发动机尾气集水系统技术方案

发动机尾气集水系统，涉及一种飞艇发动机尾气集水系统，属能源工程领域，解决飞艇在运行过程中，随着燃料的消耗使得飞艇的浮力和重心不平衡，导致飞艇位置发生偏移或无法正常工作的压舱问题。它包括空气预冷换热器、空气冷凝器、气液分离器，飞艇发动机尾气经空气预冷换热器预冷后，经过空气冷凝器冷凝液化，使飞艇发动机尾气中的水蒸气冷凝液化，利用储水容器将液化后的水工质收集。本发明专利技术能实现对发动机尾气水工质的收集和存储，用于飞艇的平衡控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术具体涉及一种飞艇发动机尾气集水系统，属能源工程领域。
技术介绍
飞艇作为一种有推进装置、利用浮力原理升空、可控飞行的飞行器，具有长期定点 悬浮和低速机动工作能力、负载能力强、效费比高且可重复使用等优点。在许多领域，特别 是军事领域，飞艇有效地弥补了传统飞行器的不足。按飞行高度，目前飞艇主要有对流层飞 艇(即低空飞艇)和平流层飞艇。其中，对流层飞艇一股在8km以下，可有人驾驶或遥控飞 行；平流层飞艇一股在20km左右或更高的高空飞行或悬停，一股采用遥控或自主控制相结 合的控制方式。低空飞艇广泛应用于空中试验、侦察、勘测、警用、广告、拍照摄影、通讯等军 民用领域。随着科学技术的发展，平流层作为理想的临近空间平台，成为世界各国研究的焦 点，目前处于探索研究阶段。飞艇的突出优点是具有定点驻留的能力，可长时间相对于地球准静止，要实现飞 艇定点驻留工作，飞艇需要推进系统提供推力。当前常规飞艇的动力推进系统包括燃料、发 动机以及推进器，通常采用柴油发动机、汽油发动机等驱动螺旋桨的推进方式进行推进。然而，在飞艇运行过程中，随着飞艇携带的燃料不断消耗，将使得飞艇位置发生漂 移，若不加以控制，飞艇将很难保证其位置不超出完成任务所要求的活动范围。另外，随着 燃料的消耗会导致飞艇的配重不平衡，飞艇重心偏移，使得飞艇无法安全、稳定工作。即飞 艇运行过程中，需要解决飞艇位置漂移和配重等压舱问题。飞艇通过调整主、副气囊内气体体积和压力来克服其压舱问题。然而对副气囊内 气体体积和压力进行调整的方法只能实现飞艇小幅压舱调节，以飞艇运行高度为5km，日耗 燃油1000kg，持续运行时间为3天为例，为匹配飞艇运行过程中浮力平衡，需直径超过50m 的副气囊进行调节控制。可以看出，目前通过调整副气囊囊内气体体积和压力来实现飞艇的压舱控制，所 需副气囊体积大，将极大影响了飞艇结构及蒙皮强度、增加了飞艇实现的难度和成本；并且 随着燃料的消耗，通过调整副气囊囊内气体体积和压力实现飞艇的重心控制的难度更高。
技术实现思路
本专利技术是为了解决目前飞艇在运行过程中，随着燃料的消耗使得飞艇的浮力和重 心不平衡，导致飞艇位置发生偏移或无法正常工作的压舱问题，进而提出了一种发动机尾 气集水系统。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案为发动机尾气集水系统，它包括空气预 冷换热器、空气冷凝器、气液分离器、第一液位传感器、液体泵、储水容器、第二液位传感器、 第一阀门、第二阀门、第六阀门、第十阀门、第十一阀门和第二回止阀，飞艇航空发动机的尾 气出口端分别与第一阀门的进口端及第二阀门的进口端连通，第一阀门的出口端与大气环 境连通，第二阀门的出口端与空气预冷换热器的进口端连通，空气预冷换热器的出口端与第二回止阀的进口端连通，第二回止阀的出口端与空气冷凝器的进口端连通，空气冷凝器 的出口端与气液分离器的进口端连通，气液分离器的气体出口端通过第六阀门与大气环境 连通，气液分离器的液体出口端通过第十阀门与液体泵的进口端连通，液体泵的出口端与 储水容器的进口端连通，储水容器的出口端与大气环境连通，第一液位传感器设置在气液 分离器上，第二液位传感器设置在储水容器上。本专利技术利用冷凝捕获方法捕获飞艇发动机尾气中的水蒸气，能够有效解决飞艇运 行过程中燃料消耗导致飞艇浮力和重心失衡等压舱问题，从而实现飞艇长时间安全、稳定 工作。