本發(fā)明涉及飛行器設(shè)計(jì)，具體說是一種液氫動力飛行器。

背景技術(shù)：

1、為應(yīng)對全球民用航空碳減排發(fā)展趨勢，國際民航組織制定碳排放強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。而氫能作為可再生的清潔能源、無污染，是未來新能源飛機(jī)最可能采用的動力能源。

2、目前支線客機(jī)及小型飛機(jī)或航空器多選用氫氧燃料電池作為能源動力，但干線客機(jī)或大型飛行器的功率需求較大，氫氧燃料電池的功率密度低，較難滿足此類型的功率需求。為此需要將氫燃料(指氣態(tài)氫，即氫氣)輸送到發(fā)動機(jī)燃燒室中進(jìn)行燃燒，從而輸出較大功率。然而液氫的密度是標(biāo)況下氣氫的八百多倍，為了減小飛行器燃料箱的體積，需要將氫燃料冷卻到-253℃以下進(jìn)行液化存儲。

3、在液氫泵將液氫從液氫儲罐內(nèi)輸送到發(fā)動機(jī)的過程中，涉及到液氫燃料的控制、汽化、穩(wěn)壓、流量調(diào)節(jié)等過程。故此一套可靠、輕質(zhì)的液氫動力架構(gòu)是干線客機(jī)及以上量級的飛行器研究的重點(diǎn)。這類飛行器工作時，對液氫流量需求量較大，很難通過常規(guī)的液氫蒸發(fā)或氣體增壓來實(shí)現(xiàn)。需要設(shè)置液氫泵來實(shí)現(xiàn)大流量液氫供應(yīng)。若液氫泵布置在液氫儲罐外，則需要單獨(dú)給液氫泵配置一個液氫箱，以保證液氫泵浸入到液氫中，這樣造成液氫動力系統(tǒng)的重量急增。

4、因液氫儲罐內(nèi)液氫消耗較快，需要對液氫儲罐進(jìn)行補(bǔ)壓，否者會造成負(fù)壓，導(dǎo)致液氫很難被泵出或者損壞液氫儲罐。為了保持液氫的使用安全，不能將空氣通入到液氫儲罐內(nèi)，否則在使用氫燃料時容易出現(xiàn)爆炸。并且液氫儲罐溫度極低，一般氣體通入到液氫儲罐內(nèi)，極易因超低溫而固化，從而起不到增壓作用。

5、公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對本發(fā)明的總體背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種液氫動力飛行器，主要是解決液氫動力系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、液氫儲罐穩(wěn)壓設(shè)計(jì)、液氫動力系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)，液氫動力系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，降低液氫動力系統(tǒng)重量，以及解決液氫汽化裝置的熱源來源。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、一種液氫動力飛行器，其特征在于，包括：

4、液氫儲存系統(tǒng)，包括用于存儲液氫的液氫儲罐100，在液氫儲罐100內(nèi)布置有液氫泵101，液氫泵101用于將液氫輸送至液氫汽化裝置600；

5、液氫汽化裝置600，用于將液態(tài)氫轉(zhuǎn)化為常溫高壓氫氣；

6、燃料輸送與控制系統(tǒng)，用于將常溫高壓氫氣輸送至燃燒系統(tǒng)；

7、燃燒系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)800，其具有燃燒室801，在燃燒室801內(nèi)進(jìn)行氫氣的燃燒，產(chǎn)生推力；通過引氣或尾噴管802獲取燃燒時產(chǎn)生的熱量做為液氫汽化裝置600的熱源；在熱源的作用下，液氫經(jīng)過液氫汽化裝置600后汽化并達(dá)到可燃燒狀態(tài)。

8、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述液氫儲罐100的頂部設(shè)有液氫加注口，加注管路900與液氫加注口連接，用于向液氫儲罐100中加注液氫；

9、所述加注管路900上設(shè)有調(diào)節(jié)閥門。

10、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述液氫儲罐100設(shè)有放空管路300，用于在需要時安全排放液氫防止發(fā)生意外；

11、液氫儲罐100通過第一連接管路與放空管路300連接，在第一連接管路上設(shè)有保險(xiǎn)閥301；

12、所述放空管路300經(jīng)過阻火器303后連通到大氣304。

13、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在液氫汽化裝置600和液氫儲罐100間設(shè)有穩(wěn)壓管路200，用于液氫儲罐100的壓力控制；

14、所述穩(wěn)壓管路200與第二調(diào)節(jié)閥201連接，第二調(diào)節(jié)閥201通過第二連接管路與液氫儲罐100直接連接，第二調(diào)節(jié)閥201還通過第三連接管路與放空閥302連接，放空閥302與保險(xiǎn)閥301、阻火器303之間的放空管路300連接。

15、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，液氫泵101通過第四連接管路與液氫汽化裝置600連接；

16、所述第四連接管路上設(shè)有第一調(diào)節(jié)閥102。

17、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，液氫汽化裝置600和發(fā)動機(jī)800間設(shè)有燃料輸送管路；

