CN1556009A - 燃氢高速飞机的液氢燃料携带和换热系统 - Google Patents

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Abstract

燃氢高速飞机的液氢燃料携带和换热系统主要包括：主液氢储箱，机翼液氢储箱组，机身液氢储箱组，截止阀，液氢总管，第一蒸发器，第二蒸发器，发动机燃烧室，液压油换热器，润滑油换热器，液压系统，风扇，润滑系统。采用多单元液氢储能方案，依着飞机的机身和机翼的外部形状制作多个液氢储箱组，相互之间通过截止阀连接。系统中液氢燃料将冷量传递给润滑系统和液压系统，被润滑系统和液压系统冷却的空气可冷却机翼前缘翼面；本发明系统充分利用空间，不增加飞机的体积，也不会对飞机的整体安全和飞行状态产生明显影响，大幅度减轻飞机的起飞重量，提高飞机的推质比，而且可以消除发动机燃烧造成的大气污染，并减缓能源短缺的压力。

Description

燃氢高速飞机的液氢燃料携带和换热系统
技术领域
本发明涉及一种液氢燃料携带和换热系统，特别是一种燃氢高速飞机的液氢燃料携带和换热系统，属于飞行器技术领域。
背景技术
目前飞机发动机以常规燃料为动力，来源日渐短缺，且造成大气污染。常规燃料的单位质量热值有限，携带燃料造成飞机起飞重量的大幅增加，已有技术中专利号为97235783.1的“绿色可变式航空发动机”提出以可持续发电装置的发动机提供动力，以减少环境污染，却因目前不具备大功率、无污染的可携带电源以推动航空发动机，使方案不能付诸实施。氢燃料的使用既可以免除大气污染，又可以减缓常规能源紧缺的压力，但液氢的单位体积热值低，携带体积大，储藏时温度低，不能直接燃用，目前尚无技术克服以上困难。
发明内容
为了克服已有技术的不足和缺陷，本发明提供了一种燃氢高速飞机的液氢燃料携带和换热系统，采用多单元液氢储能方案，依着飞机的机身和机翼的外部形状制作多个液氢储箱单元，它们可以分成机翼液氢储箱组和机身液氢储箱组，此外，还有一个主液氢储箱，共同组成液氢燃料携带系统。虽然液氢的比重较小，造成体积大，但是将各个储箱单元分散布置，就可以充分利用空间，不增加飞机的体积。各个储箱单元相互间都通过截止阀连接，与主液氢储箱连成一体。同时，每个储箱单元和主液氢储箱都通过各自的截止阀与液氢燃料总管相连。这样，可以方便连续地灌装液氢，又可以为飞机连续地供应燃料，同时各个储氢单元随时可以因为单元内压力骤然下降而自然关闭与总管的连接，一旦飞机的某部分发生意外或破损，即使引起储箱单元泄漏和着火，也不会对飞机的整体安全和飞行状态产生明显影响。
液氢燃料在进入发动机燃烧室之前，先经过换热，将其携带的冷量传递给润滑系统和液压系统。接着，润滑系统和液压系统内的油先流入换热器，冷却空气，然后再进入润滑系统和液压系统。被冷却的空气在进入机翼内腔后，可以冷却因气动摩擦而生热的机翼前缘翼面。在蒸发器中，液氢首先蒸发成氢气，并被加热到合适的温度，最后进入燃烧室。
本发明的有益效果是可以大幅度减轻飞机的起飞重量，提高飞机的推质比，而且可以消除发动机燃烧造成的大气污染，不再使用常规燃料而减缓能源短缺的压力；氢的沸腾温度为20.38K，在任何高度的空中都不会冻结；液氢燃料携带的冷量可以冷却高速飞行时因气动摩擦引起发热的机翼前缘翼面，同时可以冷却发动机的润滑油和液压油，使飞机安全高速飞行。本发明具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明系统的结构原理示意图
图中1是主液氢储箱，2是机翼液氢储箱组，3是机身液氢储箱组，4、5、6是截止阀，7是液氢总管，8是第一蒸发器，9是第二蒸发器，10是发动机燃烧室，11是液压油换热器，12是润滑油换热器，13是液压系统，14、15是风扇，16是润滑系统。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步的描述。
如图1所示，本发明主要包括：主液氢储箱1，机翼液氢储箱组2，机身液氢储箱组3，截止阀4、5、6，液氢总管7，第一蒸发器8，第二蒸发器9，发动机燃烧室10，液压油换热器11，润滑油换热器12，液压系统13，风扇14、15，润滑系统16。
主液氢储箱1安置在飞机燃料舱内，机翼液氢储箱组2和机身液氢储箱组3分别是依机翼外形和机身外形制成的一组箱体，安置在机翼和机身内。机翼液氢储箱组2和机身液氢储箱组3，均由多个通过截止阀连接的液氢储箱单元组成。机翼液氢储箱组2和机身液氢储箱组3分别通过截止阀6与主液氢储箱1相连通，在主液氢储箱1进口相处安装截止阀4，主液氢储箱1、机翼液氢储箱组2和机身液氢储箱组3分别通过截止阀5与液氢总管7进口相连。液氢总管7的出口与第一蒸发器8的壳程进口相连，第一蒸发器8的壳程出口与第二蒸发器9的壳程进口相连，第二蒸发器9的壳程出口与发动机燃烧室10的进口相连；第一蒸发器8的管程出口与液压油换热器11的管程进口相连，液压油换热器11的管程出口与液压系统13的进口相连，液压系统13的出口与第一蒸发器8的管程进口相连；第二蒸发器9的管程出口与润滑油换热器12的管程进口相连，润滑油换热器12的管程出口与润滑油系统16的进口相连，润滑油系统16的出口与第二蒸发器9的管程进口相连；液压油换热器11和润滑油换热器12的壳程进口均与大气相通，壳程出口分别连接风扇14、15。在第一蒸发器8和第二蒸发器9中，液氢将携带的冷量传递给润滑油和液压油，液氢上升到合适的温度进入发动机燃烧室10内燃烧。液压油在第一蒸发器8中吸收冷量后，进入液压油换热器11的管程，冷却空气后再进入液压系统13工作，最后再进入第一蒸发器8的管程进口，再吸收冷量。润滑油在第二蒸发器7中吸收冷量后，流入润滑油换热器12的管程，冷却空气后再进入润滑系统16工作，最后再进入第二蒸发器7的管程进口，再吸收冷量。由大气吸入的空气在液压油换热器11和润滑油换热器12中被冷却后，被风扇14、15吹向机翼前缘翼面内腔，冷却因气动摩擦而生热的机翼前缘翼面。

