一种吸气式高超声速飞行器高效发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种吸气式高超声速飞行器高效发电装置，包括设在吸气式高超声速飞行器内部的重整器与SOFC系统，进气道的壁面上设有空气进气孔，且空气进气孔与SOFC系统的氧化剂入口连通；超声速燃烧室的壁面上设有燃料进气孔与燃料出气孔，燃料进气孔与重整器的进气端相连，重整器的出气端与SOFC系统的燃料入口连通，SOFC系统的产物出口与燃料出气孔连通。本发明专利技术应用于航空宇航能源生成技术领域，利用SOFC无需取力的特点，将化学能经电化学反应过程直接转化为电能，不受卡诺循环的限制，从而提高了能量转化效率，不仅减少了污染物排放，而且满足高电工比且长航时在线供电飞行任务的需求，能够有效地应用于吸气式高超声速飞行器。器。器。

【技术实现步骤摘要】
一种吸气式高超声速飞行器高效发电装置


[0001]本专利技术涉及航空宇航能源生成
，具体是一种吸气式高超声速飞行器高效发电装置，尤其涉及到一种在吸气式高超声速飞行器中利用进气道高温压缩空气与碳氢燃料发生电化学反应实现固体氧化物燃料电池发电的装置。

技术介绍

[0002]大功率高密度的高效能源生成与管理对于实现未来吸气式高超声速飞行器长航时、可重复使用具有重要的支撑作用。吸气式高超声速飞行器采用超燃冲压发动机为主要动力，缺乏持续运行的旋转部件进行在线发电，面临飞行时的能源供给难题；携带大功率的蓄电池装置时面临着超大峰值功率需求和能源均衡供给的矛盾。发展高效的飞行器能源在线高效生成技术是解决上述难题和矛盾的重要思路。而在传统燃气涡轮系统中，化学能先是转化为热能，再转化为机械能，最后转化为电能。
[0003]为了实现高效的能源生成，学者们提出了一系列发展思路。授权公告号为：CN210105994U的一种微管式固体氧化物(SOFC)燃料电池的联合发电系统及装置，将固体氧化物(SOFC)与微型燃气轮机集成，有效的增加电能的同时降低SOFC系统的排放气体温度，但需要的集成系统复杂且利用压气机为电池阴极提供高压气体，该系统不适用于高速飞行时长续航里程。授权公开号为：CN110056429B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统，采取核心分离分布式推进系统解决长航时以及高电力供应需求，考虑其使用涡轮推进装置增加了转子系统，且飞行速度仅为0.8马赫，无法满足超声速飞行器的飞行速度。由此可见，现有的基于SOFC发电混合推进系统均无法有效地应用于吸气式高超声速飞行器。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中采用现有电池供电面临重量过大、超燃冲压发动机缺乏转子装置进行在线发电不足的问题，本专利技术提供一种吸气式高超声速飞行器高效发电装置，利用SOFC无需取力的特点，将化学能经电化学反应过程直接转化为电能，不受卡诺循环的限制，从而提高了能量转化效率，不仅减少了污染物排放，而且满足高电工比且长航时在线供电飞行任务的需求，能够有效地应用于吸气式高超声速飞行器。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种吸气式高超声速飞行器高效发电装置，所述吸气式高超声速飞行器上具有依次连通的进气道、隔离段、燃烧室与尾喷管；
[0006]所述发电装置包括设在所述吸气式高超声速飞行器内部的重整器与SOFC系统，且所述SOFC系统与所述吸气式高超声速飞行器内部的电器元件电连接；
[0007]所述进气道的壁面上设有空气进气孔，且所述空气进气孔与所述SOFC系统的氧化剂入口连通；
[0008]所述燃烧室的壁面上设有燃料进气孔与燃料出气孔，所述燃料进气孔与所述重整器的进气端相连，所述重整器的出气端与所述SOFC系统的燃料入口连通，所述SOFC系统的
产物出口与所述燃料出气孔连通。
[0009]在其中一个实施例，所述燃烧室内具有凹腔，所述燃料进气孔设在所述凹腔的前缘壁面或侧壁面上，所述燃料出气孔设在所述凹腔的前缘壁面或燃烧室壁面上对应凹腔上游的位置。
[0010]在其中一个实施例，所述燃料进气孔与所述重整器的进气端通过换热器相连；
[0011]所述换热器与所述燃烧室的燃料喷注管路接触相连，以进行热交换实现对所述换热器内燃料气体的冷却。
[0012]在其中一个实施例，所述SOFC系统由若干SOFC电池单体串联而成。
[0013]在其中一个实施例，还包括空气进气总管、燃料进气总管与燃料排气总管；
[0014]所述空气进气总管的一端与所述空气进气孔连通，另一端分别通过空气进气支管与各所述SOFC电池单体的氧化剂入口连通；
[0015]所述燃料进气总管的一端与所述重整器的出气端连通，另一端分别通过燃料进气支管与各所述SOFC电池单体的燃料入口连通；
[0016]所述燃料排气总管的一端与所述燃料出气孔连通，另一端分别通过燃料排气支管与各所述SOFC电池单体的产物出口连通。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益技术效果：
[0018]1、本专利技术通过冲压发动机燃烧室的燃料分流供给到SOFC系统提供电能，保障超声速飞行时能源的实时高效生成；
[0019]2、本专利技术中吸气式飞行器运行速度为高超声速时，飞行器进气道附面层的空气温度可达1200K，满足SOFC系统阴极的运行工作温度，使得SOFC系统可在飞行器内自主高效发电且无需耗费额外能源加热至电池阴极的工作介质温度；
[0020]3、本专利技术中飞行器燃烧室内的燃料温度经过再生冷却后可达到SOFC系统的运行温度，为SOFC系统的阳极运行工况提供了燃料，且运行结束后的SOFC系统排出的气体可再次输送到冲压发动机的燃烧室，在保证SOFC发电效率的情况下不影响飞行器的燃料效率；
[0021]4、本专利技术采用的吸气式高超声速飞行器发电装置，具有加装结构简单，无需旋转复杂部件和发电效率高等特点。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术实施例中吸气式高超声速飞行器高效发电装置的整体结构图。
[0024]附图标号：SOFC系统1、换热器2、凹腔3、进气道4、隔离段5、燃烧室6、尾喷管7、重整器8、涡轮泵9、空气进气孔10、燃料进气孔11。
[0025]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0028]另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0029]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吸气式高超声速飞行器高效发电装置，所述吸气式高超声速飞行器上具有依次连通的进气道、隔离段、燃烧室与尾喷管；其特征在于，所述发电装置包括设在所述吸气式高超声速飞行器内部的重整器与SOFC系统，且所述SOFC系统与所述吸气式高超声速飞行器内部的电器元件电连接；所述进气道的壁面上设有空气进气孔，且所述空气进气孔与所述SOFC系统的氧化剂入口连通；所述燃烧室的壁面上设有燃料进气孔与燃料出气孔，所述燃料进气孔与所述重整器的进气端相连，所述重整器的出气端与所述SOFC系统的燃料入口连通，所述SOFC系统的产物出口与所述燃料出气孔连通。2.根据权利要求1所述的吸气式高超声速飞行器高效发电装置，其特征在于，所述燃烧室内具有凹腔，所述燃料进气孔设在所述凹腔的前缘壁面或侧壁面上，所述燃料出气孔设在所述隔离段或燃烧室的避免上，或所述燃料出气孔设在所述凹腔的前缘壁面上。3.根据权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭建国，蒯子函，张冬冬，姚霄，刘瑶，侯廙，刘易明，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：