CN105888882A - 利用液态二氧化碳气化以提高飞行器推力的装置 - Google Patents

Abstract

一种“利用液态二氧化碳气化以提高飞行器推力的装置”。主要包括有：涡轮/冲压喷气发动机、空气压缩机、燃烧室、涡轮机、加力燃烧室、液态二氧化碳储罐、单向阀、液态二氧化碳储罐输出总管、支管、自动调节阀、加力喷嘴、自控装置、温度传感器、压力传感器、可调节喷口。以涡轮/冲压喷气发动机为例，本装置可利用液态二氧化碳气化时的吸热，气态体积膨胀，又是稳定的惰性气体诸特性，降低了该发动机的工作温度；提高了飞行器的推力；降低了涡轮机、加力燃烧室与可调节喷口的表面受高温燃烧气体的氧化。优化了该发动机的运行工况，质量，安全、寿命与飞行器的飞行隐蔽性。该装置可方便地设置在其他飞行器上。

Description

利用液态二氧化碳气化以提高飞行器推力的装置

技术领域：本发明涉及一种“利用液态二氧化碳气化以提高飞行器推力的装置”。

背景技术：当前，世界各国对如何提高飞行器，特别是喷气式飞机的喷气发动机的推力，安全运行与寿命，均在进行着各种技术上的研发与改进。包括从制造喷气发动机的材料本身的优化，喷气发动机身结构的优化，喷气发动机身零部件的加工与组装工艺与精度的提高，入出喷气发动机腔内的空气动力优化等进行的研发与改进。进而提高飞行器的飞行速度与续航能力，负载能力与飞行时的机动性与灵敏性等。总而言之，如何提高飞行器的喷气发动机的推力，安全运行与寿命，世界各国正在进行着多学科多方法的研发与改进。

发明内容：本发明的目的就是提供一种“利用液态二氧化碳气化以提高飞行器推力的装置”。它是一种利用液态二氧化碳气化后所快速形成的极大的体积膨胀，来增加由航空燃料燃烧以及压缩空气受热后膨胀的气体体积，进而提高飞行器推力，以及发动机的安全运行与运行寿命的装置。这是因为，高温燃气作用下，喷射的液态二氧化碳迅速气化。气化后的二氧化碳体积急速膨胀360倍，继而产生巨大的气动后推力。与此同时，液态二氧化碳气化的过程中吸收了大量的热，继而降低了发动机的工作温度。为了简化叙述本说明书，以利于突出本发明的主题思想；为了简化描绘本装置结构与工作原理的总体示意图，以明了展示该示意图中所需要重点展示的装置结构与工作原理；本说明书中省 略了关于航空燃油装置系统(例如，输油管道与燃油的加力喷嘴等。)的文字描述以及该装置系统在本发明的结构与工作原理总体示意图中的图示描绘。

以涡轮/冲压喷气发动机为例，当飞行器在较低马赫数飞行时，空气经内涵道被空气压缩机压缩后进入燃烧室与航空燃油混合并燃烧。该气体在燃烧室内与航空燃油混合并燃烧后，形成了高温膨胀气体喷出燃烧室。喷出燃烧室的该高温膨胀气体直喷向涡轮机，继而形成涡轮机的旋转动力。继而该涡轮机又将该动力反馈给空气压缩机，作为空气压缩机的旋转动力。与此同时，该高温气体经涡轮机的进一步压缩后喷入加力燃烧室。继而通过加力燃烧室与可调节喷口喷出，形成飞行器的推进力。当飞行器在较高马赫的速度飞行时，涡轮喷气系统停止运行。此时，空气通过涡轮/冲压喷气发动机的外涵道直接进入加力燃烧室，并与加力燃烧室内的航空燃油混合并燃烧，继而由可调节喷口喷出，形成飞行器的推进力。

