CN115506893A - 一种航空发动机燃油热管理系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于燃油热管理技术领域，具体涉及一种航空发动机燃油热管理系统。该系统包括低压泵(1)、燃油滤(2)、高压泵(3)、燃油分配器(5)、飞机机电系统用燃滑油散热器(7)及发动机滑油系统用燃滑油散热器(9)；低压泵(1)前端连接飞机来油管路，低压泵(1)后端连接飞机机电系统用燃滑油散热器(7)的燃油进口；飞机机电系统用燃滑油散热器(7)的燃油出口通过第一单向阀(11)连接燃油滤(2)，燃油滤(2)后端连接高压泵(3)，高压泵(3)后端连接发动机滑油系统用燃滑油散热器(9))的燃油进口。本申请在满足燃油附件介质的耐温能力要求的同时能够将燃油热沉充分利用。

Description

一种航空发动机燃油热管理系统

技术领域

本申请属于燃油热管理技术领域，具体涉及一种航空发动机燃油热管理系统。

背景技术

随着飞机性能的提高，其机电系统散热量大幅增加，飞机上的冷源热沉包括燃油和冲压空气，但由于飞机隐身的要求限制了从机外引入冲压空气，而飞机复合材料的应用降低了燃油通过油箱结构向外散热的能力，因此，飞机只能更多的利用燃油的热沉，这使得发动机燃油进口温度不断升高，同时飞机将部分机电系统部件散热交由发动机燃油系统来进行散热，由于燃油结焦问题的存在，使得燃油的热沉有一定限制，同时发动机匹配高性能飞机，发动机自身滑油系统的散热本身已很困难，再加上飞机来的热量，这给发动机燃滑油综合热管理带来了新的挑战。同时在某些低温条件下，又不允许燃油滤结冰，这就给整个飞发热管理系统带来了一定的矛盾。因此，需要针对发动机燃油进口温度提升，飞机部件散热量提升，燃油热沉一定的情况下，深度挖掘发动机的冷源的散热能力，同时又要保证在低温状态下燃油滤不结冰的条件，这就需要采用新的技术手段，设计满足飞机以及发动机需求的热管理架构。

图1给出了现有发动机燃油热管理系统示意图，如图1所示，燃滑油散热器包括两个，一个是发动机用燃滑油散热器，另一个是飞机机电系统用燃滑油散热器，其中，发动机用燃滑油散热器在低压泵与燃油滤之间，属于安装在热管理架构的前端，而飞机机电系统用燃滑油散热器位于高压泵与燃油分配器之间，属于安装在热管理架构的后端。现有的发动机燃油热管理系统技术方案存在如下缺点：

1、发动机滑油系统散热采用一个燃滑油散热器，部分燃油与滑油换热升温后直接进入燃烧室，部分燃油用于伺服系统作动(图中未画出)，燃滑油散热器出口的燃油温度需要满足燃油附件(高压泵)介质的耐温能力，导致在发动机燃油进口温度增加时，无法满足发动机滑油系统自身高温滑油的冷却需求；

2、发动机滑油系统燃滑油散热器必须放置于热管理架构前端，目的是为了在燃油温度较低时给燃油加热防止燃油滤结冰。

3、为了满足飞机机电系统散热的燃滑油散热器不得不放置于热管理架构后端，但是在燃油进口温度升高时无法满足飞机机电系统滑油温度的要求。

4、燃油热沉没有充分利用，由于燃油附件介质耐温能力限制以及飞机电机系统滑油温度限制，燃油最高可达到的温度距离结焦温度相差较远。

发明内容

为了解决上述问题之一，本申请提供了一种航空发动机燃油热管理系统，将飞机机电系统用燃滑油散热器放置于架构前部，满足机电系统滑油温度要求，采用多个单向阀来控制燃油流路，在保证燃油滤不结冰的同时满足燃油附件介质耐温能力，同时使得燃油的热沉得到充分利用。

