本發(fā)明涉及高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

在高超聲速飛行器的飛行過程中，熱部件承受到很高的熱流密度，熱防護(hù)技術(shù)成為成敗的關(guān)鍵技術(shù)之一。其中高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)的熱防護(hù)是重中之重，發(fā)動機(jī)燃燒室壁面熱流密度高、燃?xì)鉁囟雀摺岱雷o(hù)面積大、所需冷卻劑量多，有必要采取緊湊高效的方式對發(fā)動機(jī)的熱防護(hù)。

常規(guī)的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱防護(hù)方式是采用燃料對發(fā)動機(jī)壁面進(jìn)行對流冷卻，燃料吸熱后進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒室燃燒。但是此方案在高馬赫數(shù)運(yùn)行下需要大量的冷卻用燃料，超過了發(fā)動機(jī)燃燒所需燃料量，多余的冷卻用燃料將不經(jīng)過燃燒排出。攜帶過多的冷卻用燃料將不利于飛行器的長時(shí)間飛行。若能通過緊湊高效的熱量回收發(fā)電系統(tǒng)把發(fā)動機(jī)壁面的熱量回收并轉(zhuǎn)化為高品位的能量形式，一方面將有利于減少整機(jī)系統(tǒng)中蓄電裝置的質(zhì)量；另一方面可降低冷卻用燃料的熱負(fù)荷，有效減少冷卻用燃料量，提升高超聲速飛行器的續(xù)航能力。其中，超臨界CO₂為工質(zhì)的布雷頓動力循環(huán)適合應(yīng)用于高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)。這是由于超臨界CO₂具有密度高、粘度低、以及在循環(huán)和傳熱過程中可避免相變導(dǎo)致的傳熱惡化的特點(diǎn)，使得一方面以超臨界CO₂為工質(zhì)的熱防護(hù)冷卻部件效率高，熱防護(hù)效果好；另一方面以超臨界CO₂為工質(zhì)的布雷頓動力循環(huán)系統(tǒng)尺寸緊湊、效率高，有利于提高高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)的綜合效率。然而，由于超臨界CO₂和冷卻用燃料的密度和比熱容隨溫度、壓力變化大，當(dāng)把以超臨界CO₂為工質(zhì)的布雷頓動力循環(huán)應(yīng)用于高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，必須考慮回?zé)崞骱腿剂侠鋮s器中熱流體通道和冷流體通道中流體的熱容流量匹配問題，以及確保冷卻用燃料在燃料冷卻器中的溫升足夠高，以保證有效減少冷卻用燃料量。而目前還沒有相關(guān)方案來解決回?zé)崞骱腿剂侠鋮s器中熱流體通道和冷流體通道中流體的熱容流量匹配問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了CO₂乏氣余熱，高效地將發(fā)動機(jī)壁面的熱量轉(zhuǎn)換為電能和壓縮機(jī)動力，同時(shí)該系統(tǒng)有效地減少了傳熱過程中的不可逆損失，保證了CO₂乏氣中的熱量被充分地回收利用，同時(shí)，該系統(tǒng)能確保冷卻用燃料在燃料冷卻器中吸熱時(shí)得到足夠高的溫升，最終有效減少冷卻用燃料量。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面的實(shí)施例提出了一種高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)，包括：高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道、超臨界CO₂透平、多個(gè)回?zé)崞鳌⒍鄠€(gè)燃料冷卻器、多個(gè)壓縮機(jī)及多個(gè)分流閥門，其中，所述高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道對輸入的CO₂進(jìn)行加熱以使所述CO₂升溫，升溫后的CO₂進(jìn)入所述超臨界CO₂透平中進(jìn)行膨脹做功，并輸出CO₂乏氣，所述CO₂乏氣通過所述多個(gè)回?zé)崞鞯牡蛪簜?cè)通道進(jìn)行放熱，并通過所述多個(gè)回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道吸熱，所述多個(gè)分流閥門調(diào)節(jié)不同溫度的CO₂乏氣分流分別進(jìn)入所述多個(gè)回?zé)崞?、多個(gè)燃料冷卻器及多個(gè)壓縮機(jī)的流量，在CO₂乏氣流體從所述多個(gè)燃料冷卻器進(jìn)入多個(gè)壓縮機(jī)和對應(yīng)的多個(gè)回?zé)崞鞯倪^程中進(jìn)行抽氣壓縮，以使每一個(gè)回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道和低壓側(cè)通道內(nèi)不同壓力的CO₂乏氣流體熱容相近，以及每一個(gè)燃料冷卻器的熱流體通道和冷流體通道內(nèi)CO₂乏氣流體和冷卻用燃料流體熱容流量相近。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在一些示例中，所述CO₂在所述高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道內(nèi)為超臨界狀態(tài)。

