氨-煤油双燃料新型SOFC-涡桨发动机航空混合动力系统的化学热回收性能分析

本文创新性地提出了一种采用氨-煤油双燃料的固体氧化物燃料电池（SOFC）-涡桨发动机航空混合系统，通过化学热回收实现氢能生产与压气机-涡轮解耦。研究表明，该系统在保持航空动力性能的同时，较传统煤油涡桨发动机提升近40%综合效率，在等功率条件下降低88.32%碳排放，在等涡轮进口温度（TIT）条件下实现52.84%碳减排，并突破传统压比限制，展现出优异的低空低速性能。

　　

系统亮点

• 创新性航空SOFC-GT架构实现压气机-涡轮解耦，提升功率密度

• 化学热回收驱动氨分解制氢，为SOFC提供富氢燃料

• 电耦合设计增强推进系统布局灵活性

主要结论

1. 1.

   SOFC燃料利用率（U_f）和过量空气系数（?）需优化平衡：当U_f提升时，双燃料系统比油耗（SFC）显著降低，但过高U_f会导致SOFC效率下降；?增加虽改善电池性能，但会增大压气机功耗。

2. 2.

   氨分解温度是关键参数：较高分解温度（>800°C）可提升系统性能并减少12.7%碳排放，但需考虑材料耐温限制。

3. 3.

   突破传统性能极限：在等功率条件下，系统以53.70%的SFC增幅换取88.32%碳减排，涡轮进口温度（TIT）降低超300K；在等TIT条件下，仅需26.42%的SFC代价即可实现52.84%碳减排，且功率输出能力提升近50%。

4. 4.

   独特压比特性：系统功率随压比持续增长，峰值功率较传统发动机高50%以上，低空输出功率提升约70%。

5. 5.

   工况适应性：在低速（<0.3马赫）和低空（<3000米）条件下展现最佳综合效率，燃料消耗惩罚较小。

（注：翻译严格保留原文技术参数如U_f、?、TIT等专业符号，采用"压比"等航空术语，并通过"功率密度""碳减排"等短语强化生命科学领域的可持续发展关联性）