一种用于飞行器的固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系统技术方案

本发明专利技术提出了一种用于飞行器的固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系统，属于飞行器推进系统技术领域。所述推进系统应用于飞行器制造领域中，具体包括物质供给系统、主推进系统和辅助推进系统。本发明专利技术不同于现有涡轮发动机或内燃机，采用了核心分离分布式推进系统。所述推进系统解决了现有飞行器推进系统无法满足高速度长时间航行需求问题，具有降低耗油率、减少噪音、降低氮氧化物排放，提高飞机航程和飞机变工况能力等特点。同时，相比现有波音737飞机，可降低耗油率80％。

A Distributed Hybrid Propulsion System of Solid Oxide Fuel Cell Gas Turbine for Aircraft

【技术实现步骤摘要】
一种用于飞行器的固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系统
本专利技术涉及一种用于飞行器的固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系统，属于飞行器推进系统

技术介绍
目前大部分飞行器由单个或两个发动机推进。对于飞行器这样的发动机布置会导致推力与升力、阻力、重力匹配并不良好。进而导致飞行器推进效率低，飞行器速度、载重、航程难以进一步提高。这样的现状限制了飞行器的进一步发展。少数采用四个六个或八个发动机推进的飞行器。由于是涡轮发动机或内燃机的简单叠加。虽然推力、升力、阻力、重量匹配较为改善，但发动机热效率低的原因并没有得到根本解决。于是，各个航空公司与科研单位都在寻求一种高热效率、高推进效率的飞行器推进系统。有研究者提出用太阳能作为能量来源。电池板与电动机、桨扇共同构成推进系统。从而实现推力、阻力、升力、重力的平衡。这样的飞机虽然可以利用近乎无限的太阳能，但是载重很低。太阳能电池板和电机几乎占掉飞行器的大部分质量。并不适合携带大功率电子仪器。与目前飞行器多电发展方向相矛盾。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有飞行器推进系统布置不合理，维持升阻平衡代价大，无法满足飞行器低噪音、低耗油率、低污染物排放需求的技术问题，提出了一种用于飞行器的固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系统，所采取的技术方案如下：一种用于飞行器的固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系统，所述混合推进系统包括物质供给系统、主推进系统和辅助推进系统；所述混合推进系统由固体氧化物燃料电池发电系统与燃气涡轮相结合。其中，燃气涡轮带动一个桨扇作为主推进系统。固体氧化物发电系统为多个电动机提供给电能。多个电动机为多个桨扇提供扭矩，作为辅助推进系统。主推进与辅助推进共同构成：桨扇-固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系统。具体的：所述物质供给系统包括空气供给通路和燃料供给通路；所述空气供给通路包括主发动机空气供给通路、重整器空气供给通路和固体氧化物燃料电池发电系统空气供给通路；所述燃料供给通路包括主发动机燃料供给通路和重整器燃料供给通路；所述主推进系统包括低压气压机8、高压气压机9、燃烧室2、高压透平10、低压透平11、动力透平12和主推进系统桨扇13；低压气压机8、高压气压机9、燃烧室2、高压透平10、低压透平11和动力透平12通过所述主发动机空气供给通路的物质供给通路与机械轴体的机械结构结合实现主推进系统桨扇13的驱动；所述辅助推进系统包括燃料输送泵1、重整器3、燃烧室2、金属支撑固体氧化物燃料电池系统4、电力调节与分配装置5、多个电动机6和多个辅助推进系统桨扇7；所述重整器3、金属支撑固体氧化物燃料电池系统4、电力调节与分配装置5和多个电动机通过所述重整器空气供给通路与所述主发动机燃料供给通路、重整器燃料供给通路、重整器空气供给通路和固体氧化物燃料电池发电系统空气供给通路相结合的物质供给通路方式实现多个辅助推进系统桨扇7的驱动。进一步地，所述主推进系统中的低压气压机8的空气入口端与大气空气接触；所述低压气压机8的空气出口端通过空气流通管道一a与所述高压气压机9的空气入口端相连；所述高压气压机9的空气出口端通过空气流通管道一a与三通连接件一I的空气入口端相连；所述三通连接件一I的一个空气出口端通过空气流通管道一a所述燃烧室2的空气入口端相连；所述燃烧室2的燃气出口端通过空气流通管道一a与所述高压透平10的燃气入口端相连；所述高压透平10的燃气出口端通过空气流通管道一a与所述低压透平11的燃气入口端相连；所述低压透平11的燃气出口端通过空气流通管道一a与所述动力透平12的燃气入口端相连；所述动力透平12的机械力输出端与所述主推进系统桨扇13的驱动端相连；其中，所述空气流通管道一a形成的空气通路结构即为所述主发动机空气供给通路。