Системы и способы охлаждения и выработки энергии на высокоскоростных летательных аппаратах - RU2020114714A
Код документа: RU2020114714A
Формула
1. Способ (300) охлаждения поверхности (104) на летательном аппарате (102), включающий:
продвижение (302) летательного аппарата (102) со скоростью полета, составляющей по меньшей мере 3 М, причем поверхность (104) летательного аппарата (102) подвержена аэродинамическому нагреву;
циркуляцию (304) рабочего тела (122), являющегося сверхкритическим флюидом, по контуру (120) для текучей среды, при этом циркуляция включает последовательное выполнение:
сжатия (306) рабочего тела (122), являющегося сверхкритическим флюидом, посредством компрессора (130);
нагрева (308) рабочего тела (122), являющегося сверхкритическим флюидом, посредством приемника (140) тепла контура (120) для текучей среды, причем приемник (140) тепла контура (120) для текучей среды имеет тепловую связь с поверхностью (104) летательного аппарата (102);
расширения (310) рабочего тела (122), являющегося сверхкритическим флюидом, в тепловом двигателе (150) с получением полезной работы (152) от теплового двигателя (150);
охлаждения (312) рабочего тела (122), являющегося сверхкритическим флюидом; и
рециркуляции (314) рабочего тела (122), являющегося сверхкритическим флюидом, в компрессор (130); и
функциональное связывание (316) полезной работы (152) теплового двигателя (150) с компрессором (130).
2. Способ (300) по п. 1, также включающий выработку электрической энергии (318) посредством функционального связывания полезной работы (152) теплового двигателя (150) с генератором (170).
3. Способ (300) по п. 2, согласно которому компрессор (130) содержит компрессор с электрическим приводом, функционально связанный с генератором (170).
4. Способ (300) по п. 2, также включающий подачу питания (320) на вспомогательную нагрузку (180) с использованием генератора (170).
5. Способ (300) по любому из пп. 1-4, согласно которому охлаждение (312) рабочего тела (122), являющегося сверхкритическим флюидом, включает осуществление теплообмена из ветви (124) низкого давления контура (120) для текучей среды, расположенной по потоку после теплового двигателя (150), в ветвь (126) высокого давления контура (120) для текучей среды, расположенную по потоку до теплового двигателя (150) и приемника (140) тепла контура (120) для текучей среды.
6. Способ (300) по п. 5, согласно которому обеспечивают рекуператор (160) для осуществления теплообмена из ветви (124) низкого давления контура (120) для текучей среды в ветвь (126) высокого давления контура (120) для текучей среды.
7. Способ (300) по любому из пп. 1-6, также включающий отвод тепла (322) от рабочего тела (122), являющегося сверхкритическим флюидом, посредством предварительного охладителя (190) перед рециркуляцией рабочего тела (122), являющегося сверхкритическим флюидом, в компрессор (130).
8. Способ (300) по любому из пп. 1-7, согласно которому рабочее тело (122), являющееся сверхкритическим флюидом, содержит сверхкритический диоксид углерода.
9. Система (100) для охлаждения поверхности (104) летательного аппарата (102), движущегося со скоростью полета, составляющей по меньшей мере 3 М, при этом система (100) содержит:
контур (120) для текучей среды, содержащий рабочее тело (122), являющееся сверхкритическим флюидом, при этом контур (120) для текучей среды включает в себя последовательно расположенные:
компрессор (130) для сжатия рабочего тела (122), являющегося сверхкритическим флюидом;
приемник (140) тепла, расположенный с установлением тепловой связи с поверхностью (104) летательного аппарата (102), для нагрева рабочего тела (122), являющегося сверхкритическим флюидом;
тепловой двигатель (150) для расширения рабочего тела (122), являющегося сверхкритическим флюидом, и совершения полезной работы (152), причем полезная работа (152) функционально связана с компрессором (130); и
рекуператор (160) для осуществления теплообмена из ветви (124) низкого давления контура (120) для текучей среды, расположенной по потоку после теплового двигателя (150), в ветвь (126) высокого давления контура (120) для текучей среды, расположенную по потоку до теплового двигателя (150) и приемника (140) тепла контура (120) для текучей среды.
10. Система (100) по п. 9, также содержащая генератор (170), функционально связанный с тепловым двигателем (150) и выполненный с возможностью приема по меньшей мере части полезной работы (152) и выработки электрической энергии (172).
11. Система (100) по п. 10, в которой компрессор (130) содержит компрессор с электрическим приводом, функционально связанный с генератором (170).
12. Система (100) по любому из пп. 9-11, также содержащая предварительный охладитель (190), функционально связанный с ветвью (124) низкого давления контура (120) для текучей среды между рекуператором (160) и компрессором (130).
13. Система (100) по любому из пп. 9-12, также содержащая контроллер (200), функционально связанный с компрессором (130), причем контроллер (200) запрограммирован на исполнение способа, включающего инициирование работы компрессора (130), когда эксплуатационный параметр летательного аппарата превосходит пороговое значение срабатывания.
14. Система (100) по п. 13, в которой эксплуатационный параметр летательного аппарата (102) содержит температуру поверхности (104).
15. Система (100) по п. 13, в которой эксплуатационный параметр летательного аппарата (102) содержит скорость полета летательного аппарата (102).
