[發明專利]一種基于可調風扇和亞燃沖壓發動機的組合動力裝置及方法

有效

• 申請號: 201810522512.2
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN109026439B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 李仁府;雷新國
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F02K7/10
• 分類號: F02K7/10;F02K1/00;F02K3/06;F02C7/057;H02J7/14
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 李智;曹葆青<國際申請>=<國際公布>=

1.一種基于可調風扇和亞燃沖壓發動機的組合動力裝置，其特征在于，包括上流道中的上進氣流道(1)，以及在其后部依次設置的控制閥門(2)、亞燃沖壓發動機(3)、上排氣流道(4)；

還包括下流道中的下進氣流道(5)，以及在其后部依次設置的可調風扇(6)、可調節分流板(7)，以及設置在所述可調節分流板(7)后部的下排氣流道(8)和空氣管路(9)，高壓空氣經過所述可調節分流板(7)后流入所述下排氣流道(8)或者經過所述空氣管路(9)流入所述亞燃沖壓發動機(3)；

還包括沿所述可調風扇(6)的旋轉軸方向設置的高速起動/發電機(10)，所述可調風扇(6)的旋轉軸通過傳動軸與所述高速起動/發電機(10)的輸出軸傳動配合，所述高速起動/發電機(10)與安裝在飛行器機體內的燃料電池(11)和/或飛行器電子設備(12)進行電氣連接，為燃料電池(11)充電和/或給飛行器電子設備(12)提供電能；

由所述燃料電池(11)、所述高速起動/發電機(10)和所述可調風扇(6)組成的增壓系統與所述亞燃沖壓發動機(3)設置在不同軸線上；通過調節所述可調節分流板(7)的位置，調節進入所述下排氣流道(8)和所述空氣管路(9)的空氣流量分配；通過調節所述控制閥門(2)的開度，控制通過所述上進氣流道(1)進入所述亞燃沖壓發動機(3)的進氣流量。

2.如權利要求1所述的一種基于可調風扇和亞燃沖壓發動機的組合動力裝置，其特征在于，在低馬赫數下，所述可調節分流板(7)完全接通所述空氣管路(9)，燃料電池(11)、所述高速起動/發電機(10)和所述可調風扇(6)共同工作，給所述亞燃沖壓發動機(3)提供高壓氣體，以起動所述亞燃沖壓發動機(3)；在高馬赫數下，所述可調節分流板(7)完全接通所述下排氣流道(8)，所述亞燃沖壓發動機(3)獨立工作，同時所述可調風扇(6)利用風車狀態時產生的軸功驅動所述高速起動/發電機(10)給燃料電池(11)充電，和/或給飛行器電子設備(12)提供電能。

3.如權利要求1所述的一種基于可調風扇和亞燃沖壓發動機的組合動力裝置，其特征在于，所述亞燃沖壓發動機(3)的進氣道采用內壓式超聲進氣道，燃燒室采用亞燃燃燒室，尾噴管采用拉瓦爾噴管。

4.如權利要求1-3任一所述的一種基于可調風扇和亞燃沖壓發動機的組合動力裝置，其特征在于，所述可調風扇(6)采用可調靜葉角度的高增壓比風扇，以適應不同的飛行工況。

5.如權利要求1-3任一所述的一種基于可調風扇和亞燃沖壓發動機的組合動力裝置，其特征在于，所述燃料電池為高功率密度燃料電池，以減小組合動力裝置的重量和體積。

6.應用權利要求1-5任一所述的組合動力裝置的組合動力實現方法，其特征在于，

(1)、當飛行器起飛時，完全關閉控制閥門(2)，可調節分流板(7)完全接通空氣管路(9)，關閉下排氣流道(8)，氣流通過下進氣流道(5)進入可調風扇(6)，燃料電池給高速起動/發電機(10)供電，驅動高增壓比可調風扇(6)工作，風扇旋轉給氣流加功以產生高壓氣體，壓縮后的高壓氣體通過可調節分流板(7)和空氣管路(9)完全流入亞燃沖壓發動機(3)進氣道，此時亞燃沖壓發動機(3)噴油點火，以起動亞燃沖壓發動機(3)，使其在亞聲速狀態下開始工作，其尾氣通過上排氣流道(4)排出；

(2)、隨著飛行馬赫數的增加，下進氣流道(5)的沖壓比升高，流入亞燃沖壓發動機(3)燃燒室的氣體總壓升高，組合動力裝置處于加速狀態；當飛行馬赫數達到轉換馬赫數時，此時處于過渡狀態，在打開控制閥門(2)的同時緩慢調節可調節分流板(7)，使通過空氣管路(9)的空氣流量逐漸減小，通過下排氣流道(8)的空氣流量逐漸增加，以保證流入亞燃沖壓發動機(3)進氣道中的空氣流量保持穩定；

(3)、在高飛行馬赫數工況下，完全打開控制閥門(2)，完全關閉可調節分流板(7)和空氣管路(9)的通道，亞燃沖壓發動機獨立工作；此時可調節分流板(7)和下排氣流道(8)的通道完全打開，高速起動/發電機(10)拖動可調風扇(6)由電機起動狀態轉變為發電機發電狀態，從而實現了工作模態的轉換；可調風扇(6)處于風車狀態，輸出軸功，拖動高速起動/發電機(10)發電，給燃料電池(11)充電和/或給飛行器電子設備(12)提供電能。