[发明专利]一种飞机自适应动力与热管理系统

说明书

本发明提供的一种飞机自适应动力与热管理系统，以整机性能最佳为设计原则，综合了辅助动力装置、应急动力装置、环境控制系统和热管理系统的功能，将其集成为一个综合系统，减少了重量、体积、成本和飞机正常飞行中的重量代偿损失，并对飞机热进行综合管理，可根据不同工况调整其工作模式，自动选择最佳动力源和热沉源，提高了飞机的能量综合利用效率，兼顾了飞机的隐身性、机动性、长航时和可靠性等需求，对未来飞机的发展意义重大。

技术领域

本发明涉及飞机机载机电系统领域，特别地，涉及一种飞机自适应动力与热管理系统。

背景技术

随着现代军事技术的飞速发展，未来飞机对隐身性、机动性、可靠性、超音速巡航等方面提出了更高的要求，且将携带机载定向能武器，拥有自主空中加油等能力。因此，未来飞机对飞机整机、系统部件的设计重量和结构紧凑性有更加严格的限制。另外，由于未来飞机往多电飞机发展的趋势和各种先进技术的应用将导致飞机的热载荷大幅增多，而可用热沉却在减少，一方面未来飞机强调燃油经济性和推进系统效率，导致可被用于散热的燃油量更受限制，另一方面未来飞机运用更多的复合材料降低了机身的散热能力。由此可见，未来飞机对飞机的热管理也提出了更高的要求。

现有传统机载机电系统各自独立发展，系统部件多且质量过大，其辅助动力装置只在地面使用，一旦机载就会成为重量代偿损失，其应急动力装置仅在主发电系统失效时工作，正常飞行中闲置的应急动力装置会成为飞机的重量代偿损失，这导致飞机正常飞行中的重量代偿损失大，无法满足未来飞机长航时和机动性等需求。传统机载机电系统各子系统配置于机体不同位置，每个子系统单独配置一套控制器，相互之间信息无法共享，这导致飞机大功率设备用电和散热需求增加，无法满足未来飞机隐身性和可靠性等需求。因此，发明一种飞机自适应动力与热管理系统，以整机性能最佳为设计原则，兼顾整机的隐身性、机动性、长航时和可靠性等需求，同时具备各传统机载机电的功能，将传统相互独立的机载机电系统综合起来，并对飞机热进行综合管理，对未来飞机的发展意义重大。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和不足，本发明提供了一种飞机自适应动力与热管理系统，该系统综合了辅助动力装置、应急动力装置、环境控制系统和热管理系统的功能，将其集成为一个综合系统，从而减少重量、体积和成本，同时改善可靠性，并考虑了飞机的能效优化。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种飞机自适应动力与热管理系统，主要包括涡轮冷却器、起动/发电机、压气机、动力涡轮、空气换热器、热沉换热器、回热器、载荷换热器、风扇换热器和燃烧器；其中，涡轮冷却器、起动/发电机、压气机和动力涡轮安装在同一旋转轴上，组成涡轮机组；引主发动机压气机低压级的气体至动力涡轮，压气机将压缩空气通过燃烧器引入动力涡轮，压气机还将压缩空气引入空气换热器，空气换热器还连外部冲压空气和主发动机风扇空气进行换热；空气换热器还连接热沉换热器；热沉换热器对燃油进行换热，将空气引入回热器和涡轮冷却器，涡轮冷却器将冷却后的空气部分供给给飞机，部分引入载荷换热器给设备散热，载荷换热器将热空气通过回热器引入压气机进口；起动/发电机通过电缆连接载荷管理中心。

进一步的，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/发电机为涡轮机组加速，此时起动/发电机为起动机，压气机以开环结构形式工作，从外界吸入空气送入燃烧器，与注入到燃烧器中的燃油混合燃烧，燃烧过的气体送往动力涡轮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，气体在动力涡轮中膨胀所产生的功率用于驱动涡轮机组，此时起动/发动机作为发电机输出功率。

一旦通过自起动阶段，系统就准备就绪进入主发动机起动模式或地面维护。

进一步的，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。