另外，本专利技术利用高空低温环境直接冷凝捕获飞艇发动机尾气中的水蒸气，无须额外 能耗。附图说明图具体实施方式一所述的发动机尾气集水系统的示意图；图具体实施方式二 所述的发动机尾气集水系统的示意图；图具体实施方式三所述的发动机尾气集水系统的 示意图；图具体实施方式四所述的发动机尾气集水系统的示意图；图具体实施方式五 所述的发动机尾气集水系统的示意图；图具体实施方式六所述的发动机尾气集水系统的 示意图。具体实施例方式具体实施方式一结合图1说明本实施方式。本实施方式所述的发动机尾气集水 系统，它包括空气预冷换热器6、空气冷凝器16、气液分离器24、第一液位传感器25、液体泵 27、储水容器28、第二液位传感器30、第一阀门1、第二阀门5、第六阀门15、第十阀门26、第 十一阀门29和第二回止阀10，飞艇航空发动机32的尾气出口端分别与第一阀门1的进口 端及第二阀门5的进口端连通，第一阀门1的出口端与大气环境连通，第二阀门5的出口端 与空气预冷换热器6的进口端连通，空气预冷换热器6的出口端与第二回止阀10的进口端 连通，第二回止阀10的出口端与空气冷凝器16的进口端连通，空气冷凝器16的出口端与 气液分离器24的进口端连通，气液分离器24的气体出口端通过第六阀门15与大气环境连 通，气液分离器24的液体出口端通过第十阀门26与液体泵27的进口端连通，液体泵27的 出口端与储水容器28的进口端连通，储水容器28的出口端与大气环境连通，第一液位传感 器25设置在气液分离器24上，第二液位传感器30设置在储水容器28上。本实施方式所述的空气预冷换热器6使用空气对飞艇航空发动机32排出的尾气 进行预冷，飞艇航空发动机32排出的尾气从空气预冷换热器6的进口端输入，空气在冷却 管中流动的方向与尾气的流动方向是相逆的；本实施方式所述的空气冷凝器16使用空气对经过空气预冷换热器6预冷的尾气 进行冷凝，所述尾气从空气冷凝器16的进口端输入，空气在冷却管中流动的方向与尾气的 流动方向是相逆的；本实施方式所述的气液分离器24用于将经过空气冷凝器16冷凝后的气水混合物 分离，在重力作用下尾气中的水工质被收集捕获，经液体泵27储存于储水容器28中，残余 的尾气经过第六阀门15排放到大气环境中；本实施方式所述的第二回止阀10用于防止气体逆流。本实施方式基于空间大气环境利用空气冷却方式实现发动机尾气中水蒸气的冷 凝捕获，通过相变方法冷凝液化捕获发动机尾气中的水蒸气。采用本实施方式所述的发动机尾气集水系统冷凝尾气中的水蒸气时，将第二阀门 5、第二回止阀10、第六阀门15、第十阀门26、第十一阀门29和液体泵27开启；将第一阀门 1关闭；航空发动机尾气经空气预冷换热器6预冷至略高于发动机尾气中水蒸气的凝结温 度后进入空气冷凝器16，经空气冷凝器16冷凝液化后的航空发动机尾气进入气液分离器 24后，在重力作用下尾气中的水工质被收集捕获经液体泵27储存于储水容器28中，气液分 离器24中的残余尾气经第六阀门15排放到大气环境中，当储水容器28中水工质过多时， 第十一阀门29开启将多余的水排到大气环境中。无须冷凝发动机尾气中水蒸气时，将第二阀门5关闭，将第一阀门1开启，释放发 动机尾气。本实施方式利用冷凝捕获方法捕获飞艇发动机尾气中的水蒸气，能够有效解决飞 艇运行过程中燃料消耗导致飞艇浮力和重心失衡等压舱问题，从而实现飞艇长时间安全、 稳定工作。另外，本实施方式利用高空低温环境直接冷凝捕获飞艇发动机尾气中的水蒸气， 无须额外能耗。具体实施方式二 结合图2说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一的不 同之处在于它还包括第三阀门7、辅助预冷换热器8和第一回止阀9，飞艇航空发动机32 的尾气出口端还与第三阀门7的进口端连通，第三阀门7的出口端与辅助预冷换热器8的 进口端连通，辅助预冷换热器8的出口端与第一回本文档来自技高网...

