CN109763897B - 一种基于金属纳米粉末燃烧的飞行器辅助发电机构 - Google Patents

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本发明公开了一种基于金属纳米粉末燃烧的飞行器辅助发电机构，属于飞行器电气系统技术领域；本发明通过通过爆炸螺栓14打开该装置前机盖15与后机盖16，由滑行产生的来流空气进入进气道17；来流空气驱动风扇1启动发电机主轴10，随后点燃环形燃烧室8使其与金属纳米燃料11充分燃烧产生高温高压气体驱动涡轮9做功；发电机主轴10带动发电机，一部分电能供应飞行器系统，另一部分电能存储至蓄电池13；本发明通过风扇吸入更多的空气，使之与金属纳米粉末充分燃烧；使用金属纳米粉末比一般燃料活泼性更高，产生的能量较一般燃料高数倍。同时该装置工作时不影响机身的整体气动布局，保证了飞行器的稳定性。

Description

一种基于金属纳米粉末燃烧的飞行器辅助发电机构
技术领域
本发明涉及飞行器电气系统技术领域，具体涉及一种基于金属纳米粉末燃烧的飞行器辅助发电机构。
背景技术
随着航空工业的飞速发展，飞行器电气系统技术也日益成熟，飞行器的用电需求及电气系统安全直接关乎飞行器能否安全有效地飞行。飞行器的主电源由发动机传动的发电机来提供，通常一台发动机上有数台发电机，因此发动机上装有许多发电机。一台发电机所产生的电能都足以保证整个飞行器的需要，所以当一台发动机失效时，其他发动机产生的电能也能够维持飞行器上电气设备的使用。而当发动机全部失效时，安装于飞行器尾部的APU系统便会发挥作用，依然可以为整个飞机提供电能。当APU系统发生故障时，备用电源系统是紧急情况下飞行员操纵飞机的最低保障。飞行器上存在的备用电源不仅有蓄电池，还有依靠飞行器滑行速度风力发电的发电设备。但对于蓄电池来说，它不足于维持飞行器长时间工作。
当出现此紧急状况需要备用电源时，目前采用在飞行器底部安装风扇为飞行器发电储能，但由于风扇事先置于飞行器内部，使用时将风扇展出，这无疑会改变飞行器的气动外形，使得飞行极其不稳定，容易导致飞行器失稳。为了保证当飞行器遭遇障碍后导致发动机及APU系统均失效时，飞行器能正常供电保证最低用电需求，本专利提出一种基于金属纳米粉末燃烧的飞行器辅助发电装置。该装置主要利用燃烧效率高、能量密度大的金属纳米粉末作为燃料驱动涡轮做功带动发电系统发电供电、储能，且不需改变飞行器的气动外形，保证了飞行器最后的飞行稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于金属纳米粉末燃烧的飞行器辅助发电机构。
一种基于金属纳米粉末燃烧的飞行器辅助发电机构，包含风扇1、电机转子2、电机定子3、环形支架4、压气机5、金属燃料进口6、喷嘴7、环形燃烧室8、涡轮9、发电机主轴10、金属纳米燃料11、尾喷口12、蓄电池13、爆炸螺栓14、前机盖15、后机盖16、进气道17与腹部机身18；所述进气道17位于腹部机身18底部，进气道的进气口与出气口分别安装有前机盖15与后机盖16，并通过爆炸螺栓固定；在进气道17中部安装有环形支架4，环形支架4的外环与进气道17固定，其内环固定有电机定子3；电机定子3与电机转子2耦合；电机转子2固定在发电机主轴10上；电机主轴10从进气口到出气口分别安装有风扇1，电机转子2，压气机5与涡轮9；在压气机5与涡轮9之间为燃烧室8；环形燃烧室8内安装有金属燃料进口6与喷嘴7；在环形燃烧室8的外部安装有金属纳米燃料11；在涡轮9后面为尾喷口12；蓄电池13安装在腹部机身18内部通过导线连接到电机定子上。
所述环形燃烧室8与金属纳米燃料11之间留有进气空隙。
所述发电机主轴10上固定有风扇1，电机转子2，压气机5与涡轮9。
本发明的有益效果在于：
1.风扇能通过高速来流空气启动该备用电源，且能高效快速吸入更多的空气，使之与金属纳米粉末充分燃烧。
2.金属纳米粉末比一般燃料活泼性更高，更易充分反应，且产生的能量较一般燃料高数倍。
3.该装置工作时不影响机身的整体气动布局，保证了飞行器的稳定性。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
具体实施方式
飞行器在正常飞行时，主发动机提供动力的同时，还为飞行器提供电能。飞行器静止时启动可以依靠地面电源车或APU辅助动力装置，当飞行器降落时关闭主发动机或正常飞行遭遇故障导致主发动机停车时，APU系统基本承担着整个飞行器的供电任务，因此APU作为一个极其重要的组成部件存在于飞行器电气系统中。当遇紧急情况导致主发动机和APU系统均失效时，为保证紧急降落的安全性，飞行器上的通讯、导航等仪器仪表及液压操纵设备必须在备用电源下才能正常工作，以保障最低安全飞行的用电需求来引导飞行器安全着陆。本专利通过依靠飞行器下降滑行速度产生高速来流，驱动风扇高速旋转，同时将来流空气与金属纳米粉末燃烧驱动涡轮做功发电，使得飞行器仪器仪表及液压操纵系统能在供电正常的情况下执行机构操纵飞行器，保障飞行器最低供电需求，从而避免飞行器在着陆时坠毁。
下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1
