[发明专利]一种利用氮气增压油箱的飞机富余电力综合系统和方法

说明书

本发明涉及一种利用氮气增压油箱的飞机富电能综合利用系统，包括：利用富余电力的膜分离系统、增压油箱储能系统和能量释放系统。利用富余电力的膜分离系统能够充分利用飞机电网中富余的电能，驱动机载膜分离系统将从飞机外部引入的空气转换成高压的氧气和氮气。增压油箱储能系统能够充分利用燃油油箱中巨大空间，将所得到的高压氮气储存在燃油油箱中。能量释放系统能够动态的释放存储在燃油油箱中的高压氮气，用于制冷和发电，满足飞机的制冷和短时大功率用电需求。本发明充分利用了飞机富余电能，实现了电能向气压能再到冷能和电能的横向转换、调度和储存，保证了飞机高效安全的工作。在航空领域有广泛的应用。

技术领域

本发明属于航空航天领域，涉及一种利用氮气增压油箱的飞机富余电力综合利用系统和方法。

技术背景

随着现代飞机向多电和全电不断的发展，机载设备的功率需求越来越大，机载发电机的发电量也不断上升。当前机载发电机的额定发电功率都是以满足常规工况下的最大功率需求而设计，然而由于机载设备的电力需求不是一直处于最大需求状态，而是会随着飞行阶段的变化而变化，导致了发电机在不同的飞行阶段有富余的发电能力，即发电机会处于欠载状态。而在某些极端情况，如激光武器、雷达等大功率设备同时工作时，发电机会出现短时电能不足的情形，此时发电机会出现短时过载。不管是欠载还是过载，都会对发电机的工作产生不利的影响。当前飞机利用富余电力的主要方式是将富余的电能储存在蓄电池和超级电容储存电能中。由于蓄电池和超级电容的容量有限，导致机载富余发电能力很难被大规模的利用和储存。因此，一种充分合理的利用飞机电网的富余发电能力且能在电网电能不足时弥补所需电能的动态调度方法，对飞机的电能利用和发电机的良好运行具有重要的意义，因而就成为迫切需要解决的问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种利用氮气增压油箱的飞机富余电力综合利用系统，其特征在于包括：

电动机、变频器、检测元件、控制器、机载膜分离系统、油箱气压传感器和燃油油箱、涡轮电子设备气冷系统、发电机、超级电容，

其中：

检测元件用于检测飞机的飞机电网的当前状态，当飞机电网中有富余的电力时，

电动机用于在控制器的控制下将电网中的部分或全部的富余电力转换成机械能，完成了飞机富余电力的提取，

机载膜分离系统中的压缩机被所述机械能驱动做功，将从飞机外部引入的空气压缩成高压气体，该高压气体随后被机载膜分离系统分离成高压氧气和高压氮气，

所述的高压氧气输送给飞机座舱供气，调节座舱内部的压力和供氧，充分利用燃油油箱用于在其中的空间中存储所述高压氮气，

所述油箱气压传感器用于检测燃油油箱中的气压；

涡轮用于被来自燃油油箱的高压氮气推动，高压氮气推动涡轮做功后变成低温低压氮气，所述低温低压氮气用于冷却飞机上的电子设备气冷系统，

发电机在涡轮的驱动下产生电力，供给给超级电容和/或飞机电网。

根据本发明的另一个方面，提供了基于上述利用氮气增压油箱的飞机富余电力综合利用系统的飞机富余电力综合利用方法。

附图说明

图1是利用氮气增压油箱的飞机富余电力的综合利用系统的总体示意图。

图2为机载膜分离系统示意图。

图3为利用富余电力的膜分离系统工作示意图。

图4为能量转换示意图。

图5为增压油箱储能系统工作示意图。

图6为能量释放系统工作示意图。

图7为系统的工作流程图。