CN109538342A - 一种轻型航空发动机尾气抽排装置及其工作方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轻型航空发动机尾气抽排装置，包括旋转轴、进气管道和叶片轮管道；所述旋转轴安装在叶片轮管道中心位置，进气管道通过焊接安装在叶片轮管道一侧位置，叶片轮管道另一侧通过焊接安装有尾气排出的排气管道，旋转轴通过传动皮带连接在用于动力输出的曲轴上，叶片轮管道内安装有用于抽排发动机燃烧室燃烧尾气的叶片轮，叶片轮通过键安装在旋转轴上；本发明通过在燃烧室排气孔增加抽排装置，使轻型航空发动机在燃烧室爆炸燃烧产生的废气在外部抽排气形成低压的作用下，加快废气和空气混合物的排放速度，将更多新鲜的空气滞留在燃烧室中，保证航空轻型发动机二次燃烧时高效率。

Description

一种轻型航空发动机尾气抽排装置及其工作方式

技术领域

本发明涉及轻轻航空发动机尾气处理技术领域，具体的是一种轻型航空发动机尾气抽排装置及其工作方式。

背景技术

轻型航空随着无人驾驶飞机技术的技术革新和难点攻克，目前已经成为最为热门的行业之一，无人机航空可应用于大规模的农业种植和农药喷洒，森林湿地的无人高空巡查，危险地带的搜救工作，军事领域的各个战略用途等等，正是因为无人机航空队农林牧军事等等的广泛用途，使各技术人员加快对轻型航空发动机的研制，力争取得在功能上有大功率和长距离的飞行能力，在环保上加大对燃油和尾气的清洁处理，在生态为主的条件下，开展轻型航空的发动机的动力。

目前轻型航空以二冲程的发动机为主，二冲程发动机在曲轴旋转一圈即完成一次做功，这种二冲程发动机动力高，但是燃油燃烧不彻底，大量的未排出的燃烧废气在燃烧室影响燃油的二次燃烧效率，发动机燃烧室排出的尾气以碳氢化合物为主，燃烧不充分将导致环境污染。因此，如何改善轻型航空发动机尾气的排除，加快燃油在燃烧后短暂的排气速度，使大量的空气进入到燃烧室替换废气，提高二次燃烧室燃油的燃烧效率是本发明需要解决的问题。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种轻型航空发动机尾气抽排装置及其工作方式，改善轻型航空发动机尾气的排除，加快燃油在燃烧后短暂的排气速度，使大量的空气进入到燃烧室替换废气，提高二次燃烧室燃油的燃烧效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种轻型航空发动机尾气抽排装置，包括旋转轴、进气管道和叶片轮管道；所述旋转轴安装在叶片轮管道中心位置，进气管道通过焊接安装在叶片轮管道一侧位置，叶片轮管道另一侧通过焊接安装有尾气排出的排气管道，旋转轴通过传动皮带连接在用于动力输出的曲轴上，叶片轮管道内安装有用于抽排发动机燃烧室燃烧尾气的叶片轮，叶片轮通过键安装在旋转轴上；

其中，所述旋转轴包括旋转轴皮带槽、轴承安装轴、滚动轴承、叶片轮安装轴；所述旋转轴皮带槽设置在旋转轴伸出叶片轮管道一端，旋转轴皮带槽用于安装传动皮带，旋转轴皮带槽另一侧和旋转轴包裹端分别设置有轴承安装轴，轴承安装轴上过盈配合安装有滚动轴承，两个滚动轴承中间设置有叶片轮安装轴；

其中，所述叶片轮管道分为两段，一段为全封闭管道，另一段为半封闭管道，其中，全封闭管道为圆柱形的空心结构，半封闭管道为两段轴对称结构的弧形连接，并且弧形连接在圆心位置中心对称，弧形连接的截面为四分之一圆弧，弧形连接内表面与旋转叶片之间的距离为0-2mm，叶片轮管道两端均安装有密封盖，密封盖中心开有用于安装轴承的轴承安装圈通孔；

