專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種飛艇發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)，屬能源工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
飛艇作為一種有推進(jìn)裝置、利用浮力原理升空、可控飛行的飛行器，具有長期定點(diǎn) 懸浮和低速機(jī)動(dòng)工作能力、負(fù)載能力強(qiáng)、效費(fèi)比高且可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。在許多領(lǐng)域，特別 是軍事領(lǐng)域，飛艇有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)飛行器的不足。按飛行高度，目前飛艇主要有對(duì)流層飛 艇(即低空飛艇)和平流層飛艇。其中，對(duì)流層飛艇一股在8km以下，可有人駕駛或遙控飛 行；平流層飛艇一股在20km左右或更高的高空飛行或懸停，一股采用遙控或自主控制相結(jié) 合的控制方式。低空飛艇廣泛應(yīng)用于空中試驗(yàn)、偵察、勘測、警用、廣告、拍照攝影、通訊等軍 民用領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，平流層作為理想的臨近空間平臺(tái)，成為世界各國研究的焦 點(diǎn)，目前處于探索研究階段。飛艇的突出優(yōu)點(diǎn)是具有定點(diǎn)駐留的能力，可長時(shí)間相對(duì)于地球準(zhǔn)靜止，要實(shí)現(xiàn)飛 艇定點(diǎn)駐留工作，飛艇需要推進(jìn)系統(tǒng)提供推力。當(dāng)前常規(guī)飛艇的動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)包括燃料、發(fā) 動(dòng)機(jī)以及推進(jìn)器，通常采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等驅(qū)動(dòng)螺旋槳的推進(jìn)方式進(jìn)行推進(jìn)。然而，在飛艇運(yùn)行過程中，隨著飛艇攜帶的燃料不斷消耗，將使得飛艇位置發(fā)生漂 移，若不加以控制，飛艇將很難保證其位置不超出完成任務(wù)所要求的活動(dòng)范圍。另外，隨著 燃料的消耗會(huì)導(dǎo)致飛艇的配重不平衡，飛艇重心偏移，使得飛艇無法安全、穩(wěn)定工作。即飛 艇運(yùn)行過程中，需要解決飛艇位置漂移和配重等壓艙問題。飛艇通過調(diào)整主、副氣囊內(nèi)氣體體積和壓力來克服其壓艙問題。然而對(duì)副氣囊內(nèi) 氣體體積和壓力進(jìn)行調(diào)整的方法只能實(shí)現(xiàn)飛艇小幅壓艙調(diào)節(jié)，以飛艇運(yùn)行高度為5km，日耗 燃油1000kg，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間為3天為例，為匹配飛艇運(yùn)行過程中浮力平衡，需直徑超過50m 的副氣囊進(jìn)行調(diào)節(jié)控制?？梢钥闯?，目前通過調(diào)整副氣囊囊內(nèi)氣體體積和壓力來實(shí)現(xiàn)飛艇的壓艙控制，所 需副氣囊體積大，將極大影響了飛艇結(jié)構(gòu)及蒙皮強(qiáng)度、增加了飛艇實(shí)現(xiàn)的難度和成本；并且 隨著燃料的消耗，通過調(diào)整副氣囊囊內(nèi)氣體體積和壓力實(shí)現(xiàn)飛艇的重心控制的難度更高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決目前飛艇在運(yùn)行過程中，隨著燃料的消耗使得飛艇的浮力和重 心不平衡，導(dǎo)致飛艇位置發(fā)生偏移或無法正常工作的壓艙問題，進(jìn)而提出了一種發(fā)動(dòng)機(jī)尾 氣集水系統(tǒng)。