一种涡轴涡桨发动机尾气发电系统和方法技术方案

本发明专利技术属于航空发动机领域，具体涉及一种涡桨发动机尾气发电系统和方法，在不影响涡桨发动机轴功率的同时，兼顾特种飞机的用电需求。本发明专利技术用电控排气阀代替目前的排气装置，并增加尾气发电机、排气阀控制器，尾喷管需做适应性改进。电控排气阀设计1个进气口和主副2个排气口，进气口连接发动机涡轮使得尾气进入电控排气阀，主排气口连接尾气发电机涡轮，副排气口连接尾喷管，主、副排气口阀门开度由排气阀控制器控制。涡桨发动机的尾喷管需做适应性改变。尾气发电机涡轮入口与电控排气阀主排气口连接，尾气从排气阀出来后带动涡轮高速旋转，涡轮与磁电机通过传动轴连接从而带动磁电机旋转发电，使用后的尾气经排气口进入尾喷管。管。管。

【技术实现步骤摘要】
一种涡轴涡桨发动机尾气发电系统和方法


[0001]本专利技术属于航空发动机领域，具体涉及一种涡轴涡桨发动机尾气发电系统和方法。

技术介绍

[0002]涡桨发动机具有推进效率高、燃油消耗率低等优点，且起飞/着陆距离短，适用于时速800km/h以下的飞行器，在航空运输、预警侦查等领域具有广泛应用，我国大型预警机、侦察机大多采用涡桨发动机作为动力装置。预警机、侦察机等特种作战飞机大多装备大功率用电设备，飞机对发动机的需要既要足够的推力或拉力，也要求动力装置能够产生足够的电能，以满足特种装备的用电需求。目前，某型国产某型涡桨发动机在附件机匣增加斜传装置带动发电机而产生电能，牺牲了发动机的轴功率。涡桨发动机主要是靠输出轴功率带动螺旋桨产生拉力或推力，发动机涡轮后尾气没有很好的利用，尾气经尾喷管而产生的推力占比小于5％，如果利用涡桨发动机尾气发电，一方面实现了能力回收，另一方面对发动机轴功率没有影响，则能同时实现飞机对动力装置推力需求和用电需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种涡桨发动机尾气发电方法，在不影响涡桨发动机轴功率的同时，充分利用涡桨发动机涡轮后尾气能量发电，兼顾特种飞机的动力需求和用电需求。为解决涡桨发动机尾气发电技术，本专利技术用电控排气阀代替目前的排气装置，尾喷管需做适应性改进，并增加尾气发电机、排气阀控制器。
[0004]电控排气阀设计1个进气口和2个排气口，排气口分主排气口和副排气口；进气口一侧连接发动机涡轮机匣，从发动机涡轮后出来的尾气进入电控排气阀；主排气口连接尾气发电机涡轮，副排气口连接尾喷管，主排气口和副排气口的排气阀门的开度由排气阀控制器控制。
[0005]涡桨发动机的尾喷管需做适应性改变，尾喷管与排气阀副排气口和发电机排气口连接，使得尾气最终能够排入大气中。
[0006]尾气发电机主要包括涡轮、磁电机、传动轴、排气口等装置，涡轮入口与电控排气阀主排气口连接，尾气从排气阀出来后带动涡轮高速旋转，涡轮与磁电机通过传动轴连接从而带动磁电机旋转发电，使用后的尾气经排气口进入尾喷管。
[0007]飞机上蓄电池的充电接入口连接尾气发电机，以便尾气发电机能够为蓄电池充电，飞机上蓄电池需配置电量检测装置。该电量检测装置用于检测飞机上蓄电池蓄电情况，并将蓄电池电量情况转换为输出信号C，蓄电池电量检测装置的输出口与排气阀控制器信号输入口连接，排气阀控制器根据电量检测装置的输出信号判断是否需要向蓄电池充电。
[0008]飞机上用电设备可以是侦查设备、预计设备、心理战设备等等，用设备1、设备2、......设备n表示；飞机上用电设备的电能输入口连接尾气发电机，以便尾气发电机能够为用电设备提供电能；飞机上用电设备需配置1个用电量判断装置。该用电量判断装置用于
判断用电设备的工作状态，并输出用电设备工作状态对应的用电量需求E
nt
(n表示设备n，t表示工作状态)；用电量判断装置的输出口与排气阀控制器信号输入口连接。
[0009]排气阀控制器设计2种信号输入接口和2中信号输出接口；1种信号输入接口接受飞机上用电设备的用电量判断装置的输出信号，另1种信号输入接口接受飞机上蓄电池的电量检测装置的输出信号；排气阀控制器根据输入信号计算得出输出信号；1种输出信号为主排气口阀门开度信号x，另1种输出信号为副排气口阀门开度信号y。
[0010]本专利技术的有益效果：
[0011]本专利技术通过将排气装置改为电控排气阀门，对尾喷管进行适应性改进，并增加尾气发动机、排气阀控制器等设备，实现了利用涡桨发动机尾气发电的目的，在不减少发动机轴功率的前体下，充分利用发动机涡轮后尾气能力，以满足飞机上特种装备的用电需求。
[0012]本专利技术可用于改装涡桨发动机，也可用于在研涡桨发动机的设计研发，有很大的应用前景和实用价值。
附图说明
[0013]图1是本专利技术涡桨发动机尾气发电装置示意图。
[0014]图2是蓄电池电量检测装置工作逻辑图。
[0015]图3是排气阀控制器工作逻辑图。
具体实施方式
