[发明专利]一种基于可调风扇和亚燃冲压发动机的组合动力装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于可调风扇和亚燃冲压发动机的组合动力装置及方法，属于超高速和高超声速飞行器的动力装置的技术领域，它包括上流道中的上进气流道，以及在其后部依次设置的控制阀门、亚燃冲压发动机、上排气流道；还包括下流道中的下进气流道，以及在其后部依次设置的可调风扇、可调节分流板，以及设置在所述可调节分流板后部的下排气流道和空气管路；还包括沿所述可调风扇的旋转轴方向设置的高速起动/发电机。本发明解决了TBCC中涡轮发动机的死重问题以及亚燃冲压发动机在低飞行马赫数下的起动问题，同时提高了组合动力系统的效率。

技术领域

本发明属于超高速和高超声速飞行器的动力装置的技术领域，更具体地，涉及一种基于可调风扇和亚燃冲压发动机的组合动力装置及方法。

背景技术

高超声速飞行器是未来武器系统发展的重点和热点，其飞行范围十分宽广，高度从0～30km或更高，飞行马赫数从亚声速、跨声速、超声速一直扩展到高超声速。然而目前任意一种吸气式发动机均有其限定的飞行包线和不同的比冲，使得任何一种吸气式发动机均无法满足高超声速飞行器的动力需求。而以冲压发动机为主的组合循环发动机，如TBCC(涡轮发动机和冲压发动机的组合发动机)是一种比较理想且非常具有工程应用前景的高超声速飞行器的动力装置，并且在不同的飞行马赫数范围内均具有较好的经济性。但TBCC在冲压发动机正常起动之后，涡轮发动机将成为飞行器的死重，从性能方面来讲，降低了飞行器的比冲和推重比，增加了耗油率；从费效比方面来讲，由于涡轮发动机的结构复杂，对材料、设计和工艺的要求较高，造成涡轮发动机的成本昂贵，因此对高超声速飞行器来讲，涡轮发动机的高昂价格和较低的利用率，造成了资源的极大浪费。

因此亟需研发一种组合动力装置，解决TBCC中涡轮发动机的死重问题以及亚燃冲压发动机在低飞行马赫数下的起动问题，以提高组合动力系统的效率。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于可调风扇和亚燃冲压发动机的组合动力装置及方法，其目的在于，在低马赫数下，组合动力装置中的燃料电池、起动/发电机和可调风扇共同工作，给亚燃冲压发动机提供高压气体，以解决亚燃冲压发动机在低马赫数下起动问题；在高马赫数下，组合动力装置中的亚燃冲压发动机独立工作，同时可调风扇利用风车状态时产生的轴功驱动高速起动/发电机给燃料电池充电，和/或给飞行器电子设备提供电能，由此解决了TBCC中涡轮发动机的死重问题，并提高了组合动力装置的效率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于可调风扇和亚燃冲压发动机的组合动力装置，它包括上流道中的上进气流道，以及在其后部依次设置的控制阀门、亚燃冲压发动机、上排气流道；

还包括下流道中的下进气流道，以及在其后部依次设置的可调风扇、可调节分流板，以及设置在所述可调节分流板后部的下排气流道和空气管路，高压空气经过所述可调节分流板后流入所述下排气流道或者经过所述空气管路流入所述亚燃冲压发动机；

还包括沿所述可调风扇的旋转轴方向设置的高速起动/发电机，所述可调风扇的旋转轴通过传动轴与所述高速起动/发电机的输出轴传动配合，所述高速起动/发电机与安装在飞行器机体内的燃料电池和/或飞行器电子设备电气连接，为燃料电池充电和/或给飞行器电子设备提供电能；

由所述燃料电池、所述高速起动/发电机和所述可调风扇组成的增压系统与所述亚燃冲压发动机不在同一轴线上，并且具有不同的进、排气流道，即采用双入口双流道布局结构，上流道为亚燃冲压发动机工作流道，下流道为可调风扇工作流道；不同的工作条件下，通过改变所述可调节分流板的位置调节进入所述下排气流道和所述空气管路的空气流量分配；通过调节所述控制阀门的开度，以控制通过所述上进气流道进入所述亚燃冲压发动机的进气流量。