CN108087149B - 一种高推重比低油耗的涡喷发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高推重比低油耗的涡喷发动机,其特征在于，包括转子(1)和机匣静子(2)，涡轮燃烧室(3)、增压燃烧室(4)、涡轮尾喷管(5)和主喷管(6)，转子(1)包括多级的主压气机叶片(11)、多级的增压压气机叶片(12)和多级的涡轮叶片(13)，涡轮叶片(13)与增压压气机叶片(12)共轴并通过叶片连接环(14)套装在增压压气机叶片(12)的外周上，机匣静子(2)包括多级的主压气机静子叶片(21)、多级的增压压气机静子叶片(22)和多级的涡轮导向叶片(23)，涡轮导向叶片(23)通过静子叶片连接环(24)固定在增压压气机静子叶片(22)的外周上。

Description

一种高推重比低油耗的涡喷发动机
技术领域
本发明涉及涡轮喷气发动机技术领域。
背景技术
涡轮喷气发动机是一种采用定压循环的热机，从理论上讲，定压循环热效率的最佳增压比大概在40左右。涡轮发动机增压比的提高，首先是能够使其推重比得到了提高，其次，是能够使其耗油率水平得到降低，因此，自从涡轮喷气发动机问世以来，对提高涡轮发动机增压比的努力从来就没有停止过。但是，受到材料和制造工艺水平等的限制，目前的小型涡轮喷气发动机，受涡轮前温度的限制要求，其增压比大概在10左右；即使是民航客机使用的大型涡轮喷气式发动机，在采用了风冷涡轮叶片、单晶体涡轮叶片等复杂高难度高成本设计制造技术的条件下，发动机的增压比也很难达到热机定压循环的最佳增压比。
另一种获得高推重比低油耗航空发动机的技术途径，是改变发动机的热力循环模式，空气涡轮火箭发动机(ATR)就是这样一种较为新颖而且可行的新型发动机。ATR属于涡轮基组合循环发动机(TBCC)的一种重要类型，其基本工作原理是：使用独立于空气系统的富燃燃气发生器，驱动涡轮带动压气机工作，大气中的空气经过压气机增压后直接进入涡轮后的燃烧室，在燃烧室内和经过涡轮做功后的富燃燃气进行燃烧，生成高温燃气并通过喷管膨胀产生推力。ATR作为火箭发动机和涡轮喷气发动机的有机融合，其比冲性能高于火箭发动机，推重比高于涡轮发动机，技术难度适中，是临近空间飞行器等的热门新型动力装置。
但是，由于ATR采用的是富燃燃气发生器驱动涡轮，因此涡轮的材料和制造工艺水平依然限制了发动机推重比的进一步提高，而且富燃燃气在经过涡轮做功后，其总压总温必然有所降低，这也使得ATR的涡轮后燃烧室增压比不可能太高，导致发动机的推重比增加有限。更重要的是，由于富燃燃气发生器的燃气提供能力有限，因此ATR的续航能力相对涡轮喷气式发动机来说是偏低的；再加上富燃燃气发生器的燃气调节范围有限，目前的燃气调节比大概在10左右，远低于涡轮喷气发动机的燃油流量调节比50左右的水平，因此ATR的高度速度工作范围相对涡轮喷气式发动机来说是偏窄的。
发明内容
本发明的技术方案：
一种高推重比低油耗的涡喷发动机,其特征在于，包括转子1和机匣静子2，涡轮燃烧室3、增压燃烧室4、涡轮尾喷管5和主喷管6，转子1包括多级的主压气机叶片11、多级的增压压气机叶片12和多级的涡轮叶片13，涡轮叶片13与增压压气机叶片12共轴并通过叶片连接环14套装在增压压气机叶片12的外周上，
机匣静子2包括多级的主压气机静子叶片21、多级的增压压气机静子叶片22和多级的涡轮导向叶片23，涡轮导向叶片23通过静子叶片连接环24固定在增压压气机静子叶片22的外周上，
静子叶片连接环24与叶片连接环14之间通过封严篦齿结构连接，将增压压气机叶片12、增压压气机静子叶片22，以及涡轮叶片13、涡轮导向叶片23所处的空间各自分隔密封形成内涵道和外涵道，涡轮燃烧室3和涡轮尾喷管5设置在外涵道，增压燃烧室4和主喷管6设置在内涵道，
转子1通过支承轴承安装到机匣静子2上并可相对机匣静子2高速转动，
主压气机增压后的空气，分成内涵道和外涵道两支相互隔离的高压空气流，其中的一支高压空气流进入外涵道，经涡轮燃烧室3产生的燃气驱动涡轮高速旋转，驱动涡轮做功后的燃气从涡轮尾喷管5排出；
而另一支高压空气流进入内涵道，经过增压压气机继续增压，进入增压燃烧室4燃烧，增压燃烧室4产生的燃气经主喷管6喷出。
进一步地，驱动涡轮做功后的燃气温度和压力大为降低成为乏气。
进一步地，机匣静子2还包括分流环25，分流环25将主压气机增压后的空气，分成内涵道和外涵道两支相互隔离的高压空气流。
本发明的优点：
当本发明工作时，转子在自身涡轮的驱动下高速旋转。经过转子的主压气机增压后的空气，被机匣静子的分流环分成内涵道气流和外涵道气流两支相互隔离的高压空气流，其中的一支高压空气流进入涡轮燃烧室并与喷入涡轮燃烧室的燃油混合燃烧，涡轮燃烧室产生的高温高压燃气驱动转子的涡轮高速旋转，驱动涡轮做功后的燃气，温度和压力大为降低，成为乏气，从涡轮尾喷管排出；而另外一支高压空气流，经过转子的增压压气机继续增压，气流总压获得大幅度的提升之后，进入增压燃烧室并与喷入增压燃烧室的燃油混合燃烧，增压燃烧室产生的超高温高压燃气，从主喷管高速喷出，产生强大的推力。
附图说明：
图1为本发明转子结构示意图；
图2为本发明机匣静子结构示意图；
图3为本发明使用状态示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
如图1、图2、图3的示意图所示，本发明的基本结构由转子1、机匣静子2、涡轮燃烧室3、增压燃烧室4、涡轮尾喷管5和主喷管6组成，转子1通过支承轴承安装到机匣静子2上并可相对机匣静子2高速转动。转子1包含有多级的主压气机叶片11、多级的增压压气机叶片12、多级的涡轮叶片13、以及叶片连接环14等。叶片连接环14起到将涡轮叶片13固定连接到增压压气机叶片12的外周的作用。机匣静子2包含有多级的主压气机静子叶片21、多级的增压压气机静子叶片22、涡轮导向叶片23、静子叶片连接环24以及分流环25等。分流环25将主压气机出口的高压空气流分隔成内外涵道两支相互隔离的高压空气流。静子叶片连接环24起到将涡轮导向叶片23固定连接到增压压气机静子叶片22的外周的作用。叶片连接环14和静子叶片连接环24上都带有封严蓖齿结构，该封严蓖齿结构将涡轮导向叶片23所在的外涵道的燃气和增压压气机静子叶片22所在的内涵道的高压空气分隔。
本发明正常工作所需要的燃油系统、起动点火系统等等，可以采用现有技术。当本发明工作时，转子1在涡轮的驱动下高速旋转。经过主压气机增压后的空气，被分流环25分成内涵道和外涵道两支相互隔离的高压空气流，其中的外涵道高压空气流进入涡轮燃烧室3并与喷入涡轮燃烧室3的燃油混合燃烧，涡轮燃烧室3产生的高温高压燃气驱动涡轮叶片13高速旋转，驱动涡轮叶片13做功后的燃气，温度和压力大为降低，成为乏气，从涡轮尾喷管5排出；而内涵道的高压空气流，经过转子1的增压压气机叶片12的增压，气流总压获得大幅度的提升之后，进入增压燃烧室4并与喷入增压燃烧室4的燃油混合燃烧，增压燃烧室4产生的超高温高压燃气，从拉瓦尔喷管类型的主喷管6高速喷出，产生强大的推力。