由于航空燃油优良的燃烧速度与彻底性，在第一时间内即与压缩空气混合并完成完全燃烧。因此，喷出燃烧室的高温膨胀气体，以及在加力燃烧室内靠后部位的高温膨胀气体均是已燃烧完毕的高温膨胀气体。此时，如果在燃烧室与涡轮机之间的位置掺入适量的液态二氧化碳进行气化，并不会影响到航空燃油与压缩空气在燃烧室内的燃烧质量。同样，在加力燃烧室内与可调节喷口之间的位置掺入适量的液态二氧化碳，也并不会影响到航空燃油与 压缩空气在加力燃烧室内的燃烧质量。当然，液态二氧化碳在气化过程中所吸收的热量，会减少这些高温膨胀气体的气态体积。但是，液态二氧化碳气化后的增大的气态体积，将远远大于所减少的这一部分高温膨胀气体的气态体积。这样以来，既避开了二氧化碳阻燃的特性，同时又利用了液态二氧化碳气化过程中的吸热特性，以及气化后快速膨胀并赠大的气体体积，提高涡轮/冲压喷气发动机的推力，安全运行与运行寿命。

该装置包括有：涡轮/冲压喷气发动机1、空气压缩机2、燃烧室3、涡轮机4、加力燃烧室5、液态二氧化碳储罐(储存液态液态二氧化碳。)6、单向阀(防止输经总管8内的液态二氧化碳回流。)7、液态二氧化碳储罐输出总管(向支管9、支管12输送液态二氧化碳。)8、支管(向燃烧室3与涡轮机4之间的位置输送液态二氧化碳。)9、自动调节阀(接收自控装置15所发出的指令，调节流经支管9的液态二氧化碳的流量。)10、加力喷嘴(设置于燃烧室3与涡轮机4之间的位置，以向该处喷射液态二氧化碳。该液态二氧化碳遇热后的迅速气化膨胀。一是：该气化后的气态二氧化碳急速膨胀提高了对涡轮机4的旋转推动力。二是：该液态二氧化碳气化吸热，降低了喷出燃烧室3的该高温膨胀气体的温度，继而降低了涡轮机4的受热温度。三是：二氧化碳是稳定的惰性气体，此又降低了涡轮机4表面受喷出燃烧室3的该高温膨胀气体的氧化。进而优化了涡轮机4的工况，提高了涡轮机4的运行质量，运行安全与运行寿命。)11、支管 (向加力燃烧室5内输送液态二氧化碳。)12、自动调节阀(接收自控装置15所发出的指令，调节流经支管12的液态二氧化碳的流量。)13、加力喷嘴(向加力燃烧室5喷射液态二氧化碳。为了保障加力燃烧室5内的航空燃油的充分燃烧，该加力喷嘴14设置在加力燃烧室5与可调节喷口20之间的位置。一是：该气化后的气态二氧化碳急速膨胀提高了飞行器的推动力。二是：该液态二氧化碳气化过程中的吸热，继而降低了加力燃烧室5与可调节喷口20的受热温度。三是：二氧化碳是稳定的惰性气体，此又降低了加力燃烧室5与可调节喷口20的表面受该高温膨胀气体的氧化。进而优化了加力燃烧室5与可调节喷口20的工况，提高了加力燃烧室5与可调节喷口20的运行质量，运行安全与运行寿命。四是：经可调节喷口20喷出的已降低了温度的气体，减少了热辐射，继而高了飞行器的飞行隐蔽性能。)14、自控装置(接收来自温度传感器16、压力传感器17反馈的温度与压力信息，控制液态二氧化碳在涡轮机4处的喷射流量。接收来自温度传感器18、压力传感器19所反馈的温度与压力信息，控制液态二氧化碳在加力燃烧室5内的喷射流量，继而使之达到：既不会影响航空燃油与压缩空气混合燃烧质量，又能最大发挥液态二氧化碳气化优点的气化喷射流量。)15、温度传感器(将涡轮机4处的温度信息反馈给自控装置15。)16、压力传感器(将涡轮机4处的压力信息反馈给自控装置15。)17、温度传感器(将加力燃烧室5内的温度信息反馈给自控装置15。)18、压力传感器 (将加力燃烧室5内的压力信息反馈给自控装置15。)19。可调节喷口20。