本申请提供的航空发动机燃油热管理系统，包括低压泵、燃油滤、高压泵、燃油分配器、飞机机电系统用燃滑油散热器及发动机滑油系统用燃滑油散热器；

其中，所述低压泵前端连接飞机来油管路，低压泵后端连接所述飞机机电系统用燃滑油散热器的燃油进口；

所述飞机机电系统用燃滑油散热器的燃油出口通过第一单向阀连接所述燃油滤，燃油滤后端连接高压泵，高压泵后端连接发动机滑油系统用燃滑油散热器)的燃油进口，发动机滑油系统用燃滑油散热器的燃油出口连接燃油分配器，所述燃油分配器用于分配设定量的燃油给燃烧室；

所述飞机机电系统用燃滑油散热器具有用于连接飞机机电系统滑油管路的第一滑油管路，所述发动机滑油系统用燃滑油散热器具有用于连接发动机滑油系统滑油管路的第二滑油管路，所述发动机滑油系统用燃滑油散热器还具有副燃油流路，所述飞机机电系统用燃滑油散热器的燃油出口在第一单向阀前通过进油管路连接在所述副燃油流路的进口端，所述副燃油流路的出口端通过回油管路连接在第一单向阀与燃油滤之间，所述进油管路上设置有第二单向阀，所述回油管路上设置有第三单向阀。

优选的是，所述飞机机电系统用燃滑油散热器的第一滑油管路前端串联有飞机机电系统用空气滑油散热器。

优选的是，所述飞机机电系统用空气滑油散热器的进出口之间并联有直通管路，所述直通管路上设置有第四单向阀。

优选的是，所述飞机机电系统用空气滑油散热器使用的散热用空气包括外涵空气、风扇前空气或增压级空气。

优选的是，所述发动机滑油系统用燃滑油散热器的第二滑油管路前端串联有发动机滑油系统用空气滑油散热器。

优选的是，所述发动机滑油系统用燃滑油散热器的第二滑油管路并联有发动机滑油系统用空气滑油散热器，通过流量分配装置为所述发动机滑油系统用燃滑油散热器与所述发动机滑油系统用空气滑油散热器分配滑油流量。

本申请将飞机机电系统用燃滑油散热器置于整个架构前端，当发动机燃油进口温度升高时，仍然能够保证飞机机电系统滑油散热以及温度要求。本申请通过增加控制阀门，控制燃油流路，采用三进三出散热器，保证当燃油进口温度较低时燃油滤不结冰，在满足燃油附件介质的耐温能力要求的同时将燃油热沉充分利用，具有控制系统简单可靠等优点。

附图说明

图1为现有的发动机燃油热管理系统示意图。

图2为本申请航空发动机燃油热管理系统的一优选实施例的结构示意图。

图3为本申请发动机滑油系统用燃滑油散热器的第二滑油管路示意图。

图4为本申请发动机滑油系统用燃滑油散热器的主燃油流路示意图。

图5为本申请发动机滑油系统用燃滑油散热器的副燃油流路示意图。

其中，1-低压泵，2-燃油滤，3-高压泵，4-控制系统调节器，5-燃油分配器，6-飞机机电系统用空气滑油散热器，7-飞机机电系统用燃滑油散热器，8-发动机滑油系统用空气滑油散热器，9-发动机滑油系统用燃滑油散热器，10-第四单向阀，11-第一单向阀，12-第二单向阀，13-第三单向阀。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请要解决的技术问题如下：

1、解决发动机进口燃油温度升高的条件下满足发动机滑油系统高温滑油的散热要求；

2、解决不得不将发动机滑油系统用燃滑油散热器放置在架构前端的问题；

3、解决发动机进口燃油温度升高的条件下飞机机电系统滑油温度不满足要求的问题；

4、解决燃油热沉利用不充分的问题。

为此，本申请提供了一种航空发动机燃油热管理系统，如图2所示，主要包括低压泵1、燃油滤2、高压泵3、燃油分配器5、飞机机电系统用燃滑油散热器7及发动机滑油系统用燃滑油散热器9；

其中，所述低压泵1前端连接飞机来油管路，低压泵1后端连接所述飞机机电系统用燃滑油散热器7的燃油进口；

所述飞机机电系统用燃滑油散热器7的燃油出口通过第一单向阀11连接所述燃油滤2，燃油滤2后端连接高压泵3，高压泵3后端连接发动机滑油系统用燃滑油散热器9的燃油进口，发动机滑油系统用燃滑油散热器9的燃油出口连接燃油分配器4，所述燃油分配器4用于分配设定量的燃油给燃烧室；

