轉載：温差發電技術在未來空戰中的應用_風聞

隨着大功率戰術激光武器的日漸成熟，未來戰鬥機有可能裝備激光武器，用於摧毀來襲的空對空導彈或空對地導彈，從而大幅提高下一代戰機作戰和防禦效能。

然而，這也對飛機的電力供應提出了嚴峻挑戰。據分析，戰鬥機上的電力供應主要依靠航空發動機驅動軸帶動的發電機供電。例如某國產重型第三代彈射型艦載戰鬥機，使用兩台大推力國產渦扇發動機作為動力，總髮電功率不超過50千瓦。我軍最新裝備的某型重型隱身戰鬥機（雙發），裝備了耗電極大的新型有源相控陣雷達系統，總髮電功率不超過60千瓦。即使是目前耗電功率最大的某電子戰型重型戰鬥機，其最大發電功率也不會超過100千瓦。然而根據美國空軍所做的試驗證明，100千瓦以下的激光器只能近距離拒止、破壞或摧毀小型無人機、中小口徑火箭彈、迫擊炮等，要想摧毀敵方來襲的空對空導彈，功率至少要在100千瓦以上。而要想在較遠距離摧毀敵方飛機、近地飛行的導彈以及裝甲目標，功率要達到300千瓦以上。[ 1 ] 

如此大的耗電功率如果從發動機傳動裝置取電，會對發動機的性能造成較大影響，如果採用電池和發電吊艙供電，則明顯增重，大大影響飛機的機動性能。如何滿足第六代戰機可能高達數百千瓦的供電問題，又不影響飛機性能，是一個相當棘手的問題。為此某科研創新團隊提出利用航空發動機逃逸熱能發電的創新方案。

據公開資料披露，航空發動機利用化石燃料燃燒產生的能量轉換效率僅為35至40%左右，也就是説燃料中還有超過60%的能量沒有得到有效利用，被直接排放到大氣中。而熱能又佔據了尾流廢氣能量的30%到45%。經初步計算，新一代航空發動機每台的尾流逃逸能量約在數萬千瓦以上，如果能捕獲和利用其中的1%，則至少能提供數百千瓦的電能，可基本滿足飛機攜帶的高能激光武器的用電需求。

因此，研究和開發熱電材料與器件，對航空發動機逃逸熱能進行捕獲與再利用發電具有很強的實際意義和應用價值。實際上，利用温差原理髮電並不新鮮，例如早在20世紀60年代，美國和前蘇聯就研製了放射性同位素温差發電器，作為太陽能電池的最佳替代動力源，可在太陽輻射量不足的宇宙深空為衞星和航天器提供穩定持續的電力供應，我國的嫦娥和玉兔登月探測器也採用了同位素温差發電方案。但該方案一般功率較小，輻射性危害較大，並不適合航空發動機使用。

隨着近年來納米技術和先進材料合成技術的發展，常規熱電材料的性能不斷提高，温差發電技術在民用汽車發動機、船舶發動機等領域逐漸得到了應用。例如某航空航天大學的科研人員就在近幾年研製出了一種汽車發動機排氣熱電發電裝置[ 2 ]。其安裝在汽車三元催化轉化器和消聲器之間的排氣管上的導熱翅片上，每個熱電發電模塊功率可達19瓦，利用汽車發動機尾氣總共可提供1.5千瓦的電力，而總質量不超過15公斤。而在航空發動機中實際應用時，因為要面臨複雜的高温高壓環境，所以對熱電材料與發電器件的要求更高。除了需要滿足材料的高熱電性能和發電器件的高轉換效率外，還要求熱電材料與發電器件具有低密度、耐高温、耐腐蝕和耐衝擊性等較高的綜合性能。

據公開資料披露，有創新團隊研製出了一種耐高温的氧化物陶瓷納米粉體材料，在630℃的高温環境下其發電效率與目前國際報道的熱電材料最優值相當，能成功驅動電路與傳感器工作，實現了航空發動機傳感器的自供電和信號傳輸的無線化。在下一步計劃中，實現為航空發動機執行機構和電動燃油泵供電，並最終實現利用四代機動力的尾焰熱能，為戰機提供200千瓦至300千瓦以上的電力供應，為未來機載激光空戰武器奠定堅實的基礎。[ 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 何勇靈、周岷峯. 圓柱殼直板翅片式汽車排氣熱電發電裝置：中國，103644016A[Y02T10/16]. 2016-05-04. https://patentimages.storage.googleapis.com/ac/ca/61/e6513991b2f3f2/CN103644016A.pdf

3 根據《高温氧化物熱電材料及其研究現狀》一文介紹，高温氧化物熱電材料主要包括鈷基氧化物熱電材料和鈣鈦礦型氧化物熱電材料等，兩端温差為551K時，其發電功率僅為0.15Ｗ。

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