[发明专利]一种应用于LNG为燃料的航空发动机的燃料供应系统

说明书

技术领域

本发明涉及飞机发动机及燃油供应技术领域，特别是涉及一种应用于LNG为燃料的航空发动机的燃料供应系统。

背景技术

随着人类社会和经济的发展，全球航空业发展势头越发迅猛。目前，全球已有大约3750个机场，2000多家航空公司，每天有近23000架航空器在空中进行飞行活动。近年来我国航空运输业总体呈上升趋势，发展状况良好，截至2013年末，全行业运输飞机在册架数为2145架，有定期航班航线2876条，按不重复距离计算的航线里程为410万公里。2013年全年累计实现收入5889.6亿元，全年完成运输总周转量671.72亿吨公里、旅客运输量35.40亿人次。但航空燃油成本仍然是影响航空运输业成本控制的主要因素，同时本世纪初欧美等国家就已开始意识到自身对石油基航空燃料的过分依赖将会给国防和经济安全留下严重隐患。

为满足未来航空发动机更经济、更环保的要求，各大航空工业大国针对控制航空发动机污染物排放、降低航空燃油成本作为重点课题进行了广泛的研究。为实现航空燃油成本的降低及减少对航空煤油的依赖，在未来30～50年内，航空燃料将以不会对飞机和发动机硬件产生影响的"即用型"航空替代燃料为主。

液化天然气(LNG)是将天然气经过干燥脱酸处理后，在低温下液化成液态的一种液态燃料，主要成分是甲烷(90％以上)、乙烷、氮气及少量C3～C5烷烃的低温液体。液态密度为0.42～0.46t/m³(3#航空煤油密度为0.78t/m³)，液态热值50MJ/kg(航空煤油约为42.5MJ/kg)。LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积重量仅为同体积水的45％左右。与航空煤油相比，LNG具有密度低、成本低、热值高(LNG中氢碳比为4，Jet A航空煤油氢碳比为1.8，LNG比Jet A航空煤油热值高16％)的特点，同时LNG燃烧后产生的污染物要比航空煤油低(CO₂低20％)。发展LNG发动机技术，使LNG成为航空煤油的替代燃料将是解决航空煤油枯竭和环境问题的有效途径，对于民用航空和国防科技都有着至关重要的作用。

为实现LNG在航空发动机上的应用，美国通用电气(GE)公司开展了以LNG为燃料的飞机燃料系统的研究，并申请了多项国际专利：WO2012/173651A1、WO2014/105328A1，这些专利主要针对航空发动机使用航空煤油/LNG双燃料系统时需要对燃料供应系统、LNG的温度控制及LNG与航空煤油之间的协调控制进行了研究。采用了在同一个航空发动机中同时使用两种燃料的燃料供应系统，这种燃油供应方式需要一个复杂的燃油控制系统，同时这些专利未涉及两种燃料在燃烧室内如何燃烧。前苏联的图波列夫航空公司曾在图-155客货两用机上将LNG作为航空发动机替代燃料，在飞机上的3台发动机中有1台发动机使用LNG作为燃料，其他2台发动机仍采用航空煤油作为燃料。但文献中未详细报道LNG发动机的燃料供应系统及发动机是如何工作的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服航空发动机应用双燃料时的燃油供应、控制系统和燃烧系统的复杂性，在多发动机的飞机上采用部分发动机使用航空煤油为燃料、剩余发动机使用LNG为燃料的飞机动力系统。通过将涡轮叶片冷却用压气机引气与LNG气化加热装置结合，在实现降低冷却用空气温度改善飞机动力系统性能的同时实现了LNG冷能的有效利用，同时可以将液态LNG气化，为以天然气为燃料的发动机提供燃料。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种应用于LNG为燃料的航空发动机的燃料供应系统，该系统包括LNG储罐、LNG低压泵、气体低压泵、气化装置、气体高压泵、流量控制器、燃油歧管、气体燃料喷嘴和燃烧室；LNG储罐下端出口处通过管道连接LNG低压泵，低压泵连接气化装置，LNG储罐上端出口通过管道连接气体低压泵，气体低压泵出口连接管道与气化装置出口连接管道汇合之后连接气体高压泵，气体高压泵连接流量控制器，流量控制器依次连接燃油歧管、气体燃料喷嘴和燃烧室。

所述的气化装置为加热器。

所述的低温LNG储罐为双层绝热结构，储罐的内壁和外壁为金属材料，两层壁之间为真空结构。

所述的管道采用双层中间抽真空的绝热管道。

本发明的有益效果：

1)本发明采用了在飞机动力系统中分别使用以航空煤油为燃料的航空发动机和以LNG为燃料的发动机，与使用双燃料掺混燃烧的发动机相比减少了复杂的燃油控制系统，降低了系统复杂性，提高了动力系统的可靠性。