本发明的优点：

1.利用液态二氧化碳气化过程中的吸热特性，降低了涡轮/冲压喷气发动机的工作温度。

2.利用二氧化碳是稳定的惰性气体这一特性，降低了涡轮机、加力燃烧室与可调节喷口的表面受高温膨胀气体的氧化。

3.同等结构与工作条件下的涡轮/冲压喷气发动机，利用液态二氧化碳气化后气态体积的急速膨胀提高了涡轮/冲压喷气发动机的推动力，继而提高了飞行器的推动力。

4.利用液态二氧化碳气化过程中的吸热特性，降低了可调节喷口所喷射出的高温膨胀气体的温度，继而高了飞行器的飞行隐蔽性能。

5.在同等条件下可优化涡轮/冲压喷气发动机的运行工况，运行质量，运行安全与运行寿命。

6.液态二氧化碳的参入使用，节约了一部分航空燃油，也符合节能减排。

7该装置结构简单，性能可靠，特别是不会影响涡轮/冲压喷气发动机的整体机构。

8.该装置可方便地设置在其他飞行器上。

附图说明：图1：为本装置结构与工作原理的总体示意图。

具体实施方式：本发明包括有：涡轮/冲压喷气发动机1、空气压缩 机2、燃烧室3、涡轮机4、加力燃烧室5、液态二氧化碳储罐6、单向阀7、液态二氧化碳储罐输出总管8、支管9、自动调节阀10、加力喷嘴11、支管12、自动调节阀13、加力喷嘴14、自控装置15、温度传感器16、压力传感器17、温度传感器18、压力传感器19。可调节喷口20。

以涡轮/冲压喷气发动机1为例，当飞行器在较低马赫数飞行时，空气经内涵道被空气压缩机2压缩后进入燃烧室3与航空燃油混合并燃烧。该气体在燃烧室3内与航空燃油混合并燃烧后，形成了高温膨胀气体喷出燃烧室3。喷出燃烧室3的该高温膨胀气体喷向涡轮机4。此时，液态二氧化碳从液态二氧化碳储罐6输出，经过单向阀7，继而通过液态二氧化碳储罐输出总管8。然后，流入支管9并经过自动调节阀10，再经加力喷嘴11喷入燃烧室3与涡轮机4之间的位置。继而，气化后的二氧化碳气体与喷出燃烧室3的该高温膨胀气体一同形成涡轮机4的旋转动力。继而该涡轮机4又将该动力反馈给空气压缩机2，作为空气压缩机2的旋转动力。与此同时，加力喷嘴14接收自控装置15的指令，停止向喷入加力燃烧室5与可调节喷口20之间的位置喷射液态二氧化碳。继而，该高温混合气体经涡轮机4的进一步压缩后喷入加力燃烧室5。继而通过加力燃烧室5与可调节喷口20喷出，形成飞行器的推进力。当飞行器在较高马赫的速度飞行时，涡轮喷气系统停止运行。此时，空气通过涡轮/冲压喷气发动机1的外涵道直接进入加力燃烧室5，并与加力燃烧室5内的航 空燃油混合并燃烧，继而由可调节喷口20喷出，形成飞行器的推进力。与此同时，液态二氧化碳从液态二氧化碳储罐6输出，经过单向阀7，继而通过液态二氧化碳储罐输出总管8，经支管12并经过自动调节阀13、再经加力喷嘴14，喷入加力燃烧室5与可调节喷口20之间的位置。与此同时，加力喷嘴11接收自控装置15的指令停止向喷入燃烧室3与涡轮机4之间的位置喷射液态二氧化碳。