其中，所述叶片轮中间为叶片安装环，叶片安装环内侧一端开有用于安装键的键槽，叶片安装环外侧设置有四个旋转叶片，四个旋转叶片在叶片安装环中心点处中心对称，旋转叶片为旋转方向为平面，旋转叶片背部为弧形的结构。

作为本发明进一步的方案，所述曲轴与旋转轴伸出端一侧设置有曲轴皮带槽，曲轴皮带槽用于安装传动皮带。

作为本发明进一步的方案，所述叶片轮安装轴与滚动轴承之间的间隙小于1mm，并且叶片轮安装轴与滚动轴承不接触。

作为本发明进一步的方案，所述进气管道一端连接在发动机缸上，进气管道另一端安装在叶片轮管道开口进气一侧，发动机缸上设置有连接螺孔，连接螺孔用于固定进气管道，发动机缸上设置有用于发动机废气排出的燃烧室排气孔，燃烧室排气孔外围设置有密封环。

作为本发明进一步的方案，所述排气管道一端安装在叶片轮管道开口出气一侧，排气管道另一端安装在尾气处理管道上，排气管道是发动机尾气经过抽排后的过渡管道，排气管道长度在100mm以内。

作为本发明进一步的方案，所述旋转叶片的中心轴与燃烧室排气孔中心轴垂直。

该轻型航空发动机尾气抽排装置的工作方式，具体包括以下步骤：

步骤一、将进气管道和排气管道焊接在叶片轮管道上，并且将进气管道另一端套在密封环上，通过螺栓拧紧在连接螺孔上；

步骤二、将叶片轮套接在叶片轮安装轴位置，通过键连接固定在键槽位置，并且将两个滚动轴承安装在轴承安装轴上，固定叶片轮在旋转轴上的位置；

步骤三、将旋转轴安装有叶片轮一端放置到叶片轮管道内半封闭管道处，使旋转轴一端的滚动轴承固定安装在半封闭管道处的轴承安装圈上；

步骤四、将另一个密封盖穿过旋转轴皮带槽，轴承安装圈套接在全封闭管道位置的滚动轴承，并且将密封盖固定安装在叶片轮管道上；

步骤五、将传动皮带一端安装在曲轴皮带槽内，传动皮带另一端安装在旋转轴皮带槽上，并且传动皮带在曲轴和旋转轴上处于拉紧状态；

步骤六、启动轻型航空发动机，燃油在发动机燃烧室内爆炸燃烧，使活塞将燃烧室的动能传递到曲轴上形成转动，曲轴的转动通过传动皮带的静摩擦驱动旋转轴跟随曲轴同时转动，旋转轴的转动驱动叶片轮在键的作用下旋转；

步骤七、旋转叶片通过加速燃烧室排气孔外部的气流，在进气管道内形成低压，当活塞向下运动打开封闭的燃烧室排气孔时，在外部低气压的作用下，使燃烧室内燃烧的尾气快速吸入到进气管道内，并且通过叶片轮的转动流动到排气管道内，完成尾气抽排的作业。

本发明的有益效果：

1、该轻型航空发动机尾气抽排装置通过垂直于燃烧室排气孔的叶片轮的转动，加速排气孔周边空气的流通，使发动机的空气在压缩时排气孔外部产生低气压，当活塞位置低于排气孔的位置时，由燃烧室进气孔进入的新鲜空气和燃烧废气混合增压后通过排气孔快速抽排，在较短的时间内，完成燃烧室内换气的完全，使燃烧室二次燃烧时始终保持与新鲜的空气作用，保证燃烧的效率。

2、曲轴与旋转轴通过皮带的传动，使叶片轮的动力出自于自身的动能输出机构，不增加额外的旋转机构使轻型航空发动机自身重量不发生大变化，不会对轻型航空的动力增加负担。

3、本发明通过在燃烧室排气孔增加抽排装置，使轻型航空发动机在燃烧室爆炸燃烧产生的废气在外部抽排气形成低压的作用下，加快废气和空气混合物的排放速度，将更多新鲜的空气滞留在燃烧室中，保证航空轻型发动机二次燃烧时高效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明整体连接结构三维示意图。

