CN103047049B

CN103047049B - 一种涡轮喷气发动机

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Publication number: CN103047049B
Application number: CN201210593570.7A
Authority: CN
Inventors: 王来瑞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103047049A

Abstract

本发明公开了一种涡轮喷气发动机，包括机壳、设置在机壳内的进气道、燃烧室、压气组件、位于燃烧室后方并可旋转的涡轮、用于喷出高速气体的尾喷管；所述压气组件包括至少两个压气装置；所述涡轮上通过涡轮轴联接有用于带动该至少两个压气装置自转的传动换速装置，该至少两个压气装置与燃烧室之间的距离均不同；且任意两个压气装置的轴线均相互错开；而按照压气装置与燃烧室之间的距离由远及近的顺序进行对比，该涡轮与各个压气装置之间的传动比逐渐减小，且各个传动比均小于1。通过合理设置压气装置的排列方式，以及其转速，通过逐级加速，可减少气流倒流现象，从而降低出现喘振现象的机率。

Description

一种涡轮喷气发动机

技术领域

本发明涉及一种涡轮喷气发动机。

背景技术

现有的涡轮喷气发动机包括进气道、轴流式压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管。其中，该轴流式压气机通过同心轴固定在涡轮上。该涡轮喷气发动机在工作时，空气从外界进入涡轮喷气发动机的进气道，并沿轴流式压气机的轴向流动，而空气经轴流式压气机压气后进入燃烧室，并在燃烧室内燃烧膨胀，产生高速高压空气，该高速高压空气推动涡轮旋转，最后经尾喷管喷出，从而产生反推动力。但由于该轴流式压气机容易形成瞬时反压，气流倒流的现象，造成燃烧室内进气量不足，从而出现喘振现象，导致涡轮喷气发动机损坏或停机。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种涡轮喷气发动机，其通过合理设置压气装置的排列方式，以及其转速，可减少气流倒流现象，从而降低出现喘振现象的机率。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种涡轮喷气发动机，包括机壳、设置在机壳内的进气道、设置在机壳内并位于进气道后方的燃烧室、安装在进气道内用于吸入空气并朝着燃烧室方向推动空气旋转前进的压气组件、位于燃烧室后方并可旋转的涡轮、用于喷出高速气体的尾喷管；所述压气组件包括至少两个压气装置；所述涡轮上通过涡轮轴联接有用于带动该至少两个压气装置自转的传动换速装置，该至少两个压气装置与燃烧室之间的距离均不同；且任意两个压气装置的轴线均相互错开；而按照压气装置与燃烧室之间的距离由远及近的顺序进行对比，该涡轮与各个压气装置之间的传动比逐渐减小，且各个传动比均小于1。

所述进气道内设置有支撑架；压气装置上固定连接有转动轴，该转动轴可转动地安装在支撑架的支承孔上。

所述传动换速装置包括固定在涡轮轴上并设有内齿纹的齿轮圈、至少两个与齿轮圈相啮合的齿轮；所述齿轮的数量与压气装置的数量相匹配，并一一对应；齿轮固定连接在与其对应的压气装置的转动轴上；按照压气装置与燃烧室之间的距离由远及近的顺序，该压气装置所对应的齿轮的外径逐渐减小。

所述传动换速装置包括固定在涡轮轴上的磁力圈、至少两个可转动地安装在磁力圈的内圆弧面上的磁力轮；所述磁力圈的内圆弧面上沿其周向设置有多个第一磁性部，且任意相邻的两个第一磁性部的磁性不同；磁力轮的外圆弧面上沿其周向设置有多个第二磁性部，且任意相邻的两个第二磁性部的磁性不同；所述磁力轮的数量与压气装置的数量相匹配，并一一对应；磁力轮固定连接在与其对应的压气装置的转动轴上；按照压气装置与燃烧室之间的距离由远及近的顺序，该压气装置所对应的磁力轮的外径逐渐减小。