进一步地，所述低压气压8通过轴与所述低压透平11相连；所述高压气压机9通过轴与所述高压透平10相连；所述动力透平12通过轴与所述主推进系统桨扇13相连。进一步地，所述辅助推进系统中的燃料输送泵1的燃料入口端通过总燃料流通管道与燃料供给设备的燃料供给端口相连；所述燃料输送泵1的燃料出口端设有一个三通连接件二II；所述三通连接件二II的一个燃料入口端通过总燃料流通管道与所述燃料输送泵1的燃料出口端；所述三通连接件二II的一个燃料出口端通过燃料流通管道一b与燃料室2的燃料入口端相连；所述燃料流通管道一b形成的燃料供给通路即为所述主发动机燃料供给通路；所述三通连接件一a的另一个燃料出口端通过燃料流通管道二c与燃料预热管道的入口端相连；所述燃料预热管道的出口端通过燃料流通管道二c与所述重整器3的燃料入口端相连；所述燃料预热管道设置于燃料室2壁面上；所述重整器3的燃料出口端通过燃料流通管道二c与所述金属支撑固体氧化物燃料电池系统4的阳极一端相连；所述金属支撑固体氧化物燃料电池系统4的阳极另一端通过燃料流通管道二c与三通连接件三III的一个入口端相连；所述三通连接件三III的出口端通过燃料流通管道二c与所述燃烧室2的燃料返回入口端相连；所述燃料流通管道二c形成的燃料供给通路即为所述重整器燃料供给通路；所述三通连接件一I的另一个空气出口端通过空气流通管道二d与三通连接件四IV的空气入口端相连；所述三通连接件四IV的一个空气出口端通过空气流通管道二d与所述重整器3的空气入口端相连；所述空气流通管道二d形成的空气供给通路即为所述重整器空气供给通路；所述三通连接件四IV的另一个空气出口端通过空气流通管道三e与所述金属支撑固体氧化物燃料电池系统4的阴极一端相连；所述金属支撑固体氧化物燃料电池系统4的阴极另一端通过空气流通管道三e与所述三通连接件三III的另一个入口端相连；所述空气流通管道三e形成的空气供给通路即为所述固体氧化物燃料电池发电系统空气供给通路；所述金属支撑固体氧化物燃料电池系统4的电力信号输出端与所述电力调节与分配装置5的电力信号输入端相连；所述电力调节与分配装置5的多个电动机电力驱动信号输出端分别与多个电动机的电力驱动信号输入端对应相连；所述多个电动机通过轴与所述多个辅助推进系统桨扇7对应相连。进一步地，所述金属支撑固体氧化物燃料电池系统4通过多个金属支撑固体氧化物燃料电池堆组合而成；所述金属支撑固体氧化物燃料电池堆由多个金属支撑固体氧化物燃料电池串联而成；所述金属支撑固体氧化物燃料电池的阳极即为所述金属支撑固体氧化物燃料电池系统4的阳极；所述金属支撑固体氧化物燃料电池的阴极即为所述金属支撑固体氧化物燃料电池系统4的阴极。进一步地，所述辅助推进系统桨扇7的个数为大于2的双数；所述辅助推进系统桨扇7对称设置于飞行器两个机翼上方；所述辅助推进系统桨扇7半嵌入机身的部分用于吸走机身表面的一部分流体。进一步地，所述主推进系统设置于所述飞行器中部，并通过吸取飞行器表面的空气，作为所述主推进系统的空气来源。进一步地，所述电力调节与分配装置5包括电力收集装置和电力分配装置；所述电力收集装置的电能输入端与所述金属支撑固体氧化物燃料电池系统4的电力信号输出端相连；所述电力分配装置的电力信号输出端分别与所述电动机的电力驱动信号输入端对应相连。本专利技术有益效果：1.本专利技术提出的一种用于飞行器的固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于飞行器的固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系统，其特征在于，所述混合推进系统包括物质供给系统、主推进系统和辅助推进系统；所述物质供给系统包括空气供给通路和燃料供给通路；所述空气供给通路包括主发动机空气供给通路、重整器空气供给通路和固体氧化物燃料电池发电系统空气供给通路；所述燃料供给通路包括主发动机燃料供给通路和重整器燃料供给通路；所述主推进系统包括低压气压机(8)、高压气压机(9)、燃烧室(2)、高压透平(10)、低压透平(11)、动力透平(12)和主推进系统桨扇(13)；低压气压机(8)、高压气压机(9)、燃烧室(2)、高压透平(10)、低压透平(11)和动力透平(12)通过物质供给系统与机械轴体的机械结构结合实现主推进系统桨扇(13)的驱动；所述辅助推进系统包括燃料输送泵(1)、重整器(3)、金属支撑固体氧化物燃料电池系统(4)、电力调节与分配装置(5)、多个电动机(6)和多个辅助推进系统桨扇(7)；所述重整器(3)、金属支撑固体氧化物燃料电池系统(4)、电力调节与分配装置(5)和多个电动机通过所述重整器空气供给通路与所述主发动机燃料供给通路、重整器燃料供给通路、重整器空气供给通路和固体氧化物燃料电池发电系统空气供给通路相结合的物质供给通路方式实现多个辅助推进系统桨扇(7)的驱动。...

