转载：温差发电技术在未来空战中的应用_风闻

随着大功率战术激光武器的日渐成熟，未来战斗机有可能装备激光武器，用于摧毁来袭的空对空导弹或空对地导弹，从而大幅提高下一代战机作战和防御效能。

然而，这也对飞机的电力供应提出了严峻挑战。据分析，战斗机上的电力供应主要依靠航空发动机驱动轴带动的发电机供电。例如某国产重型第三代弹射型舰载战斗机，使用两台大推力国产涡扇发动机作为动力，总发电功率不超过50千瓦。我军最新装备的某型重型隐身战斗机（双发），装备了耗电极大的新型有源相控阵雷达系统，总发电功率不超过60千瓦。即使是目前耗电功率最大的某电子战型重型战斗机，其最大发电功率也不会超过100千瓦。然而根据美国空军所做的试验证明，100千瓦以下的激光器只能近距离拒止、破坏或摧毁小型无人机、中小口径火箭弹、迫击炮等，要想摧毁敌方来袭的空对空导弹，功率至少要在100千瓦以上。而要想在较远距离摧毁敌方飞机、近地飞行的导弹以及装甲目标，功率要达到300千瓦以上。[ 1 ] 

如此大的耗电功率如果从发动机传动装置取电，会对发动机的性能造成较大影响，如果采用电池和发电吊舱供电，则明显增重，大大影响飞机的机动性能。如何满足第六代战机可能高达数百千瓦的供电问题，又不影响飞机性能，是一个相当棘手的问题。为此某科研创新团队提出利用航空发动机逃逸热能发电的创新方案。

据公开资料披露，航空发动机利用化石燃料燃烧产生的能量转换效率仅为35至40%左右，也就是说燃料中还有超过60%的能量没有得到有效利用，被直接排放到大气中。而热能又占据了尾流废气能量的30%到45%。经初步计算，新一代航空发动机每台的尾流逃逸能量约在数万千瓦以上，如果能捕获和利用其中的1%，则至少能提供数百千瓦的电能，可基本满足飞机携带的高能激光武器的用电需求。

因此，研究和开发热电材料与器件，对航空发动机逃逸热能进行捕获与再利用发电具有很强的实际意义和应用价值。实际上，利用温差原理发电并不新鲜，例如早在20世纪60年代，美国和前苏联就研制了放射性同位素温差发电器，作为太阳能电池的最佳替代动力源，可在太阳辐射量不足的宇宙深空为卫星和航天器提供稳定持续的电力供应，我国的嫦娥和玉兔登月探测器也采用了同位素温差发电方案。但该方案一般功率较小，辐射性危害较大，并不适合航空发动机使用。

随着近年来纳米技术和先进材料合成技术的发展，常规热电材料的性能不断提高，温差发电技术在民用汽车发动机、船舶发动机等领域逐渐得到了应用。例如某航空航天大学的科研人员就在近几年研制出了一种汽车发动机排气热电发电装置[ 2 ]。其安装在汽车三元催化转化器和消声器之间的排气管上的导热翅片上，每个热电发电模块功率可达19瓦，利用汽车发动机尾气总共可提供1.5千瓦的电力，而总质量不超过15公斤。而在航空发动机中实际应用时，因为要面临复杂的高温高压环境，所以对热电材料与发电器件的要求更高。除了需要满足材料的高热电性能和发电器件的高转换效率外，还要求热电材料与发电器件具有低密度、耐高温、耐腐蚀和耐冲击性等较高的综合性能。

据公开资料披露，有创新团队研制出了一种耐高温的氧化物陶瓷纳米粉体材料，在630℃的高温环境下其发电效率与目前国际报道的热电材料最优值相当，能成功驱动电路与传感器工作，实现了航空发动机传感器的自供电和信号传输的无线化。在下一步计划中，实现为航空发动机执行机构和电动燃油泵供电，并最终实现利用四代机动力的尾焰热能，为战机提供200千瓦至300千瓦以上的电力供应，为未来机载激光空战武器奠定坚实的基础。[ 3 ] 

注：

1 Ronald O’Rourke, Navy Shipboard Lasers for Surface, Air, and Missile Defense: Background and Issues for Congress (Washington, D.C.: Congressional Research Service, August 12, 2010), pp. 34-35.

2 何勇灵、周岷峰. 圆柱壳直板翅片式汽车排气热电发电装置：中国，103644016A[Y02T10/16]. 2016-05-04. https://patentimages.storage.googleapis.com/ac/ca/61/e6513991b2f3f2/CN103644016A.pdf

3 根据《高温氧化物热电材料及其研究现状》一文介绍，高温氧化物热电材料主要包括钴基氧化物热电材料和钙钛矿型氧化物热电材料等，两端温差为551K时，其发电功率仅为0.15Ｗ。

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