相邻的两个第一磁性部为磁铁的N极、以及磁铁的S极；相邻的两个第二磁性部为磁铁的S极、以及磁铁的N极。

按照压气装置与燃烧室之间的距离由远及近的顺序，该压气装置的尺寸逐渐减小。

该进气道与燃烧室之间设置有安装腔，该安装腔内固定有用于提高空气流向燃烧室的速度的旋瓣组件，所述旋瓣组件包括固定在安装腔内的外套筒、套装在涡轮轴上的内套筒、沿外套筒的圆周方向均匀排列有若干个导流叶片；所述导流叶片的一侧固定在内套筒上，另一侧固定在外套筒上，从进气道向着燃烧室的方向，任意相邻的两个导流叶片的相对内侧面的距离先逐渐减小再逐渐增大。

所述旋瓣组件包括3-15个导流叶片；所述压气组件包括2-9个压气装置。

该至少两个压气装置分布在涡轮轴轴线的四周。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

通过合理设置压气装置的排列方式，以及其转速，形成逐级加速，可减少气流倒流现象，从而降低出现喘振现象的机率；而且，由于涡轮与各个压气装置之间的传动比均小于1，通过合理设置各传动比的比值，可使压气组件在涡轮降速的情况下，仍能满足压气要求，因此，在实际设计中，也可相应地降低涡轮叶片的材料强度要求；此外，压气组件和旋瓣组件的结合设计，可形成旋风效果，并可显著提高空气的流速。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的A-A向剖视图；

图4为旋瓣组件中的相邻两个导流叶片的剖视图；

其中，11、进气道；12、燃烧室；2、压气组件；21-24、压气装置；25、转动轴；3、涡轮；31、涡轮轴；4、尾喷管；5、传动换速装置；51、齿轮圈；52-55、齿轮；6、旋瓣组件；61、内套筒；62、导流叶片；7、导流板。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，以便于更清楚的理解本发明所要求保护的技术思路。

如图1、2、3所示，为本发明一种涡轮喷气发动机，包括机壳、设置在机壳内的进气道11、设置在机壳内并位于进气道11后方的燃烧室12、安装在进气道11内用于吸入空气并朝着燃烧室12的方向推动空气旋转前进的压气组件2、位于燃烧室12后方并可旋转的涡轮3、用于喷出高速气体的尾喷管4。所述压气组件2包括四个压气装置21-24；所述压气装置21-24可采用压气风扇等。该四个压气装置21-24与燃烧室12之间的距离均不相同。任意两个压气装置的轴线均相互错开，从而确保任意两个压气装置的轴线不相重合，以使该四个压气装置21-24形成非同轴的结构。所述涡轮3与压气组件2之间连接有传动换速装置5，此时，可把涡轮3看成为初级主动件，而压气组件2的各个压气装置21-24看成为末级从动件，而当涡轮3旋转时，通过传动换速装置5可带动该四个压气装置21-24自转，并使该四个压气装置21-24的转速均不同。具体的，涡轮3通过涡轮轴31与该传动换速装置5联接。而按照压气装置21-24与燃烧室12之间的距离由远及近的顺序进行对比，该涡轮3与各个压气装置21-24与之间的传动比逐渐减小，也就是，压气装置21、压气装置22、压气装置23、压气装置24与燃烧室12之间的距离逐渐减小，因此，按照顺序将涡轮3分别与压气装置21-24进行对比，涡轮3与压气装置21之间的传动比、涡轮3与压气装置22之间的传动比、涡轮3与压气装置23之间的传动比、涡轮3与压气装置24之间的传动比呈逐渐减小趋势，且各个传动比均小于1。优选的，该四个压气装置21-24分布在涡轮轴31的轴线的四周。而文中所述的传动比为涡轮3分别与压气装置21-24的转速的比值。由于按照压气装置21-24与燃烧室12之间的距离由远及近的顺序，压气装置21-24的转速逐渐增大，因此，压气组件2以逐级加速的方式推动空气向着燃烧室12流动，从而减少气流倒流现象，降低出现喘振现象的机率，而且，还可改变气流流动方向，有助于推动空气旋转前进。而现有的涡轮喷气发动机为了满足轴流式压气机的压气需求，其涡轮3的转速需大于10000RPM，因此，对涡轮3叶片材质强度性能要求相对较高，从而提高其制作成本。而在本发明中，由于涡轮3与各个压气装置21-24之间的传动比均小于1，通过合理设置各传动比的比值，可使压气组件2在涡轮3降速的情况下，仍能满足压气要求，因此，在实际设计中，也可相应地降低涡轮3叶片的材料强度要求，降低其制作成本。

