[發明專利]以LNG為燃料的航空發動機燃料供應系統及工作方式

有效

• 申請號: 201510270787.8
• 申請日: 2015-05-25
• 公開（公告）號: CN104948302B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 劉愛虢;陳保東;王成軍;曾文;馬洪安
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: F02C7/22
• 分類號: F02C7/22;F02C3/22;F02C9/00;F02C6/20
• 代理公司: 沈陽火炬專利事務所(普通合伙)21228
• 代理人: 李福義

技術領域

本發明涉及飛機發動機及燃油供應技術領域，特別是涉及一種應用于LNG為燃料的航空發動機的燃料供應系統及工作方式。

背景技術

為滿足未來航空發動機更環保、更經濟的要求，各航空工業大國針對控制航空發動機污染物排放、降低航空燃油成本作為重點課題進行了廣泛的研究。降低航空燃油成本、減少對石油基航空燃料的過分依賴目前已成為軍用航空和民用航空運輸業急需解決的兩個主要問題。為實現航空燃油成本的降低及減少對航空煤油的依賴，在未來30～50年內，航空燃料將以不會對飛機和發動機硬件產生影響的"即用型"航空替代燃料為主。

液化天然氣(LNG)是將天然氣經過干燥脫酸處理后，在低溫下液化成液態的一種液態燃料，主要成分是甲烷(90％以上)、乙烷、氮氣及少量C3～C5烷烴的低溫液體。液態密度為0.42～0.46t/m³(3^#航空煤油密度為0.78t/m³)，液態熱值50MJ/kg(航空煤油約為42.5MJ/kg)。LNG無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積重量僅為同體積水的45％左右。與航空煤油相比，LNG具有密度低、成本低、熱值高(LNG中氫碳比為4，Jet A航空煤油氫碳比為1.8，LNG比Jet A航空煤油熱值高16％)的特點，同時LNG燃燒后產生的污染物要比航空煤油低(CO₂低20％)。發展LNG發動機技術，使LNG成為航空煤油的替代燃料將是解決航空煤油枯竭和環境問題的有效途徑，對于民用航空和國防科技都有著至關重要的作用。

為實現LNG在航空發動機上的應用，美國通用電氣(GE)公司開展了以LNG為燃料的飛機燃料系統的研究，并申請了多項國際專利：WO2012/173651A1、WO2014/105328A1，這些專利主要針對航空發動機使用航空煤油/LNG雙燃料系統時需要對燃料供應系統、LNG的溫度控制及LNG與航空煤油之間的協調控制進行了研究。采用了在同一個航空發動機中同時使用兩種燃料的燃料供應系統，這種燃油供應方式需要一個復雜的燃油控制系統，在燃燒室內實現兩種燃料的交替燃燒，這將為燃燒室的設計和工作帶來困難，也會增加燃燒室的重量和復雜性。前蘇聯的圖波列夫航空公司曾在圖-155客貨兩用機上將LNG作為航空發動機替代燃料，在飛機上的3臺發動機中有1臺發動機使用LNG作為燃料，其他2臺發動機仍采用航空煤油作為燃料。但文獻中未詳細報道LNG發動機的燃料供應系統及發動機是如何工作的。為實現LNG在航空發動機上的應用，針對LNG自身的特點，考慮航空發動機的工作特性和飛機的結構特點，設計一種可應用LNG為燃料的航空發動機是目前急需解決的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服航空發動機應用雙燃料時的燃油供應、控制系統和燃燒系統的復雜性，在多發動機的飛機上采用部分發動機使用航空煤油為燃料、剩余發動機使用LNG為燃料的飛機動力系統。通過將渦輪葉片冷卻用壓氣機引氣與LNG氣化加熱裝置結合，在實現降低冷卻用空氣溫度改善飛機動力系統性能的同時實現了LNG冷能的有效利用，同時可以將液態LNG氣化，為以天然氣為燃料的發動機提供燃料。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種應用于LNG為燃料的航空發動機的燃料供應系統，該系統包括LNG儲罐、安全閥、爆破片、止回閥、緩沖罐、機械調壓閥、電控節流閥、氣化裝置、壓力傳感器、PID控制器、低溫泵、流量控制器、燃油歧管、氣體燃料噴嘴和燃燒室，LNG儲罐下端出口處設置有低溫泵，低溫泵出口通過管道連接氣化裝置，氣化裝置連接壓力傳感器，壓力傳感器連接PID控制器，PID控制器連接低溫泵，氣化裝置通過電控節流閥和機械調壓閥連接緩沖罐，緩沖罐連接流量控制器，流量控制器依次連接燃油歧管、氣體燃料噴嘴和燃燒室，LNG儲罐上端出口通過安全閥和止回閥連接緩沖罐。

所述的氣化裝置為換熱器。

所述的LNG儲罐為雙層絕熱結構，儲罐的內壁和外壁為金屬材料，兩層壁之間為真空結構。

所述的管道采用雙層中間抽真空的絕熱管道。

所述的LNG儲罐和氣化裝置上均安裝有爆破片，當壓力超過安全值時氣體燃料通過爆破片泄壓保證LNG儲罐和氣化裝置的安全。