CN107806364B - 一种增压气体控制装置、航空用增压发动机及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种增压气体控制装置、航空用增压发动机及控制方法，通过采用一种进气旁通的机构储存增压后多余的气体，通过在增压器压气机后增加一个增压气体控制装置，将飞机在低空飞行时发动机利用不完全的气体储存起来，当飞机飞行到高空时，将多余的气体通过进气管再次利用，可以减少进气带来的损失，增加利用率，同时不会浪费废气产生的能量，全部利用起来。

Description

一种增压气体控制装置、航空用增压发动机及控制方法
技术领域
本发明涉及航空领域，尤其是涉及一种增压气体控制装置、带有该种增压气体控制装置的航空用增压发动机，以及该种发动机的控制方法。
背景技术
在通用航空中，随着客户对飞机性能要求以及无人机高空性能的提高，航空用增压活塞发动机越来越受到重视，尤其对于高压比的增压器。飞机（尤其是无人机）在高空飞行时空气比较稀薄，进气量相对较少，活塞发动机进气受阻（高空气体稀薄），功率不能满足飞机巡航要求。这样就会严重影响发动机高空的功率，对增压器的要求就会过高。现有的增压器技术很难达到要求，这就需要对进气做进一步的创新改进，通过提高进气量满足发动机需要的功率。在低空飞行时，飞机需要的巡航功率相对较小，在保证发动机功率的同时，对于增压器的压比需求减小，这样就需要通过废气旁通阀泄气来减小压比，该种方式也带来了诸多缺陷，一方面带有旁通阀的增压器设计加工难度增大、控制难度大，另一方面浪费废气产生的能量、增加了进气阻力。因此，急需一种新型的结构满足飞机在低空和高空飞行的不同需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的问题提供一种增压气体控制装置、航空用增压发动机及控制方法，其目的是通过采用一种进气旁通的机构储存增压后多余的气体，通过在增压器压气机后增加一个增压气体控制装置，将飞机在低空飞行时发动机利用不完全的气体储存起来，当飞机飞行到高空时，将多余的气体通过进气管再次利用，可以减少进气带来的损失，增加利用率，同时不会浪费废气产生的能量，全部利用起来。
本发明的技术方案是该种增压气体控制装置包括增压气体控制装置进气管、增压气体储气罐、增压气体控制装置出气管，增压气体控制装置进气管的支路与增压气体储气罐连接，并且增压气体控制装置进气管的支路上设有进气单向阀，所述的增压气体控制装置出气管的一端位于增压气体储气罐与进气单向阀之间的增压气体控制装置进气管支路上，增压气体控制装置出气管的另一端与增压气体控制装置进气管连接，并且增压气体控制装置出气管上设有出气单向阀，所述的增压气体控制装置还包括控制进气单向阀和出气单向阀工作的控制器。
进一步的，位于进气单向阀与增压气体控制装置进气管之间的增压气体控制装置进气管支路上设有进气流量计，位于出气单向阀与增压气体控制装置进气管之间的增压气体控制装置出气管上设有出气流量计，并且控制器控制进气流量计和出气流量计的工作。
所述的增压气体储气罐上设有增压气体作用弹簧。
一种带有上述增压气体控制装置的航空用增压发动机，所述的航空用增压发动机包括依次连接的进气管、增压器压气机、增压器涡轮机和排气管，增压器压气机的出口与增压气体控制装置进气管的进口连接，增压气体控制装置进气管的出口与发动机进气歧管连接，发动机排气歧管与增压器涡轮机的进口连接；所述的航空用增压发动机还包括安装在发动机进气歧管上的压力传感器，压力传感器采集到的压力信号输送给控制器。
一种上述带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的控制方法为：
1）当安装有带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的飞机在低空飞行时，发动机启动工作，气体通过进气管进入增压器压气机，气体流动通过发动机进气歧管进入发动机本体，此时发动机可以正常运作起来，废气通过发动机排气歧管进入增压器涡轮机，并推动增压器涡轮机运转，带动增压器压气机做功，通过增压器涡轮机后的废气流入排气管排入大气；
当安装有带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的飞机在低空运行时，气体流经发动机进气歧管，发动机进气歧管内的压力将会升高，压力传感器采集到压力信号后输送给控制器，控制器根据内部数据进行运算对比；如果压力信号超过目标数值，则把多余的气体存储在增压气体储气罐中，多余部分的气体通过增压气体控制装置进气管输送，控制器通过进气流量计控制多余的进气量，气体经过进气单向阀进入增压气体储气罐，多余的气体则会挤压增压气体作用弹簧进行储存；如果压力信号低于目标值，则关闭进气单向阀，进行常规发动机的正常运转；
2）当安装有带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的飞机飞入高空时，压力传感器采集到压力信号后输送给控制器，控制器根据内部数据进行运算对比，当采集的信号低于目标值，控制器控制打开出气单向阀，控制器通过控制出气流量计调节出气量进入发动机进气歧管以达到目标值。