Claims (2)

1.一种高推重比低油耗的涡喷发动机,其特征在于，包括转子(1)和机匣静子(2)，涡轮燃烧室(3)、增压燃烧室(4)、涡轮尾喷管(5)和主喷管(6)，
转子(1)包括多级的主压气机叶片(11)、多级的增压压气机叶片(12)和多级的涡轮叶片(13)，涡轮叶片(13)与增压压气机叶片(12)共轴并通过叶片连接环(14)套装在增压压气机叶片(12)的外周上，
机匣静子(2)包括多级的主压气机静子叶片(21)、多级的增压压气机静子叶片(22)和多级的涡轮导向叶片(23)，涡轮导向叶片(23)通过静子叶片连接环(24)固定在增压压气机静子叶片(22)的外周上，
静子叶片连接环(24)与叶片连接环(14)之间通过封严篦齿结构连接，将增压压气机叶片(12)、增压压气机静子叶片(22)，以及涡轮叶片(13)、涡轮导向叶片(23)所处的空间各自分隔密封形成内涵道和外涵道，涡轮燃烧室(3)和涡轮尾喷管(5)设置在外涵道，增压燃烧室(4)和主喷管(6)设置在内涵道，
转子(1)通过支承轴承安装到机匣静子(2)上并可相对机匣静子(2)高速转动，
主压气机增压后的空气，分成内涵道和外涵道两支相互隔离的高压空气流，其中的一支高压空气流进入外涵道，经涡轮燃烧室(3)产生的燃气驱动涡轮高速旋转，驱动涡轮做功后的燃气从涡轮尾喷管(5)排出；
而另一支高压空气流进入内涵道，经过增压压气机继续增压，进入增压燃烧室(4)燃烧，增压燃烧室(4)产生的燃气经主喷管(6)喷出；
驱动涡轮做功后的燃气温度和压力大为降低成为乏气。
2.根据权利要求1所述高推重比低油耗的涡喷发动机,其特征在于，
机匣静子(2)还包括分流环(25)，分流环(25)将主压气机增压后的空气，分成内涵道和外涵道两支相互隔离的高压空气流。
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