高超聲速飛行器蒙皮冷卻與半導(dǎo)體溫差發(fā)電一體化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種高超聲速飛行器蒙皮冷卻與半導(dǎo)體溫差發(fā)電一體化技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]高超聲速飛行器在高飛行馬赫數(shù)下飛行，其表面會因氣動加熱而產(chǎn)生高溫，如果處理不當(dāng)會對飛行器產(chǎn)生嚴(yán)重的燒蝕，這就使得飛行器蒙皮的熱防護(hù)問題成為高超聲速飛行的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時(shí)，對于長航時(shí)的高超聲速飛行器，單一的電池已經(jīng)無法滿足供電需求，必須引入一種能夠持續(xù)發(fā)電的供電系統(tǒng)。
[0003]飛行器以高超聲速在大氣層中飛行時(shí)，空氣收到強(qiáng)烈的壓縮和摩擦作用，大部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致空氣為溫度急劇升高，使得熱量迅速向飛行器表面?zhèn)鬟f。這種由于物體在大氣層中高速飛行而產(chǎn)生的加熱現(xiàn)象，稱為“氣動加熱”。一般當(dāng)飛行馬赫數(shù)為8時(shí)，飛行器機(jī)體前緣溫度可達(dá)1800°C以上，其他部位也將在600°C左右。目前較為成熟的飛行器蒙皮熱防護(hù)技術(shù)包括吸熱式結(jié)構(gòu)、輻射式結(jié)構(gòu)和燒蝕式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠較為有效地實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)的功能，但普遍存在結(jié)構(gòu)重量大、工作時(shí)間短的問題，更重要的是還停留在“防”熱的層面，而無法實(shí)現(xiàn)對氣動熱的有效利用，這對于提升高超聲速飛行器性能顯然是不利的。
[0004]對于長航時(shí)的高超聲速飛行器，功率密度較低的化學(xué)電池難以滿足供電需求，而采用常規(guī)的利用熱機(jī)帶動發(fā)電機(jī)的供電方式同樣存在較多的問題。一方面，對于吸氣式高超聲速飛行不可或缺的超燃沖壓發(fā)動機(jī)并不具備軸功的輸出條件，需要額外的旋轉(zhuǎn)式熱機(jī)，這必然導(dǎo)致較大的質(zhì)量懲罰；另一方面，包括發(fā)電機(jī)在內(nèi)的高速旋轉(zhuǎn)部件需要獨(dú)立的支撐結(jié)構(gòu)和滑油系統(tǒng)，進(jìn)而造成系統(tǒng)復(fù)雜性的提高和可靠性的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決長航時(shí)高超聲速飛行的飛行器表面熱防護(hù)問題與飛行器供電問題，提供一種高超聲速飛行器蒙皮冷卻與半導(dǎo)體溫差發(fā)電一體化系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明所述的高超聲速飛行器蒙皮冷卻與半導(dǎo)體溫差發(fā)電一體化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括蒙皮、半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊、兩個(gè)導(dǎo)熱絕緣層、燃料通道和多根導(dǎo)線；
[0007]半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊固定在兩個(gè)導(dǎo)熱絕緣層之間，蒙皮的一側(cè)固定在一個(gè)導(dǎo)熱絕緣層的外側(cè)，蒙皮的另一側(cè)為熱流;燃料通道的一側(cè)固定在另一個(gè)導(dǎo)熱絕緣層的外側(cè);燃料通道用于流通較低溫度的燃料；
[0008]半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊由M個(gè)P型半導(dǎo)體熱電材料、M個(gè)N型半導(dǎo)體熱電材料和2M+1個(gè)導(dǎo)流片組成，M個(gè)P型半導(dǎo)體熱電材料和M個(gè)N型半導(dǎo)體熱電材料通過2M+1個(gè)導(dǎo)流片串聯(lián)在一起，并且M個(gè)P型半導(dǎo)體熱電材料和M個(gè)N型半導(dǎo)體熱電材料間隔排布;每個(gè)P型半導(dǎo)體熱電材料兩端的導(dǎo)流片分別固定在兩個(gè)導(dǎo)熱絕緣層的內(nèi)側(cè)，每個(gè)N型半導(dǎo)體熱電材料兩端的導(dǎo)流片也分別固定在兩個(gè)導(dǎo)熱絕緣層的內(nèi)側(cè)；
[0009]與位于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊一端的P型半導(dǎo)體熱電材料相連的導(dǎo)流片為半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的正極;與位于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊另一端的N型半導(dǎo)體熱電材料相連的導(dǎo)流片為半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的負(fù)極；
