燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统总体性能及匹配分析

【类型】期刊

【作者】姬志行  王占学  程莉雯  秦江  刘禾 

【刊名】航空学报

【关键词】 燃料电池,低碳航空,氢能动力,长航时,混电飞机,性能匹配

【摘要】为大幅减小发动机耗油率，降低碳排放，提升飞机续航能力，提出了基于碳氢燃料的燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统，通过预重整和高温燃料电池实现碳氢燃料的电化学利用并避免传统氢燃料电池飞机储氢困难、体积能量密度小的问题，另一方面，利用燃气涡轮增加燃料电池功率密度，减小其体积和质量。以MQ-1无人机为匹配对象，通过建立推进系统质量和热力学性能模型，对混合系统进行了部件参数匹配分析。随着燃料利用率减小，燃料电池极化减小，换热器平均换热温差增加，因而混合推进系统质量急剧下降，耗油率大幅上升，该航空混合系统质量与总效率的优化方向相反。随压比增加，燃料电池功率和质量增加幅度较大，导致飞机载油量降低，但在燃料电池电流密度为常数时，对燃料电池和混合系统效率影响较小。设计条件下，混合系统中燃料电池和换热器占据混合系统质量的主要部分，超过70%。相比原型内燃机动力，混合推进系统质量约增加40%，但热效率可提高约111%。此外，混合推进系统可满足飞机在爬升阶段和巡航阶段的功率需求，装备该动力的无人机续航时间可提高97%。

【年份】2024

【作者单位】西北工业大学动力与能源学院;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院;

【期号】10

【页码】165-178