بررسی بازده و مصرف سوخت موتور توربوفن ترکیبی با پیل سوختی اکسید جامد برای استفاده در پهپادها با مداومت پروازی بالا

در این مقاله، استفاده از موتور ترکیبی پیل سوختی اکسید جامدSOFCبا موتور توربین گاز )توربوفن( برای کاهش سوخت مصرفی در هواپیما با بارهای الکتریکی بزرگ مانند هواپیماهای بدون سرنشین)پهپاد( دارای گیرنده و با مداومت پروازی بالا مورد بررسی قرار میگیرد. این سیستم ترکیبی دارای تعدادی مزیت است: توربین گاز بسیاری از زیرسیستم و اجزای پیل سوختی اکسید جامد )تامین سوخت، هوا و حرارت به سلول سوختی( را حذف میکند و بنابراین تعداد اجزای سیستم پیل سوختی را کاهش میدهد؛ موتور توربوفن سوخت و هوای تحت فشار را برای پیل سوختی فراهم میکند که عملکرد سیستم پیل سوختی را به طور قابل توجهی بهبود میدهد. گرما حاصل از پیل سوختی و سوختهای واکنش نداده در آن توسط سیستم تعادلی توربین گاز بازپس گرفته میشوند. این سیستم می تواند توان الکتریکی بیشتری را در مقایسه با سیستمهای موتور ژنراتور فراهم کند با این وجود چگالی توان آن در حدود 10 درصد کمتر از موتورهای مرسوم است. مدلهای ترمودینامیکی پیل سوختی اکسید جامد، راکتور خودگرمایی و توربوفن جریان مجزا، جداگانه برای فاز تعادل گاز و واکنش الکتروشیمیایی در سلول و محاسبات پایا در نقطه عملکرد سطح دریا توسعه یافتهاند. مدل ها در محیط متلب ایجاد شده اند. یکپارچگی سیستم پیل سوختی اکسید جامدتوربین گاز GT-SOFC باعث کاهش6-8%سوزاندن سوخت در سیستم های 70 کیلو وات در موتور 35 کیلو ولت با افت کمتر از 1%میشود. این سیستم ترکیبی همچنین میتواند قبل از رسیدن به محدودیت دمای ورودی توربین، توان الکتریکی بیشتری )در برخی موارد بیش از 3 برا بر( از سیستم های مبتنی بر ژنراتور فراهم کند. این مطالعه نشان میدهد که سیستم موتورهای ترکیبی عملکرد کلی بهتری را نسبت به سیستمهای منفرد امکان پذیر می سازند