所述飞机机电系统用燃滑油散热器7具有用于连接飞机机电系统滑油管路的第一滑油管路，所述发动机滑油系统用燃滑油散热器9具有用于连接发动机滑油系统滑油管路的第二滑油管路，所述发动机滑油系统用燃滑油散热器9还具有副燃油流路，所述飞机机电系统用燃滑油散热器7的燃油出口在第一单向阀11前通过进油管路连接在所述副燃油流路的进口端，所述副燃油流路的出口端通过回油管路连接在第一单向阀11与燃油滤2之间，所述进油管路上设置有第二单向阀12，所述回油管路上设置有第三单向阀13。

本申请的发动机滑油系统用燃滑油散热器9为三进三出散热器，其中一路为发动机滑油，另外两路为发动机燃油，两路燃油互不相关，图3～图5给出了这三路流路的具体布置方式。

本申请提供的航空发动机燃油热管理系统具有两个工作模式。

模式1：飞机开启全部机电系统，机电系统散热量最大时，可以满足在低温来油条件下燃油滤不结冰条件。此时控制系统将第二单向阀12及第三单向阀13关闭，第一单向阀11开启，飞机机电系统滑油流经飞机机电系统用燃滑油散热器7，来保证飞机机电系统滑油的充分散热的同时可以保证高压泵的介质温度在许用温度之内；飞机来油经低压泵1增压后，燃油通过飞机机电系统用燃滑油散热器7流经第一单向阀11、再流经燃油滤2，之后流入高压泵3，经过高压泵3的燃油压力大幅增加，然后经过发动机滑油系统用燃滑油散热器9，此时燃油被滑油加热，由燃油分配器5流入燃烧室进行燃烧，部分燃油由控制系统调节器4控制伺服机构作动，在系统内循环。

模式2：飞机只开启部分机电系统，机电系统散热量较小，在低温来油条件下燃油滤会发生结冰。此时控制系统将第二单向阀12及第三单向阀13打开，关闭第一单向阀11。飞机来油经低压泵1增压后，燃油通过飞机机电系统用燃滑油散热器7给飞机机电系统滑油散热后，温度有一定升高，但此时还不足以使燃油滤不结冰，燃油通过第二单向阀12流经发动机滑油系统用燃滑油散热器9，经过发动机滑油为燃油进一步加温，燃油通过第三单向阀13流到燃油滤前，此时燃油温度已经使得燃油滤不结冰，之后流入高压泵，经过高压泵3的燃油压力大幅增加，然后再次经过发动机滑油系统用燃滑油散热器9，此时燃油再次被滑油加热，使得燃油热沉被充分利用，燃油由燃油分配器5流入燃烧室进行燃烧，部分燃油由控制系统调节器(4)控制伺服机构作动，在系统内循环。

在一些可选实施方式中，所述飞机机电系统用燃滑油散热器7的第一滑油管路前端串联有飞机机电系统用空气滑油散热器6。

在一些可选实施方式中，所述飞机机电系统用空气滑油散热器6的进出口之间并联有直通管路，所述直通管路上设置有第四单向阀10。

该实施例增加了飞机机电系统用空气滑油散热器6对滑油进一步散热，在模式1下，第四单向阀10关闭，飞机机电系统滑油先流经飞机机电系统用空气滑油散热器6，再流经飞机机电系统用燃滑油散热器7，来保证飞机机电系统滑油的充分散热的同时可以保证高压泵的介质温度在许用温度之内，反之，在模式2下，第四单向阀10开启，滑油不经过飞机机电系统用空气滑油散热器6。

在一些可选实施方式中，所述飞机机电系统用空气滑油散热器6使用的散热用空气包括外涵空气、风扇前空气或增压级空气。

在一些可选实施方式中，所述发动机滑油系统用燃滑油散热器9的第二滑油管路前端串联有发动机滑油系统用空气滑油散热器8。

在一些可选实施方式中，所述发动机滑油系统用燃滑油散热器9的第二滑油管路并联有发动机滑油系统用空气滑油散热器8，通过流量分配装置为所述发动机滑油系统用燃滑油散热器9与所述发动机滑油系统用空气滑油散热器8分配滑油流量。