当然，所述压气装置的数量并不仅限于四个，可设置为至少两个，而将压气装置的数量限定为2-9个，为本发明的最优方案。而且，该至少两个压气装置也满足下列条件：该至少两个压气装置与燃烧室12之间的距离相异；且任意两个压气装置的轴线均相互错开；而按照压气装置与燃烧室12之间的距离由远及近的顺序进行对比，该涡轮3与各个压气装置与之间的传动比逐渐减小，且各个传动比均小于1。

为了便于支撑压气装置21-24，所述进气道11内设置有支撑架。压气装置21-24上均固定连接有转动轴25，该转动轴25可转动地安装在支撑架的支承孔上。具体的，所述转动轴25通过轴承安装在支撑架上，以减少转动轴25与支撑架之间的摩擦。

根据公知常识，为了满足以下结构条件：能带动该四个压气装置21-24自转，并使该四个压气装置21-24的转速各异；传动换速装置5可采用齿轮圈51和齿轮52-55的结合设计。具体的，所述传动换速装置5包括固定在涡轮轴31上并设有内齿纹的齿轮圈51、四个与齿轮圈51相啮合的齿轮52-55；所述四个齿轮52-55与压气装置21-24一一对应；齿轮52-55固定连接在与其对应的压气装置21-24的转动轴25上；按照压气装置21-24与燃烧室12之间的距离由远及近的顺序，该压气装置21-24所对应的齿轮52-55的外径逐渐减小，也就是，压气装置21、压气装置22、压气装置23、压气装置24与燃烧室12之间的距离逐渐减小，因此，压气装置21、压气装置22、压气装置23、压气装置24所对应的齿轮52、齿轮53、齿轮54、齿轮55的外径逐渐减小，从而满足以下结构条件：按照压气装置与燃烧室12之间的距离由远及近的顺序进行对比，该涡轮3与各个压气装置21-24之间的传动比逐渐减小，且各个传动比均小于1。齿轮52、齿轮53、齿轮54、齿轮55在齿轮圈51前端面的投影，绕齿轮圈51的中心顺时针排列。而当涡轮3转动时，通过涡轮轴31带动齿轮圈51转动，而各个齿轮52-55在齿轮圈51的带动下绕其自身轴线自转，从而带动各个压气装置21-24自转，而且，通过合理设置齿轮52-55的外径，可促使压气装置21、压气装置22、压气装置23、压气装置24的转速逐渐增大（按照压气装置21-24与燃烧室12之间的距离由远及近的顺序）。而按照压气装置21-24与燃烧室12之间的距离由远及近的顺序，该压气装置21-24的尺寸逐渐减小。