具有上述结构的该种增压气体控制装置、航空用增压发动机及控制方法充分降低了增压器的设计与加工难度、简化了结构、降低了成本、安全更可靠，解决了飞机低空进气少的问题；同时，可以充分地利用废气能量，增加利用率，提升发动机的工作效率；降低了增压器的控制难度、便于操作；很好的满足了无人机的高空追击、巡航等难题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明增压气体控制装置的结构示意图。
图2为本发明带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的结构示意图。
在图1-2中，1：进气管；2：增压气体控制装置；201：增压气体控制装置进气管；202：进气流量计；203：进气单向阀；204：增压气体储气罐；205：增压气体作用弹簧；206：增压气体控制装置出气管；207：出气单向阀；208：出气流量计；3：控制器；4：发动机进气歧管；5：压力传感器；6：发动机本体；7：发动机排气歧管；8：排气管；9：增压器涡轮机；10：增压器压气机。
具体实施方式
图1为本发明增压气体控制装置的结构示意图，图2为本发明带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的结构示意图。
由图1所示结构可知，该种增压气体控制装置2包括增压气体控制装置进气管201、增压气体储气罐204、增压气体控制装置出气管206，增压气体控制装置进气管201的支路与增压气体储气罐204连接，并且增压气体控制装置进气管201的支路上设有进气单向阀203，增压气体控制装置出气管206的一端位于增压气体储气罐204与进气单向阀203之间的增压气体控制装置进气管201支路上，增压气体控制装置出气管206的另一端与增压气体控制装置进气管201连接，并且增压气体控制装置出气管206上设有出气单向阀207，增压气体控制装置还包括控制进气单向阀203和出气单向阀207工作的控制器3。增压气体储气罐204上设有增压气体作用弹簧205。
位于进气单向阀203与增压气体控制装置进气管201之间的增压气体控制装置进气管201支路上设有进气流量计202，位于出气单向阀207与增压气体控制装置进气管201之间的增压气体控制装置出气管206上设有出气流量计208，并且控制器3控制进气流量计202和出气流量计208的工作。
由图2所示结构可知，带有上述增压气体控制装置的航空用增压发动机包括依次连接的进气管1、增压器压气机10、增压器涡轮机9和排气管8，增压器压气机10的出口与增压气体控制装置进气管201的进口连接，增压气体控制装置进气管201的出口与发动机进气歧管4连接，发动机排气歧管7与增压器涡轮机9的进口连接；航空用增压发动机还包括安装在发动机进气歧管4上的压力传感器5，压力传感器5采集到的压力信号输送给控制器3。
上述带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的控制方法为：
1）当安装有带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的飞机在低空飞行时，发动机启动工作，气体通过进气管1进入增压器压气机10，气体流动通过发动机进气歧管4进入发动机本体6，此时发动机可以正常运作起来，废气通过发动机排气歧管7进入增压器涡轮机9，并推动增压器涡轮机9运转，带动增压器压气机10做功，通过增压器涡轮机9后的废气流入排气管8排入大气；
当安装有带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的飞机在低空运行时，气体流经发动机进气歧管4，发动机进气歧管4内的压力将会升高，压力传感器5采集到压力信号后输送给控制器3，控制器3根据内部数据进行运算对比；如果压力信号超过目标数值，则把多余的气体存储在增压气体储气罐204中，多余部分的气体通过增压气体控制装置进气管201输送，控制器3通过进气流量计202控制多余的进气量，气体经过进气单向阀203进入增压气体储气罐204，多余的气体则会挤压增压气体作用弹簧205进行储存；如果压力信号低于目标值，则关闭进气单向阀203，进行常规发动机的正常运转；
2）当安装有带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的飞机飞入高空时，压力传感器5采集到压力信号后输送给控制器3，控制器3根据内部数据进行运算对比，当采集的信号低于目标值，控制器3控制打开出气单向阀207，控制器3通过控制出气流量计208调节出气量进入发动机进气歧管4以达到目标值。
下面结合附图1和2对本发明进行详细介绍，其中，实体箭头表示气体的流动方向，空心箭头表示进排气口，虚线箭头表示控制信号的传播方向。
当飞机在低空飞行时，发动机启动工作，气体通过进气管1进入增压器压气机10，气体流动通过发动机进气歧管4进入发动机本体6，此时发动机可以正常运作起来，废气通过发动机排气歧管7进入增压器涡轮机9，并推动增压器涡轮机9运转，带动增压器压气机10做功，通过增压器涡轮机9后的废气流入排气管8排入大气。