Claims (1)

1、一种燃氢高速飞机的液氢燃料携带和换热系统，主要包括：发动机燃烧室(10)，液压系统(13)，润滑系统(16)，其特征在于还包括：主液氢储箱(1)，机翼液氢储箱组(2)，机身液氢储箱组(3)，截止阀(4)、(5)、(6)，液氢总管(7)，第一蒸发器(8)，第二蒸发器(9)，液压油换热器(11)，润滑油换热器(12)，风扇(14)、(15)，主液氢储箱(1)安置在飞机燃料舱内，机翼液氢储箱组(2)和机身液氢储箱组(3)分别是依机翼外形和机身外形制成的一组箱体，安置在机翼和机身内，机翼液氢储箱组(2)和机身液氢储箱组(3)中的每个箱体之间通过截止阀连通；机翼液氢储箱组(2)和机身液氢储箱组(3)分别通过截止阀(6)与主液氢储箱(1)相连，在主液氢储箱(1)进口处安装截止阀(4)，主液氢储箱(1)、机翼液氢储箱组(2)和机身液氢储箱组(3)通过截止阀(5)与液氢总管(7)相连，液氢总管(7)的出口与第一蒸发器(8)的壳程进口相连，第一蒸发器(8)的壳程出口与第二蒸发器(9)的壳程进口相连，第二蒸发器(9)的壳程出口与发动机燃烧室(10)的进口相连；第一蒸发器(8)的管程出口与液压油换热器(11)的管程进口相连，液压油换热器(11)的管程出口与液压系统(13)的进口相连，液压系统(13)的出口与第一蒸发器(8)的管程进口相连；第二蒸发器(9)的管程出口与润滑油换热器(12)的管程进口相连，润滑油换热器(12)的管程出口与润滑油系统(16)的进口相连，润滑油系统(16)的出口与第二蒸发器(9)的管程进口相连；液压油换热器(11)和润滑油换热器(12)的壳程进口均与大气相通，壳程出口分别连接风扇(14)、(15)。
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