CN105927422B - 发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机，能有效解决推力损失、结构受力不均的问题，同时减少零件数量，提高可靠性、可维护性和工作效能。该发动机包含动力组件、传力组件、承力部件、机匣和附件，该发动机采用若干所述动力组件产生动力，动力组件是包含压缩功能、燃烧功能和推进功能的螺旋结构，空气由压缩分段吸入并增压，进入燃烧分段与混入的燃料燃烧形成高温高压的燃气，燃气在推进分段膨胀做功，利用反冲力驱动动力组件持续运转并输出动力。该发动机的动力组件可作为核心机应用于涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、螺浆风扇发动机、燃气轮机或类似发动机。

Description

发动机

技术领域

本发明涉及动力机械领域，具体的，涉及一种发动机。

背景技术

现有发动机广泛存在这样一种技术：通过由多级叶轮组成的压气机吸入空气、提高空气总压后进入燃烧室与燃料混合燃烧，形成具有更高压力和更高温度的燃气，燃气的部分热焓驱动由一级或多级叶轮组成的涡轮高速旋转，带动同轴压气机持续吸入空气、提高空气总压，另一部分热焓从涡轮出口沿发动机轴向向后喷射产生推力，叶轮带有若干叶片。

现有技术广泛应用于涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、螺浆风扇发动机、燃气轮机或类似发动机。

现有技术存在的发动机在吸入和压缩空气、混入燃料燃烧、排出燃气的过程中，推力是由流经发动机壁面的气流作用于发动机各部件表面上的力而产生的，但是气体在各个部件上的作用力的轴向分力并不都是与推力方向相同的，例如，涡轮、排气装置等部件受到的就是向后的轴向分力，而气流作用于压气机和燃烧室的轴向力与推力方向相同。

如果将现有技术存在的发动机主要部件上的作用力的轴向分力的合力计为推力，那么：

现有技术存在的发动机的推力＝压气机轴向分力+燃烧室轴向分力-涡轮轴向分力。

由于现有技术存在的发动机的涡轮产生的是与推力方向相反的轴向分力，因此必然造成发动机推力损失、结构受力不均的问题。

同时，由于广泛采用若干叶片组成的叶轮作为发动机转子和静子，造成零部件种类和数量繁多，由此降低了发动机的可靠性、维护性和工作效能。

发明内容

本发明目的在于提供一种发动机，解决推力损失、结构受力不均的问题，同时减少零件数量，提高可靠性、可维护性和工作效能。

技术方案：

为实现本发明目的，本发明提供了一种发动机，本发明提供的发动机包含动力系统、结构系统、附件。

进一步地，动力系统包含动力组件和传力组件。

更进一步地，动力组件的结构是整合了压缩功能、燃烧功能和推进功能的螺旋结构。

更进一步地，动力组件包含压缩分段、燃烧分段和推进分段，压缩分段、燃烧分段、推进分段沿螺旋结构依次设置。

优选地，动力组件为螺旋管状结构。

更进一步地，动力组件螺旋结构螺距越小，动力组件切向分力越大，发动机主要输出扭矩。

更进一步地，动力组件螺旋结构螺距越大，动力组件轴向分力越大，发动机主要输出推力。

进一步地，结构系统包含前部承力部件、机匣和后部承力部件。

进一步地，附件包含传动系统、滑油系统、燃料系统、电气系统、起动系统。

进一步地，动力系统通过推力轴承和支承轴承与结构系统联接，动力系统通过传动系统带动滑油系统、燃料系统和电气系统旋转。

本发明提供的发动机由起动系统起动，带动动力组件旋转，空气由压缩分段吸入并增压，进入燃烧分段与混入的燃料燃烧形成高温高压的燃气，燃气在推进分段膨胀做功，利用反冲力驱动动力组件持续旋转并输出动力。

发明效果：

根据本发明提供的发动机，动力组件通过螺旋结构整合压缩功能、燃烧功能和推进功能，动力组件绕轴旋转过程中，空气由压缩分段吸入并增压，进入燃烧分段与混入的燃料燃烧形成高温高压的燃气，燃气在推进分段膨胀做功，利用反冲力驱动动力组件持续旋转并输出动力，同样的，如果将动力组件各分段上的作用力的轴向分力的合力计为推力，则有：

