【技术实现步骤摘要】
本技术属于直升机动力系统，涉及一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统。
技术介绍
1、直升机是交通运输领域中的一角，由于其空中悬浮停止，起飞要求低等特点，在日常生活、军事方面都有着不可忽视的作用。但是现有的直升机通常消耗汽油或者煤油燃料，对石油资源消耗较大，而随着石油资源的逐步减少，直升机的动力系统也需要选择更为广阔的二次能源——氢能作为燃料。
2、现有研究集中于氢能纯电动中小型直升机，如cn204991857u公开的醇氢电动飞机中，通过甲醇水蒸气重整制备氢气，氢气通过镀有钯银合金的膜分离装置获得高纯度的氢气，高纯度的氢气通过发电系统发电，供给电动机驱动飞机飞行；又如cn109250124a公开的复合动力电动直升机中，通过水氢机(氢燃料电池系统)发电，供给电动机与风机运转，带动旋翼及喷气机构来提供直升机动力。上述方案都能实现不错的性能提升与石油消耗减少，然而，现有研究并未考虑重型长航程直升机的全氢动力系统。而鉴于氢燃料电池的能量密度较小，对于纯电动重型长航程直升机，需要携带的电池重量大，从而导致续航时间短，行程短，无法完成航行任务。故而将传统发动机与燃料电池相结合的全氢混合动力推进系统在重型长航程直升机上的应用更有前景。
3、同时，主螺旋桨带尾桨是现有直升机的常用构型。尾螺旋桨一方面产生侧向力平衡主螺旋桨的侧向扭矩，另一方面提供航向上的操纵。在现有直升机中，发动机的动力大部分通过主减速机构传递给主螺旋桨，驱动主螺旋桨转动，小部分通过附加减速机构与较长的传动机构传递给尾螺旋桨，驱动尾螺旋
4、此外，氢能已经逐渐应用于汽车、燃气轮机发电等动力领域，且技术也在不断的探索与转化。然而，氢能由于其较为特殊的物理化学性质，在直升机等航空动力领域的应用存在较大困难。
技术实现思路
1、本技术的目的就是为了提供一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，实现不增加过多设备冗重下全氢与主尾桨分离在重型长航程直升机中的应用，省去了尾螺旋桨的机械传动机构，提高了可靠性与控制灵活性等。
2、本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、在一方面，本技术提供了一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，包括：
4、氢燃料电池子系统，其用于提供电能；
5、液氢储罐，其用于提供反应所需的氢气；
6、涡轴发动机推进子系统，其包括进气道、启动电机、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、动力涡轮、主螺旋桨和尾喷管，其中，所述进气道与所述低压压气机相连，所述低压压气机还通过空气输送管路连接所述高压压气机，所述高压压气机还通过空气输送管路连接氢燃料电池子系统的阴极入口和所述燃烧室，所述燃烧室的出气口还通过尾气输送管路依次连接所述高压涡轮、低压涡轮、动力涡轮和尾喷管，所述动力涡轮还通过减速组件与主桨电机耦合，并一起驱动所述主螺旋桨转动；
7、所述氢燃料电池子系统还供电给带动尾螺旋桨转动的尾桨电机。
8、进一步的，所述高压涡轮与所述高压压气机通过高压连接轴传动连接，所述低压涡轮、启动电机与低压压气机通过低压连接轴传动连接。
9、更进一步的，所述低压连接轴嵌套在所述高压连接轴中。
10、进一步的，所述氢燃料电池子系统的阳极出口还通过循环输送管路连接所述燃烧室，所述液氢储罐还通过进氢管路连接所述燃烧室；
11、所述氢燃料电池子系统的阴极出口还通过循环输送管路连接所述低压压气机。
12、进一步的，还包括低温液氢冷却子系统，其包括通过油输送管路依次连接并构成循环的油罐、循环泵和换热器，所述油输送管路与连接所述液氢储罐的供氢管道在所述换热器处进行热交换。
13、更进一步的，所述油输送管路还经过并冷却包括所述尾桨电机、氢燃料电池系统和主桨电机在内的运行部件。
14、进一步的，所述氢燃料电池子系统由若干氢燃料单电池叠加串联而成，每个氢燃料单电池上均带有阴极通道和阳极通道，且所有氢燃料单电池的阴极通道还汇总连接所述氢燃料电池子系统的阴极出入口，所有氢燃料单电池的阳极通道还汇总连接所述氢燃料电池子系统的阳极出入口。
15、进一步的，所述减速组件包括体内减速器和主减速器，所述动力涡轮连接所述内减速器，并与所述主桨电机在所述主减速器内耦合动力，共同驱动所述主螺旋桨。
16、进一步的，所述氢燃料电池子系统还连接逆变器，再通过电缆电连接机载系统、主桨电机、尾桨电机与启动电机。
17、在另一方面，本技术还提供了一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进方法，其基于如上任一所述的主尾桨分离全氢混合动力推进方法，该推进方法包括快速启动模式、发动机单独驱动模式、燃料电池单独驱动模式和并联驱动模式，其中，
18、当主尾桨分离全氢混合动力推进系统处于快速启动模式时，所述氢燃料电池子系统的阴极入口供给外部高压空气，氢燃料电池子系统先运行并输出电能驱动启动电机、主桨电机，所述启动电机快速启动涡轴发动机(即涡轴发动机推进子系统)，达到怠速转速，动力涡轮输出机械能与主桨电机的机械能耦合，一起驱动主螺旋桨转动；