【技术保护点】
发动机尾气集水系统，其特征是：它包括空气预冷换热器（６）、空气冷凝器（１６）、气液分离器（２４）、第一液位传感器（２５）、液体泵（２７）、储水容器（２８）、第二液位传感器（３０）、第一阀门（１）、第二阀门（５）、第六阀门（１５）、第十阀门（２６）、第十一阀门（２９）和第二回止阀（１０），飞艇航空发动机（３２）的尾气出口端分别与第一阀门（１）的进口端及第二阀门（５）的进口端连通，第一阀门（１）的出口端与大气环境连通，第二阀门（５）的出口端与空气预冷换热器（６）的进口端连通，空气预冷换热器（６）的出口端与第二回止阀（１０）的进口端连通，第二回止阀（１０）的出口端与空气冷凝器（１６）的进口端连通，空气冷凝器（１６）的出口端与气液分离器（２４）的进口端连通，气液分离器（２４）的气体出口端通过第六阀门（１５）与大气环境连通，气液分离器（２４）的液体出口端通过第十阀门（２６）与液体泵（２７）的进口端连通，液体泵（２７）的出口端与储水容器（２８）的进口端连通，储水容器（２８）的出口端与大气环境连通，第一液位传感器（２５）设置在气液分离器（２４）上，第二液位传感器（３０）设置在储水容器（２８）上。

【技术特征摘要】
发动机尾气集水系统，其特征是它包括空气预冷换热器(6)、空气冷凝器(16)、气液分离器(24)、第一液位传感器(25)、液体泵(27)、储水容器(28)、第二液位传感器(30)、第一阀门(1)、第二阀门(5)、第六阀门(15)、第十阀门(26)、第十一阀门(29)和第二回止阀(10)，飞艇航空发动机(32)的尾气出口端分别与第一阀门(1)的进口端及第二阀门(5)的进口端连通，第一阀门(1)的出口端与大气环境连通，第二阀门(5)的出口端与空气预冷换热器(6)的进口端连通，空气预冷换热器(6)的出口端与第二回止阀(10)的进口端连通，第二回止阀(10)的出口端与空气冷凝器(16)的进口端连通，空气冷凝器(16)的出口端与气液分离器(24)的进口端连通，气液分离器(24)的气体出口端通过第六阀门(15)与大气环境连通，气液分离器(24)的液体出口端通过第十阀门(26)与液体泵(27)的进口端连通，液体泵(27)的出口端与储水容器(28)的进口端连通，储水容器(28)的出口端与大气环境连通，第一液位传感器(25)设置在气液分离器(24)上，第二液位传感器(30)设置在储水容器(28)上。2.根据权利要求1所述的发动机尾气集水系统，其特征在于它还包括第三阀门(7)、 辅助预冷换热器(8)和第一回止阀(9)，飞艇航空发动机(32)的尾气出口端还与第三阀门 (7)的进口端连通，第三阀门(7)的出口端与辅助预冷换热器(8)的进口端连通，辅助预冷 换热器(8)的出口端与第一回止阀(9)的进口端连通，第一回止阀(9)的出口端与空气冷 凝器(16)的进口端连通。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：姚战立，吕晓武，王伟，鲍文，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]