本发明提供的发动机推力＝压缩分段轴向分力+燃烧分段轴向分力+推进分段轴向分力。

对比现有技术存在的发动机，本发明提供的发动机在吸入和压缩空气、混入燃料燃烧、排出燃气的过程中不采用吹动涡轮的方式驱动发动机循环旋转，避免了涡轮、静子那样的向后的轴向分力，解决了推力损失、结构受力不均的问题。

同时，由于本发明提供的发动机不采用压气机叶轮、涡轮、静子、气封严等相关零部件而通过螺旋结构完成吸气压缩、燃烧排气、持续旋转的过程，因此减少了零件数量，提高了可靠性、可维护性和工作效能。

本发明提供的发动机，动力组件螺旋结构螺距越小，动力组件切向分力越大，发动机主要输出扭矩。

本发明提供的发动机，动力组件螺旋结构螺距越大，动力组件轴向分力越大，发动机主要输出推力。

本发明提供的发动机的动力组件可作为核心机应用于涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、螺浆风扇发动机、燃气轮机或类似发动机。

附图说明

构成本申请的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在说明书附图中：

图1是根据本发明实施例的发动机的总体结构示意图；

图2是图1的局部剖面视图，示出了动力组件的优选的安装方式；

图3是根据本发明实施例的发动机的正视示意图；

图4是根据本发明实施例的发动机的左视示意图，示出了附件系统；

图5是根据本发明实施例的发动机的仰视示意图，示出了燃料系统和滑油系统；

图6是根据本发明实施例的发动机的俯视示意图，示出了A-A向截面线；

图7是图6的A-A向截面示意图，示出了内部结构和B、C两处详细结构示意图范围；

图8是关于图7中B处详细结构示意图；

图9是关于图7中C处详细结构示意图；

图10是根据本发明实施例的发动机的动力组件结构示意图；

图11是根据本发明实施例的发动机的动力组件的零部件分解示意图；

说明书附图标记如下：

1：压缩分段；

2：火焰筒；2L：火焰筒点火器安装孔；

3：涡流发生器；

4：雾化器；4P：离心燃料管；

5：点火器；5C：点火器线路；

6：燃烧室外套；6A：雾化器安装孔；6L：燃烧室外套点火器安装孔；

7：推进分段；

8：前部传力部件；8T：传动齿轮；8L：前滑油封严环；

9：动力组件传力部件；

10：后部传力部件；10B：石墨电刷；10L：后滑油封严环；

11：推力轴承；

12：导向支板；12P：导向支板中心孔；12L：前滑油腔；12F：环形燃料腔；

13：前部整流罩；

14：进气道；

15：前主机匣；

16：后主机匣；

17：喷管；

18：支承轴承；

19：整流支板；19P：整流支板中心孔；19L：后滑油腔；19B：石墨电刷座；

20：后部整流罩；

21：传动齿轮箱；

22：附件齿轮箱；

23：推力轴承封严环；

24：支承轴承封严环；

25：滑油箱；25F：滑油加注孔；

26：齿轮滑油泵；26F：供油管；26R：回油管；

27：离心通风器；27V：通风管；

28：石墨封严环；

29：离心燃料泵；29I：离心燃料泵接口；

30：燃料调节器；

31：燃料分配器；31-P1：1号燃料管；31-P2：2号燃料管；31-P4：4号燃料管；31-P5：5号燃料管；31-P7：7号燃料管；31-P8：8号燃料管；

32：FADEC交流发电机；32C：线缆；

33：综合传动发电机；

34：全权限数字发动机控制器；34L：点火器线路；

35：起动机。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例的发动机的结构及装配方式：

参考图1、图2、图7，本实施例的发动机包含动力系统、结构系统、附件三个部分。

本实施例的发动机的动力系统包含动力组件和传力组件；其中动力组件包含压缩分段1、燃烧分段(火焰筒2、涡流发生器3、雾化器4、点火器5、燃烧室外套6)、推进分段7；传力组件包含前部传力部件8、动力组件传力部件9、后部传力部件10。

