一种液氢飞机联合循环动力系统及起动方法
本发明属于循环动力技术领域，特别涉及一种液氢飞机联合循环动力系统及起动方法；所述液氢罐内包含x％体积的液态氢和y％体积的气态氢，其中x％+y％＝1，且x％＞4y％；所述液氢罐的气体输出端连接氢气缓存罐的输入端，所述液氢罐与所述氢气缓存罐之间设置有截止阀；所述液氢罐的液体输出端依次连接有液氢增压泵、稳压阀和氢气调节阀；所述电动机4依次连接压气机、燃烧室、燃气涡轮和尾喷管；先通过气态氢输送将燃烧室点燃，再通过切换至液态氢作为燃烧室燃料，逐步提高氢燃料的流量，使得液氢飞机动力系统能够快速正常启动。
发明专利
CN202410624735.5
2024-05-19
CN118361321A
2024-07-18
F02C6/20(2006.01)
中国航发湖南动力机械研究所
肖为;李维;曹俊;陈志雄;彭富霞;张坤
412002 湖南省株洲市董家塅高科园中国航发动研所
北京知联天下知识产权代理事务所(普通合伙)
储著忠
湖南;43
1.一种液氢飞机联合循环动力系统，其特征在于，包括液氢罐(1)、截止阀(2)、氢气缓存罐(3)、电动机(4)、压气机(5)、燃烧室(6)、燃气涡轮(7)和尾喷管(8)； 所述液氢罐(1)内包含x％体积的液态氢和y％体积的气态氢，其中x％+y％＝1，且x％＞4y％；所述液氢罐(1)的气体输出端连接氢气缓存罐(3)的输入端，所述液氢罐(1)与所述氢气缓存罐(3)之间设置有截止阀(2)；所述液氢罐(1)的液体输出端依次连接有液氢增压泵(9)、稳压阀(10)和氢气调节阀(11)；所述电动机(4)依次连接压气机(5)、燃烧室(6)、燃气涡轮(7)和尾喷管(8)； 所述氢气调节阀(11)的输出端与氢气缓存罐(3)连接；所述氢气缓存罐(3)的输出管与所述燃烧室(6)连接；所述液氢罐(1)的气体输出端先于液体输出端打开且不同时处于开启状态。 2.根据权利要求1所述的一种液氢飞机联合循环动力系统，其特征在于，所述液氢增压泵(9)和所述稳压阀(10)之间连接有液氢换热器(12)；所述液氢换热器(12)的液体输出端与冷却工质泵(13)的输入端连接，所述冷却工质泵(13)的输出端与蒸发器(14)连接；所述蒸发器(14)与尾喷管(8)连接；所述蒸发器(14)的输出端与所述液氢换热器(12)的气体输入端之间连接有膨胀机(15)；所述膨胀机(15)与发电机(16)连接；所述发电机(16)驱动电动机(4)做功。 3.根据权利要求2所述的一种液氢飞机联合循环动力系统，其特征在于，所述发电机(16)依次连接逆变器(17)和蓄电池(18)；所述蓄电池(18)连接所述电动机(4)。 4.根据权利要求3所述的一种液氢飞机联合循环动力系统，其特征在于，所述冷却工质泵(13)内的中间冷却工质为惰性气体。 5.根据权利要求4所述的一种液氢飞机联合循环动力系统，其特征在于，所述氢气缓存罐(3)与所述燃烧室(6)之间依次设置有止回阀(19)和一号停车阀(20)。 6.根据权利要求5所述的一种液氢飞机联合循环动力系统，其特征在于，所述稳压阀(10)与所述氢气调节阀(11)之间依次设置有安全阀(21)、二号停车阀(22)和一体化传感器(23)。 7.根据权利要求6所述的一种液氢飞机联合循环动力系统，其特征在于，所述氢气调节阀(11)与所述氢气缓存罐(3)之间设置有压力传感器(24)，所述燃气涡轮(7)出口处设置有温度传感器。 8.一种液氢飞机联合循环动力起动方法，其特征在于，该方法适用于权利要求1-7中任一所述的一种液氢飞机联合循环动力系统；该方法包括以下步骤： 先启动电动机(4)，电动机(4)将压气机(5)带转到一定的起转速度，并且启动燃烧室(6)内的点火装置； 然后打开截止阀(2)和一号停车阀(20)，液氢罐(1)内的气态氢流入氢气缓存罐(3)内，之后进入燃烧室(6)内与经压气机(5)压缩的空气混合燃烧； 当燃气涡轮(7)的转速达到设定值z时，且燃气涡轮(7)附近的温度传感器监测到点火成功后，关闭截止阀(2)； 再启动液氢罐(1)中的液态氢进行传输，将液态氢汽化之后进入燃烧室(6)内充当燃料；逐步提高氢燃料的流量； 随着液氢功率流量的升高，燃气涡轮(7)的转速提高，当燃气涡轮(7)转速提高至地面慢车转速时，动力系统进入自维持阶段，起动过程完成。 9.根据权利要求8所述的一种液氢飞机联合循环动力起动方法，其特征在于，液氢罐(1)中的液态氢依次经过液氢增压泵(9)、液氢换热器(12)和氢气调节阀(11)进入到氢气缓存罐(3)内，再从氢气缓存罐(3)内依次流经止回阀(19)和一号停车阀(20)后，进入燃烧室(6)内燃烧；液态氢在液氢换热器(12)内与经膨胀机(15)膨胀降温后的中间冷却工质换热。 10.根据权利要求9所述的一种液氢飞机联合循环动力起动方法，其特征在于，中间冷却工质依次循环流经液氢换热器(12)、冷却工质泵(13)、蒸发器(14)和膨胀机(15)；中间冷却工质在液氢换热器(12)中与液氢换热，中间冷却工质在蒸发器(14)中与尾喷管(8)中的高温燃气进行换热；膨胀机(15)带动发电机(16)工作。