CN103485934A - 一种用于发动机的推力增进系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于发动机的推力增进系统，其包括：凝胶推进剂容纳装置，用于容纳凝胶推进剂；喷射器，其布置在发动机的推力增进燃烧室或者内涵喷管内，用以喷射凝胶推进剂；点火器，其布置在发动机的推力增进燃烧室或者内涵喷管内，用于点燃凝胶推进剂；管路，其流体连通凝胶推进剂容纳装置和喷射器；增压器，其耦接在管路上，用以对管路内的凝胶推进剂增压；流量阀，其耦接在管路上用以调节管路内的凝胶推进剂的流量；中央处理器，其电连接增压器和流量阀，用以控制增压器对凝胶推进剂的增压值以及控制流量阀的开度。本发明可以实现在不影响损坏压气机的情况下增大发动机推力，解决了发动机在特殊工况即刻增加推力的技术问题。

Description

一种用于发动机的推力增进系统和方法

技术领域

本发明属于航空发动机领域，尤其涉及一种用于发动机的推力增进系统和方法。

背景技术

如今，飞机的动力装置，即，航空发动机，已发展到很成熟的阶段，其能量的来源为航空煤油。

航空发动机的最大推力很大程度上取决于通过发动机的空气质量流量。当大气压力随高度增加而减小时，空气密度减小，发动机推力也会有所减小。高温高原起飞时，发动机推力不足的情况尤为明显。军机通常会采用在压气机/燃烧室进口位置喷水或开启加力的方式增加推力。