本专利发明了一种基于金属纳米粉末燃烧的发电装置，该装置可用于飞行器备用电源系统。具体结构由发电部分及燃气涡轮部分组成，如图1所示。其具体结构有风扇1、电机转子2、电机定子3、环形支架4、压气机5、金属燃料进口6、喷嘴7、环形燃烧室8、涡轮9、发电机主轴10、金属纳米燃料11、尾喷口12、蓄电池13、爆炸螺栓14、前机盖15、后机盖16、进气道17、腹部机身18。该装置结构中发电部分风扇1、电机转子2与发电机主轴10固联，电机定子3由环形支架4固定于装置壳体，燃气涡轮部分由压气机5、环形燃烧室8及涡轮9组成。
当飞行器因主发动机故障导致停车且APU系统失效时，运用此装置可以有效为飞机电气系统提供电能。在飞行器遭遇故障需要启动最后的备用电源时，通过爆炸螺栓14打开备用电源系统的前机盖15进气和后机盖16排气，依靠飞行速度驱动风扇带动该装置主轴，同时金属纳米粉末点火燃烧，高温高压燃气涡轮做功为飞行器提供电能，且尾部喷射高温高压气体可以为飞行器增加额外的动力。因滑行产生的来流空气方向大部分贴近机身腹部而过，因此在该备用电源加装风扇1，在风扇1的吸引作用下该电源可以捕捉吸入更多的空气，使金属纳米粉末燃烧更加充分，提高燃气涡轮做功效率，为飞行器系统提供足够的电能。该备用电源嵌至飞行器机身腹部，相对于整个飞行器，几乎不影响机身整体气动布局，保证了飞行的稳定性，且更利于吸入空气与金属纳米粉末充分燃烧，使得发电效率更高，可以确保机载液压系统的正常工作，从而保证飞行器稳定降落。
实施例2：
该备用电源是在飞行器发动机因故停车且APU系统失效迫降的情况下进行。具体实施方式如下：
1.通过爆炸螺栓打开该装置前、后机盖，由滑行产生的来流空气进入进气道口。
2.来流空气驱动风扇启动燃气涡轮机主轴，随后点燃环形燃烧室使其与金属纳米粉充分燃烧产生高温高压气体驱动涡轮做功。
3.此时，燃气涡轮机主轴带动发电机，一部分电能供应飞行器系统，另一部分电能存储至蓄电池。
4.同时，高速旋转的风扇吸入大量空气使之充分燃烧产生高温高压气体通过尾喷口高速排出为飞行器增加动能，为飞行器发生紧急情况进行迫降提供能量驱动，保证飞行器安全迫降。
实施例3
一种基于金属纳米粉末燃烧的飞行器辅助发电机构，包含风扇1、电机转子2、电机定子3、环形支架4、压气机5、金属燃料进口6、喷嘴7、环形燃烧室8、涡轮9、发电机主轴10、金属纳米燃料11、尾喷口12、蓄电池13、爆炸螺栓14、前机盖15、后机盖16、进气道17与腹部机身18；所述进气道17位于腹部机身18底部，进气道的进气口与出气口分别安装有前机盖15与后机盖16，并通过爆炸螺栓固定；在进气道17中部安装有环形支架4，环形支架4的外环与进气道17固定，其内环固定有电机定子3；电机定子3与电机转子2耦合；电机转子2固定在发电机主轴10上；电机主轴10从进气口到出气口分别安装有风扇1，电机转子2，压气机5与涡轮9；在压气机5与涡轮9之间为燃烧室8；环形燃烧室8内安装有金属燃料进口6与喷嘴7；在环形燃烧室8的外部安装有金属纳米燃料11；在涡轮9后面为尾喷口12；蓄电池13安装在腹部机身18内部通过导线连接到电机定子上。
所述环形燃烧室8与金属纳米燃料11之间留有进气空隙。
所述发电机主轴10上固定有风扇1，电机转子2，压气机5与涡轮9。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于金属纳米粉末燃烧的飞行器辅助发电机构，其特征在于，包含风扇(1)、电机转子(2)、电机定子(3)、环形支架(4)、压气机(5)、金属燃料进口(6)、喷嘴(7)、环形燃烧室(8)、涡轮(9)、发电机主轴(10)、金属纳米燃料(11)、尾喷口(12)、蓄电池(13)、爆炸螺栓(14)、前机盖(15)、后机盖(16)、进气道(17)与腹部机身(18)；所述进气道(17)位于腹部机身(18)底部，进气道的进气口与出气口分别安装有前机盖(15)与后机盖(16)，并通过爆炸螺栓固定；在进气道(17)中部安装有环形支架(4)，环形支架(4)的外环与进气道(17)固定，其内环固定有电机定子(3)；电机定子(3)与电机转子(2)耦合；电机转子(2)固定在发电机主轴(10)上；发电机主轴(10)从进气口到出气口分别安装有风扇(1)，电机转子(2)，压气机(5)与涡轮(9)；在压气机(5)与涡轮(9)之间为燃烧室(8)；环形燃烧室(8)内安装有金属燃料进口(6)与喷嘴(7)；在环形燃烧室(8)的外部安装有金属纳米燃料(11)；在涡轮(9)后面为尾喷口(12)；蓄电池(13)安装在腹部机身(18)内部通过导线连接到电机定子上；通过爆炸螺栓(14)打开前机盖(15)进气和后机盖(16)排气，依靠飞行速度驱动风扇(1)带动发电机主轴(10)，同时金属纳米燃料(11)点火燃烧，高温高压燃气涡轮(9)做功为飞行器提供电能，且尾部喷射高温高压气体可以为飞行器增加额外的动力。
2.根据权利要求1所述的一种基于金属纳米粉末燃烧的飞行器辅助发电机构，其特征在于，所述环形燃烧室(8)与金属纳米燃料(11)之间留有进气空隙。
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