[发明专利]一种微型涡喷发动机强制冷却温差发电系统

说明书

本发明涉及一种微型涡喷发动机强制冷却温差发电系统，利用高温燃气加热的喷管作为热端，利用来流空气和引流空气强制冷却散热片作为冷端，从而形成较大温差用于发电，可以通过调节引流空气的流量调整输出功率，满足飞行器在不同飞行状态下的使用需求，当飞行器正常巡航工作时，可以关闭流量调节阀，当飞行器需要做机动或执行特定任务时，通过控制流量调节阀提高引流空气流量，从而提高发电功率，发电功率最高可以提升25％，达到1kW以上，满足飞行器执行不同任务时的使用需求；另外，温差发电装置可直接安装在喷管外围，不用改变原涡喷发动机结构，不影响发动机进气和转子转动；并且温差发电装置不包含转子部件，提高了空间利用率，易于安装维护。

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，特别涉及一种微型涡喷发动机强制冷却温差发电系统。

背景技术

微型涡喷发动机是航空发动机的一个重要分支，具有体积小、结构简单等特点，被广泛应用于航模、民用无人机等民用产品以及巡航导弹、靶机和无人侦察机等军用产品。采用微型涡喷发动机的飞行器通常飞行时间较长，对电能的需求较高，而传统的电池重量大，容量有限，因此微型涡喷发动机通常配有发电系统，为飞行任务全程提供电源。由于微型涡喷发动机推力有限，导致飞行器的可用空间和载荷小。而传统的发电机利用发动机转子带动发电，会降低发动机推进效率，同时传统发电机通常安装在发动机头部，会影响发动机进气，并占用一部分轴向尺寸，限制了其在飞行器上的使用。

温差发电主要原理是利用热电材料的塞贝克效应，一对P型和N型半导体一端以金属导流片连接构成热电对，在两端存在温差的情况下，半导体两端会形成电动势，完成热能向电能的转变。微型涡喷发动机工作过程中会吸入大量的空气，空气通过增压、燃烧、膨胀过程产生推力。发动机中燃烧后的高温燃气对喷管加热，喷管温度最高可以达到1100K左右，可以为温差发电装置热端加热；发动机中燃烧前的空气温度低，可以引出部分空气为温差发电装置的冷端散热提供冷却气流。因此温差发电装置可以安装在发动机喷管外围，充分利用燃气余热、环境空气、引流空气以及发动机后部空间发电，提高能量和空间的利用率。

与传统的电池相比，温差发电系统的质量和占用的空间小，可以为飞行任务全程提供电源，不受电池容量限制。与传统的发电机相比，温差发电系统节省空间，不影响发动机进气和转子转动，易于安装维护。

发明内容

本发明解决的技术问题是：目前小型飞行器上使用的传统电池重量大，容量有限；传统微型涡喷发动机的发电机会影响发动机进气，并占用一部分轴向尺寸。为解决现有小型飞行器供电系统在空间和能量利用率上的不足，本发明提出一种微型涡喷发动机强制冷却温差发电系统。

本发明的技术方案是：一种微型涡喷发动机强制冷却温差发电系统，包括温差发电装置、引气管和流量调节阀；

所述温差发电装置位于涡喷发动机喷管外壁上，其中热端由发动机内高温燃气对喷管和热端绝缘导热片加热，冷端由环境来流空气和从发动机中的引流空气对散热片和冷端绝缘导热片降温；

所述引气管为若干个位于涡喷发动机上，沿涡喷发动机轴线周向均布，且引气管轴线与涡喷发动机喷管轴线相互平行；引气管出口朝向温差发电装置的散热片；

所述流量调节阀安装在引气管上，当流量调节阀关闭时，没有引流空气，温差发动机装置的冷端仅由环境来流空气冷却发电；当流量调节阀打开时，环境来流空气和引流空气共同对温差发动机装置的冷端强制冷却。

本发明进一步的技术方案是：所述温差发电装置包括热端绝缘导热片、温差发电片、冷端绝缘导热片、散热片和输出电极；且涡喷发动机喷管外壁起，自热端绝缘导热片、温差发电片、冷端绝缘导热片和散热片依次周向布置，所述散热片为若干肋片，肋片方向与空气来流方向一致。

本发明进一步的技术方案是：所述热端绝缘导热片采用耐高温绝缘材料，如陶瓷等制成，最高工作温度不低于1100K。