一种电推进系统能源架构及飞机技术方案

本实用新型专利技术涉及一种电推进系统能源架构及飞机，属于飞机电源系统设计技术领域，能够通过燃料电池APU系统的功能复用降低飞机对主发电系统容量的需求，从而减少对于飞机发动机功率的提取，降低燃油消耗；该能源架构包括燃料电池APU系统、电推进系统、原电推进供电系统、机载交流用电设备和机载电环控系统；燃料电池APU系统与原电推进供电系统并联后与电推进系统连接；燃料电池APU系统单独或与原电推进供电系统一起为电推进系统供能；燃料电池APU系统通过DC/AC变换器与机载交流用电设备连接，为机载交流用电设备提供其所需的交流电；燃料电池APU系统与机载电环控系统连接，为机载电环控系统的供能，从而为飞机提供备份引气。气。气。

【技术实现步骤摘要】
一种电推进系统能源架构及飞机


[0001]本技术涉及飞机电源系统设计
，尤其涉及一种电推进系统能源架构及飞机。

技术介绍

[0002]燃料电池APU是以燃料电池为核心实现替代现有涡轮APU的功能，燃料电池APU系统中的燃料电池系统接收来自储氢系统的氢气以及供气系统的空气，利用电化学反应，产生直流电能。变配电系统再将燃料电池输出的直流电转化为飞机负载所需的交流电能以及供气系统所需的交流电能。供气系统则通过电动压气机为飞机气源系统提供所需的气能。
[0003]电推进系统是指通过电源为分布在机翼和机身的单个/多个推进电机提供电力，并由电机驱动动力装置(电涵道风扇、螺旋桨等)提供推力的新型推进系统，能极大地降低推进系统燃油消耗量和污染物排放。
[0004]专利CN112339964A公开了一种基于燃料电池的并联式气电混合动力系统，主要包括螺旋桨、天然气发动机、可逆电机，螺旋桨连接齿轮箱，利用尾气实现燃料的重整以及燃料电池的加热使其发电，与并联式混合动力系统相结合，通过阀门的控制实现不同模式的切换，以适应不同的航行工况。但该专利只考虑了燃料电池为动力系统供电的功能，而没有充分发挥燃料电池潜能，即作为APU系统为飞机提供备份供电/供气的功能。
[0005]专利CN114728699A公开了一种用于混合动力式热/电推进飞行器的电气构架和包括这种构架的双发动机飞行器，该构架针对每个涡轴发动机包括：高压DC推进电力分配网络，连接到飞行器的负载的非推进电力分配网络和连接到涡轴发动机的电控系统的负载的电力分配网络，其中，这些不同网络共享多个能量供给源。同样，该专利只考虑了燃料电池为动力系统供电的功能，而没有充分发挥燃料电池潜能，即作为APU系统为飞机提供备份供电/供气的功能。
[0006]专利GB2556063A公开了一种基于固态氧化物燃料电池的飞机辅助动力装置，包括固态氧化物燃料电池、压气机和燃气涡轮以及热电发电机，可替代飞机原有的涡轮APU为飞机提供备份供电和供气。专利EP03076810公开了一种用于使用固体氧化物燃料电池提供电力的飞行器的辅助动力单元(APU)。燃料电池的固体氧化物电解质允许重整燃料提供用于氧迁移的催化剂。利用固体氧化物燃料电池的辅助动力单元为飞行器的系统提供动力，以产生用于飞行器上的水。废排气能量由动力回收涡轮机从APU捕获。降低机场坡道噪声和废气排放。专利US20220131165A1公开了一种飞行器供电系统，该方法包括由燃料电池辅助动力单元(APU)产生辅助电力并向飞机供应辅助电力，通过燃料电池发电产生一次电功率并向飞机提供一次电能，以及将氢存储在氢存储单元中并将氢供应给燃料电池APU。上述三项专利并未考虑将燃料电池APU进行功能复用，当其作为APU的功能完成后，便进入了待机模式，对于飞机整体的效率提升帮助较小。
[0007]综上所示，现有技术的燃料电池APU以及电推进系统架构均较为独立，并没有进行一个系统级的统一考虑，从而对于飞机整体性能的提升效果有限。
[0008]因此，有必要研究一种电推进系统能源架构来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本技术提供了一种电推进系统能源架构及飞机，针对飞机电源系统供电架构及运行模式进行创新，能够用于全电/混合动力推进飞机的电源系统设计，实现降低燃油消耗、降低碳排放的目的。
[0010]本技术提供一种电推进系统能源架构，所述能源架构包括燃料电池APU系统、电推进系统、原电推进供电系统、机载交流用电设备和机载电环控系统；
[0011]所述燃料电池APU系统与所述原电推进供电系统并联后与所述电推进系统的供能端连接；所述燃料电池APU系统单独或与所述原电推进供电系统一起为所述电推进系统供能；
[0012]所述燃料电池APU系统通过DC/AC变换器与所述机载交流用电设备供能端连接，为所述机载交流用电设备提供其所需的交流电；
[0013]所述燃料电池APU系统与所述机载电环控系统供能端连接，为所述机载电环控系统的供能，从而为飞机提供备份引气。
