涡轮冲压组合发动机预冷热电转换及增推方法技术

涡轮冲压组合发动机预冷热电转换及增推方法，涉及组合发动机。利用冲压涡轮装置从冲压发动机进气道引入的气流做功而降温并引入涡轮发动机中实现冷却，温度传感器将压气机所处的环境温度反馈给控制器；控制器分别发送指令给电机调节引气和输气调节板的面积调节总流量、冷却气流量和进入冲压发动机中的气流量，流量计将冲压发动机进气道内排气口的气流量反馈给控制器，控制器在保证涡轮发动机冷却气流量满足要求的条件下发送指令增加进入冲压发动机的气流量；互补型发电系统由转子发动机和温差发电装置组成，利用在不同的气流流量时两者发电量的互补特性实现稳定的总发电量，产生的电能通过机载电源供给气流流量调节系统及其他机载设备。

【技术实现步骤摘要】
涡轮冲压组合发动机预冷热电转换及增推方法
本专利技术涉及组合发动机，尤其是涉及涡轮冲压组合发动机预冷热电转换及增推方法。
技术介绍
宽速域飞行器动力系统不仅要求自由进入临近空间的能力，而且要求高空高速巡航工作能力，同时临近空间飞行器动力系统应具备高性能、轻质量、高可靠、低成本、长航程、免助推、可重复使用、适应速度范围宽等其它特点。现有的航空发动机、火箭发动机以及冲压发动机由于自身技术原因，均难以满足上述要求。通过组合现有成熟动力装置，实现飞行器宽速域自主飞行，是航空军事强国近年来研究的热点，也是我国空天研究领域重要的方向之一。涡轮基组合循环(TurbineBasedCombinedCycle,TBCC)由于它能作为战术导弹、巡航导弹、靶机、低成本高速飞行试验平台、轨道飞行器的第一级推进系统的动力装置，因此被广泛关注。近年来，国内创新提出了涡轮辅助火箭增强冲压组合循环发动机(Turbo-aidedRocket-augmentedRamjetCombinedCycleEngine)概念方案，通过集成涡轮、火箭和冲压发动机，有机结合三种热力循环过程，形成高度一体化的吸气式组合循环发动机，为我国空天动力发展提供了新思路(刘建,侯金丽,张波,等.高超声速组合循环发动机综合热管理技术需求分析[C]//中国航天空天动力联合会议.2017.第1页)。三通道涡轮-双模态冲压-引射火箭冲压组合发动机将涡轮发动机的高比冲、双模态冲压发动机高马赫数和火箭发动机高推重比的优点汇集于一身，具有高效、技术难度适中、可重复使用等优点，是未来可应用于高动态临近空间飞行器，远程空射武器以及天地往返运载器的新型吸气式组合动力，是我国成为空天军事强国重要的突破性技术之一，具有重要军事需求和价值。涡轮基组合循环仍处于研究阶段，尚有一些亟待解决的问题。其中，在涡轮冲压组合发动机处于从涡轮发动机工作模态向冲压发动机工作模态转换的双模态过渡阶段中，涡轮发动机进气道内的气流温度可能会超出压气机可承受温度范围，导致压气机损坏，进而减少涡轮发动机的使用寿命。第二，由于在飞行过程中机载电力能源的供应是由涡轮发动机的部分涡轮功转化而来的，当飞行器处于冲压发动机工作模态时，涡轮发动机不工作，此时机载电力能源的供应即成为了一个需要解决的问题。第三，在满足涡轮发动机的冷却效果的同时尽量提高冲压发动机的工作性能则是一个很有前景的想法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的上述问题，提供可实现高马赫数飞行时涡轮发动机进气道气流的预冷，向气流流量调节系统和其他机载设备输出稳定的电能以及在涡轮发动机冷却效果满足要求的条件下尽量提高冲压发动机推力等功能的涡轮冲压组合发动机预冷热电转换及增推方法。本专利技术包括以下步骤：1)利用冲压涡轮装置从冲压发动机进气道引入的气流做功而降温，再将降温后的空气引入涡轮发动机中实现冷却，涡轮发动机中的温度传感器将压气机所处的环境温度反馈给气流流量调节系统的控制器；在步骤1)中，所述气流流量调节系统可包括进气调节板、涡轮发动机进气道内的输气调节板、冲压发动机进气道内的输气调节板、涡轮发动机中的温度传感器、流量计、控制器等部件，涡轮发动机中的温度传感器可将涡轮发动机温度反馈给控制器，流量计可将冲压发动机进气道内排气口的气流量反馈给控制器，控制器可向进气调节板、涡轮发动机进气道内的输气调节板和冲压发动机进气道内的输气调节板发送指令分别调节引气口和两个输气口的面积，同时接收它们反馈的面积，控制器、进气调节板和两个输气调节板都由机载电源提供电能。控制器在保证涡轮发动机冷却气流量满足要求的条件下通过发送指令增加导入冲压发动机的气流量来提升冲压发动机的推力。2)控制器分别发送指令给电机调节引气和输气调节板的面积调节总流量、冷却气流量和进入冲压发动机中的气流量，流量计将冲压发动机进气道内排气口的气流量反馈给控制器，控制器在保证涡轮发动机冷却气流量满足要求的条件下发送指令增加进入冲压发动机的气流量，提升冲压发动机的推力；3)机载电源储存的电能来源于互补型发电系统，所述互补型发电系统由冲压涡轮装置带动的转子发动机和温差发电装置组成，利用在不同的气流流量时两者发电量的互补特性实现稳定的总发电量，产生的电能通过机载电源供给气流流量调节系统及其他机载设备，满足高超声速飞行器的用电需求。