在一些示例中，所述多個(gè)燃料冷卻器的低溫側(cè)通道內(nèi)的冷卻用燃料的總溫升高于系統(tǒng)最高溫度與系統(tǒng)最低溫度之差的40％。

在一些示例中，所述回?zé)崞鞯膫€(gè)數(shù)、所述燃料冷卻器的個(gè)數(shù)、所述壓縮機(jī)的個(gè)數(shù)和所述分流閥門的個(gè)數(shù)，均根據(jù)高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面的集熱參數(shù)及所述冷卻用燃料的物性和能夠提供的冷卻溫度確定。

在一些示例中，所述回?zé)崞鞯膫€(gè)數(shù)為兩個(gè)、所述燃料冷卻器的個(gè)數(shù)為三個(gè)、所述壓縮機(jī)的個(gè)數(shù)為兩個(gè)、所述分流閥門的個(gè)數(shù)為兩個(gè)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)以CO₂為工質(zhì)，以高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道作為加熱熱源，將超臨界CO₂透平作為能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，將燃料冷卻器作為向冷卻用燃料放熱的設(shè)備，通過多個(gè)回?zé)崞骱投鄠€(gè)燃料冷卻器使乏氣溫度逐個(gè)降低，配合多個(gè)乏氣分流閥門和多個(gè)壓縮機(jī)調(diào)節(jié)各個(gè)回?zé)崞髦械牧髁?，充分利用CO₂乏氣余熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效地將發(fā)動機(jī)壁面的熱量轉(zhuǎn)換為電能和壓縮機(jī)動力。

2)設(shè)置了多個(gè)CO₂乏氣分流閥門、多個(gè)壓縮機(jī)、多個(gè)回?zé)崞骱投鄠€(gè)燃料冷卻器，因此通過分流閥門的分流，以及相應(yīng)的多個(gè)壓縮機(jī)壓縮后的錯(cuò)位回注，調(diào)節(jié)各個(gè)回?zé)崞骱腿剂侠鋮s器中高溫流體側(cè)和低溫流體側(cè)的流體流量，使每個(gè)回?zé)崞骱腿剂侠鋮s器中兩股換熱流體的熱容流量相近，進(jìn)而保證了二者的傳熱溫差最優(yōu)，有效地減少了傳熱過程中的不可逆損失，保證了CO₂乏氣中的熱量被充分地回收利用，提高了熱量回收利用率。

3)確保了冷卻用燃料在燃料冷卻器中吸熱時(shí)得到足夠高的溫升，最終有效減少冷卻用燃料量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第二方面的實(shí)施例提出了一種如本發(fā)明第一方面實(shí)施例所述的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：S1：所述高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道對輸入的CO₂進(jìn)行加熱以使所述CO₂升溫；S2：將升溫后的CO₂輸入所述超臨界CO₂透平中進(jìn)行膨脹做功，并輸出CO₂乏氣；S3：所述CO₂乏氣通過所述多個(gè)回?zé)崞鞯牡蛪簜?cè)通道進(jìn)行放熱，并通過所述多個(gè)回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道吸熱；S4：通過所述多個(gè)分流閥門調(diào)節(jié)不同溫度的CO₂乏氣分流分別進(jìn)入所述多個(gè)回?zé)崞?、多個(gè)燃料冷卻器及多個(gè)壓縮機(jī)的流量；S5：在CO₂乏氣流體從所述多個(gè)燃料冷卻器進(jìn)入多個(gè)壓縮機(jī)和對應(yīng)的多個(gè)回?zé)崞鞯倪^程中進(jìn)行抽氣壓縮，以使每一個(gè)回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道和低壓側(cè)通道內(nèi)不同壓力的CO₂乏氣流體熱容相近，以及每一個(gè)燃料冷卻器的熱流體通道和冷流體通道內(nèi)CO₂乏氣流體和冷卻用燃料流體熱容流量相近；S6：將完成以上循環(huán)的CO₂返回至所述高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道，重復(fù)執(zhí)行所述S1至S5。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)的控制方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在一些示例中，所述CO₂在所述高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道內(nèi)為超臨界狀態(tài)。