图2是本发明中旋转轴和叶片轮三维结构示意图。

图3是本发明中旋转轴剖面结构示意图。

图4是本发明中旋转叶片剖面结构示意图。

图5是本发明中叶片轮管道三维结构示意图。

图6是本发明中密封盖结构示意图。

图7是本发明中发动机缸外表面结构示意图。

图8是本发明中弧形连接三维结构示意图。

附图标记：曲轴1、曲轴皮带槽11、传动皮带12、旋转轴2、旋转轴皮带槽21、轴承安装轴22、滚动轴承23、叶片轮安装轴24、进气管道3、发动机缸31、连接螺孔32、密封环33、燃烧室排气孔34、叶片轮管道4、全封闭管道41、半封闭管道42、密封盖43、轴承安装圈44、弧形连接45、排气管道5、叶片轮6、叶片安装环61、旋转叶片62、键槽63。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图8所示，本发明为一种轻型航空发动机尾气抽排装置，包括旋转轴2、进气管道3和叶片轮管道4；所述旋转轴2安装在叶片轮管道4中心位置，进气管道3通过焊接安装在叶片轮管道4一侧位置，叶片轮管道4另一侧通过焊接安装有尾气排出的排气管道5，旋转轴2通过传动皮带12连接在用于动力输出的曲轴1上，叶片轮管道4内安装有用于抽排发动机燃烧室燃烧尾气的叶片轮6，叶片轮6通过键安装在旋转轴2上；

其中，所述旋转轴2包括旋转轴皮带槽21、轴承安装轴22、滚动轴承23、叶片轮安装轴24；所述旋转轴皮带槽21设置在旋转轴2伸出叶片轮管道4一端，旋转轴皮带槽21用于安装传动皮带12，旋转轴皮带槽21另一侧和旋转轴2包裹端分别设置有轴承安装轴22，轴承安装轴22上过盈配合安装有滚动轴承23，两个滚动轴承23中间设置有叶片轮安装轴24；

其中，所述叶片轮管道4分为两段，一段为全封闭管道41，另一段为半封闭管道42，其中，全封闭管道41为圆柱形的空心结构，半封闭管道42为两段轴对称结构的弧形连接45，并且弧形连接45在圆心位置中心对称，弧形连接45的截面为四分之一圆弧，弧形连接45内表面与旋转叶片62之间的距离为0-2mm，叶片轮管道4两端均安装有密封盖43，密封盖43中心开有用于安装轴承的轴承安装圈44通孔；

其中，所述叶片轮6中间为叶片安装环61，叶片安装环61内侧一端开有用于安装键的键槽63，叶片安装环61外侧设置有四个旋转叶片62，四个旋转叶片62在叶片安装环61中心点处中心对称，旋转叶片62为旋转方向为平面，旋转叶片62背部为弧形的结构。

如图1所示，所述曲轴1与旋转轴2伸出端一侧设置有曲轴皮带槽11，曲轴皮带槽11用于安装传动皮带12；曲轴1通过发动机的活塞的运动将动力通过曲轴1转化成旋转的作用力，曲轴1的旋转通过传动皮带12的静摩擦传递至旋转轴2上，旋转轴2的旋转驱动该尾气抽排装置的运转。

如图2所示，所述叶片轮安装轴24与滚动轴承23之间的间隙小于1mm，并且叶片轮安装轴24与滚动轴承23不接触，叶片轮安装轴24与滚动轴承23的间隙安装使叶片轮6在旋转轴2上旋转通畅，越小的配合间隙使残留的尾气越少，将少尾气对该装置零部件的腐蚀作用。

如图2和图7所示，所述进气管道3一端连接在发动机缸31上，进气管道3另一端安装在叶片轮管道4开口进气一侧，发动机缸31上设置有连接螺孔32，连接螺孔32用于固定进气管道3，发动机缸31上设置有用于发动机废气排出的燃烧室排气孔34，燃烧室排气孔34外围设置有密封环33，密封环33内安装有密封圈，密封圈使进气管道3和发动机缸31密封安装，防止尾气的泄漏。