在步骤3)中，所述互补型发电系统可包括冲压涡轮装置、转子发动机、温差发电装置和机载电源等部件，冲压涡轮被高温气流所推动，带动转子发动机进行发电，同时基于塞贝克效应的温差发电装置利用涡轮发动机与冲压发动机之间的温差进行发电，二者都将电能储存在机载电源中，与单独的冲压涡轮发电相比具有更高的发电量；此外，当涡轮发动机中所需的冷却气量较少时，冲压涡轮发电量较少，而同时说明涡轮发动机的温度较低，与冲压发动机之间的温差较大，温差发电装置发电量较多，反之亦然，则使得输送给机载电源的总发电量保持稳定。本专利技术针对采用涡轮冲压组合发动机的高超声速飞行器在高马赫数飞行时涡轮发动机存在的热管理以及采用涡轮冲压组合发动机的高超声速飞行器在高马赫数飞行时机载电力较为缺乏等问题，采用涡轮冲压组合发动机的高超声速飞行器在高马赫数飞行时如何控制在涡轮发动机的冷却效果满足要求的条件下达到最大冲压发动机推力。本专利技术提供了一套综合实现高马赫数飞行时涡轮发动机进气道气流的预冷效果、向本专利技术中的气流流量调节系统和其他机载设备输出稳定的电能，以及在涡轮发动机冷却效果满足要求的条件下尽量提高冲压发动机的推力等功能的方案。其中实现涡轮发动机进气道内气流预冷是通过本专利技术的冲压涡轮装置及部分气流流量调节系统实现的；向本专利技术中的气流流量调节系统和其他机载设备输出稳定的电能是通过本专利技术的互补型发电系统实现的；在涡轮发动机冷却效果满足要求的条件下尽量提高冲压发动机的推力是通过本专利技术的气流流量调节系统实现的。附图说明图1为本专利技术实施例系统的工作原理示意图。图2为本专利技术所提出的系统在采用冲压涡轮组合发动机的高超声速飞行器上应用实施例的示意图。图3为图2所示的应用实施例的细节放大图。具体实施方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术所提出的系统针对上述问题提出了一套综合的解决方案，如图1所示，主要部分包括气流流路、反馈通道、调节通道、热电转换通道、供电通道等，其中气流流路中的部件包括进气调节板1、冲压涡轮装置2、涡轮发动机4和涡轮发动机进气道内的输气调节板3、冲压发动机进气道内的输气调节板10等；反馈通道中的部件包括涡轮发动机中的温度传感器5、流量计12、控制器13等；调节通道中的部件包括进气调节板1内的调节机构、涡轮发动机进气道内的输气调节板3内的调节机构、冲压发动机进气道内的输气调节板10内的调节机构等；热电转换通道中的部件包括转子发电机6、温差发电装置8、机载电源7等；供电通道中的部件包括进气调节板1的驱动电机、涡轮发动机进气道内的输气调节板3的驱动电机、冲压发动机进气道内的输气调节板10的驱动电机及其他机载设备9等。当采用组合发动机的飞行器进行模态转换时，涡轮发动机4进气道内的高温泄流可能导致涡轮发动机4暴露在会导致其结构损坏的过高温度中，因此当涡轮发动机4中的温度传感器5所反馈的温度高于某一安全值时，控制器13将发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.涡轮冲压组合发动机预冷热电转换及增推方法，其特征在于包括以下步骤：1)利用冲压涡轮装置从冲压发动机进气道引入的气流做功而降温，再将降温后的空气引入涡轮发动机中实现冷却，涡轮发动机中的温度传感器将压气机所处的环境温度反馈给气流流量调节系统的控制器；2)控制器分别发送指令给电机调节引气和输气调节板的面积调节总流量、冷却气流量和进入冲压发动机中的气流量，流量计将冲压发动机进气道内排气口的气流量反馈给控制器，控制器在保证涡轮发动机冷却气流量满足要求的条件下发送指令增加进入冲压发动机的气流量，提升冲压发动机的推力；3)机载电源储存的电能来源于互补型发电系统，所述互补型发电系统由冲压涡轮装置带动的转子发动机和温差发电装置组成，利用在不同的气流流量时两者发电量的互补特性实现稳定的总发电量，产生的电能通过机载电源供给气流流量调节系统及其他机载设备，满足高超声速飞行器的用电需求。

【技术特征摘要】
1.涡轮冲压组合发动机预冷热电转换及增推方法，其特征在于包括以下步骤：1)利用冲压涡轮装置从冲压发动机进气道引入的气流做功而降温，再将降温后的空气引入涡轮发动机中实现冷却，涡轮发动机中的温度传感器将压气机所处的环境温度反馈给气流流量调节系统的控制器；2)控制器分别发送指令给电机调节引气和输气调节板的面积调节总流量、冷却气流量和进入冲压发动机中的气流量，流量计将冲压发动机进气道内排气口的气流量反馈给控制器，控制器在保证涡轮发动机冷却气流量满足要求的条件下发送指令增加进入冲压发动机的气流量，提升冲压发动机的推力；3)机载电源储存的电能来源于互补型发电系统，所述互补型发电系统由冲压涡轮装置带动的转子发动机和温差发电装置组成，利用在不同的气流流量时两者发电量的互补特性实现稳定的总发电量，产生的电能通过机载电源供给气流流量调节系统及其他机载设备，满足高超声速飞行器的用电需求。2.如权利要求1所述涡轮冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玥，林曦，栾振业，林柯利，彭瀚，朱剑锋，李爱成，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35