本实施例的发动机的结构系统包含前部承力部件、机匣和后部承力部件；其中前部承力部件包含推力轴承11、导向支板12、前部整流罩13；机匣包含进气道14、前主机匣15、后主机匣16、喷管17；后部承力部件包含支承轴承18、整流支板19、后部整流罩20。

本实施例的发动机的附件包含传动系统、滑油系统、燃料系统、电气系统、起动系统；其中传动系统包含传动齿轮箱21、附件齿轮箱22；滑油系统包含推力轴承封严环23、支承轴承封严环24、滑油箱25、齿轮滑油泵26、离心通风器27；燃料系统包含石墨封严环28、离心燃料泵29、燃料调节器30、燃料分配器31；电气系统包含FADEC交流发电机32、综合传动发电机33、全权限数字发动机控制器34；起动系统包含起动机35。

本实施例的发动机通过起动系统起动，动力系统通过推力轴承和支承轴承与结构系统联接，动力系统通过传动系统将扭矩传递给滑油系统、燃料系统和电气系统

参考图1、图2、图3，可选地，本实施例的发动机采用九组动力组件提供动力。

参考图3、图10、图11，优选地，本实施例的发动机的动力组件为采用变截面管道螺旋结构，以螺旋线为中心线，截面几何中心与螺旋中心线重合。螺旋结构依次分为压缩分段1、燃烧分段、推进分段7。

优选地，压缩分段1进口为扇环形，压缩分段1从进口到出口沿螺旋中心线由扇环形平滑过渡为圆形，几何面积逐渐收缩，达到压缩的目的，燃烧室外套6从压缩分段1的出口到火焰筒2入口沿螺旋中心线圆形面积迅速扩大，达到扩压的目的，经过火焰筒2的进气孔之后燃烧室外套6逐渐收缩，达到增速的目的，推进分段7从燃烧室外套6出口到推进分段7出口沿螺旋中心线由圆形平滑过渡为扇环形。涡流发生器3、燃烧室外套6的截面几何中心与螺旋中心线重合。

参考图3、图7、图8、图9，九组螺旋结构的动力组件呈环形安装在动力组件传力部件9上；压缩分段1进口和推进分段7出口的扇环形截面顶点处圆角化处理，九组动力组件的压缩分段1进口之间自然形成动力组件冷却空气进气孔，九组动力组件的推进分段7出口之间自然形成动力组件冷却空气排气孔。燃烧室外套6上设有雾化器安装孔6A、燃烧室外套点火器安装孔6L，火焰筒2设有火焰筒点火器安装孔2L。前部传力部件8设有离心燃料管4P接口，前部传力部件8安装有传动齿轮8T和前滑油封严环8L，后部传力部件10设有点火器线路接口。动力组件传力部件9设有与燃烧室外套6对应的雾化器安装孔6A、燃烧室外套点火器安装孔6L。动力组件传力部件9固定安装在前部传力部件8和后部传力部件10上。

参考图3、图5、图7、图8，可选地，导向支板12由九叶支板构成承力框架，前部传力部件8与导向支板12通过推力轴承11联接，由推力轴承封严环23和石墨封严环28封严并形成密封的空腔，密封的空腔由安装在前部传力部件8上的前滑油封严环8L自然分隔为前滑油腔12L和环形燃料腔12F。导向支板12设有九个导向支板中心孔12P，其中六个通往环形燃料腔12F，其余三个通往前滑油腔12L，导向支板对接前部整流罩13。

参考图7、图9，可选地，整流支板19由九叶支板构成承力框架，后部传力部件10与整流支板19通过支承轴承18联接，支承轴承封严环24和后滑油封严环10L封严并形成后滑油腔19L。整流支板19设有九个整流支板中心孔19P，整流支板中心孔19P其中3个通往后滑油腔19L，其余6个作为电子传感器线路安装孔，用于电能传输、传感器信号传递，整流支板对接后部整流罩20。

