[發明專利]一種燃油綜合熱管理系統及其工作方法

有效

• 申請號: 202110942697.4
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113716055B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 段旭文;張瑞華;劉衛華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64D37/34
• 分類號: B64D37/34
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 徐曉鷺

1.一種燃油綜合熱管理系統，其特征在于：包括輸油箱(1)、供油箱(2)、發動機系統、板式換熱器(38)和液氮系統，所述輸油箱(1)通過輸油箱供油管道輸送燃油給供油箱(2)，一部分燃油作為熱沉排出，主動冷卻機載設備后形成回熱燃油；另一部分燃油作為熱力源輸送至發動機系統；

該輸油箱供油管道上設有第三電動控制閥(7)，所述供油箱(2)內設有第一電動控制閥(3)、第二電動控制閥(6)、冷卻循環油泵(4)和供油泵(5)，該第一電動控制閥(3)與該冷卻循環油泵(4)管道相連，以輸送作為熱沉的燃油；該第二電動控制閥(6)與該供油泵(5)管道相連，以輸送作為熱力源的燃油；

所述發動機系統與供油箱(2)通過發動機供油管道連接，該發動機供油管道上設有旁路液壓閥(9)；發動機系統包括發動機增壓泵(16)、加力燃油室(23)、發動機液壓系統(22)和主燃油室(24)；作為熱力源的燃油經過發動機增壓泵(16)增壓后分為兩支路，第一支路通過加力燃油泵(18)與第二燃油過濾器(19)進入加力燃油室(23)；第二支路通過主泵(20)、第三燃油過濾器(21)和發動機液壓系統(22)后進入主燃油室(24)；

所述板式換熱器(38)包含熱側通道和冷側通道，所述回熱燃油進入板式換熱器(38)熱側通道，所述液氮系統管道連接該冷側通道以輸出液氮冷卻所述回熱燃油；液氮吸收回熱燃油散發的熱量變為氮氣與燃油自動分開，氮氣進入供油箱(2)起惰化作用，回熱燃油冷卻后回到供油箱(2)，形成閉環系統。

2.根據權利要求1所述的燃油綜合熱管理系統，其特征在于：作為熱沉排出的燃油冷卻該機載設備后溫度升高，一部分燃油為回熱燃油直接與板式換熱器(38)熱側通道相連等待回流，另一部分燃油通過第四電動控制閥(15)匯入作為熱力源的燃油中，通過發動機增壓泵(16)輸入發動機系統，給發動機系統提供發動機所需燃油。

3.根據權利要求2所述的燃油綜合熱管理系統，其特征在于：所述機載設備包括依次通過管道連接的環控系統(11)、總體驅動發電機(12)、空氣驅動發電機(13)和機載液壓系統(14)。

4.根據權利要求3所述的燃油綜合熱管理系統，其特征在于：所述發動機增壓泵(16)上并聯有控制其速度的發動機電子調速器(17)。

5.根據權利要求4所述的燃油綜合熱管理系統，其特征在于：所述液氮系統包括儲存液氮的液氮罐(25)，所述液氮罐(25)底部依次經過第五電動控制閥(27)、第一手動控制閥(26)、汽化器(32)與液氮罐(25)頂部管道連接。

6.根據權利要求5所述的燃油綜合熱管理系統，其特征在于：所述液氮罐(25)與所述板式換熱器(38)連接的通路上還設有第三壓力傳感器(30)、第七電動控制閥(36)、第八電動控制閥(37)和液氮過濾器(35)。

7.根據權利要求6所述的燃油綜合熱管理系統，其特征在于：所述液氮罐(25)還連接檢測其罐內液位的液位計(31)和控制排放多余液氮的第六電動控制閥(33)。

8.根據權利要求7所述的燃油綜合熱管理系統的工作方法，其特征在于：包括以下幾個步驟：

步驟1，輸油箱輸油：燃油儲存在油箱之中，打開第三電動控制閥(7)，燃油通過重力作用輸送至供油箱(2)之中；

步驟2，供油箱供油：打開第一電動控制閥(3)并啟動冷卻循環油泵(4)，一部分燃油作為熱沉排出以冷卻飛機上的各個系統，主動降低飛機熱載荷；打開第二電動控制閥(6)并啟動供油泵(5)；其余燃油通過供油泵(5)排出，通過第二電動控制閥(6)調節燃油輸出速度與輸出量，然后通過旁路液壓閥(9)的控制流入發動機系統，準備進入燃燒室給發動機提供熱力源；

步驟3，燃油冷卻機載系統：燃油冷卻機載設備后溫度升高，一部分流入板式換熱器(38)熱側通道等待回流，另一部分則通過第四電動控制閥(15)流入發動機系統；

步驟4，燃油流入發動機系統：啟動發動機增壓泵(16)為流入發動機系統的燃油加壓，發動機電子調速器(17)利用電磁裝置使發動機增壓泵(16)穩定運行在設置工況內；加壓后的燃油一部分進入加力燃油室(23)，向燃氣或風扇的后氣流噴油、點火、燃燒，以提高氣流溫度實現短期內增大發動機推力，應用于需要短時間內加速的工況條件；另一部分則被推入主燃油室(24)，燃燒生成高溫燃氣，應用于正常工況條件，為發動機提供足夠動力；

步驟5，液氮系統提供液氮：將液氮裝入液氮罐(25)，先開啟汽化器(32)與第一手動控制閥(26)并且控制第五電動控制閥(27)的開度，氣體擠壓液氮，觀測液位計(31)，控制第六電動控制閥(33)的開度，調整液氮的輸出量，準備進入板式換熱器(38)的冷側通道冷卻回熱燃油，通過管路的液氮受第三壓力傳感器(30)檢測，由第七電動控制閥(36)的開度控制進入板式換熱器的液氮量，若第三壓力傳感器(30)檢測到壓力超過閾值，則打開第八電動控制閥(37)排出多余液氮并進行回收；

步驟6，熱燃油回流冷卻：液氮進入板式換熱器(38)冷側通道，回熱燃油進入板式換熱器熱側通道，為燃油降溫后液氮吸收熱量后變為氮氣與燃油自動分開，氮氣進入供油箱起惰化作用；燃油經過壓力與溫度檢測后，控制第九電動控制閥(41)的開度，使回熱燃油冷卻過后再次回到供油箱(2)之中，使燃油熱管理系統形成了完整的閉環系統。