[0010]半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的正極通過導(dǎo)線與負(fù)載的一端相連，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的負(fù)極通過導(dǎo)線與負(fù)載的另一端相連；
[0011]所述M為正整數(shù)。
[0012]本發(fā)明的工作原理是飛行器前緣的外表面因氣動加熱產(chǎn)生的中溫?zé)崮?，溫度較高的蒙皮與燃料通道栗出的燃料存在溫度差為半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊實(shí)現(xiàn)熱電直接轉(zhuǎn)換提供了條件，通過燃料通道中持續(xù)流動的燃料來維持半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊正極與負(fù)極的溫差，將未轉(zhuǎn)換為電能的相對較低品位的中低溫?zé)崮芡ㄟ^熱傳遞的方式轉(zhuǎn)移至燃燒室，隨著不斷向燃料通道輸送燃料，將中溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為高品位的燃燒熱能。
[0013]本發(fā)明的有益效果是將蒙皮冷卻系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)合二為一，降低了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，減小了質(zhì)量懲罰；采用半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊進(jìn)行發(fā)電，結(jié)構(gòu)簡單，無旋轉(zhuǎn)部件，振動小、可靠性高;燃燒室中的燃料吸收了較低品位的中溫?zé)崮懿⑸闪烁咂肺坏娜紵裏崮?，?shí)現(xiàn)了能量品位的提升；降低了飛行器外壁的溫度，實(shí)現(xiàn)蒙皮熱防護(hù)的同時(shí)降低飛行器紅外信號的強(qiáng)度;獲得的電流為直流電，便于雷達(dá)、導(dǎo)航等電子部件的利用。
【附圖說明】
[0014]圖1為【具體實(shí)施方式】一所述的高超聲速飛行器蒙皮冷卻與半導(dǎo)體溫差發(fā)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的高超聲速飛行器蒙皮冷卻與半導(dǎo)體溫差發(fā)電一體化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括蒙皮1、半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊9、兩個(gè)導(dǎo)熱絕緣層4、燃料通道6和多根導(dǎo)線7;
[0016]半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊9固定在兩個(gè)導(dǎo)熱絕緣層4之間，蒙皮I的一側(cè)固定在一個(gè)導(dǎo)熱絕緣層4的外側(cè)，蒙皮I的另一側(cè)為熱流10;燃料通道6的一側(cè)固定在另一個(gè)導(dǎo)熱絕緣層4的外側(cè);燃料通道10用于流通較低溫度的燃料；
[0017]半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊9由M個(gè)P型半導(dǎo)體熱電材料2、M個(gè)N型半導(dǎo)體熱電材料3和2M+I個(gè)導(dǎo)流片5組成，M個(gè)P型半導(dǎo)體熱電材料2和M個(gè)N型半導(dǎo)體熱電材料3通過2M+1個(gè)導(dǎo)流片5串聯(lián)在一起，并且M個(gè)P型半導(dǎo)體熱電材料2和M個(gè)N型半導(dǎo)體熱電材料3間隔排布;每個(gè)P型半導(dǎo)體熱電材料2兩端的導(dǎo)流片5分別固定在兩個(gè)導(dǎo)熱絕緣層4的內(nèi)側(cè)，每個(gè)N型半導(dǎo)體熱電材料3兩端的導(dǎo)流片5也分別固定在兩個(gè)導(dǎo)熱絕緣層4的內(nèi)側(cè)；
[0018]與位于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊9一端的P型半導(dǎo)體熱電材料2相連的導(dǎo)流片5為半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊9的正極;與位于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊9另一端的N型半導(dǎo)體熱電材料3相連的導(dǎo)流片5為半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊9的負(fù)極；
[0019]半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊9的正極通過導(dǎo)線7與負(fù)載8的一端相連，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊9的負(fù)極通過導(dǎo)線7與負(fù)載8的另一端相連；
[0020]所述M為正整數(shù)。
[0021 ]導(dǎo)熱絕