在一些示例中，所述多個(gè)燃料冷卻器的低溫側(cè)通道內(nèi)的冷卻用燃料的總溫升高于系統(tǒng)最高溫度與系統(tǒng)最低溫度之差的40％。

在一些示例中，所述回?zé)崞鞯膫€(gè)數(shù)、所述燃料冷卻器的個(gè)數(shù)、所述壓縮機(jī)的個(gè)數(shù)和所述分流閥門的個(gè)數(shù)，均根據(jù)高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面的集熱參數(shù)及所述冷卻用燃料的物性和能夠提供的冷卻溫度確定。

在一些示例中，所述回?zé)崞鞯膫€(gè)數(shù)為兩個(gè)、所述燃料冷卻器的個(gè)數(shù)為三個(gè)、所述壓縮機(jī)的個(gè)數(shù)為兩個(gè)、所述分流閥門的個(gè)數(shù)為兩個(gè)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)以CO₂為工質(zhì)，以高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道作為加熱熱源，將超臨界CO₂透平作為能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，將燃料冷卻器作為向冷卻用燃料放熱的設(shè)備，通過多個(gè)回?zé)崞骱投鄠€(gè)燃料冷卻器使乏氣溫度逐個(gè)降低，配合多個(gè)乏氣分流閥門和多個(gè)壓縮機(jī)調(diào)節(jié)各個(gè)回?zé)崞髦械牧髁?，充分利用CO₂乏氣余熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效地將發(fā)動機(jī)壁面的熱量轉(zhuǎn)換為電能和壓縮機(jī)動力。

2)設(shè)置了多個(gè)CO₂乏氣分流閥門、多個(gè)壓縮機(jī)、多個(gè)回?zé)崞骱投鄠€(gè)燃料冷卻器，因此通過分流閥門的分流，以及相應(yīng)的多個(gè)壓縮機(jī)壓縮后的錯(cuò)位回注，調(diào)節(jié)各個(gè)回?zé)崞骱腿剂侠鋮s器中高溫流體側(cè)和低溫流體側(cè)的流體流量，使每個(gè)回?zé)崞骱腿剂侠鋮s器中兩股換熱流體的熱容流量相近，進(jìn)而保證了二者的傳熱溫差最優(yōu)，有效地減少了傳熱過程中的不可逆損失，保證了CO₂乏氣中的熱量被充分地回收利用，提高了熱量回收利用率。

3)確保了冷卻用燃料在燃料冷卻器中吸熱時(shí)得到足夠高的溫升，最終有效減少冷卻用燃料量。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)的控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該系統(tǒng)包括：高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道11、超臨界CO₂透平1、多個(gè)回?zé)崞?第一回?zé)崞?和第二回?zé)崞?)、多個(gè)燃料冷卻器(第一燃料冷卻器3、第二燃料冷卻器4和第三燃料冷卻器5)、多個(gè)壓縮機(jī)(第一壓縮機(jī)7和第二壓縮機(jī)9)及多個(gè)分流閥門(第一分流閥門6和第二分流閥門10)。

其中，高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道11對輸入的CO₂進(jìn)行加熱以使CO₂升溫。具體地說，即以CO₂為工質(zhì)，以高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面作為加熱源，CO₂在高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道11內(nèi)吸收熱量后實(shí)現(xiàn)升溫。進(jìn)一步地，升溫后的CO₂進(jìn)入超臨界CO₂透平1(相當(dāng)于能量轉(zhuǎn)換設(shè)備)中進(jìn)行膨脹做功，并輸出CO₂乏氣，CO₂乏氣通過多個(gè)回?zé)崞鞯牡蛪簜?cè)通道進(jìn)行放熱，并通過多個(gè)回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道吸熱，多個(gè)分流閥門調(diào)節(jié)不同溫度的CO₂乏氣分流分別進(jìn)入多個(gè)回?zé)崞?、多個(gè)燃料冷卻器及多個(gè)壓縮機(jī)的流量，在CO₂乏氣流體從多個(gè)燃料冷卻器進(jìn)入多個(gè)壓縮機(jī)和對應(yīng)的多個(gè)回?zé)崞鞯倪^程中進(jìn)行抽氣壓縮，以使每一個(gè)回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道和低壓側(cè)通道內(nèi)不同壓力的CO₂乏氣流體熱容相近，以及每一個(gè)燃料冷卻器的熱流體通道和冷流體通道內(nèi)CO₂乏氣流體和冷卻用燃料流體熱容流量相近，從而保證冷熱流體間的傳熱溫差最優(yōu)，CO₂乏氣熱量利用最大。