当然，若压气装置的数量设置为多于四个，或者少于四个，则所述齿轮的数量与压气装置的数量相匹配，并一一对应；齿轮固定连接在与其对应的压气装置的转动轴25上。

当然，除了采用齿轮圈51和齿轮52-55，所述传动换速装置5还可采用其他结构，例如磁力圈和磁力轮。而传动换速装置5通过采用磁力圈和磁力轮的结合设计，可起到减少磨损，降低噪音的作用。而具体的，该传动换速装置5包括固定在涡轮轴31上的磁力圈、四个可转动地安装在磁力圈的内圆弧面上的磁力轮；所述磁力圈的内圆弧面上沿其周向设置有多个第一磁性部，且任意相邻的两个第一磁性部的磁性不同；磁力轮的外圆弧面上沿其周向设置有多个第二磁性部，且任意相邻的两个第二磁性部的磁性不同；所述四个磁力轮与压气装置21-24一一对应；磁力轮固定连接在与其对应的压气装置21-24的转动轴25上；按照压气装置21-24与燃烧室12之间的距离由远及近的顺序，该压气装置21-24所对应的磁力轮的外径逐渐减小；相邻的两个第一磁性部为磁铁的N极、以及磁铁的S极；相邻的两个第二磁性部也为磁铁的S极、以及磁铁的N极。而在实际设计中，任意相邻的两个第一磁性部可直接采用一个U形磁铁的N极和S极，当然，也可以采用一条形磁铁的N极和，与该条形磁铁相邻的另一条形磁铁的S极。该四个磁力轮（按照尺寸从大到小的顺序）在磁力圈前端面的投影，绕磁力圈的中心顺时针排列。而当涡轮3转动时，通过涡轮轴31带动磁力圈转动，而随着磁力圈的转动，各个磁力轮在磁力的作用下绕其自身轴线自转，从而带动各个压气装置21-24自转，而且，通过合理设置磁力轮的外径，可促使压气装置21、压气装置22、压气装置23、压气装置24的转速逐渐增大（按照压气装置21-24与燃烧室12之间的距离由远及近的顺序）。而与磁力轮的尺寸相一致的，按照压气装置21-24与燃烧室12之间的距离由远及近的顺序，该压气装置21-24的尺寸逐渐减小。

当然，若压气装置的数量设置为多于四个，或者少于四个，则所述磁力轮的数量与压气装置的数量相匹配，并一一对应；磁力轮固定连接在与其对应的压气装置的转动轴25上。

该进气道11与燃烧室12之间设置有安装腔，该安装腔内固定有用于提高空气流向燃烧室12的速度的旋瓣组件6，所述旋瓣组件6包括固定在安装腔内的外套筒、套装在涡轮轴31上的内套筒61、沿外套筒的圆周方向均匀排列有若干个导流叶片62；所述导流叶片62的一侧固定在内套筒61上，另一侧固定在外套筒上；优选的，所述旋瓣组件6包括3-15个导流叶片62。所述内套筒61与涡轮轴31之间设置有轴承，可使涡轮轴31相对于内套筒61转动。由图4可知，L1的距离大于L2的距离，L3的距离大于L2的距离，也就是，从进气道11向着燃烧室12的方向，任意相邻的两个导流叶片62相对内侧面的距离先逐渐减小再逐渐增大。由于任意相邻的两个导流叶片62相对内侧面的距离先逐渐减小可形成类似于收缩管的结构，而再逐渐增大可形成一类似于扩张管的结构，而该类似于收缩管的结构与类似于扩张管的结构的结合可形成一拉瓦尔喷管，因此，可显著提高空气流向燃烧室12的速度。而在各压气装置21-24具备足够的转速情况下，空气从进气道11进入至类似于收缩管的结构，由于空气运动遵循“流体在截面小处流速大，截面大处流速小”的原理，因此气流不断加速；当到达类似于扩张管的结构时，空气的流速已经超过了音速。而超音速的气流在运动时却不再遵循“流体在截面小处流速大，截面大处流速小”的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快，因此，可进一步加速。而通过采用导流叶片62和压气组件2的结构，可使空气沿图1的D向流动，形成旋风效果；并可提高其燃烧效率，以提高其推动力。