如图1和图2所示，所述排气管道5一端安装在叶片轮管道4开口出气一侧，排气管道5另一端安装在尾气处理管道上，排气管道5是发动机尾气经过抽排后的过渡管道，排气管道5长度在100mm以内；排气管道5使该发动机尾气抽排装置与外部大气连通，保持管道内部的气压稳定。

如图1和图2所示，所述旋转叶片62的中心轴与燃烧室排气孔34中心轴垂直，使旋转叶片62能将燃烧室内的废气持续的抽排。

该轻型航空发动机尾气抽排装置的工作方式，具体包括以下步骤：

步骤一、将进气管道3和排气管道5焊接在叶片轮管道4上，并且将进气管道3另一端套在密封环33上，通过螺栓拧紧在连接螺孔32上；

步骤二、将叶片轮6套接在叶片轮安装轴24位置，通过键连接固定在键槽63位置，并且将两个滚动轴承23安装在轴承安装轴22上，固定叶片轮6在旋转轴2上的位置；

步骤三、将旋转轴2安装有叶片轮6一端放置到叶片轮管道4内半封闭管道42处，使旋转轴2一端的滚动轴承23固定安装在半封闭管道42处的轴承安装圈44上；

步骤四、将另一个密封盖43穿过旋转轴皮带槽21，轴承安装圈44套接在全封闭管道41位置的滚动轴承23，并且将密封盖43固定安装在叶片轮管道4上；

步骤五、将传动皮带12一端安装在曲轴皮带槽11内，传动皮带12另一端安装在旋转轴皮带槽21上，并且传动皮带12在曲轴1和旋转轴2上处于拉紧状态；

步骤六、启动轻型航空发动机，燃油在发动机燃烧室内爆炸燃烧，使活塞将燃烧室的动能传递到曲轴1上形成转动，曲轴1的转动通过传动皮带12的静摩擦驱动旋转轴2跟随曲轴1同时转动，旋转轴2的转动驱动叶片轮6在键的作用下旋转；

步骤七、旋转叶片62通过加速燃烧室排气孔34外部的气流，在进气管道3内形成低压，当活塞向下运动打开封闭的燃烧室排气孔34时，在外部低气压的作用下，使燃烧室内燃烧的尾气快速吸入到进气管道3内，并且通过叶片轮6的转动流动到排气管道5内，完成尾气抽排的作业。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种轻型航空发动机尾气抽排装置，包括旋转轴(2)、进气管道(3)和叶片轮管道(4)，其特征在于，所述旋转轴(2)安装在叶片轮管道(4)中心位置，进气管道(3)通过焊接安装在叶片轮管道(4)一侧位置，叶片轮管道(4)另一侧通过焊接安装有尾气排出的排气管道(5)，旋转轴(2)通过传动皮带(12)连接在用于动力输出的曲轴(1)上，叶片轮管道(4)内安装有用于抽排发动机燃烧室燃烧尾气的叶片轮(6)，叶片轮(6)通过键安装在旋转轴(2)上；

其中，所述旋转轴(2)包括旋转轴皮带槽(21)、轴承安装轴(22)、滚动轴承(23)、叶片轮安装轴(24)；所述旋转轴皮带槽(21)设置在旋转轴(2)伸出叶片轮管道(4)一端，旋转轴皮带槽(21)用于安装传动皮带(12)，旋转轴皮带槽(21)另一侧和旋转轴(2)包裹端分别设置有轴承安装轴(22)，轴承安装轴(22)上过盈配合安装有滚动轴承(23)，两个滚动轴承(23)中间设置有叶片轮安装轴(24)；

其中，所述叶片轮管道(4)分为两段，一段为全封闭管道(41)，另一段为半封闭管道(42)，其中，全封闭管道(41)为圆柱形的空心结构，半封闭管道(42)为两段轴对称结构的弧形连接(45)，并且弧形连接(45)在圆心位置中心对称，弧形连接(45)的截面为四分之一圆弧，弧形连接(45)内表面与旋转叶片(62)之间的距离为0-2mm，叶片轮管道(4)两端均安装有密封盖(43)，密封盖(43)中心开有用于安装轴承的轴承安装圈(44)通孔；