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)，它包括空氣預(yù) 冷換熱器、空氣冷凝器、氣液分離器、第一液位傳感器、液體泵、儲(chǔ)水容器、第二液位傳感器、 第一閥門、第二閥門、第六閥門、第十閥門、第十一閥門和第二回止閥，飛艇航空發(fā)動(dòng)機(jī)的尾 氣出口端分別與第一閥門的進(jìn)口端及第二閥門的進(jìn)口端連通，第一閥門的出口端與大氣環(huán) 境連通，第二閥門的出口端與空氣預(yù)冷換熱器的進(jìn)口端連通，空氣預(yù)冷換熱器的出口端與第二回止閥的進(jìn)口端連通，第二回止閥的出口端與空氣冷凝器的進(jìn)口端連通，空氣冷凝器 的出口端與氣液分離器的進(jìn)口端連通，氣液分離器的氣體出口端通過第六閥門與大氣環(huán)境 連通，氣液分離器的液體出口端通過第十閥門與液體泵的進(jìn)口端連通，液體泵的出口端與 儲(chǔ)水容器的進(jìn)口端連通，儲(chǔ)水容器的出口端與大氣環(huán)境連通，第一液位傳感器設(shè)置在氣液 分離器上，第二液位傳感器設(shè)置在儲(chǔ)水容器上。本發(fā)明利用冷凝捕獲方法捕獲飛艇發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的水蒸氣，能夠有效解決飛艇運(yùn) 行過程中燃料消耗導(dǎo)致飛艇浮力和重心失衡等壓艙問題，從而實(shí)現(xiàn)飛艇長時(shí)間安全、穩(wěn)定 工作。另外，本發(fā)明利用高空低溫環(huán)境直接冷凝捕獲飛艇發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的水蒸氣，無須額外 能耗。


圖具體實(shí)施方式
一所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)的示意圖；圖具體實(shí)施方式
二 所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)的示意圖；圖具體實(shí)施方式
三所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)的 示意圖；圖具體實(shí)施方式
四所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)的示意圖；圖具體實(shí)施方式
五 所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)的示意圖；圖具體實(shí)施方式
六所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)的 示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水 系統(tǒng)，它包括空氣預(yù)冷換熱器6、空氣冷凝器16、氣液分離器24、第一液位傳感器25、液體泵 27、儲(chǔ)水容器28、第二液位傳感器30、第一閥門1、第二閥門5、第六閥門15、第十閥門26、第 十一閥門29和第二回止閥10，飛艇航空發(fā)動(dòng)機(jī)32的尾氣出口端分別與第一閥門1的進(jìn)口 端及第二閥門5的進(jìn)口端連通，第一閥門1的出口端與大氣環(huán)境連通，第二閥門5的出口端 與空氣預(yù)冷換熱器6的進(jìn)口端連通，空氣預(yù)冷換熱器6的出口端與第二回止閥10的進(jìn)口端 連通，第二回止閥10的出口端與空氣冷凝器16的進(jìn)口端連通，空氣冷凝器16的出口端與 氣液分離器24的進(jìn)口端連通，氣液分離器24的氣體出口端通過第六閥門15與大氣環(huán)境連 通，氣液分離器24的液體出口端通過第十閥門26與液體泵27的進(jìn)口端連通，液體泵27的 出口端與儲(chǔ)水容器28的進(jìn)口端連通，儲(chǔ)水容器28的出口端與大氣環(huán)境連通，第一液位傳感 器25設(shè)置在氣液分離器24上，第二液位傳感器30設(shè)置在儲(chǔ)水容器28上。本實(shí)施方式所述的空氣預(yù)冷換熱器6使用空氣對(duì)飛艇航空發(fā)動(dòng)機(jī)32排出的尾氣 進(jìn)行預(yù)冷，飛艇航空發(fā)動(dòng)機(jī)32排出的尾氣從空氣預(yù)冷換熱器6的進(jìn)口端輸入，空氣在冷卻 管中流動(dòng)的方向與尾氣的流動(dòng)方向是相逆的；本實(shí)施方式所述的空氣冷凝器16使用空氣對(duì)經(jīng)過空氣預(yù)冷換熱器6預(yù)冷的尾氣 進(jìn)行冷凝，所述尾氣從空氣冷凝器16的進(jìn)口端輸入，空氣在冷卻管中流動(dòng)的方向與尾氣的 流動(dòng)方向是相逆的；本實(shí)施方式所述的氣液分離器24用于將經(jīng)過空氣冷凝器16冷凝后的氣水混合物 分離，在重力作用下尾氣中的水工質(zhì)被收集捕獲，經(jīng)液體泵27儲(chǔ)存于儲(chǔ)水容器28中，殘余 的尾氣經(jīng)過第六閥門15排放到大氣環(huán)境中；本實(shí)施方式所述的第二回止閥10用于防止氣體逆流。