但是，在压气机或燃烧室进口位置喷水方法存在影响压气机叶片寿命、干扰气流、污染压气机等问题。

通过在喷管内喷水也可以增加推力，但是由于喷管内气体压力经涡轮膨胀做功后，压力较低，推力增益有限，而开启加力又使得耗油率大大增加，飞机航程缩短。

发明内容

本发明提供了一种用于发动机的推力增进系统，其包括：

凝胶推进剂容纳装置，用于容纳凝胶推进剂；

喷射器，其布置在发动机的推力增进燃烧室或者内涵喷管内，用以喷射凝胶推进剂；

点火器，其布置在发动机的推力增进燃烧室或者内涵喷管内，用于点燃凝胶推进剂；

管路，其流体连通凝胶推进剂容纳装置和喷射器；

增压器，其耦接在管路上，用以对管路内的凝胶推进剂增压；

流量阀，其耦接在管路上用以调节管路内的凝胶推进剂的流量；

中央处理器，其电连接增压器和流量阀，用以控制增压器对凝胶推进剂的增压值以及控制流量阀的开度。

具体地，凝胶推进剂由凝胶剂、金属粉和氧化剂组成。

具体地，喷射器为压力喷嘴。

具体地，增压器为高压泵。

优选地，布置在发动机的内涵喷管内的喷射器位于发动机的涡轮支板的后缘。

优选地，凝胶推进剂容纳装置布置在飞机机身上，管路从布置在飞机机身的凝胶推进剂容纳装置经过发动机的吊架、外涵风扇支架以及发动机机舱连接到喷射器上。

本发明还提供了一种发动机的推力增进方法，其包括：

(a)中央处理器控制流量阀开启并控制增压器对经由管路来自凝胶推进剂容纳装置的凝胶推进剂增压；

(b)增压后的凝胶推进剂从喷射器喷射到推力增进燃烧室或者内涵喷管内；

(c)点火器点燃喷射到推力增进燃烧室或者内涵喷管内的凝胶推进剂。

优选地，在步骤(a)中，增压器对凝胶推进剂增压的值为0.45-0.55Mpa。

优选地，方法还包括中央处理器控制流量阀的开度以调节管路内的凝胶推进剂的流量的步骤。

本发明的优点为：

1、增大发动机推力；

2、可以选用含有氧化剂的凝胶推进剂，使凝胶推进剂的喷入量不受燃气剩余含氧量的限制；

3、凝胶推进剂兼有固体易于储存，又有液体易于流量控制的特点，满足安全性、可靠性要求；

4、凝胶推进剂能量密度高，在飞机上占用相同空间的凝胶推进剂，能够为飞机提供更多的动力能量。

附图说明

为了解释本发明，将在下文中参考附图描述其示例性实施方式，附图中：

图1示出了本发明的推力增进系统的示意图；

图2示出了本发明的推力增进系统的一种实施方式的推力增进燃烧室的示意图；

图3示出了本发明的推力增进系统的一种实施方式的压力喷嘴布置在内涵喷管中的示意图；

图4示出了本发明的推力增进系统的一种流量阀。

不同图中的相似特征由相似的附图标记指示。

具体实施方式

本说明书中，所谓凝胶推进剂例如可以为一种由凝胶剂、金属粉和氧化剂组成的混合物。其中，该凝胶剂例如可以为凝胶状丙烷(GLP)，该金属粉例如可以为铝粉，该氧化剂例如可以为凝胶状MON-30(70％N₂O₄和30％NO)。凝胶推进剂兼有固体易于存储由于液体易于流量控制的特点，其能量密度高，在飞机上占用相同空间的凝胶推进剂，能够为飞机提供更多的动力。

本发明公开了利用上述凝胶推进剂增加飞机推力的推力增进系统，下面予以详述。

如图1所示，该推力增进系统100包括凝胶推进剂容纳装置102、喷射器104、点火器106、管路108、增压器110、流量阀112以及中央处理器114。

其中，该凝胶推进剂容纳装置102用于容纳凝胶推进剂，可以邻近机舱或机翼的燃料箱布置，也可以在原有的燃油箱中设计预定的体积以容纳该凝胶推进剂并与燃油隔离。本领域的技术人员可以理解，上述对该凝胶推进剂容纳装置的位置的描述并是用来限定本发明，实际上，只要能够满足对凝胶推进剂的容纳并且使飞机的气动性能符合要求即可。

该喷射器104用于喷射凝胶推进剂，典型地，该喷射器为可以雾化凝胶推进剂的压力喷嘴。具体地，该压力喷嘴可以以下述方式布置：第一种方案：参见图2，在发动机的涡轮后端设置专供该凝胶推进剂燃烧的推力增进燃烧室，这种方案类似于现有的加力燃烧室和喷嘴的布置方式，多个压力喷嘴直接布置在该推力增进燃烧室内以向燃烧室内喷射雾化的凝胶推进剂，藉此，凝胶推进剂从压力喷嘴喷射到推力增进燃烧室内，并且来自外涵道的空气流的大部分进入到推力增进燃烧室内还有一小部分经过环绕该推力增进燃烧室的喷管从发动机尾部喷出用以冷却该推力增进燃烧室，在推力增进燃烧室内，经由点火器的点火，凝胶推进剂燃烧并释放大量的推进能量，这种方案对于军机来说尤为适合；以及第二种方案：参见图3，直接将压力喷嘴布置在涡轮支板的后缘，即内涵喷管内，对于这种方案可以这样布置管路，即，从布置在飞机机身的凝胶推进剂容纳装置中引出的管路经过发动机的吊架、外涵风扇支架以及发动机核心机舱连接到所述喷射器上，这种方案尤其适用于不具有推力增进燃烧室的飞机上，对于民用客机尤为适合。

相应地，为了将上述喷射器104喷射出的凝胶推进剂燃烧以产生更大的推力，需要在上述的推力增进燃烧室内布置点火器或者在上述内涵喷管内布置点火器。

为了将凝胶推进剂从凝胶推进剂容纳装置102引入到喷射器104，需要以管路108流体连通地连接该凝胶推进剂容纳装置102和喷射器104。具体地，如图3所示，该管路108可以依次经过推进器容纳装置102、发动机吊架、外涵风扇支架118以及发动机机舱120连接到喷射器104。

增压器110和流量阀112均耦接在管路108上，具体地，该增压器110可以为高压泵。其中，当需要辅助推进时，增压器110用于对管路108中的凝胶推进剂增压以使其从喷射器104以预定压力喷射，通常地，该压力为0.5Mpa。流量阀112用于调节管路108中的凝胶推进剂的流量以使其在喷射器104喷射时达到预定的流量，藉此，给定时间内燃烧的凝胶推进剂产生的能量可以满足辅助推进的要求。图4示出了一种现有的阀组件，其由伺服阀门、伺服活塞、滑油龙头以及流量控制阀构成，这种阀组件即可实现本发明的流量阀112的功能，因为这种阀组件属于现有技术，故在此不再赘述。