進(jìn)一步地，在完成上述循環(huán)過程之后，將輸出的CO₂返回到高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道11，并重復(fù)執(zhí)行上述循環(huán)過程，以充分利用CO₂。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上述循環(huán)過程中，CO₂在高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道11內(nèi)為超臨界狀態(tài)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)燃料冷卻器的低溫側(cè)通道內(nèi)的冷卻用燃料的總溫升高于系統(tǒng)最高溫度與系統(tǒng)最低溫度之差的40％。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，回?zé)崞鞯膫€(gè)數(shù)、燃料冷卻器的個(gè)數(shù)、壓縮機(jī)的個(gè)數(shù)和分流閥門的個(gè)數(shù)，均根據(jù)高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面的集熱參數(shù)及冷卻用燃料的物性和能夠提供的冷卻溫度確定。在圖1所示的實(shí)施例中，例如回?zé)崞鞯膫€(gè)數(shù)為兩個(gè)、燃料冷卻器的個(gè)數(shù)為三個(gè)、壓縮機(jī)的個(gè)數(shù)為兩個(gè)、分流閥門的個(gè)數(shù)為兩個(gè)。換言之，即多個(gè)回?zé)崞靼▋蓚€(gè)回?zé)崞?，分別為第一回?zé)崞?和第二回?zé)崞?，多個(gè)燃料冷卻器包括三個(gè)燃料冷卻器，分別為第一燃料冷卻器3、第二燃料冷卻器4和第三燃料冷卻器5，多個(gè)壓縮機(jī)包括兩個(gè)壓縮機(jī)，分別為第一壓縮機(jī)7和第二壓縮機(jī)9，多個(gè)分流閥門包括兩個(gè)分流閥門，分別為第一分流閥門6和第二分流閥門10，如圖1所示。

具體地，結(jié)合圖1所示，高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道11的出口通過管路與超臨界CO₂透平1的入口連接，超臨界CO₂透平1的出口通過管路與第一回?zé)崞?的低壓側(cè)通道的入口連接，第一回?zé)崞?的低壓側(cè)通道的出口與第二回?zé)崞?的低壓側(cè)通道的入口連接并與第一燃料冷卻器3的高溫流體側(cè)通道的入口連接；第一燃料冷卻器3的高溫流體側(cè)通道的出口與第二燃料冷卻器4的高溫流體側(cè)通道的入口連接，并通過第一分流閥門6與第一壓縮機(jī)7的入口連接；第二燃料冷卻器4的高溫流體側(cè)通道的出口與第三燃料冷卻器5的高溫流體側(cè)通道的入口連接，并通過第一分流閥門6與第一壓縮機(jī)7的入口連接；第三燃料冷卻器5的高溫流體側(cè)通道的出口通過第一分流閥門6與第一壓縮機(jī)7的入口連接；第一壓縮機(jī)7的出口與第二回?zé)崞?的高壓側(cè)通道的入口連接；第二回?zé)崞?的高壓側(cè)通道的出口通過第二分流閥門10與第一回?zé)崞?的高壓側(cè)通道的入口連接；第二回?zé)崞?的低壓側(cè)通道的出口與第二壓縮機(jī)9的入口連接；第二壓縮機(jī)9的出口通過第二分流閥門10與第一回?zé)崞?的高壓側(cè)通道的入口連接；第一回?zé)崞?的高壓側(cè)通道的出口與高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道11的入口連接；第三燃料冷卻器5的低溫流體側(cè)通道的出口與第二燃料冷卻器4的低溫流體側(cè)通道的入口連接；第二燃料冷卻器4的低溫流體側(cè)通道的出口與第一燃料冷卻器3的低溫流體側(cè)通道的入口連接。其中，第一至第三燃料冷卻器的低溫流體側(cè)通道中流體為冷卻用燃料，其余通道中的流體為CO₂。

