[發明專利]一種新型熱電循環組合發動機

有效

• 申請號: 201810540647.1
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108757218B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 閆東峰;謝侃;陳江;魏志軍;王寧飛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F02K3/00
• 分類號: F02K3/00;F02K7/16;F02K1/82;H02K7/14
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

本發明涉及一種渦噴發動機，尤其涉及一種熱電循環組合發動機，屬于航空發動機領域。本發明是在現有TBCC發動機結構的基礎上，利用熱電轉換裝置，通過熱電效應將發動機在工作時噴管尾氣產生的余熱、廢熱或飛行器表面的氣動熱轉化為電能，利用產生的電能由機/電混合渦輪驅動壓氣機的新型熱電循環發動機。當飛行器飛行馬赫數較低、發動機處于渦噴工作模態下時，由熱電轉換系統提供電力來(聯合)驅動壓氣機；當飛行器飛行馬赫數較高時，壓氣機停止工作，發動機進入沖壓工作模態。

技術領域

本發明涉及一種渦噴發動機，尤其涉及一種熱電循環組合發動機，屬于航空發動機領域。

背景技術

隨著各國航天航空技術水平的不斷進步，對飛行器發動機的要求也變得越來越高，單一類型的動力形式并不能完全滿足目前天地往返運輸系統快速、廉價、自由往返空間和高超聲速飛行器多任務飛行需求。目前常規的推進系統主要有火箭發動機、渦輪發動機、沖壓發動機等等。其中火箭發動機的工作高度和速度雖然能夠覆蓋全部的范圍，但是由于其需要自帶燃料和氧化劑，比沖要遠遠小于傳統的吸氣式發動機；渦輪發動機的比沖雖然要高于火箭發動機，但是由于其飛行速度受到渦輪葉片耐熱性能的影響，其工作速度一般在馬赫數3 以下；而沖壓發動機雖然能夠在較高的馬赫數下飛行，但是由于其在低速情況下無法啟動，因此還需要其他動力系統提供啟動速度。由于傳統的推進系統存在以上種種缺點，因此人們希望將不同種類的發動機組合在一起，以彌補它們各自存在的缺陷。

高超聲速飛行器是未來軍、民用飛行器的戰略發展方向，而渦輪基組合循環(Turbine Based Combined-Cycle，TBCC)發動機是未來高超聲速飛行器最適合的動力系統之一。TBCC推進系統指的是將渦輪發動機與其他種類的發動機有機組合而成的一種推進系統，常見的為渦輪發動機與沖壓發動機的組合，此外還有變循環渦扇沖壓發動機、空氣渦輪沖壓發動機等等。TBCC發動機的用途很廣，它可以為高超聲速巡航導彈、高速攻擊機等提供動力，也可以作為軌道飛行器的第一級來提供動力。其特點是發射和著陸地點條件靈活，單位推力大，安全性好而且運行成本較低，是一種非常具有潛力的組合發動機形式。開展高超聲速飛行器研究具有前瞻性、戰略性和帶動性，將對軍事、經濟和人類社會文明產生不可估量的影響。就目前研究進展來看，組合動力系統相關的基礎技術均取得了較大的進展，但仍有許多問題尚待進一步研究。

同時，今年來由于世界各個國家工業化的發展以及對電力、供暖、制冷等用電需求不斷增加，在人類大量開采化石類能源的同時，隨之而來的是日益突出的能源危機與環境問題。面對這些問題，人們已經開始致力于探索和開發可再生的新能源，對熱電材料的研究就是其中之一。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有發動機熱能利用效率不足、大量廢熱無法利用的問題，提供一種熱電循環組合發動機，該發動機能夠提高發動機的循環熱效率與推進效率。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

一種熱電循環組合發動機，在現有TBCC發動機結構的基礎上，將渦噴發動機的渦輪改變為機電混合驅動裝置，即在渦噴發動機內增加驅動電機，驅動電機與渦輪組成機電混合驅動裝置；所述驅動電機驅動裝置置于燃燒室內；驅動電機作用于連接壓氣機與渦輪的固定連接軸；使壓氣機驅動力由渦輪單獨提供變為渦輪與驅動電機共同提供。在渦噴發動機噴管出口壁面包覆安裝熱電轉換材料，回收噴管廢熱；在飛行器前沿(自飛行器頂端向后5％發動機整體長度) 緊貼殼體內壁安裝熱電材料，回收飛行器高速飛行所產生的氣動熱；在飛行器發動機整體尾部出口(飛行器發動機尾部出口末端向前5％發動機整體長度)緊貼殼體內壁安裝熱電轉換材料，回收燃氣廢熱。在渦噴發動機殼體外環形安裝電能存儲裝置，儲存熱電材料所產生的電能。利用電能存儲裝置內存儲的電能為驅動電機供電，為壓氣機提供額外驅動力。完成整個熱電組合循環。

所述前沿和尾部的熱電轉換材料緊貼殼體內壁布置。