[發明專利]一種利用氮氣增壓油箱的飛機富余電力綜合系統和方法

有效

• 申請號: 201811023569.4
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109441637B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 李運澤;熊凱;毛羽豐;李恩輝;李佳欣;蔡本元
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F02C6/00
• 分類號: F02C6/00;F02C7/00;F02C1/02
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

本發明涉及一種利用氮氣增壓油箱的飛機富電能綜合利用系統，包括：利用富余電力的膜分離系統、增壓油箱儲能系統和能量釋放系統。利用富余電力的膜分離系統能夠充分利用飛機電網中富余的電能，驅動機載膜分離系統將從飛機外部引入的空氣轉換成高壓的氧氣和氮氣。增壓油箱儲能系統能夠充分利用燃油油箱中巨大空間，將所得到的高壓氮氣儲存在燃油油箱中。能量釋放系統能夠動態的釋放存儲在燃油油箱中的高壓氮氣，用于制冷和發電，滿足飛機的制冷和短時大功率用電需求。本發明充分利用了飛機富余電能，實現了電能向氣壓能再到冷能和電能的橫向轉換、調度和儲存，保證了飛機高效安全的工作。在航空領域有廣泛的應用。

技術領域

本發明屬于航空航天領域，涉及一種利用氮氣增壓油箱的飛機富余電力綜合利用系統和方法。

技術背景

隨著現代飛機向多電和全電不斷的發展，機載設備的功率需求越來越大，機載發電機的發電量也不斷上升。當前機載發電機的額定發電功率都是以滿足常規工況下的最大功率需求而設計，然而由于機載設備的電力需求不是一直處于最大需求狀態，而是會隨著飛行階段的變化而變化，導致了發電機在不同的飛行階段有富余的發電能力，即發電機會處于欠載狀態。而在某些極端情況，如激光武器、雷達等大功率設備同時工作時，發電機會出現短時電能不足的情形，此時發電機會出現短時過載。不管是欠載還是過載，都會對發電機的工作產生不利的影響。當前飛機利用富余電力的主要方式是將富余的電能儲存在蓄電池和超級電容儲存電能中。由于蓄電池和超級電容的容量有限，導致機載富余發電能力很難被大規模的利用和儲存。因此，一種充分合理的利用飛機電網的富余發電能力且能在電網電能不足時彌補所需電能的動態調度方法，對飛機的電能利用和發電機的良好運行具有重要的意義，因而就成為迫切需要解決的問題。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種利用氮氣增壓油箱的飛機富余電力綜合利用系統，其特征在于包括：

電動機、變頻器、檢測元件、控制器、機載膜分離系統、油箱氣壓傳感器和燃油油箱、渦輪電子設備氣冷系統、發電機、超級電容，

其中：

檢測元件用于檢測飛機的飛機電網的當前狀態，當飛機電網中有富余的電力時，

電動機用于在控制器的控制下將電網中的部分或全部的富余電力轉換成機械能，完成了飛機富余電力的提取，

機載膜分離系統中的壓縮機被所述機械能驅動做功，將從飛機外部引入的空氣壓縮成高壓氣體，該高壓氣體隨后被機載膜分離系統分離成高壓氧氣和高壓氮氣，

所述的高壓氧氣輸送給飛機座艙供氣，調節座艙內部的壓力和供氧，充分利用燃油油箱用于在其中的空間中存儲所述高壓氮氣，

所述油箱氣壓傳感器用于檢測燃油油箱中的氣壓；

渦輪用于被來自燃油油箱的高壓氮氣推動，高壓氮氣推動渦輪做功后變成低溫低壓氮氣，所述低溫低壓氮氣用于冷卻飛機上的電子設備氣冷系統，

發電機在渦輪的驅動下產生電力，供給給超級電容和/或飛機電網。

根據本發明的另一個方面，提供了基于上述利用氮氣增壓油箱的飛機富余電力綜合利用系統的飛機富余電力綜合利用方法。

附圖說明

圖1是利用氮氣增壓油箱的飛機富余電力的綜合利用系統的總體示意圖。

圖2為機載膜分離系統示意圖。

圖3為利用富余電力的膜分離系統工作示意圖。

圖4為能量轉換示意圖。

圖5為增壓油箱儲能系統工作示意圖。

圖6為能量釋放系統工作示意圖。

圖7為系統的工作流程圖。