当飞机在低空运行时，飞机需要的功率在额定点的50%即可，此时，发动机产生的废气能量就会过量，本发明通过增压器涡轮机9利用全部能量来输送给增压器压气机10进行增压空气，气体流经到发动机进气歧管4，发动机进气歧管4内的压力就会升高，压力传感器5采集到压力信号后输送给控制器3，控制器3根据内部数据进行运算对比。如果压力信号超过目标数值，则把多余的气体存储在增压气体储气罐204中，多余部分的气体通过增压气体控制装置进气管201输送，控制器3通过进气流量计202控制多余的进气量，气体经过进气单向阀203进入增压气体储气罐204，多余的气体则会挤压增压气体作用弹簧205进行储存，这样就可以充分储存多余得压后气体，减少进气带来的损失。同时，为防止气体进入增压气体控制装置进气管201后发生逆流，在增压气体控制装置进气管201处安装有一个进气单向阀203，同时在增压气体控制装置出气管206处也安装有一个出气单向阀207；如果压力信号低于目标值，则关闭进气单向阀203，进行常规发动机的正常运转。
当飞机飞入高空时，空气比较稀薄，增压器已经不能够满足发动机的性能要求，此时增压气体控制装置的作用就越发的明显，能够满足无人机的高空巡航。压力传感器5采集到压力信号后输送给控制器3，控制器3根据内部数据进行运算对比，此时采集的信号远远低于目标值，增压气体控制装置2内储存的气体就会起作用，控制器3打开出气单向阀207，控制器3通过控制出气流量计208来调节出气量进入发动机进气歧管4以达到目标值，从而满足飞机在低空和高空飞行时的不同需求。

Claims (1)

1.一种带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的控制方法，其特征在于：
所述的航空用增压发动机包括增压气体控制装置；
所述的增压气体控制装置（2）包括增压气体控制装置进气管（201）、增压气体储气罐（204）、增压气体控制装置出气管（206），增压气体控制装置进气管（201）的支路与增压气体储气罐（204）连接，并且增压气体控制装置进气管（201）的支路上设有进气单向阀（203），所述的增压气体控制装置出气管（206）的一端位于增压气体储气罐（204）与进气单向阀（203）之间的增压气体控制装置进气管（201）支路上，增压气体控制装置出气管（206）的另一端与增压气体控制装置进气管（201）连接，并且增压气体控制装置出气管（206）上设有出气单向阀（207），所述的增压气体控制装置还包括控制进气单向阀（203）和出气单向阀（207）工作的控制器（3）；
所述的航空用增压发动机还包括依次连接的进气管（1）、增压器压气机（10）、增压器涡轮机（9）和排气管（8），增压器压气机（10）的出口与增压气体控制装置进气管（201）的进口连接，增压气体控制装置进气管（201）的出口与发动机进气歧管（4）连接，发动机排气歧管（7）与增压器涡轮机（9）的进口连接；所述的航空用增压发动机还包括安装在发动机进气歧管（4）上的压力传感器（5），压力传感器（5）采集到的压力信号输送给控制器（3）；
位于进气单向阀（203）与增压气体控制装置进气管（201）之间的增压气体控制装置进气管（201）支路上设有进气流量计（202），位于出气单向阀（207）与增压气体控制装置进气管（201）之间的增压气体控制装置出气管（206）上设有出气流量计（208），并且控制器（3）控制进气流量计（202）和出气流量计（208）的工作；
所述的增压气体储气罐（204）上设有增压气体作用弹簧（205）；
所述的控制方法为：
1）当安装有带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的飞机在低空飞行时，发动机启动工作，气体通过进气管（1）进入增压器压气机（10），气体流动通过发动机进气歧管（4）进入发动机本体（6），此时发动机可以正常运作起来，废气通过发动机排气歧管（7）进入增压器涡轮机（9），并推动增压器涡轮机（9）运转，带动增压器压气机（10）做功，通过增压器涡轮机（9）后的废气流入排气管（8）排入大气；
当安装有带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的飞机在低空飞行时，气体流经发动机进气歧管（4），发动机进气歧管（4）内的压力将会升高，压力传感器（5）采集到压力信号后输送给控制器（3），控制器（3）根据内部数据进行运算对比；如果压力信号超过目标数值，则把多余的气体存储在增压气体储气罐（204）中，多余部分的气体通过增压气体控制装置进气管（201）输送，控制器（3）通过进气流量计（202）控制多余的进气量，气体经过进气单向阀（203）进入增压气体储气罐（204），多余的气体则会挤压增压气体作用弹簧（205）进行储存；如果压力信号低于目标值，则关闭进气单向阀（203），进行常规发动机的正常运转；
2）当安装有带有增压气体控制装置的航空用增压发动机的飞机飞入高空时，压力传感器（5）采集到压力信号后输送给控制器（3），控制器（3）根据内部数据进行运算对比，当采集的信号低于目标值，控制器（3）控制打开出气单向阀（207），控制器（3）通过控制出气流量计（208）调节出气量进入发动机进气歧管（4）以达到目标值。
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