綜上，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)以CO₂為工質(zhì)，以高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道作為加熱熱源，將超臨界CO₂透平作為能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，將燃料冷卻器作為向冷卻用燃料放熱的設(shè)備，通過多個(gè)回?zé)崞骱投鄠€(gè)燃料冷卻器使乏氣溫度逐個(gè)降低，配合多個(gè)乏氣分流閥門和多個(gè)壓縮機(jī)調(diào)節(jié)各個(gè)回?zé)崞髦械牧髁?，充分利用CO₂乏氣余熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效地將發(fā)動機(jī)壁面的熱量轉(zhuǎn)換為電能和壓縮機(jī)動力。

2)設(shè)置了多個(gè)CO₂乏氣分流閥門、多個(gè)壓縮機(jī)、多個(gè)回?zé)崞骱投鄠€(gè)燃料冷卻器，因此通過分流閥門的分流，以及相應(yīng)的多個(gè)壓縮機(jī)壓縮后的錯(cuò)位回注，調(diào)節(jié)各個(gè)回?zé)崞骱腿剂侠鋮s器中高溫流體側(cè)和低溫流體側(cè)的流體流量，使每個(gè)回?zé)崞骱腿剂侠鋮s器中兩股換熱流體的熱容流量相近，進(jìn)而保證了二者的傳熱溫差最優(yōu)，有效地減少了傳熱過程中的不可逆損失，保證了CO₂乏氣中的熱量被充分地回收利用，提高了熱量回收利用率。

3)確保了冷卻用燃料在燃料冷卻器中吸熱時(shí)得到足夠高的溫升，最終有效減少冷卻用燃料量。

本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例還提出了一種高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。該高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)例如為本發(fā)明上述實(shí)施例所描述的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)的控制方法的流程圖。如圖2所示，該方法包括以下步驟：

S1：高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道對輸入的CO₂進(jìn)行加熱以使CO₂升溫。具體地說，即以CO₂為工質(zhì)，以高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面作為加熱源，CO₂在高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道內(nèi)吸收熱量后實(shí)現(xiàn)升溫。

S2：將升溫后的CO₂輸入超臨界CO₂透平(相當(dāng)于能量轉(zhuǎn)換設(shè)備)中進(jìn)行膨脹做功，并輸出CO₂乏氣。

S3：CO₂乏氣通過多個(gè)回?zé)崞鞯牡蛪簜?cè)通道進(jìn)行放熱，并通過多個(gè)回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道吸熱。

S4：通過多個(gè)分流閥門調(diào)節(jié)不同溫度的CO₂乏氣分流分別進(jìn)入多個(gè)回?zé)崞?、多個(gè)燃料冷卻器及多個(gè)壓縮機(jī)的流量。

S5：在CO₂乏氣流體從多個(gè)燃料冷卻器進(jìn)入多個(gè)壓縮機(jī)和對應(yīng)的多個(gè)回?zé)崞鞯倪^程中進(jìn)行抽氣壓縮，以使每一個(gè)回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道和低壓側(cè)通道內(nèi)不同壓力的CO₂乏氣流體熱容相近，以及每一個(gè)燃料冷卻器的熱流體通道和冷流體通道內(nèi)CO₂乏氣流體和冷卻用燃料流體熱容流量相近。從而保證冷熱流體間的傳熱溫差最優(yōu)，CO₂乏氣熱量利用最大。

S6：將完成以上循環(huán)的CO₂返回至高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道，重復(fù)執(zhí)行S1至S5，以充分利用CO₂。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上述循環(huán)過程中，CO₂在高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道內(nèi)為超臨界狀態(tài)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)燃料冷卻器的低溫側(cè)通道內(nèi)的冷卻用燃料的總溫升高于系統(tǒng)最高溫度與系統(tǒng)最低溫度之差的40％。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，回?zé)崞鞯膫€(gè)數(shù)、燃料冷卻器的個(gè)數(shù)、壓縮機(jī)的個(gè)數(shù)和分流閥門的個(gè)數(shù)，均根據(jù)高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面的集熱參數(shù)及冷卻用燃料的物性和能夠提供的冷卻溫度確定。作為具體的示例，例如回?zé)崞鞯膫€(gè)數(shù)為兩個(gè)、燃料冷卻器的個(gè)數(shù)為三個(gè)、壓縮機(jī)的個(gè)數(shù)為兩個(gè)、分流閥門的個(gè)數(shù)為兩個(gè)。換言之，即多個(gè)回?zé)崞靼▋蓚€(gè)回?zé)崞?，分別為第一回?zé)崞骱偷诙責(zé)崞鳎鄠€(gè)燃料冷卻器包括三個(gè)燃料冷卻器，分別為第一燃料冷卻器、第二燃料冷卻器和第三燃料冷卻器，多個(gè)壓縮機(jī)包括兩個(gè)壓縮機(jī)，分別為第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)，多個(gè)分流閥門包括兩個(gè)分流閥門，分別為第一分流閥門和第二分流閥門。

