CN108644015B - 一种基于爆燃烧的自启动燃气涡轮发动机 - Google Patents

一种基于爆燃烧的自启动燃气涡轮发动机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于爆震燃烧以实现自启动的燃气涡轮发动机，采用无需提供压缩气源的爆震燃烧驱动压气机的形式替代动力辅助系(APU)启动燃气涡轮发动机。主要包括普通发动机燃烧室和爆震启动燃烧室组合而成的燃烧室，将普通燃烧室和爆震燃烧室(PED)有效结合在一起，在燃气涡轮发动机启动时，由爆震燃烧室首先工作，利用爆震燃烧室产生的高温高压燃气推动涡轮做功，进而使得燃气涡轮发动机的压气机转动并达到启动阀值，从而实现燃气涡轮发动机自启动。本发明的优点是实现发动机的自启动，进而减少动力辅助系统及其必要的管路、气路和传动系统，从而减少航空推进系统重量与结构复杂度；必要时，将普通发动机和爆震启动发动机一同工作，提高发动机推力。

Description

一种基于爆燃烧的自启动燃气涡轮发动机
技术领域
本发明涉及燃气轮机领域，具体为一种基于爆燃烧的自启动燃气涡轮发动机。
背景技术
APU作为机载辅助动力系统，在涡轮类航空发动机启动时持续给航空器提供稳定的电力和足够的压缩空气，并在特定时刻作为航空器的加力装置使用。但其在主动力装置启动后，其作用能力便显得很有限，当航空器执行飞行任务时，其消耗的资源与得到的回报不成正比。APU及其配套的传动设备在此时占用的重量以及燃料等资源此时显得多余。因此，一种能更高效得使用APU或者将其替换的方法显得很有必要。针对上诉问题，本发明提出了一种利用爆震燃烧产生高温高压气体驱动压气机的办法代替传统APU，将普通燃烧室和爆震燃烧室(PED)有效结合在一起，在燃气涡轮发动机启动时，由爆震燃烧室首先工作，利用爆震燃烧室产生的高温高压燃气推动涡轮做功，进而使得燃气涡轮发动机的压气机转动并达到启动阀值，从而实现燃气涡轮发动机自启动，从而摆脱发动机启动依赖APU的情况。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种高效简单的发动机形式解决燃气涡轮发动机，通过航空发动机结构创新，将爆震燃烧室和普通燃烧室合二为一，设计能同时为实现普通燃烧和爆震燃烧的燃烧室，有效简化发动机使用过程中启动阶段辅助动力系统带来的复杂结构与重量浪费。
本发明采用的技术方案是：一种基于爆燃烧的自启动燃气涡轮发动机，采用爆震燃烧产生爆震波驱动压气机的形式替代动力辅助系(APU)启动燃气涡轮发动机；主要包括普通燃烧室和爆震启动燃烧室组合而成的燃烧室、进气道、发动机机匣、压气机叶轮、动力主轴、涡轮、尾椎体、尾喷管组成；其中，爆震启动燃烧室主要包括：爆震管、推力壁、点火器；其特征在于：以动力主轴为骨架，发动机机匣前端作为进气道，从前往后依次安装压气机叶轮、由普通燃烧室和爆震启动燃烧室组合而成的燃烧室、涡轮，动力主轴末端逐渐尖锐形成尾椎体，机匣末端向内收缩作为发动机尾喷管，其中爆震燃烧室通过推力壁形成一个一端开口一端封闭的圆管，称为爆震管，管部中央有点火器，用于发动机点火启动。将普通燃烧室和爆震燃烧室(PED)有效结合在一起，在燃气涡轮发动机启动时，由爆震燃烧室首先工作，利用爆震燃烧室采用的高温高压燃气推动涡轮做功，进而使得燃气涡轮发动机的压气机转动并达到启动阀值，从而实现燃气涡轮发动机自启动。
本发明使用的燃烧室布局形式，在普通燃烧室的边界加装爆震燃烧室用于启动，使得发动机能同时满足普通燃烧和爆震燃烧的燃烧过程，进而实现发动机启动时依靠爆震管启动，而非依赖动力辅助系统APU启动。
启动必须依赖动力辅助系统(APU)的现状。该涡轮发动机在发动机启动时，先由爆震启动燃烧室开始工作，通过爆震燃烧产生的爆震波推动涡轮转动，进而推动发动机转子部分转动，使压气机得以正常工作，为普通燃烧室部分提供燃烧所需的压缩空气，完成发动机启动。并且，在必要时刻，让两个燃烧室同时进行工作，达到发动机加力的目的。
采用爆震燃烧室和普通燃烧室一体化设计对发动机燃烧室进行改进，在普通燃烧室的侧壁加装管状的爆震启动燃烧室，使发动机能同时具备爆震燃烧和普通燃烧的能力。
本发明的有益效果是：一、巧妙地运用了爆震燃烧的燃烧过程不需要压气机对空气进行压缩同样能通过产生爆震波来达到产生高温高压燃气驱动涡轮的目的；二、将爆震燃烧利用在发动机的启动上，避免传统长时间使用爆震燃烧造成的不利影响；三、使得发动机达到自启动的目的，摆脱燃气涡轮发动机启动时对APU的依赖，减少使用APU时，必不可少的传动系统和相应的管路，减少推进系统重量；四、必要时可以使用双燃烧室协同工作，达到发动机加力的目的。实现发动机的自启动，进而减少动力辅助系统及其必要的管路、气路和传动系统，从而减少航空推进系统重量与结构复杂度。
附图说明
图1为本发明的发动机结构图。
图2为本发明发动机工作原理示意图。
图3为本发明发动机燃烧室结构图。
图4为本发明使用的爆震启动燃烧室细节图。
附：图中个部件的标记如下：1、进气道，2、发动机机匣，3、压气机叶轮，4、动力主轴，5、燃烧室，6、涡轮，7、尾椎体，8、尾喷管，9、爆震启动燃烧室，10、普通燃烧室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参考图1，本发明主要包括普通发动机燃烧室10和均布在燃烧室周边火焰筒外面的若干爆震启动燃烧室9组合而成的燃烧室5、进气道1、发动机机匣2、压气机叶轮3、动力主轴4、涡轮6、尾椎体7、尾喷管8组成。其中，爆震启动燃烧室，参考图4，设计有空气阀门，在爆震燃烧室工作期间，空气阀门打开，使空气和燃料混合，实现燃烧室工作；当普通发动机启动后，空气阀门闭合，爆震燃烧室停止工作。
具体的，本发明的工作原理是(参考图2)：①爆震燃烧室空气阀门打开，燃烧室吸入空气和燃料的混合物完成爆震发动机启动；②爆震发动机启动后，通过产生爆震波得到高温高压燃气冲击涡轮使涡轮转动；③涡轮转动后，带动动力主轴转动，使压气机工作；④压气机工作后，为普通燃烧室提供压缩空气，使得普通燃烧室正常工作；⑤普通燃烧室正常工作后，关闭爆震燃烧室空气阀门，完成发动机启动。