在涡轮/冲压喷气发动机1的运行的同时，液态二氧化碳从液态二氧化碳储罐6输出，经过单向阀7，继而通过液态二氧化碳储罐输出总管8。然后，一路流入支管9并经过自动调节阀10，再经加力喷嘴11设置在燃烧室3与涡轮机4之间的位置。另一路，经支管12并经过自动调节阀13、再经加力喷嘴14，喷入加力燃烧室5与可调节喷口20之间的位置。加力喷嘴11设置在燃烧室3与涡轮机4之间的位置。加力喷嘴14设置在加力燃烧室5与可调节喷口20之间的位置。自控装置15接收来自温度传感器16、压力传感器17反馈的温度与压力信息，控制液态二氧化碳在涡轮机4处的喷射流量。同时，接收来自温度传感器18、压力传感器19所反馈的温度与压力信息，控制液态二氧化碳在加力燃烧室5内的喷射流量，继而使之达到并保持：既不会影响航空燃油与压缩空气混合燃烧质量，又能最大发挥液态二氧化碳气化优点的气化喷射流量。温度传感器16是将涡轮机4处的温度信息反馈给自控装置15、压力传感器17是将涡轮机4处的压力信 息反馈给自控装置15、温度传感器18是将加力燃烧室5与可调节喷口20之间的位置的温度信息反馈给自控装置15、压力传感器是19将加力燃烧室5与可调节喷口20之间的位置的压力信息反馈给自控装置15。可调节喷口20是调节所喷出的气流推力的大小与方向。

Claims (1)

1.一种利用液态二氧化碳气化以提高飞行器推力的装置，以涡轮/冲压喷气发动机为例，其特征包括有：涡轮/冲压喷气发动机(1)、空气压缩机(2)、燃烧室(3)、涡轮机(4)、加力燃烧室(5)、液态二氧化碳储罐(6)、单向阀(7)、液态二氧化碳储罐输出总管(8)、支管(9)、自动调节阀(10)、加力喷嘴(11)、支管(12)、自动调节阀(13)、加力喷嘴(14)、自控装置(15)、温度传感器(16)、压力传感器(17)、温度传感器(18)、压力传感器(19)、可调节喷口(20)；液态二氧化碳储罐(6)用来储存液态液态二氧化碳；单向阀(7)是防止输经总管(8)内的液态二氧化碳回流；液态二氧化碳储罐输出总管(8)向支管(9)、支管(12)输送液态二氧化碳；支管(9)是向燃烧室(3)与涡轮机(4)之间的位置输送液态二氧化碳；自动调节阀(10)接收自控装置(15)所发出的指令，调节流经支管(9)的液态二氧化碳的流量；加力喷嘴(11)设置于燃烧室(3)与涡轮机(4)之间的位置，以向该处喷射液态二氧化碳；支管(12)是向加力燃烧室(5)内输送液态二氧化碳；自动调节阀(13)接收自控装置(15)所发出的指令，调节流经支管(12)的液态二氧化碳的流量；加力喷嘴(14)向加力燃烧室5内喷射液态二氧化碳，为了保障加力燃烧室(5)内的航空燃油的充分燃烧，该加力喷嘴(14)设置在加力燃烧室(5)与可调节喷口(20)之间的位置；自控装置(15)接收来自温度传感器(16)、压力传感器(17)反馈的温度与压力信息，控制液态二氧化碳在涡轮机(4)处的喷射流量；接收来自温度传感器(18)、压力传感器(19)所反馈的温度与压力信息，控制液态二氧化碳在加力燃烧室(5)内的喷射流量；温度传感器(16)的功能是将涡轮机(4)处的温度信息反馈给自控装置(15)；压力传感器(17)的功能是将涡轮机(4)处的压力信息反馈给自控装置15；温度传感器(18)的功能是将加力燃烧室(5)与可调节喷口(20)之间的位置的温度信息反馈给自控装置；压力传感器(19)的功能是将加力燃烧室(5)与可调节喷口(20)之间的位置的压力信息反馈给自控装置(15)；可调节喷口(20)是调节所喷出的气流推力的大小与方向；该装置可方便地设置在其他飞行器上。