[发明专利]一种热管理型组合动力装置

说明书

本发明属于航空机电综合技术领域，公开了一种热管理型组合动力装置，包括动力子系统、起发电子系统、制冷子系统和滑油子系统，压气机一端与动力子系统轴连，压气机另一端与起发电子系统和制冷子系统轴连；本装置在地面可起动发动机，在空中长时工作，具备制冷和供电能力，应急状态时，压气机吸气将空气吸入燃烧室点火燃烧，从而驱动动力子系统工作，然后再带动起发电子系统工作。本发明将传统空气循环制冷功能的冷却涡轮、具备起发电功能的起发电机与辅助动力功能的压气机、涡轮进行同轴设计，并复用压气机，实现了机电系统的多功能综合和环控/辅助应急动力的能量管理，有效减小了重量、体积和运行过程的总体燃油代偿。

技术领域

本发明属于航空机电综合技术领域，涉及一种同时具备制冷、起动/应急发电和储能功能的热管理型组合动力装置，具体涉及一种热管理型组合动力装置。

背景技术

飞机机电系统是飞机上所有执行系统、保障系统和飞机二次能源系统的总称。机电系统的先进性直接影响飞机的安全性、可靠性和整体性能。传统机电系统采用分立式的架构模式，普遍存在集成度不高、重量大、能量管理水平低和维护维修性差等诸多问题，严重制约了未来飞机发展。机电综合技术是未来机电系统发展的核心技术，通过机电系统层面的物理、功能、能量和控制综合，实现机电系统集约化和高效化。热管理型组合动力装置是机电综合技术的典型代表，实现了机电系统结构和功能的集成，大幅降低了系统部件数目和重量，同时改善了系统热/能量管理效率和燃油经济性。

在飞机机电系统中，传统组合动力装置方案如图1所示。该组合动力装置仅在地面起动发动机和空中应急时使用，正常飞行时成为飞机负担，由于其与空气循环系统独立，因此并不具备制冷功能。同时组合动力装置将应急动力模块和辅助动力模块通过齿轮箱进行了物理集成，存在功能相同的燃烧室和涡轮，部件复用度差，齿轮箱大幅增加了装置的体积重量，还需额外携带压缩空气，导致维护和保障时间长，成本高。

公开号为CN112623233A的中国发明申请公开了一种飞机自适应动力与热管理系统，该系统以涡轮、压气机和起发电机为核心组件，实现辅助、应急、环控和热管理功能的综合，并可进行自动选择最佳动力源和热沉源。但该核心组件在空中采用单级动力涡轮驱动，膨胀比低(4)，无法提供足够的做功能力，导致空中制冷能力不高；同时在空中必须使用高品质的发动机引气作为动力源驱动，会严重影响发动机的性能；除此之外，该组件不仅不具备空中发电的功能，还需使用发动机的电功率，无法储能，难以满足未来作战飞机大功率电子设备和瞬时高能武器的使用需求。

发明内容

本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种热管理型组合动力装置，该装置将冷却涡轮、起发一体电机、压气机和动力涡轮集成在同一旋转轴上，可实现辅助动力、飞行环控和供电以及应急动力功能，复用部件、节省冗余部件，达到减重增效的目的。

本发明的技术方案如下：

一种热管理型组合动力装置，包括动力子系统、起发电子系统、制冷子系统和滑油子系统，压气机一端与动力子系统轴连，压气机另一端与起发电子系统和制冷子系统轴连；滑油子系统给压气机、动力子系统、起发电子系统和制冷子系统的转轴提供润滑散热；本装置在地面可起动发动机，在空中长时工作，具备制冷和供电能力，应急状态时，压气机吸气将空气吸入燃烧室点火燃烧，从而驱动动力子系统工作，然后再带动起发电子系统工作。

进一步的，动力子系统包括组合涡轮和燃烧室，燃烧室的出口连接组合涡轮，燃烧室的进口一路通过关断阀连接压气机，另一路通过引气减压阀连接发动机气路。

进一步的，组合涡轮包括轴连接的径流动力涡轮和轴流动力涡轮。

进一步的，压气机先轴连起发电子系统，起发电子系统另一端轴连制冷子系统。

进一步的，起发电子系统包括起发一体电机、小功率发电机和超级电容，起发一体电机和小功率发电机顺序轴连，小功率发电机连接并给装置控制器专门供电；起发一体电机的输出连接超级电容。