其中，所述叶片轮(6)中间为叶片安装环(61)，叶片安装环(61)内侧一端开有用于安装键的键槽(63)，叶片安装环(61)外侧设置有四个旋转叶片(62)，四个旋转叶片(62)在叶片安装环(61)中心点处中心对称，旋转叶片(62)为旋转方向为平面，旋转叶片(62)背部为弧形的结构。

2.根据权利要求1所述的一种轻型航空发动机尾气抽排装置,其特征在于，所述曲轴(1)与旋转轴(2)伸出端一侧设置有曲轴皮带槽(11)，曲轴皮带槽(11)用于安装传动皮带(12)。

3.根据权利要求1所述的一种轻型航空发动机尾气抽排装置,其特征在于，所述叶片轮安装轴(24)与滚动轴承(23)之间的间隙小于1mm，并且叶片轮安装轴(24)与滚动轴承(23)不接触。

4.根据权利要求1所述的一种轻型航空发动机尾气抽排装置,其特征在于，所述进气管道(3)一端连接在发动机缸(31)上，进气管道(3)另一端安装在叶片轮管道(4)开口进气一侧，发动机缸(31)上设置有连接螺孔(32)，连接螺孔(32)用于固定进气管道(3)，发动机缸(31)上设置有用于发动机废气排出的燃烧室排气孔(34)，燃烧室排气孔(34)外围设置有密封环(33)。

5.根据权利要求1所述的一种轻型航空发动机尾气抽排装置,其特征在于，所述排气管道(5)一端安装在叶片轮管道(4)开口出气一侧，排气管道(5)另一端安装在尾气处理管道上，排气管道(5)是发动机尾气经过抽排后的过渡管道，排气管道(5)长度在100mm以内。

6.根据权利要求1所述的一种轻型航空发动机尾气抽排装置,其特征在于，所述旋转叶片(62)的中心轴与燃烧室排气孔(34)中心轴垂直。

7.一种轻型航空发动机尾气抽排装置,其特征在于，该轻型航空发动机尾气抽排装置的工作方式，具体包括以下步骤：

步骤一、将进气管道(3)和排气管道(5)焊接在叶片轮管道(4)上，并且将进气管道(3)另一端套在密封环(33)上，通过螺栓拧紧在连接螺孔(32)上；

步骤二、将叶片轮(6)套接在叶片轮安装轴(24)位置，通过键连接固定在键槽(63)位置，并且将两个滚动轴承(23)安装在轴承安装轴(22)上，固定叶片轮(6)在旋转轴(2)上的位置；

步骤三、将旋转轴(2)安装有叶片轮(6)一端放置到叶片轮管道(4)内半封闭管道(42)处，使旋转轴(2)一端的滚动轴承(23)固定安装在半封闭管道(42)处的轴承安装圈(44)上；

步骤四、将另一个密封盖(43)穿过旋转轴皮带槽(21)，轴承安装圈(44)套接在全封闭管道(41)位置的滚动轴承(23)，并且将密封盖(43)固定安装在叶片轮管道(4)上；

步骤五、将传动皮带(12)一端安装在曲轴皮带槽(11)内，传动皮带(12)另一端安装在旋转轴皮带槽(21)上，并且传动皮带(12)在曲轴(1)和旋转轴(2)上处于拉紧状态；

步骤六、启动轻型航空发动机，燃油在发动机燃烧室内爆炸燃烧，使活塞将燃烧室的动能传递到曲轴(1)上形成转动，曲轴(1)的转动通过传动皮带(12)的静摩擦驱动旋转轴(2)跟随曲轴(1)同时转动，旋转轴(2)的转动驱动叶片轮(6)在键的作用下旋转；

步骤七、旋转叶片(62)通过加速燃烧室排气孔(34)外部的气流，在进气管道(3)内形成低压，当活塞向下运动打开封闭的燃烧室排气孔(34)时，在外部低气压的作用下，使燃烧室内燃烧的尾气快速吸入到进气管道(3)内，并且通过叶片轮(6)的转动流动到排气管道(5)内，完成尾气抽排的作业。