本申请将飞机机电系统用燃滑油散热器置于整个架构前端，保证飞机机电系统滑油散热以及温度要求，若燃油进口温度较高或飞机机电系统某些情况下散热量较大，在其燃滑油散热器前串联空气滑油散热器并且将第四单向阀10关闭。当燃油进口温度较高，发动机滑油系统本身散热量较大的情况下，在发动机燃滑油散热器前串联/并联空气滑油散热器，图2中画出了串联的方案。当燃油进口温度较低，通过控制系统控制单向阀的开关，使得燃油流经飞机机电系统燃滑油散热器后再流经发动机燃滑油散热器再流入燃油滤，解决了燃油滤低温情况下结冰的问题，同时使得燃油的热沉充分利用，解决了系统矛盾，由于采用的均为单向阀，控制系统简单可靠。本申请采用了三进三出的燃滑油散热器，解决了在某些燃油进口温度较低的状态燃油滤结冰的问题，同时解决了当燃油进口温度较高时，燃油附件(高压泵)介质耐温能力较低发动机滑油系统散热的问题，从而保证了燃油热沉的充分利用。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种航空发动机燃油热管理系统，其特征在于，包括低压泵(1)、燃油滤(2)、高压泵(3)、燃油分配器(5)、飞机机电系统用燃滑油散热器(7)及发动机滑油系统用燃滑油散热器(9)；

其中，所述低压泵(1)前端连接飞机来油管路，低压泵(1)后端连接所述飞机机电系统用燃滑油散热器(7)的燃油进口；

所述飞机机电系统用燃滑油散热器(7)的燃油出口通过第一单向阀(11)连接所述燃油滤(2)，燃油滤(2)后端连接高压泵(3)，高压泵(3)后端连接发动机滑油系统用燃滑油散热器(9))的燃油进口，发动机滑油系统用燃滑油散热器(9)的燃油出口连接燃油分配器(4)，所述燃油分配器(4)用于分配设定量的燃油给燃烧室；

所述飞机机电系统用燃滑油散热器(7)具有用于连接飞机机电系统滑油管路的第一滑油管路，所述发动机滑油系统用燃滑油散热器(9)具有用于连接发动机滑油系统滑油管路的第二滑油管路，所述发动机滑油系统用燃滑油散热器(9)还具有副燃油流路，所述飞机机电系统用燃滑油散热器(7)的燃油出口在第一单向阀(11)前通过进油管路连接在所述副燃油流路的进口端，所述副燃油流路的出口端通过回油管路连接在第一单向阀(11)与燃油滤(2)之间，所述进油管路上设置有第二单向阀(12)，所述回油管路上设置有第三单向阀(13)。

2.如权利要求1所述的航空发动机燃油热管理系统，其特征在于，所述飞机机电系统用燃滑油散热器(7)的第一滑油管路前端串联有飞机机电系统用空气滑油散热器(6)。

3.如权利要求2所述的航空发动机燃油热管理系统，其特征在于，所述飞机机电系统用空气滑油散热器(6)的进出口之间并联有直通管路，所述直通管路上设置有第四单向阀(10)。

4.如权利要求2所述的航空发动机燃油热管理系统，其特征在于，所述飞机机电系统用空气滑油散热器(6)使用的散热用空气包括外涵空气、风扇前空气或增压级空气。

5.如权利要求1所述的航空发动机燃油热管理系统，其特征在于，所述发动机滑油系统用燃滑油散热器(9)的第二滑油管路前端串联有发动机滑油系统用空气滑油散热器(8)。

6.如权利要求1所述的航空发动机燃油热管理系统，其特征在于，所述发动机滑油系统用燃滑油散热器(9)的第二滑油管路并联有发动机滑油系统用空气滑油散热器(8)，通过流量分配装置为所述发动机滑油系统用燃滑油散热器(9)与所述发动机滑油系统用空气滑油散热器(8)分配滑油流量。

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