[发明专利]一种模块化组合式电动燃油供应与控制系统

说明书

技术领域

 本发明涉及一种用于动力装置的模块化组合式电动燃油供应与控制系统。

背景技术

动力装置是航空航天中各类飞行器的推进系统，它包括燃气涡轮发动机、冲压发动机、脉冲爆震发动机，液体火箭发动机，以及各类组合发动机等。其中，全电式燃气涡轮发动机是下一代航空发动机的发展方向，组合发动机是未来临近空间飞行器和高超声速飞行器动力的必然选择。空天动力装置中，对于以液体燃油为燃料的动力装置，燃油供应与控制系统是各种动力装置与组合动力的重要附件系统，目前燃油供应与控制主要采用涡轮驱动或挤压式供油系统，随着技术的发展，电动燃油供应与控制系成为下一代航空航天动力装置及新型动力系统的关键技术。

对于航空、地面及舰船用的燃气涡轮发动机，以航空煤油、柴油等液体燃料的动力装置，其燃油供应与控制系统大多采用涡轮驱动燃油增压泵实现对燃油的增压。燃油增压泵一般采用离心泵、齿轮泵、柱塞泵，以及多种泵的组合，其动力来源一般由燃气涡轮发动机转子经减速装置引出，这种燃油增压方式下，燃油流量由动力装置的转速决定，其供给发动机燃烧室的燃油流量需要由专门的燃油流量调节装置完成，当发动机燃烧室所需流量与增压系统的流量不匹配时，通过相应控制机构采用回油方式将泵后高压燃油引入泵前。

采用燃油增压装置和燃油调节机构分别对燃油进行增压和调节方式具有如下缺点：

（1）燃油供应与控制系统效率不高；

由于燃气涡轮发动机上燃油的增压和调节分别采用燃油增压装置和调节机构对燃油进行增压和调节，为保证燃油供应满足供油计划要求，采用回油控制流量，特别在发动机巡航状态下，发动机转速较高，但燃油需求量较少，需要大量回油，致使燃油供应与控制系统能量转换效率低下。

（2）燃油供应与控制系统可靠性低；

燃气涡轮发动机上燃油增压和调节分立工作、系统串联实施的工作状态下，只要两个系统中任意一个部件发生故障，都将影响发动机正常工作，且航空发动机不同工作状态下的工作能力、工作时限相差甚远，不能很好保证常用工作状态下的高可靠性。

（3）燃油供应与控制系统中燃油温度高、且升温快；

燃气涡轮发动机上燃油增压和调节分立工作模式下，采用高压燃油回油到增压泵前的方式调节燃油，由于在燃油增压过程中消耗能量大部分由燃油吸收，大量回油致使泵前燃油温度快速升高，影响增压泵的工作工况和工作效率，降低燃油冷却作为冷却介质的性能。

（4）燃油供应与控制系统体积大。

采用机械液压调节方式工作的燃气涡轮发动机燃油供应与控制系统，受发动机控制计划复杂性制约，使得整个系统体积庞大。

另外，对于以液体燃料为推进剂的航天动力装置，其燃油供应与控制系统可采用空气涡轮驱动燃油泵，或者高压气体挤压实现对燃油增压。燃油增压泵一般采用离心泵、齿轮泵，以及多泵组合实现，对于采用空气涡轮驱动的燃料供应与控制系统，动力来源由空气涡轮经减速装置引出，带动增压泵工作实现燃料增压，燃油流量由燃气发动机转速控制和阀门调节控制，对于挤压式的燃料供应与控制系统，动力来源由高压气体减压后挤压燃料箱中燃料实现燃料增压，燃油流量由高压气体压力和阀门调节控制。

对于采用空气涡轮驱动燃油泵或高压气体挤压的燃料供应与控制系统具有如下缺点：

（1）对于采用空气涡轮驱动燃油泵的燃料供应与控制系统控制复杂且供油精度不高；

采用空气涡轮驱动燃油泵的燃料供应与控制系统是通过空气涡轮转速控制和阀门调节控制实现燃料流量调节，而空气涡轮转动的转速要通过燃气发生器或者引入高速空气流的流量及流速控制，而实现燃气发生器或者引入高速空气流的流量和流速控制的控制计划复杂且精度不高。

（2）对于采用高压气体挤压的燃料供应与控制系统体供油时间短、体积庞大且可控性差；

采用高压气体挤压的燃料供应与控制系统，其动力来源是高压气体的储能，随着工作时间的增加，其高压气体储能持续减少，因此要实现该系统长时间工作要求高压气体储箱越大，且高压气体储箱强度要求也很高，同时随着工作时间增加，高压气体压力逐渐减下，致使需要专门的高压气体稳压装置，因此，采用高压气体挤压的燃料供应与控制系统体积庞大且可控性差。

（3）采用空气涡轮驱动燃油泵或高压气体挤压的燃料供应与控制系统可靠性不高。