19、当主尾桨分离全氢混合动力推进系统处于发动机单独驱动模式时，由涡轴发动机单独驱动主螺旋桨转动，并由尾桨电机直接带动尾螺旋桨转动；
20、当主尾桨分离全氢混合动力推进系统处于燃料电池单独驱动模式时，所述氢燃料电池子系统直接供电给主桨电机与尾桨电机，并分别输出动力驱动主螺旋桨和尾螺旋桨工作；
21、当主尾桨分离全氢混合动力推进系统处于并联驱动模式时，涡轴发动机进入额定工况，为主螺旋桨提供足够功率旋转，所述氢燃料电池子系统供电给尾桨电机并带动尾螺旋桨工作，
22、或涡轴发动机进入满负荷工况，所述氢燃料电池子系统输出电能驱动主桨电机和尾桨电机，主桨电机与动力涡轮为主螺旋桨提供充足功率，尾桨电机输出动力驱动尾螺旋桨工作。
23、与现有技术相比，本技术至少具有以下优点：
24、1.本技术提出了一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，解决了全氢在重型长航程直升机中的应用，目前暂无现有技术。
25、2.本技术提出了低温液氢冷却系统，通过利用液氢的能量进行冷却，同时利用机械部件的热量将液氢进行加热气化成氢气，送入燃烧室与燃料电池阳极，通过能量的多级利用与循环，提高了系统的运行效率，降低了系统质量与运行成本。
26、3.本技术采用了主尾桨分离技术，由燃料电池单独驱动尾桨电机转动，通过直接机械本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，所述高压涡轮与所述高压压气机通过高压连接轴传动连接，所述低压涡轮、启动电机与低压压气机通过低压连接轴传动连接。
3.根据权利要求2所述的一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，所述低压连接轴嵌套在所述高压连接轴中。
4.根据权利要求1所述的一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，所述氢燃料电池子系统的阳极出口还通过循环输送管路连接所述燃烧室，所述液氢储罐还通过进氢管路连接所述燃烧室；
5.根据权利要求1所述的一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，还包括低温液氢冷却子系统，其包括通过油输送管路依次连接并构成循环的油罐、循环泵和换热器，所述油输送管路与连接所述液氢储罐的供氢管道在所述换热器处进行热交换。
6.根据权利要求5所述的一种适用于重型长航程直升
7.根据权利要求1所述的一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，所述氢燃料电池子系统由若干氢燃料单电池叠加串联而成，每个氢燃料单电池上均带有阴极通道和阳极通道，且所有氢燃料单电池的阴极通道还汇总连接所述氢燃料电池子系统的阴极出入口，所有氢燃料单电池的阳极通道还汇总连接所述氢燃料电池子系统的阳极出入口。
8.根据权利要求1所述的一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，所述减速组件包括体内减速器和主减速器，所述动力涡轮连接所述内减速器，并与所述主桨电机在所述主减速器内耦合动力，共同驱动所述主螺旋桨。
9.根据权利要求1所述的一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，所述氢燃料电池子系统还连接逆变器，再通过电缆电连接机载系统、主桨电机、尾桨电机与启动电机。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，所述高压涡轮与所述高压压气机通过高压连接轴传动连接，所述低压涡轮、启动电机与低压压气机通过低压连接轴传动连接。
3.根据权利要求2所述的一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，所述低压连接轴嵌套在所述高压连接轴中。
4.根据权利要求1所述的一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，所述氢燃料电池子系统的阳极出口还通过循环输送管路连接所述燃烧室，所述液氢储罐还通过进氢管路连接所述燃烧室；
5.根据权利要求1所述的一种适用于重型长航程直升机的主尾桨分离全氢混合动力推进系统，其特征在于，还包括低温液氢冷却子系统，其包括通过油输送管路依次连接并构成循环的油罐、循环泵和换热器，所述油输送管路与连接所述液氢储罐的供氢管道在所述换热器处进行热交换。
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：李玉阳，韩思博，曹亦晨，赵冰怡，赵思航，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：新型
国别省市：
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