[0016]涡桨发动机常作为侦查、预警、指挥、通讯等特种装备的平台，国产特种飞机大多用涡桨发动机作为动力装置。这类特种飞机不但要求动力装置提供足够的推力或拉力，还要求动力装置能够产生足够的电能，以满足特种装备的用电需求。目前，某型国产涡桨发动机在附件机匣增加斜传装置带动尾气发电机而产生电能，牺牲了发动机的轴功率。对于涡桨发动机而言，轴功率提供95％以上的动力，尾喷管尾气产生的动力占比一般不超过5％。涡桨发动机尾喷管的作用主要是排气，所以尾气能力并没有很好的利用。因此，设计一种利用涡桨发动机尾气发电的装置，就能同时实现尾气能力回收并对发动机轴功率没有影响，其效益优于尾气产生推力的效益。
[0017]图1是本专利技术涡桨发动机尾气发电装置示意图。
[0018]发动机涡轮后连接电控排气阀，电控排气阀是涡桨发动机排气装置的改进装置，排气装置设计1个进气口和2个排气口，排气口分主排气口和副排气口。进气口一侧连接发动机涡轮机匣，主排气口连接尾气发电机涡轮，通过气流带动尾气发电机涡轮高速旋转，副排气口连接尾喷管。主排气口和副排气口的排气阀门的开度通过排气阀控制器的控制指令加以控制，这样设计避免了过量发电的风险，当飞机上蓄电池已经充满电，并且飞机上特种作战设备暂时不需用电时，主排气口关闭副排气口全开，发动机涡轮后尾气全部直接进入尾喷管而不进入尾气发电机涡轮，此时尾气发电机不工作。当飞机上特种作战设备需要用电时，尾气发电机不向飞机上蓄电池充电，此时排气阀控制器接受飞机上特种作战设备的用电量需求信号，通过计算将用电需求转换为排气阀主、副排气阀门的开度信息，电控排气阀接受排气阀控制器输出的开度信号，并根据排气阀主、副排气阀门的开度信号控制阀门的开度，副排气口的尾气直接进入尾喷管，主排气口的尾气带动尾气发电机涡轮发电，以满
足飞机上特种作战设备的用电需求。当飞机上特种作战设备不需要用电时，排气阀控制器接受飞机上蓄电池电量信号以判断是否需要向蓄电池充电，如果蓄电池电量已满则发出电控排气阀主排气阀门关闭、副排气阀门全开的信号，尾气发电机不工作；如果蓄电池需要充电，排气阀控制器则发出电控排气阀主排气阀门全开、副排气阀门关闭的信号，尾气发电机工作并向蓄电池充电，直至蓄电池充满排气阀控制器发出关闭电控排气阀主排气阀门关闭、副排气阀门全开的信号。
[0019]尾气发电机主要包括发电机涡轮和磁电机，发电机涡轮动力来源于通过电控排气阀主排气阀门的尾气，发电机与磁电机之间通过传动轴连接，涡轮转动带动磁电机转动，实现发电功能。
[0020]涡桨发动机的尾喷管需做适应性改变，与排气阀副排气口和发电机排气口连接，使得尾气最终能够排出涡桨发动机。
[0021]飞机上蓄电池的充电接入口连接尾气发电机，以便尾气发电机能够为蓄电池充电。飞机上蓄电池需配置电量检测装置，该电量检测装置用于检测飞机上蓄电池蓄电情况，并将蓄电池电量转换为输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轴涡桨发动机尾气发电系统，其特征在于，用电控排气阀替代目前的排气装置，并增加尾气发电机、排气阀控制器，同时对尾喷管做适应性改进，电控排气阀设计1个进气口和2个排气口，排气口分主排气口和副排气口；进气口一侧连接发动机涡轮机匣，从发动机涡轮后出来的尾气进入电控排气阀；主排气口连接尾气发电机涡轮，副排气口连接尾喷管。2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述尾气发电机主要包括涡轮、磁电机、传动轴、排气口等装置，涡轮入口与电控排气阀主排气口连接，尾气从排气阀出来后带动涡轮高速旋转，涡轮与磁电机通过传动轴连接从而带动磁电机旋转发电，使用后的尾气经排气口进入尾喷管。3.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，涡轴、涡桨发动机的尾喷管做适应性改变，尾喷管与排气阀副排气口、以及和发电机排气口连接，使得尾气最终能够排入大气中。4.根据权利要求3所述发电系统，其特征在于，主排气口和副排气口的排气阀门的开度由排气阀控制器控制。5.根据权利要求4所述的排气发电系统，其特征在于，排气阀控制器设计2种信号输入接口和2种信号输出接口；第1种信号输入接口接受飞机上用电设备的用电量判断装置的输出信号，另1种信号输入接口接受飞机上蓄电池的电量检测装置的输出信号；排气阀控制器根据输入信号计算得出输出信号；1种输出信号为主排气口阀门开度信号x，另1种输出信号为副排气口阀门开度信号y。6.根据权利要求5所述的发电系统，其特征在于，飞机上蓄电池的充电接入口连接尾气发电机，以便尾气发电机能够为蓄电池充电，飞机上蓄电池配置电量检测装置。7.根据权利要求6所述的发电系统的控制方法，其特征在于，该电量检测装置用于检测飞机上蓄电池蓄电情况，并将蓄电池电量情况转换为输出信号C，蓄电池电量检测装置的输出口与排气阀控制器信号输入口连接，排气阀控制器根据电量检测装置的输出信号判断是否需要向蓄电池充电，当C＝0时不需要向蓄电池充电，当C＝1时需要向蓄电池充电。8.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：程钰锋，夏爱国，郑小梅，张生良，何峻，脱伟，吕永召，何秀然，周磊，孙燕涛，
申请(专利权)人：北京航空工程技术研究中心，
类型：发明
国别省市：