18、燃料輸送管路上依次設(shè)有第一壓力溫度傳感器501、氫燃料控制器400、第二壓力溫度傳感器502和單向閥700；

19、所述氫燃料控制器400包括過濾器401、流量調(diào)節(jié)閥402，用于精確控制氫氣的流量和壓力。

20、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述液氫儲罐100設(shè)有壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)，用于安全監(jiān)控；

21、所述壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)包括：布置在液氫儲罐100內(nèi)的液位傳感器l、溫度傳感器t和壓力傳感器p，用于監(jiān)測液氫儲罐100內(nèi)的狀態(tài)。

22、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，當(dāng)液氫儲罐100內(nèi)壓力超過正常工作范圍時，保險(xiǎn)閥301作為壓力開關(guān)自動打開，待液氫儲罐100內(nèi)壓力恢復(fù)到正常工作范圍內(nèi)自動關(guān)閉，保持液氫儲罐100壓力穩(wěn)定。

23、本發(fā)明所述的一種液氫動力飛行器，具有以下有益效果：

24、本液氫動力飛行器架構(gòu)方案重量較低：①將液氫泵101布置到液氫儲罐100內(nèi)，減少了單獨(dú)布置液氫泵而增加的小儲箱；②從液氫汽化裝置600引用常溫高壓氫氣，降低了液氫儲罐100補(bǔ)壓的用氣量，不必設(shè)置專用穩(wěn)壓加熱設(shè)備。

25、本液氫動力飛行器架構(gòu)方案可靠性好：①在常溫高壓氫氣輸送管路上布置阻火器303和單向閥700，阻止了常溫高壓氫氣回流或回火；②在液氫汽化裝置600后引用常溫高壓氫氣來穩(wěn)定液氫儲罐100內(nèi)的壓力，減少了額外熱源和穩(wěn)壓加熱設(shè)備，使得本架構(gòu)方案設(shè)備減少，從而相對提高了系統(tǒng)的可靠性。

26、本發(fā)明所述的一種液氫動力飛行器，可用于液態(tài)氫燃料通過燃燒產(chǎn)生動力的飛行器，所需設(shè)備少，液氫動力系統(tǒng)整體重量低，提高液氫動力系統(tǒng)整體架構(gòu)的可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種液氫動力飛行器，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種液氫動力飛行器，其特征在于，所述液氫儲罐(100)的頂部設(shè)有液氫加注口，加注管路(900)與液氫加注口連接，用于向液氫儲罐(100)中加注液氫；

3.如權(quán)利要求1所述的一種液氫動力飛行器，其特征在于，所述液氫儲罐(100)設(shè)有放空管路(300)，用于在需要時安全排放液氫防止發(fā)生意外；

4.如權(quán)利要求3所述的一種液氫動力飛行器，其特征在于，在液氫汽化裝置(600)和液氫儲罐(100)間設(shè)有穩(wěn)壓管路(200)，用于液氫儲罐(100)的壓力控制；

5.如權(quán)利要求1所述的一種液氫動力飛行器，其特征在于，液氫泵(101)通過第四連接管路與液氫汽化裝置(600)連接；

6.如權(quán)利要求1所述的一種液氫動力飛行器，其特征在于，液氫汽化裝置(600)和發(fā)動機(jī)(800)間設(shè)有燃料輸送管路；

7.如權(quán)利要求1所述的一種液氫動力飛行器，其特征在于，所述液氫儲罐(100)設(shè)有壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)，用于安全監(jiān)控；

8.如權(quán)利要求1所述的一種液氫動力飛行器，其特征在于，當(dāng)液氫儲罐(100)內(nèi)壓力超過正常工作范圍時，保險(xiǎn)閥(301)作為壓力開關(guān)自動打開，待液氫儲罐(100)內(nèi)壓力恢復(fù)到正常工作范圍內(nèi)自動關(guān)閉，保持液氫儲罐(100)壓力穩(wěn)定。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種液氫動力飛行器，包括：液氫儲存系統(tǒng)，包括用于存儲液氫的液氫儲罐，在液氫儲罐內(nèi)布置有液氫泵，液氫泵用于將液氫輸送至液氫汽化裝置；液氫汽化裝置，用于將液態(tài)氫轉(zhuǎn)化為常溫高壓氫氣；燃料輸送與控制系統(tǒng)，用于將常溫高壓氫氣輸送至燃燒系統(tǒng)；燃燒系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)，其具有燃燒室，在燃燒室內(nèi)進(jìn)行氫氣的燃燒，產(chǎn)生推力；通過引氣或尾噴管獲取燃燒時產(chǎn)生的熱量做為液氫汽化裝置的熱源；在熱源的作用下，液氫經(jīng)過液氫汽化裝置后汽化并達(dá)到可燃燒狀態(tài)。本發(fā)明，可用于液態(tài)氫燃料通過燃燒產(chǎn)生動力的飛行器，所需設(shè)備少，液氫動力系統(tǒng)整體重量低，提高液氫動力系統(tǒng)整體架構(gòu)的可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：史立峰,王利劍,何兆民
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10