[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

权利要求书

1.一种基于可调风扇和亚燃冲压发动机的组合动力装置，其特征在于，包括上流道中的上进气流道(1)，以及在其后部依次设置的控制阀门(2)、亚燃冲压发动机(3)、上排气流道(4)；

还包括下流道中的下进气流道(5)，以及在其后部依次设置的可调风扇(6)、可调节分流板(7)，以及设置在所述可调节分流板(7)后部的下排气流道(8)和空气管路(9)，高压空气经过所述可调节分流板(7)后流入所述下排气流道(8)或者经过所述空气管路(9)流入所述亚燃冲压发动机(3)；

还包括沿所述可调风扇(6)的旋转轴方向设置的高速起动/发电机(10)，所述可调风扇(6)的旋转轴通过传动轴与所述高速起动/发电机(10)的输出轴传动配合，所述高速起动/发电机(10)与安装在飞行器机体内的燃料电池(11)和/或飞行器电子设备(12)进行电气连接，为燃料电池(11)充电和/或给飞行器电子设备(12)提供电能；

由所述燃料电池(11)、所述高速起动/发电机(10)和所述可调风扇(6)组成的增压系统与所述亚燃冲压发动机(3)设置在不同轴线上；通过调节所述可调节分流板(7)的位置，调节进入所述下排气流道(8)和所述空气管路(9)的空气流量分配；通过调节所述控制阀门(2)的开度，控制通过所述上进气流道(1)进入所述亚燃冲压发动机(3)的进气流量。

2.如权利要求1所述的一种基于可调风扇和亚燃冲压发动机的组合动力装置，其特征在于，在低马赫数下，所述可调节分流板(7)完全接通所述空气管路(9)，燃料电池(11)、所述高速起动/发电机(10)和所述可调风扇(6)共同工作，给所述亚燃冲压发动机(3)提供高压气体，以起动所述亚燃冲压发动机(3)；在高马赫数下，所述可调节分流板(7)完全接通所述下排气流道(8)，所述亚燃冲压发动机(3)独立工作，同时所述可调风扇(6)利用风车状态时产生的轴功驱动所述高速起动/发电机(10)给燃料电池(11)充电，和/或给飞行器电子设备(12)提供电能。

3.如权利要求1所述的一种基于可调风扇和亚燃冲压发动机的组合动力装置，其特征在于，所述亚燃冲压发动机(3)的进气道采用内压式超声进气道，燃烧室采用亚燃燃烧室，尾喷管采用拉瓦尔喷管。

4.如权利要求1-3任一所述的一种基于可调风扇和亚燃冲压发动机的组合动力装置，其特征在于，所述可调风扇(6)采用可调静叶角度的高增压比风扇，以适应不同的飞行工况。

5.如权利要求1-3任一所述的一种基于可调风扇和亚燃冲压发动机的组合动力装置，其特征在于，所述燃料电池为高功率密度燃料电池，以减小组合动力装置的重量和体积。

6.应用权利要求1-5任一所述的组合动力装置的组合动力实现方法，其特征在于，

(1)、当飞行器起飞时，完全关闭控制阀门(2)，可调节分流板(7)完全接通空气管路(9)，关闭下排气流道(8)，气流通过下进气流道(5)进入可调风扇(6)，燃料电池给高速起动/发电机(10)供电，驱动高增压比可调风扇(6)工作，风扇旋转给气流加功以产生高压气体，压缩后的高压气体通过可调节分流板(7)和空气管路(9)完全流入亚燃冲压发动机(3)进气道，此时亚燃冲压发动机(3)喷油点火，以起动亚燃冲压发动机(3)，使其在亚声速状态下开始工作，其尾气通过上排气流道(4)排出；

(2)、随着飞行马赫数的增加，下进气流道(5)的冲压比升高，流入亚燃冲压发动机(3)燃烧室的气体总压升高，组合动力装置处于加速状态；当飞行马赫数达到转换马赫数时，此时处于过渡状态，在打开控制阀门(2)的同时缓慢调节可调节分流板(7)，使通过空气管路(9)的空气流量逐渐减小，通过下排气流道(8)的空气流量逐渐增加，以保证流入亚燃冲压发动机(3)进气道中的空气流量保持稳定；

(3)、在高飞行马赫数工况下，完全打开控制阀门(2)，完全关闭可调节分流板(7)和空气管路(9)的通道，亚燃冲压发动机独立工作；此时可调节分流板(7)和下排气流道(8)的通道完全打开，高速起动/发电机(10)拖动可调风扇(6)由电机起动状态转变为发电机发电状态，从而实现了工作模态的转换；可调风扇(6)处于风车状态，输出轴功，拖动高速起动/发电机(10)发电，给燃料电池(11)充电和/或给飞行器电子设备(12)提供电能。