Claims (3)

1.一种基于爆燃烧的自启动燃气涡轮发动机，采用爆震燃烧产生爆震波驱动压气机的形式替代动力辅助系(APU)启动燃气涡轮发动机；主要包括普通燃烧室和爆震启动燃烧室组合而成的燃烧室、进气道、发动机机匣、压气机叶轮、动力主轴、涡轮、尾椎体、尾喷管组成；其中，爆震启动燃烧室包括：爆震管、推力壁、点火器；其特征在于：以动力主轴为骨架，发动机机匣前端作为进气道，从前往后依次安装压气机叶轮、由普通燃烧室和爆震启动燃烧室组合而成的燃烧室、涡轮，动力主轴末端逐渐尖锐形成尾椎体，机匣末端向内收缩作为发动机尾喷管，其中爆震燃烧室通过推力壁形成一个一端开口一端封闭的圆管，称为爆震管，管部中央有点火器，用于发动机点火启动。
2.根据权利要求1所述的一种基于爆燃烧的自启动燃气涡轮发动机，其特征在于：燃烧室布局形式，在普通燃烧室的边界加装爆震燃烧室。
3.根据权利要求1所述的一种基于爆燃烧的自启动燃气涡轮发动机，其特征在于：该涡轮发动机在发动机启动时，先由爆震启动燃烧室开始工作，通过爆震燃烧产生的爆震波推动涡轮转动，进而推动发动机转子部分转动，使压气机得以正常工作，为普通燃烧室部分提供燃烧所需的压缩空气，完成发动机启动或让两个燃烧室同时进行工作，达到发动机加力的目的。
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