层流入内层圆环。

5、进一步的，所述冷却通道内设有扰流柱或扰流板，所述扰流柱或扰流板上附着有催化剂。

6、进一步的，所述相邻冷却通道之间通过微细通道或微槽道连接。

7、进一步的，所述多层环形结构由导热材料制成。

8、进一步的，所述泵为蒸汽喷射钛泵。

9、进一步的，所述储气罐为不锈钢材质的超高压储气罐，该超高压储气罐与涡轮之间具有输出管道及控制输出管道开闭的阀门，当阀门控制输出管道打开，超高压储气罐中的高压气体产生气流对涡轮做功。

10、进一步的，所述混合气体为以氢气为主，含有微量甲烷、一氧化碳和二氧化碳的混合气体。

11、本发明还提供一种包含上述飞行器能量供给系统的飞行器。

12、有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是充分利用重整装置产生的气体，通过固体氧化物燃料电池产生电能，以及使气体经过涡轮并驱动发电机发电两种方式对飞行器进行供能，保证飞行器能量供给。

技术特征：

1.一种基于燃烧室壁面冷却重整装置的飞行器能量供给系统，其特征在于，包括燃油箱、泵、冲压发动机、重整装置、储气罐、固体氧化物燃料电池、涡轮、发电机；所述冲压发动机设有燃烧室壁面，所述重整装置设置在燃烧室壁面上；燃油通过泵从燃油箱进入冲压发动机时经过重整装置，重整装置重整燃油并生成混合气体，混合气体进入储气罐，固体氧化物燃料电池利用储气罐中的气体产生电能；储气罐中的气体输出至涡轮处产生气流驱动涡轮旋转，进而带动发电机产生电能，经过涡轮的气体再次通入固体氧化物燃料电池中产生电能。

2.如权利要求1所述的飞行器能量供给系统，其特征在于，所述涡轮为轴流式涡轮，将储气罐中气体的流动工质的能量转换为机械能，进而带动发电机发电。

3.如权利要求1所述的飞行器能量供给系统，其特征在于，所述重整装置为由同心圆环逐层套设而成的多层环形结构，各层圆环内部为中空的冷却通道且自外向内的相邻冷却通道之间相互连通，燃油从外层圆环逐层流入内层圆环。

4.如权利要求3所述的飞行器能量供给系统，其特征在于，所述冷却通道内设有扰流柱或扰流板，所述扰流柱或扰流板上附着有催化剂。

5.如权利要求4所述的飞行器能量供给系统，其特征在于，所述相邻冷却通道之间通过微细通道或微槽道连接。

6.如权利要求5所述的飞行器能量供给系统，其特征在于，所述多层环形结构由导热材料制成。

7.如权利要求1所述的飞行器能量供给系统，其特征在于，所述泵为蒸汽喷射钛泵。

8.如权利要求1所述的飞行器能量供给系统，其特征在于，所述储气罐为不锈钢材质的超高压储气罐，该超高压储气罐与涡轮之间具有输出管道及控制输出管道开闭的阀门，当阀门控制输出管道打开，超高压储气罐中的高压气体产生气流对涡轮做功。

9.如权利要求1所述的飞行器能量供给系统，其特征在于，所述混合气体为以氢气为主，含有微量甲烷、一氧化碳和二氧化碳的混合气体。

10.一种飞行器，其特征在于，具有如权利要求1-9任一项所述的飞行器能量供给系统。

技术总结
本发明公开了一种基于燃烧室壁面冷却重整装置的飞行器能量供给系统，包括燃油箱、泵、冲压发动机、重整装置、储气罐、固体氧化物燃料电池、涡轮、发电机；燃油通过泵从燃油箱进入冲压发动机时经过重整装置，重整装置重整燃油并生成混合气体，混合气体进入储气罐，固体氧化物燃料电池利用储气罐中的气体产生电能；储气罐中的气体输出至涡轮处产生气流驱动涡轮旋转，进而带动发电机产生电能，经过涡轮的气体再次通入固体氧化物燃料电池中产生电能。本发明充分利用重整装置产生的气体，通过固体氧化物燃料电池产生电能，以及使气体经过涡轮并驱动发电机发电两种方式对飞行器进行供能，保证飞行器能量供给。

技术研发人员：毛军逵,韩枫,张舒豪,梁凤丽,康乐
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15