[0014]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述燃料电池APU系统、所述电推进系统、所述原电推进供电系统和所述机载电环控系统分别通过开关件与飞机的配电系统连接；所述机载交流用电设备连接所述DC/AC变换器后通过开关件与所述配电系统连接；
[0015]所述配电系统根据当前飞机状态控制所有开关件的开合动作。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述燃料电池APU系统包括并联设置的燃料电池支路和锂电池支路；
[0017]工作时，所述燃料电池支路为电流源，提供稳态功率；所述锂电池支路为电压源，提供瞬态功率。
[0018]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述燃料电池支路包括燃料电池系统、DC/DC变换器、空气压缩机和储氢系统；
[0019]所述空气压缩机和所述储氢系统与所述燃料电池系统的输入端连接；
[0020]所述燃料电池系统的电能输出端与所述DC/DC变换器的输入端连接；所述DC/DC变换器的输出端与所述锂电池支路连接。
[0021]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述锂电池支路包括锂电池系统和双向DC/DC变换器；
[0022]所述锂电池系统的输出端与所述双向DC/DC变换器的输入端连接；所述双向DC/DC变换器的输出端与所述燃料电池支路连接。
[0023]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述原电推进供电系统为高压直流发电系统。
[0024]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电推进系统包括依次连接的推进电机控制器、推进电机和动力装置；所述推进电机控制器同时与所述燃料电池APU系统和所述原电推进供电系统连接。
[0025]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述动力装置为电涵道风扇。
[0026]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述机载电环控系统包括为飞机气源系统和空调系统提供空气流量的电动空气压缩机，所述电动空气压缩机与所述燃料电池APU系统连接。
[0027]另一方面，本技术提供一种飞机，所述飞机采用如上任一所述的电推进系统能源架构。
[0028]采用本技术上述任一所述的电推进系统能源架构进行供能的方法的内容包括：
[0029]飞机地面服务阶段：燃料电池APU系统为机载交流用电设备和机载电环控系统同时提供电能；
[0030]飞机滑行阶段：所述燃料电池APU系统同时为电推进系统、所述机载电环控系统以及所述机载交流用电设备提供电能；
[0031]飞机起飞、爬升、巡航或下降着陆阶段：所述燃料电池APU系统与原电推进供电系统并联后为所述电推进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电推进系统能源架构，其特征在于，所述能源架构包括燃料电池APU系统、电推进系统、原电推进供电系统、机载交流用电设备和机载电环控系统；所述燃料电池APU系统与所述原电推进供电系统并联后与所述电推进系统的供能端连接；所述燃料电池APU系统通过DC/AC变换器与所述机载交流用电设备供能端连接；所述燃料电池APU系统与所述机载电环控系统供能端连接。2.根据权利要求1所述的电推进系统能源架构，其特征在于，所述燃料电池APU系统、所述电推进系统、所述原电推进供电系统和所述机载电环控系统分别通过开关件与飞机的配电系统连接；所述机载交流用电设备连接所述DC/AC变换器后通过开关件与所述配电系统连接。3.根据权利要求1所述的电推进系统能源架构，其特征在于，所述燃料电池APU系统包括并联设置的用作电流源的燃料电池支路和用作电压源的锂电池支路。4.根据权利要求3所述的电推进系统能源架构，其特征在于，所述燃料电池支路包括燃料电池系统、DC/DC变换器、空气压缩机和储氢系统；所述空气压缩机和所述储氢系统与所述燃料电池系统的输入端连接；所述燃料电池系统的输出端与所述DC/DC变换器的输入端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：回彦年，曲江磊，李洪亮，董玮，王跃，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心，
类型：新型
国别省市：