本實(shí)施方式基于空間大氣環(huán)境利用空氣冷卻方式實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中水蒸氣的冷 凝捕獲，通過相變方法冷凝液化捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的水蒸氣。采用本實(shí)施方式所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)冷凝尾氣中的水蒸氣時(shí)，將第二閥門 5、第二回止閥10、第六閥門15、第十閥門26、第十一閥門29和液體泵27開啟；將第一閥門 1關(guān)閉；航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣經(jīng)空氣預(yù)冷換熱器6預(yù)冷至略高于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中水蒸氣的凝結(jié)溫 度后進(jìn)入空氣冷凝器16，經(jīng)空氣冷凝器16冷凝液化后的航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣進(jìn)入氣液分離器 24后，在重力作用下尾氣中的水工質(zhì)被收集捕獲經(jīng)液體泵27儲(chǔ)存于儲(chǔ)水容器28中，氣液分 離器24中的殘余尾氣經(jīng)第六閥門15排放到大氣環(huán)境中，當(dāng)儲(chǔ)水容器28中水工質(zhì)過多時(shí)， 第十一閥門29開啟將多余的水排到大氣環(huán)境中。無須冷凝發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中水蒸氣時(shí)，將第二閥門5關(guān)閉，將第一閥門1開啟，釋放發(fā) 動(dòng)機(jī)尾氣。本實(shí)施方式利用冷凝捕獲方法捕獲飛艇發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的水蒸氣，能夠有效解決飛 艇運(yùn)行過程中燃料消耗導(dǎo)致飛艇浮力和重心失衡等壓艙問題，從而實(shí)現(xiàn)飛艇長時(shí)間安全、 穩(wěn)定工作。另外，本實(shí)施方式利用高空低溫環(huán)境直接冷凝捕獲飛艇發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的水蒸氣， 無須額外能耗。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不 同之處在于它還包括第三閥門7、輔助預(yù)冷換熱器8和第一回止閥9，飛艇航空發(fā)動(dòng)機(jī)32 的尾氣出口端還與第三閥門7的進(jìn)口端連通，第三閥門7的出口端與輔助預(yù)冷換熱器8的 進(jìn)口端連通，輔助預(yù)冷換熱器8的出口端與第一回止閥9的進(jìn)口端連通，第一回止閥9的出 口端與空氣冷凝器16的進(jìn)口端連通。本實(shí)施方式通過輔助預(yù)冷換熱器8、利用飛艇副氣囊內(nèi)氣體預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣，另 外，輔助預(yù)冷換熱器8對(duì)飛艇副氣囊內(nèi)氣體有加熱的作用，在一定程度上實(shí)現(xiàn)飛艇升力控 制。原理是飛艇內(nèi)外存在較大溫差，當(dāng)艇內(nèi)溫度低于環(huán)境溫度時(shí)，通過輔助預(yù)冷換熱器8 利用艇內(nèi)氣體預(yù)冷飛艇發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣，既達(dá)到預(yù)冷的目的，也可提高艇內(nèi)浮升氣體溫度，使其 保證在一定溫差范圍內(nèi)。采用本實(shí)施方式所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)，為使得輔助預(yù)冷換熱器8正常工 作，則開啟第三閥門7和第一回止閥9，關(guān)閉第二閥門5 ；為使得輔助預(yù)冷換熱器8停止工 作，則關(guān)閉第三閥門7。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一和具 體實(shí)施方式二的不同之處在于它還包括第四閥門11、第五閥門12和鼓風(fēng)機(jī)13，第一回止 閥9的出口端及第二回止閥10的出口端與第四閥門11的進(jìn)口端及第五閥門12的進(jìn)口端 連通，第四閥門11的出口端與鼓風(fēng)機(jī)13的進(jìn)風(fēng)口連通，鼓風(fēng)機(jī)13的出風(fēng)口及第五閥門12 的出口端與空氣冷凝器16的進(jìn)口端連通。