一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机

本发明属于及航空发动机领域，特别是涉及一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机。

背景技术：

1、近年来，随着世界经济和社会的发展，民用航空客运和货运市场不断扩大，航空运输已成为人类社会重要的组成部分，而日益增长的航空运输量也对涡扇发动机提出更高的性能需求。

2、一方面，航空运输业务量的增加对涡扇发动机的飞行速度、推重比以及热效率有更高的需求；另一方面，从远期来看油价总体呈现增长的趋势，发动机运行的经济成本越来越高，而航空运输的碳排放量也在逐年增加，对环境的影响日益严重。但是，现有涡扇发动机由于其压气机功耗较大，其飞行速度以及总压比难以进一步提升，常规涡扇发动机的部件级技术水平已经较为先进，未来通过提高现有发动机部件设计水平以及改进循环参数来实现气动热力循环性能进一步提高的空间受到限制，技术难度越来越大。与此同时，伴随各类先进航空电子设备的发展以及航空服务业水平的提高，航空设备的用电需求量也迅速增加，电功率提取更加困难，电路传输结构复杂，为先进涡扇发动机的设计带来了更大的挑战。

3、因此，在现有部件设计水平的基础上，改善涡扇发动机的系统循环，推动新概念航空涡扇发动机的发展具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机,以解决现有涡扇发动机的总压比过高、功耗损失大、发动机性能受到限制、涡扇发动机的用电需求增加、电功率提取困难和电路传输结构复杂化的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机，包括：

3、进气道，进口端与大气连通；

4、风扇，进口端与进气道出口端连通，一个出口端与外涵道连通，另一个出口端与低压压气机进口端连通；

5、间冷器，空气通道进口端与低压压气机出口端连通，空气通道出口端与高压压气机进口端连通；

6、燃烧室，空气进口端与高压压气机出口端连通，出口端与高压涡轮进口端连通；

7、低压涡轮，进口端与高压涡轮出口端连通，出口端与尾喷管进口端连通，所述尾喷管出口端与大气连通，所述高压压气机和高压涡轮共用轴系，所述风扇、低压压气机和低压涡轮共用轴系；

8、液氨储存罐，出口端经燃料输送组件与间冷器燃料通道进口端连通；

9、一级化学回热器，进口端与所述间冷器的燃料通道出口端连通；

10、发电组件，与一级化学回热器出口端相连，用于响应一级化学回热器的燃料进行发电；和，

11、二级化学回热器，进口端与发电组件的出口端连通，出口端与燃烧室的燃料进口端连通，所述一级化学回热器和二级化学回热器均与尾喷管相耦合。

12、更进一步的，所述间冷器为间接式换热器。

13、更进一步的，所述一级化学回热器和二级化学回热器均至少部分嵌入尾喷管外壁壁面内。

14、更进一步的，所述一级化学回热器和二级化学回热器内壁均设置有促进氨燃料分解反应的催化剂。

15、更进一步的，所述催化剂为ru基催化剂。

16、更进一步的，所述燃料输送组件为燃料泵。

17、更进一步的，所述燃料泵的转动端与高压涡轮轴系相连。

18、更进一步的，所述发电组件包括热氨涡轮和发电机，所述一级化学回热器出口端与热氨涡轮进口端连通，所述热氨涡轮出口端与二级化学回热器进口端连通，所述热氨涡轮转动端与发电机转动端相连。

19、更进一步的，所述发电组件还包括用电装置，所述发电机与用电装置电性连接。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、1、本发动机通过多条途径降低涡扇发动机的耗油率，提升发动机热效率：首先，利用氨燃料的相变吸热过程，吸收压气机级间空气的余热，提升燃料进入燃烧室的温度，降低耗油率；其次，引入化学回热循环回收尾喷管壁面的余温，促进氨燃料裂解，提升燃料的能量品位，降低耗油率；最后，利用高温氢气、氨气的热膨胀性推动热氨涡轮发电，满足涡扇发动机用电装置的用电需求，减少系统从发动机主轴提取电功率，提升发动机总体的能量水平，进而改善发动机的效率；

22、2、本发动机通过间冷循环降低高压压气机入口空气的温度，减少压气机的功耗，使得本涡扇发动机的总压比相比于现有涡扇发动机可以进一步的提高，进而改善发动机系统的比推力等性能；

23、3、本发动机通过以液氨为燃料替代传统的化石燃料，大幅降低了发动机系统排气中二氧化碳的浓度，降低了发动机的碳排放量，符合我国航空碳减排的发展规划与目标；

24、4、本发动机通过从尾喷管的高温壁面提取余热，避免直接从尾喷管的高温燃气提取热量，降低尾气的压力损失，提升发动机的推力性能；

25、5、本发动机通过氨燃料分解气推动涡轮发电，降低了二级化学回热器入口的燃料温度，提升了燃料的化学吸热能力。

技术特征：

1.一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机，其特征在于：所述间冷器(11)为间接式换热器。

3.根据权利要求1所述的一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机，其特征在于：所述一级化学回热器(12)和二级化学回热器(16)均至少部分嵌入尾喷管(8)外壁壁面内。

4.根据权利要求1所述的一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机，其特征在于：所述一级化学回热器(12)和二级化学回热器(16)内壁均设置有促进氨燃料分解反应的催化剂。

5.根据权利要求4所述的一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机，其特征在于：所述催化剂为ru基催化剂。

6.根据权利要求1所述的一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机，其特征在于：所述燃料输送组件为燃料泵(10)。

7.根据权利要求6所述的一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机，其特征在于：所述燃料泵(10)的转动端与高压涡轮(6)轴系相连。

8.根据权利要求1-7所述的一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机，其特征在于：所述发电组件包括热氨涡轮(13)和发电机(14)，所述一级化学回热器(12)出口端与热氨涡轮(13)进口端连通，所述热氨涡轮(13)出口端与二级化学回热器(16)进口端连通，所述热氨涡轮(13)转动端与发电机(14)转动端相连。

9.根据权利要求8所述的一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机，其特征在于：所述发电组件还包括用电装置(15)，所述发电机(14)与用电装置(15)电性连接。

技术总结本发明提出了一种基于氨分解混合气发电的绿色间冷回热涡扇发动机，属于航空发动机领域。解决现有涡扇发动机的总压比过高、功耗损失大、发动机性能受到限制、涡扇发动机的用电需求增加、电功率提取困难和电路传输结构复杂化的问题。它包括进气道，进口端与大气连通；风扇，进口端与进气道出口端连通，一个出口端与外涵道连通；间冷器；燃烧室，空气进口端与高压压气机出口端连通；低压涡轮；液氨储存罐；一级化学回热器，进口端与所述间冷器的燃料通道出口端连通；发电组件用于响应一级化学回热器的燃料进行发电；和，二级化学回热器，所述一级化学回热器和二级化学回热器均与尾喷管相耦合。它主要用于航空器驱动。技术研发人员：王聪,方垍洧,秦江,程昆林,李成杰,张乐临受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13