参考图1、图3、图7，导向支板12和整流支板19连接进气道14、前主机匣15、后主机匣16、喷管17；正视角度，附件齿轮箱22安装在前主机匣15右下侧；滑油箱25外挂在前主机匣15左下侧；全权限数字发动机控制器34安装在前主机匣15上侧。

参考图1、图4、图6、图7，前部传力部件8将动力组件输出的动力由传动齿轮8T通过传动轴输出到传动齿轮箱21，传动齿轮箱21再将动力传递给附件齿轮箱22，在其中经过若干变速齿轮减速并带动齿轮滑油泵26、离心通风器27、离心燃料泵29、燃料调节器30、FADEC交流发电机32、综合传动发电机33旋转。

本实施例的发动机的运行方式：

参考图1、图2、图3、图4、图5，起动系统开始工作，由起动机35通过传动齿轮箱21驱动传动齿轮8T带动安装在前部传力部件8上的动力组件旋转并迅速达到临界转速，同时通过附件齿轮箱22带动齿轮滑油泵26、离心通风器27、离心燃料泵29、燃料调节器30、FADEC交流发电机32旋转。

进一步地，经过导向支板12整流，空气以最佳角度被动力组件的压缩分段1吸入并压缩，在燃烧室外套6的前部扩压，其中一部分通过涡流发生器3进入火焰筒2，在火焰筒2中形成环流，另一部分由火焰筒2周围的进气孔气膜冷却孔进入火焰筒2，对火焰筒2补气和冷却，最后通过火焰筒2末端进入推进分段7并排出。

进一步地，FADEC交流发电机32产生电流，通过线缆32C将电能传输到全权限数字发动机控制器34，全权限数字发动机控制器34通过点火器线路34L穿过整流支板中心孔19P将电能传输到安装在整流支板19上的石墨电刷座19B，由后部传力部件10上的石墨电刷10B将电能通过点火器线路5C传输到点火器5上。

进一步地，齿轮滑油泵26从滑油箱25中泵入滑油并通过供油管26F喷入前滑油腔12L和后滑油腔19L，前滑油腔12L中润滑推力轴承11和后滑油腔19L中润滑支承轴承18的滑油再通过回油管26R经过滤后由齿轮滑油泵26泵入滑油箱25，在发动机旋转过程中，前滑油腔12L和后滑油腔19L产生的气体和水蒸气将通过通风管27V由离心通风器27进行油气分离，其中分离出的气体排入大气，分离出的滑油经过滤后由齿轮滑油泵26泵入滑油箱25。当滑油压力过高时，滑油从齿轮滑油泵26出口重回入口，完成压力调节。

进一步地，达到临界转速后，接通离心燃料泵29，燃料由离心燃料泵接口29I进入燃料离心泵29并被泵入燃料分配器31，通过1号燃料管31-P1、2号燃料管31-P2、4号燃料管31-P4、5号燃料管31-P5、7号燃料管31-P7、8号燃料管31-P8将燃料穿过导向支板中心孔12P将燃料送入环形燃料腔12F，由高速旋转中的前部传力部件8上的燃料接口通过离心燃料管4P进入雾化器4，向火焰筒2喷洒，在涡流发生器3的作用下与压缩分段1提供的高压空气充分混合，由点火器5点燃，充分燃烧，形成高温高压的燃气并加速出口，在推进分段7中快速膨胀做工，其中一部分热焓利用反冲力驱动动力组件持续不断的完成吸入和压缩空气、混入燃料燃烧，另外一部分继续向后喷出，在整流支板19的整流下以最佳角度向喷管17喷射，并在喷管17中减速、扩大压力，最终向后喷出，产生推力。

进一步地，当动力组件达到慢速、稳定运行状态时，起动机35从传动齿轮箱21脱开，同时综合传动发电机33接合上附件齿轮箱22并开始发电，对外输出电能。

本实施例的发动机的传力方式：

本实施例的发动机的主要安装节为导向支板12，辅助安装节为整流支板19，动力组件产生的扭矩和推力主要由前部传力部件8、动力组件传力部件9、后部传力部件10通过推力轴承11传递给导向支板12；喷管17产生的推力传递给整流支板19。