以上各部件之間的連接關(guān)系例如為：高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道的出口通過管路與超臨界CO₂透平的入口連接，超臨界CO₂透平的出口通過管路與第一回?zé)崞鞯牡蛪簜?cè)通道的入口連接，第一回?zé)崞鞯牡蛪簜?cè)通道的出口與第二回?zé)崞鞯牡蛪簜?cè)通道的入口連接并與第一燃料冷卻器的高溫流體側(cè)通道的入口連接；第一燃料冷卻器的高溫流體側(cè)通道的出口與第二燃料冷卻器的高溫流體側(cè)通道的入口連接，并通過第一分流閥門與第一壓縮機(jī)的入口連接；第二燃料冷卻器的高溫流體側(cè)通道的出口與第三燃料冷卻器的高溫流體側(cè)通道的入口連接，并通過第一分流閥門與第一壓縮機(jī)的入口連接；第三燃料冷卻器的高溫流體側(cè)通道的出口通過第一分流閥門與第一壓縮機(jī)的入口連接；第一壓縮機(jī)的出口與第二回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道的入口連接；第二回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道的出口通過第二分流閥門與第一回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道的入口連接；第二回?zé)崞鞯牡蛪簜?cè)通道的出口與第二壓縮機(jī)的入口連接；第二壓縮機(jī)的出口通過第二分流閥門與第一回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道的入口連接；第一回?zé)崞鞯母邏簜?cè)通道的出口與高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道的入口連接；第三燃料冷卻器的低溫流體側(cè)通道的出口與第二燃料冷卻器的低溫流體側(cè)通道的入口連接；第二燃料冷卻器的低溫流體側(cè)通道的出口與第一燃料冷卻器的低溫流體側(cè)通道的入口連接。其中，第一至第三燃料冷卻器的低溫流體側(cè)通道中流體為冷卻用燃料，其余通道中的流體為CO₂。

綜上，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)熱量回收發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)以CO₂為工質(zhì)，以高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)壁面吸熱通道作為加熱熱源，將超臨界CO₂透平作為能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，將燃料冷卻器作為向冷卻用燃料放熱的設(shè)備，通過多個(gè)回?zé)崞骱投鄠€(gè)燃料冷卻器使乏氣溫度逐個(gè)降低，配合多個(gè)乏氣分流閥門和多個(gè)壓縮機(jī)調(diào)節(jié)各個(gè)回?zé)崞髦械牧髁?，充分利用CO₂乏氣余熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效地將發(fā)動機(jī)壁面的熱量轉(zhuǎn)換為電能和壓縮機(jī)動力。

2)設(shè)置了多個(gè)CO₂乏氣分流閥門、多個(gè)壓縮機(jī)、多個(gè)回?zé)崞骱投鄠€(gè)燃料冷卻器，因此通過分流閥門的分流，以及相應(yīng)的多個(gè)壓縮機(jī)壓縮后的錯(cuò)位回注，調(diào)節(jié)各個(gè)回?zé)崞骱腿剂侠鋮s器中高溫流體側(cè)和低溫流體側(cè)的流體流量，使每個(gè)回?zé)崞骱腿剂侠鋮s器中兩股換熱流體的熱容流量相近，進(jìn)而保證了二者的傳熱溫差最優(yōu)，有效地減少了傳熱過程中的不可逆損失，保證了CO₂乏氣中的熱量被充分地回收利用，提高了熱量回收利用率。

3)確保了冷卻用燃料在燃料冷卻器中吸熱時(shí)得到足夠高的溫升，最終有效減少冷卻用燃料量。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。