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便携式高效微型燃气涡轮发电系统是利用微型燃气轮机直接驱动发电机以输出电能的高效发电系统，可作为便携式移动电源、微小型装备动力、电动汽车增程等而广泛用于单兵发电、野战电源、应急抢险救灾、太阳能光热发电、微小型无人装备以及新能源汽车等领域。北京航空航天大学高超声速强预冷空天动力技术团队完成了便携式高效微型燃气涡轮发电系统研制，并开展了工程样机试验验证。本项目提出了基于回热高效气动热力循环的燃气发生器-超高速发电机同轴紧凑布局的高效微型燃气涡轮发电系统方案，并成功突破超高速电机、高效微小尺寸叶轮机、轻质回热器、高效电能综合管理系统等关键技术，完成了6～9kW级高效微型燃气涡轮发电系统BH-MTG6研制，系统具有紧凑、轻质、高效、高可靠性、高寿命、低振动、低噪音、低排放、燃料消耗量低、燃料多元化等诸多优势，综合性能指标国际领先。

实现指标：

（1） 发电功率： 带回热单元型号≮6kW；
不带回热单元型号≮9kW；
（2） 耗油率： 带回热单元型号≯0.5kg/(kW·h)；
不带回热单元型号≯0.7kg/(kW·h)；
（3） 核心机重量： 带回热单元型号≯6kg；
不带回热单元型号≯4kg；
（4） 使用寿命： ≮3000h。

目前，6～9kW量级的高效微型燃气涡轮发电系统在国内外尚属空白，国内尚未有其他单位开展相关研究，国外系统也处于研制阶段，未出现成熟产品。本项目利用微型燃气涡轮发动机直接驱动超高速永磁同步电机，避免了复杂的减速传动机构，具有结构简单、体积小、重量轻、零部件数量少、可靠性高、寿命长的特点；同时根据使用需求可以在系统中增加回热单元，增加回热单元后使得整个系统还具备较高的热电转化效率和较低燃料消耗量；与已有采用活塞式发动机作为动力的小型发电系统均相比，本项目还具有振动小、噪音低、燃料多元化等诸多显著优势。本系统采用模块化设计，根据使用需求可选择安装或不安装回热单元，以便满足不同使用场景对重量和油耗的要求。不安装回热单元时，与国外在研型号相比，在重量相当时，本系统功率增加40%，油耗降低30%。在增加回热单元后，重量增加不超过2kg，油耗降低约53%，且与已有相同功率的内燃式发电机相比，本系统的体积和重量仅为内燃式发电机的1/6，而寿命则是其6倍；同时本系统的燃料适用性强，可采用柴油、航煤、天然气、丁烷多种工质作为燃料；本系统可以根据用电设备特点，配置不同容量的储电单元，实现高效电能综合管理。

系统以及新型增程器三个领域。作为便携式微型发电系统，可以解决现有产品体积大、重量大、油耗高、噪音大、能量密度低、能量补充困难等问题，大幅度提升便携性和经济性，广泛用于单兵发电、野战电源、应急抢险救灾、分布式能源系统等领域，真正实现单人携带、无限续航；作为微小型无人器动力系统，可以直接输出电功率，无需对已有无人器结构进行较大改动，就可以有效解除现有动力源如电池或内燃机对微小型无人器航程以及负载的限制，广泛用于微小型无人机、无人战车、无人艇、飞机辅助动力等领域，大幅度提升微小型无人器的巡逻半径以及有效载荷；作为电动汽车增程器，可以完美解决电动汽车“里程焦虑”的难题，以及传统内燃式增程器体积大、重量大等问题，更为有效的扩展电动汽车续航里程和续航时间，是在高能量密度电池技术解决前新能源汽车领域一个十分有效而又重要的替代方案。

本项目由北京航空航天大学高超声速强预冷空天动力技术团队核心人员主持研发，专业涉及燃气涡轮发电系统涉及的全部技术领域。邹正平，博士，北京航空航天大学长聘教授，博士生导师。吸气式高超声速动力系统及叶轮机气体动力学领域专家。曾获国家级科技奖项2项、省部级科技奖项3项。负责本项目总体设计。刘火星，博士，北京航空航天大学发动机研究院副院长、研究员，博士生导师。吸气式动力系统、叶轮机气体动力学、实验测试领域专家。曾获国家级科技奖项2项、省部级科技奖项3项。负责本项目总体试验。张荣春，博士，北京航空航天大学副研究员，博士生导师。航空发动机和新型动力装置燃烧系统及气、液两相燃烧学领域专家。曾获国家级科技奖项1项、省部级科技奖项2项。负责本项目燃烧系统设计及试验。严明，博士，北京航空航天大学副教授，硕士生导师。航空发动机压气机气动设计专家。曾获国家级科技奖项2项。负责本项目叶轮机设计及及试验。付超，博士，北京航空航天大学助理研究员，硕士生导师。紧凑快速强换热领域专家。曾获国家级科技奖项1项。负责本项目高速电机、回热器设计及试验，燃机整机结构设计及样机试验。

目前，本项目全部研发经费由团队自筹获得，已投入经费约500万元，并已完成了便携式高效微型燃气涡轮发电系统核心部件的设计和试验验证，以及发电系统工程样机的研制，并开展了工程样机试验验证。项目具有完全自主的知识产权。目前已申请国家发明专利和实用新型专利21项，并已获得授权10项，所有专利均为单独所有。本项目后续主要目标是进一步提高发电系统的技术成熟，完成环境适应性试验验证，实现生产定型并进行批量生产。

本成果转化应用后，可以更好的解决相关应用领域目前面临的诸多问题，如目前军民用便携电源普遍存在体积重量大、能量密度低、能量补充困难；无人装备动力系统重量大、体积大，无法满足无人器航程以及长时间工作等任务要求；新能源汽车领域受制于目前电池水平，存在续航里程短、续航时间短、充电时间长等问题，提高各领域的整体技术水平和行业竞争力。同时，本项目研制过程中突破的超轻质紧凑原表面回热器技术、超高转速挠性转子设计及平衡技术、多燃料适应性燃烧室设计技术等关键技术对推动先机换热器、高速电主轴、低排放燃烧等领域的技术进步也具有极大的促进和推动作用。

本成果所涉及的领域属于国家重点扶持领域，是未来军民用能源与动力领域的重要发展方向之一。国内外针对便携式发电系统制定了许多发展计划。2010年，美军就已推出以第三代发电机研制为代表的一系列措施，以符合美军战场电源“更小、更轻、更加高效且成本更低”的作战要求；欧盟框架计划中也将发展功率量级为3～10kW的微型燃气涡轮发电系统进行太阳能光热发电作为能源领域的重要发展方向；我国也先后制定了“能源革命创新行动计划”、“军科委开放项目”等一系列研究计划，这些研制计划中均将微型燃气涡轮发电机作为主要研究方向之一。

便携式发电系统的主要应用领域如便携电源、无人装备、新能源汽车等均为国家重点发展和支持领域，各领域均得到了国家的政策倾斜和大力资助，针对性地出台了“关于发展分布式能源的指导意见”、“智能无人系统发展规划”、“节能与新能源汽车产业发展规划”，进而推动相关行业快速发展。

本项目接受技术转让、技术许可、作价入股，委托开发，合作开发，技术咨询，技术服务等多种成果转化方式，成果转化方向可集中在便携式微型发电系统、微小型无人装备动力系统以及新能源汽车增程器等领域，也可根据市场需求变化应用在其他适用的军民用领域，希望能够实现高效微型燃气涡轮发电系统的产业化和批量生产的目标。