本實(shí)施方式中第五閥門12關(guān)閉，第四閥門11和鼓風(fēng)機(jī)13開啟，其目的是通過鼓 風(fēng)機(jī)克服氣體的流通阻力。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖4說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三的不 同之處在于它還包括輔助空氣冷凝器21、第七閥門20、第八閥門22和第九閥門23，空氣 冷凝器16的出口端分別與第七閥門20的進(jìn)口端及第八閥門22的進(jìn)口端連通，第七閥門20 的出口端與輔助空氣冷凝器21的進(jìn)口端連通，輔助空氣冷凝器21的出口端與第九閥門23的進(jìn)口端連通，第八閥門22的出口端及第九閥門23的出口端共同與氣液分離器24的進(jìn)口 端連通。
0026]本實(shí)施方式中輔助空氣冷凝器21基于大氣環(huán)境利用空氣冷卻方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)流經(jīng) 輔助空氣冷凝器21的尾氣進(jìn)行冷凝。本實(shí)施方式中第八閥門22關(guān)閉，第七閥門20和第九閥門23開啟，其目的是克服 由于流量增加等因素造成空氣冷凝器16出口尾氣中水蒸氣不能充分凝結(jié)的問題，通過采 用輔助空氣冷凝器21進(jìn)一步冷卻尾氣，提高尾氣中水蒸氣的凝結(jié)率。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二和 四的不同之處在于所述的儲(chǔ)水容器28為蜂窩狀儲(chǔ)水容器。本實(shí)施方式所述的儲(chǔ)水容器28為蜂窩狀儲(chǔ)水容器，可與油箱組合使用，當(dāng)飛艇將 一個(gè)油箱中的油耗盡，本實(shí)施方式所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)將捕獲的水補(bǔ)充至該油箱 中，實(shí)現(xiàn)飛艇配重平衡，采用本實(shí)施方式所述的儲(chǔ)水容器28結(jié)構(gòu)緊湊，減少設(shè)備重量。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖6說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五的不 同之處在于它還包括第一壓力傳感器2、第一溫度傳感器3、第一流量傳感器4、第二壓力 傳感器17、第二溫度傳感器18和第二流量傳感器19，第一壓力傳感器2、第一溫度傳感器3 及第一流量傳感器4設(shè)置在第二閥門5的進(jìn)口端及第三閥門7的進(jìn)口端前的干路上，第二 壓力傳感器17、第二溫度傳感器18及第二流量傳感器19設(shè)置在空氣冷凝器16的出口端的 干路上。 本實(shí)施方式所述的第一壓力傳感器2、第一溫度傳感器3和第一流量傳感器4分別 用于測量第二閥門5的進(jìn)口端及第三閥門7的進(jìn)口端前的干路上的壓力、溫度及流量；本實(shí) 施方式所述的第二壓力傳感器17、第二溫度傳感器18和第二流量傳感器19分別用于測量 空氣冷凝器16的出口端的壓力、溫度及流量。
權(quán)利要求
發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)，其特征是它包括空氣預(yù)冷換熱器(6)、空氣冷凝器(16)、氣液分離器(24)、第一液位傳感器(25)、液體泵(27)、儲(chǔ)水容器(28)、第二液位傳感器(30)、第一閥門(1)、第二閥門(5)、第六閥門(15)、第十閥門(26)、第十一閥門(29)和第二回止閥(10)，飛艇航空發(fā)動(dòng)機(jī)(32)的尾氣出口端分別與第一閥門(1)的進(jìn)口端及第二閥門(5)的進(jìn)口端連通，第一閥門(1)的出口端與大氣環(huán)境連通，第二閥門(5)的出口端與空氣預(yù)冷換熱器(6)的進(jìn)口端連通，空氣預(yù)冷換熱器(6)的出口端與第二回止閥(10)的進(jìn)口端連通，第二回止閥(10)的出口端與空氣冷凝器(16)的進(jìn)口端連通，空氣冷凝器(16)的出口端與氣液分離器(24)的進(jìn)口端連通，氣液分離器(24)的氣體出口端通過第六閥門(15)與大氣環(huán)境連通，氣液分離器(24)的液體出口端通過第十閥門(26)與液體泵(27)的進(jìn)口端連通，液體泵(27)的出口端與儲(chǔ)水容器(28)的進(jìn)口端連通，儲(chǔ)水容器(28)的出口端與大氣環(huán)境連通，第一液位傳感器(25)設(shè)置在氣液分離器(24)上，第二液位傳感器(30)設(shè)置在儲(chǔ)水容器(28)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)，其特征在于它還包括第三閥門(7)、 