中央处理器114与增压器110和流量阀112均电连接，用于控制增压器110的增压值以及流量阀112的开度。操作人员可以通过输入设备向中央处理器114发出控制指令以控制上述增压器110和流量阀112；可选择地，该中央处理器114上预存储各种推力增进模式，并预存有在各种模式下增压器110和流量阀112的预设值，中央处理器114通过感应飞机的总体推力情形进行判断并执行某种推力增进模式。具体地，该中央处理器114通常指发动机的数控系统(FADEC)。

当应用该推力增进系统进行工作时，进行如下步骤：

中央处理器114控制流量阀112开启并控制增压器110对经由管路108来自凝胶推进剂容纳装置102的凝胶推进剂增压；

增压后的凝胶推进剂从喷射器104喷射到推力增进燃烧室或内涵喷管内；以及

点火器106点燃喷射到推力增进燃烧室或内涵喷管内的凝胶推进剂。

具体地，在增压器110对凝胶推进剂进行增压的过程中，其增压值大约在0.45-0.55MPa之间。较优地，该增压值大约为0.5MPa。

另外，为了满足流量调节的需要，还包括该中央处理器114控制流量阀112的开度的步骤。

通过在飞机上加设该推力增进系统，可以实现在不影响损坏压气机的情况下增大发动机推力，解决了发动机在特殊工况，诸如高温高原起飞或者军机追击等情形下，即刻增加推力的技术问题。

本发明不以任何方式限制于在说明书和附图中呈现的示例性实施方式。示出以及描述的实施方式(的部分)的所有组合明确地理解为并入该说明书之内并且明确地理解为落入本发明的范围内。而且，在如权利要求书概括的本发明的范围内，很多变形是可能的。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。

Claims (9)

1.一种用于发动机的推力增进系统，其包括：

凝胶推进剂容纳装置，用于容纳凝胶推进剂；

喷射器，其布置在发动机的推力增进燃烧室或者内涵喷管内，用以喷射所述凝胶推进剂；

点火器，其布置在所述发动机的推力增进燃烧室或者内涵喷管内，用于点燃所述凝胶推进剂；

管路，其流体连通所述凝胶推进剂容纳装置和所述喷射器；

增压器，其耦接在所述管路上，用以对所述管路内的凝胶推进剂增压；

流量阀，其耦接在所述管路上用以调节所述管路内的凝胶推进剂的流量；

中央处理器，其电连接所述增压器和所述流量阀，用以控制所述增压器对所述凝胶推进剂的增压值以及控制所述流量阀的开度。

2.根据权利要求1所述的推力增进系统，其特征在于，所述凝胶推进剂由凝胶剂、金属粉和氧化剂组成。

3.根据权利要求1所述的推力增进系统，其特征在于，所述喷射器为压力喷嘴。

4.根据权利要求1所述的推力增进系统，其特征在于，所述增压器为高压泵。

5.根据权利要求1所述的推力增进系统，其特征在于，所述布置在发动机的内涵喷管内的喷射器位于发动机的涡轮支板的后缘。

6.根据权利要求1-5任一项所述的推力增进系统，其特征在于，所述凝胶推进剂容纳装置布置在飞机机身上，所述管路从布置在所述飞机机身的凝胶推进剂容纳装置经过所述发动机的吊架、外涵风扇支架以及发动机机舱连接到所述喷射器上。

7.一种发动机的推力增进方法，其包括：

(a)中央处理器控制流量阀开启并控制增压器对经由管路来自凝胶推进剂容纳装置的凝胶推进剂增压；

(b)增压后的凝胶推进剂从喷射器喷射到推力增进燃烧室或者内涵喷管内；

(c)点火器点燃喷射到推力增进燃烧室或者内涵喷管内的凝胶推进剂。

8.根据权利要求7所述的推力增进方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述增压器对凝胶推进剂增压的值为0.45-0.55Mpa。

9.根据权利要求7所述的推力增进方法，其特征在于，所述方法还包括中央处理器控制流量阀的开度以调节管路内的凝胶推进剂的流量的步骤。

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