【技术特征摘要】
1.一种用于飞行器的固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系统，其特征在于，所述混合推进系统包括物质供给系统、主推进系统和辅助推进系统；所述物质供给系统包括空气供给通路和燃料供给通路；所述空气供给通路包括主发动机空气供给通路、重整器空气供给通路和固体氧化物燃料电池发电系统空气供给通路；所述燃料供给通路包括主发动机燃料供给通路和重整器燃料供给通路；所述主推进系统包括低压气压机(8)、高压气压机(9)、燃烧室(2)、高压透平(10)、低压透平(11)、动力透平(12)和主推进系统桨扇(13)；低压气压机(8)、高压气压机(9)、燃烧室(2)、高压透平(10)、低压透平(11)和动力透平(12)通过物质供给系统与机械轴体的机械结构结合实现主推进系统桨扇(13)的驱动；所述辅助推进系统包括燃料输送泵(1)、重整器(3)、金属支撑固体氧化物燃料电池系统(4)、电力调节与分配装置(5)、多个电动机(6)和多个辅助推进系统桨扇(7)；所述重整器(3)、金属支撑固体氧化物燃料电池系统(4)、电力调节与分配装置(5)和多个电动机通过所述重整器空气供给通路与所述主发动机燃料供给通路、重整器燃料供给通路、重整器空气供给通路和固体氧化物燃料电池发电系统空气供给通路相结合的物质供给通路方式实现多个辅助推进系统桨扇(7)的驱动。2.根据权利要求1所述固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系统，其特征在于，所述主推进系统中的低压气压机(8)的空气入口端与大气空气接触；所述低压气压机(8)的空气出口端通过空气流通管道一(a)与所述高压气压机(9)的空气入口端相连；所述高压气压机(9)的空气出口端通过空气流通管道一(a)与三通连接件一(I)的空气入口端相连；所述三通连接件一(I)的一个空气出口端通过空气流通管道一(a)所述燃烧室(2)的空气入口端相连；所述燃烧室(2)的燃气出口端通过空气流通管道一(a)与所述高压透平(10)的燃气入口端相连；所述高压透平(10)的燃气出口端通过空气流通管道一(a)与所述低压透平(11)的燃气入口端相连；所述低压透平(11)的燃气出口端通过空气流通管道一(a)与所述动力透平(12)的燃气入口端相连；所述动力透平(12)的机械力输出端与所述主推进系统桨扇(13)的驱动端相连；其中，所述空气流通管道一(a)形成的空气通路结构即为所述主发动机空气供给通路。3.根据权利要求2所述固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系统，其特征在于，所述低压气压机(8)通过轴与所述低压透平(11)相连；所述高压气压机(9)通过轴与所述高压透平(10)相连；所述动力透平(12)通过轴与所述主推进系统桨扇(13)相连。4.根据权利要求2所述固体氧化物燃料电池燃气涡轮分布式混合推进系统，其特征在于，所述辅助推进系统中的燃料输送泵(1)的燃料入口端通过总燃料流通管道与燃料供给设备的燃料供给端口相连；所述燃料输送泵(1)的燃料出口端设有一个三通连接件二(II)；所述三通连接件二(II)的一个燃料入口端通过总燃料流通管道与所述燃料输送泵(1)的燃料出口端；所述三通连接件二(II)的一个燃料出口端通过燃料流通管道一(b)与燃料室(2)的燃料入口端相连；所述燃料流通管道一(b)形成的燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦江，姬志行，党朝磊，章思龙，郭发福，程昆林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23