[发明专利]一种飞机自适应动力与热管理系统

权利要求书

1.一种飞机自适应动力与热管理系统，其特征在于，主要包括涡轮冷却器（1）、起动/发电机（2）、压气机（3）、动力涡轮（4）、空气换热器（5）、热沉换热器（6）、回热器（7）、载荷换热器（8）、风扇换热器（9）和燃烧器（10）；其中，涡轮冷却器（1）、起动/发电机（2）、压气机（3）和动力涡轮（4）安装在同一旋转轴上，组成涡轮机组；主发动机的压气机引低压气体至动力涡轮（4），压气机（3）可将压缩空气通过燃烧器（10）引入动力涡轮（4），压气机（3）还可将压缩空气引入空气换热器（5），空气换热器（5）还连外部冲压空气和主发动机风扇空气进行换热；空气换热器（5）还连接热沉换热器（6）；热沉换热器（6）对燃油进行换热，将空气引入回热器（7）和涡轮冷却器（1），涡轮冷却器（1）将冷却后的空气部分供给给飞机，部分引入载荷换热器（8）给设备散热，载荷换热器（8）将热空气通过回热器（7）引入压气机（3）进口；起动/发电机（2）通过电缆连接载荷管理中心；

涡轮机组包括四种工作模式，分别是自起动模式、主发动机起动模式、冷却模式和应急动力模式；

在自起动模式中，系统先使用飞机电池的电能通过起动/发电机（2）为涡轮机组加速，此时起动/发电机（2）为起动机，压气机（3）以开环结构形式工作，从外界吸入空气送入燃烧器（10），与注入到燃烧器（10）中的燃油混合燃烧，燃烧过的气体送往动力涡轮（4）膨胀做功带动涡轮机组运转，当涡轮机组加速到一定速度，起动/发电机（2）转入自持工作状态，然后系统可只通过燃油燃烧产生功率，气体在动力涡轮（4）中膨胀所产生的功率用于驱动涡轮机组，此时起动/发电机（2）作为发电机输出功率；

主发动机起动模式中，系统通过燃油燃烧产生电力，经由起动/发电机（2）输出电功率给载荷管理中心，载荷管理中心控制主发动机的起动/发电机启动主发动机；

主发动机起动后，系统转为冷却模式；该模式中，燃烧器（10）停止工作，涡轮机组由主发动机的压气机低压级引气驱动，主发动机引气驱动动力涡轮（4）带动涡轮机组运转，压气机（3）进口与周围空气隔绝，以半闭环结构形式工作，压缩空气通过空气换热器（5）冷却，冷却后的空气通过热沉换热器（6）带走液冷热负载，而后经过回热器（7）和涡轮冷却器（1）膨胀得到进一步冷却，涡轮冷却器（1）出口的冷却空气一部分输送到座舱用以增压和空气调节，其余冷却空气通过载荷换热器（8）带走飞机设备热量，然后通过回热器（7）再回收一些热沉换热器（6）带来的热能变为热空气，热空气重新循环送入压气机（3）的进口；另一部分压气机（3）进口的空气来自经过设在主发动机风扇涵道处的风扇换热器（9）冷却过的主发动机压气机低压级引气；

如果主发动机压气机低压级引气发生故障，动力涡轮（4）利用主发动机燃烧室引气向涡轮机组轴提供动力；

一旦主发动机在空中发生故障，系统将转为应急动力模式；该模式下，压气机（3）转为开环模式，压气机（3）吸入周围空气，将空气压缩，然后送入燃烧器（10）与燃油混合燃烧，燃烧废气送入动力涡轮（4）进行膨胀，产生动力以驱动涡轮机组并产生电功率，此时起动/发电机（2）为发电机；

涡轮机组根据不同情况进行引气驱动与电力驱动的切换；

在低速和低空条件下，使用引气驱动涡轮机组；

在高空条件下，使用电力驱动涡轮机组。

2.根据权利要求1所述的一种飞机自适应动力与热管理系统，其特征在于，在非峰值功率时，起动/发电机（2）作为起动机将再生电功率转化为机械功率驱动涡轮机组的转轴；在峰值功率时，起动/发电机（2）作为发电机向载荷管理中心供应储备能。