该进气道11内还安装有对空气进行导向的导流板7。而所述的燃烧室12采用现有的结构，例如设置有火花塞，并设置有依次连接的第一分油器、雾化喷油嘴、第二分油器等。

涡轮喷气发动机的工作如理如下：燃烧室12喷出高温气体，推动涡轮3旋转，而通过涡轮3带动传动换速装置5动作，从而带动各个压气装置21-24转动，从外界吸入空气并朝着燃烧室12的方向推动空气，而空气经压气装置21-24的压缩、导向作用、以及旋瓣组件6的提速和导向作用可产生高速高压气流，并以旋风方式进入燃烧室12，该高速高压空气在燃烧室12内燃烧膨胀，产生高速高压气流推动涡轮3转动，最后该高速气体经尾喷管4喷出，从而产生反推动力。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种涡轮喷气发动机，其特征在于：包括机壳、设置在机壳内的进气道、设置在机壳内并位于进气道后方的燃烧室、安装在进气道内用于吸入空气并朝着燃烧室方向推动空气旋转前进的压气组件、位于燃烧室后方并可旋转的涡轮、用于喷出高速气体的尾喷管；所述压气组件包括至少两个压气装置；所述涡轮上通过涡轮轴联接有用于带动该至少两个压气装置自转的传动换速装置，该至少两个压气装置与燃烧室之间的距离均不同；且任意两个压气装置的轴线均相互错开；而按照压气装置与燃烧室之间的距离由远及近的顺序进行对比，该涡轮与各个压气装置之间的传动比逐渐减小，且各个传动比均小于1。

2.如权利要求1所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：所述进气道内设置有支撑架；压气装置上固定连接有转动轴，该转动轴可转动地安装在支撑架的支承孔上。

3.如权利要求2所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：所述传动换速装置包括固定在涡轮轴上并设有内齿纹的齿轮圈、至少两个与齿轮圈相啮合的齿轮；所述齿轮的数量与压气装置的数量相匹配，并一一对应；齿轮固定连接在与其对应的压气装置的转动轴上；按照压气装置与燃烧室之间的距离由远及近的顺序，该压气装置所对应的齿轮的外径逐渐减小。

4.如权利要求2所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：所述传动换速装置包括固定在涡轮轴上的磁力圈、至少两个可转动地安装在磁力圈的内圆弧面上的磁力轮；所述磁力圈的内圆弧面上沿其周向设置有多个第一磁性部，且任意相邻的两个第一磁性部的磁性不同；磁力轮的外圆弧面上沿其周向设置有多个第二磁性部，且任意相邻的两个第二磁性部的磁性不同；所述磁力轮的数量与压气装置的数量相匹配，并一一对应；磁力轮固定连接在与其对应的压气装置的转动轴上；按照压气装置与燃烧室之间的距离由远及近的顺序，该压气装置所对应的磁力轮的外径逐渐减小。

5.如权利要求4所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：相邻的两个第一磁性部为磁铁的N极、以及磁铁的S极；相邻的两个第二磁性部为磁铁的S极、以及磁铁的N极。

6.如权利要求3或4所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：按照压气装置与燃烧室之间的距离由远及近的顺序，该压气装置的尺寸逐渐减小。

7.如权利要求1所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：该进气道与燃烧室之间设置有安装腔，该安装腔内固定有用于提高空气流向燃烧室的速度的旋瓣组件，所述旋瓣组件包括固定在安装腔内的外套筒、套装在涡轮轴上的内套筒、沿外套筒的圆周方向均匀排列有若干个导流叶片；所述导流叶片的一侧固定在内套筒上，另一侧固定在外套筒上，从进气道向着燃烧室的方向，任意相邻的两个导流叶片的相对内侧面的距离先逐渐减小再逐渐增大。

8.如权利要求7所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：所述旋瓣组件包括3-15个导流叶片；所述压气组件包括2-9个压气装置。

9.如权利要求1所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：该至少两个压气装置分布在涡轮轴轴线的四周。