当动力组件螺旋结构螺距越小时，本实施例的发动机主要输出为扭矩；当动力组件螺旋结构螺距越大时，本实施例的发动机主要输出为推力。

上述说明中，本实施例的发动机采用九组动力组件作为推力，但不限于此；本实施例的发动机的动力组件环形排列，但不限于此，也可以是其他符合特定要求的排列方式。本实施例的发动机的通过燃料离心管4P从环形燃料腔12F中吸入燃料，但不限于此，也可以是其他符合特定要求的燃料供给方式。本实施例的发动机的导向支板12与整流支板19的支板数量均为九叶，但不限于此，也可以是其他符合特定要求的数量。

根据本实施例的发动机，实现了本发明在吸入和压缩空气、混入燃料燃烧、排出燃气的过程中不采用吹动涡轮的方式驱动发动机循环旋转，避免了涡轮、静子那样的向后的轴向分力，解决了推力损失、结构受力不均的问题。同时，由于本发明提供的发动机不采用压气机叶轮、涡轮、静子、气封严等相关零部件而通过螺旋结构完成吸气压缩、燃烧排气、持续旋转的过程，因此减少了零件数量，提高了可靠性、可维护性和工作效能。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力组件，其特征是：

所述动力组件是包括压缩功能、燃烧功能和推进功能的螺旋结构；

所述动力组件包括压缩分段、燃烧分段和推进分段，所述压缩分段、所述燃烧分段、所述推进分段沿所述螺旋结构依次设置，形成螺旋结构；空气由所述压缩分段吸入并增压，进入所述燃烧分段与混入的燃料燃烧形成高温高压的燃气，所述燃气在所述推进分段膨胀做功，利用反冲力驱动动力组件持续旋转并输出动力。

2.如权利要求1所述的一种动力组件，其特征是：

所述的动力组件为采用变截面管道的螺旋结构，以螺旋线为中心线，截面几何中心与螺旋中心线重合；所述螺旋结构依次分为压缩分段(1)、燃烧分段、推进分段(7)。

3.如权利要求1-2之一所述的一种动力组件，其特征是：

所述压缩分段(1)从进口到出口几何面积逐渐收缩，达到压缩的目的。

4.如权利要求1-2之一所述的一种动力组件，其特征是：

所述燃烧分段包括火焰筒(2)、涡流发生器(3)、雾化器(4)、点火器(5)、燃烧室外套(6)；燃烧室外套(6)沿螺旋中心线圆形面积迅速扩大，达到扩压的目的，之后燃烧室外套(6)逐渐收缩，达到增速的目的。

5.如权利要求1-2之一所述的一种动力组件，其特征是：

所述推进分段(7)从所述燃烧室外套(6)的出口到所述推进分段(7)的出口沿螺旋中心线由圆形平滑过渡为扇环形。

6.一种发动机，包括如权利要求1-5之一所述的动力组件，以及承力部件，其特征是：

所述动力组件可转动地支撑在承力部件上。

7.一种发动机，其特征是：

所述发动机包括动力组件、传力组件、承力部件和附件；

所述发动机采用多个所述动力组件产生动力，所述动力组件是包括压缩功能、燃烧功能和推进功能的螺旋结构；

所述动力组件包括压缩分段、燃烧分段和推进分段，所述压缩分段、所述燃烧分段、所述推进分段沿所述螺旋结构依次设置，形成螺旋结构；动力组件绕轴旋转过程中，空气由所述压缩分段吸入并增压，进入所述燃烧分段与混入的燃料燃烧形成高温高压的燃气，所述燃气在所述推进分段膨胀做功，利用反冲力驱动动力组件持续旋转；

所述的传力组件与所述的动力组件是一体旋转的，所述的动力组件通过所述的传力组件可转动的支撑在所述承力部件上。

8.根据权利要求6所述的发动机，其特征是：

所述动力组件为螺旋管状结构。

9.根据权利要求6所述的发动机，所述动力组件为螺旋管状结构，其特征是：

所述螺旋管状结构入口和出口为扇环形。

10.根据权利要求6所述的发动机，其特征是：

改变所述动力组件螺旋结构的螺距，可改变所述发动机关于轴向分力和切向分力的输出比例。