輔助預(yù)冷換熱器(8)和第一回止閥(9)，飛艇航空發(fā)動(dòng)機(jī)(32)的尾氣出口端還與第三閥門 (7)的進(jìn)口端連通，第三閥門(7)的出口端與輔助預(yù)冷換熱器(8)的進(jìn)口端連通，輔助預(yù)冷 換熱器(8)的出口端與第一回止閥(9)的進(jìn)口端連通，第一回止閥(9)的出口端與空氣冷 凝器(16)的進(jìn)口端連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)，其特征在于它還包括第四閥門 (11)、第五閥門(12)和鼓風(fēng)機(jī)(13)，第一回止閥(9)的出口端及第二回止閥(10)的出口端 與第四閥門(11)的進(jìn)口端及第五閥門(12)的進(jìn)口端連通，第四閥門(11)的出口端與鼓風(fēng) 機(jī)(13)的進(jìn)風(fēng)口連通，鼓風(fēng)機(jī)(13)的出風(fēng)口及第五閥門(12)的出口端與空氣冷凝器(16) 的進(jìn)口端連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)，其特征在于它還包括輔助空氣冷凝 器(21)、第七閥門(20)、第八閥門(22)和第九閥門(23)，空氣冷凝器(16)的出口端分別與 第七閥門(20)的進(jìn)口端及第八閥門(22)的進(jìn)口端連通，第七閥門(20)的出口端與輔助空 氣冷凝器(21)的進(jìn)口端連通，輔助空氣冷凝器(21)的出口端與第九閥門(23)的進(jìn)口端連 通，第八閥門(22)的出口端及第九閥門(23)的出口端共同與氣液分離器(24)的進(jìn)口端連
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)，其特征在于所述的儲(chǔ)水容器 (28)為蜂窩狀儲(chǔ)水容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)，其特征在于它還包括第一壓力傳感 器(2)、第一溫度傳感器(3)、第一流量傳感器(4)、第二壓力傳感器(17)、第二溫度傳感器 (18)和第二流量傳感器(19)，第一壓力傳感器(2)、第一溫度傳感器(3)及第一流量傳感器 (4)設(shè)置在第二閥門(5)的進(jìn)口端及第三閥門(7)的進(jìn)口端前的干路上，第二壓力傳感器 (17)、第二溫度傳感器(18)及第二流量傳感器(19)設(shè)置在空氣冷凝器(16)的出口端的干 路上。
全文摘要
發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)，涉及一種飛艇發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣集水系統(tǒng)，屬能源工程領(lǐng)域，解決飛艇在運(yùn)行過程中，隨著燃料的消耗使得飛艇的浮力和重心不平衡，導(dǎo)致飛艇位置發(fā)生偏移或無法正常工作的壓艙問題。它包括空氣預(yù)冷換熱器、空氣冷凝器、氣液分離器，飛艇發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣經(jīng)空氣預(yù)冷換熱器預(yù)冷后，經(jīng)過空氣冷凝器冷凝液化，使飛艇發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的水蒸氣冷凝液化，利用儲(chǔ)水容器將液化后的水工質(zhì)收集。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣水工質(zhì)的收集和存儲(chǔ)，用于飛艇的平衡控制。
文檔編號(hào)B64D37/00GK101929372SQ20101026817
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者呂曉武, 姚戰(zhàn)立, 王偉, 鮑文 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)