CN110107402A - 一种新型陶瓷涡轮发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷涡轮发动机，包括低压燃油装置、高能点火装置、辅助燃烧器、高温高压燃油装置、陶瓷火焰筒、导向器、涡轮、进气装置、外壳体、排气罩，本发明克服了传统航空涡轮发动机固有的压气机耗功、油气燃烧不充分的缺点，能够极大提升发动机的功重比和安全、可靠性。

Description

一种新型陶瓷涡轮发动机
技术领域
本发明属于航空涡轮发动机领域，涉及一种新型陶瓷涡轮发动机。
背景技术
常见的陶瓷涡轮发动机一般由进气装置、压气机、燃烧室、涡轮、排气装置、外壳体等主要部件组成，往往结构复杂，重量重，可靠性低，高温部件易烧蚀等缺点。
发明内容
本发明目的：提供了一种结构简单、功重比高、可靠性高的陶瓷涡轮发动机。
本发明的技术方案是：
一种陶瓷涡轮发动机，包括低压燃油装置、高能点火装置、辅助燃烧器、高温高压燃油装置、陶瓷火焰筒、导向器、涡轮、进气装置、外壳体、排气罩，低压燃油装置固定安装在进气装置上，低压燃油装置的喷口位于陶瓷火焰筒前；高温高压燃油装置一端固定安装在外壳体上，另一端插入陶瓷火焰筒和辅助燃烧器内，其辅助喷油嘴位于辅助燃烧器内；高能点火器一端安装于外壳体上，另一端上设置有主点火器，其主点火器位于陶瓷火焰筒内，而其辅助点火器插入辅助燃烧器内；导向器固定安装于外壳体上；涡轮安装在发动机主轴上，发动机主轴通过轴承安装固定在轴承座上，轴承座固定在外壳体内；排气罩通过法兰盘固定在外壳体后端，而进气装置通过法兰盘固定在外壳体前端。
所述的低压燃油装置的喷口数量为8－10个。
所述的高能点火器的主点火电嘴数量为4－6个，辅助点火电嘴数量为2个。
所述的陶瓷火焰筒与压燃油装置的喷口相对的面为弧形面。
所述的导向器、涡轮均为陶瓷合金材料。
本发明的有益效果：本陶瓷涡轮发动机采用了陶瓷毛细结构，取消了压气机和涡轮叶片冷却结构，开始工作时高温高压燃油装置的高温高压混合气体沿管路进入辅助燃烧器中，通过辅助燃油喷嘴喷出，此时高能点火装置的辅助点火电嘴产生高能火花，点燃混合气体，辅助燃烧器内形成稳定火焰。高温高压燃气通过环形回流陶瓷火焰筒和导向器，使高温高压势能转化为巨大的动能，冲击涡轮做功，此过程只会持续到陶瓷火焰筒内形成稳定火焰就会停止；此外主燃油喷嘴通过陶瓷的多孔毛细渗漏原理，在陶瓷的毛细管中渗入燃油，而陶瓷火焰筒的正常工作温度高达2000℃，渗入的数以万计的毛细管中的燃油因吸热而迅速蒸发形成燃油蒸汽，由于是连续供油渗透和高能点火装置的主点火电嘴点火，于是在陶瓷火焰筒的回流区形成强大的稳定燃烧区。由于陶瓷自然形成的多孔毛细结构造成良好的渗透、传热、蒸发、加热以及可能还存在的表面催化作用，加速了混气形成，加快了化学反应速率，缩短了着火延迟时间，加大了回流区的能量，于是形成了难以熄灭的火焰。高能燃气燃烧产生的化学能转化为巨大动能，冲击涡轮做功，使发动机产生推力或轴功率，而尾气则通过排气罩排出。
本发明克服了传统航空涡轮发动机固有的压气机耗功、油气燃烧不充分的缺点，能够极大提升发动机的功重比和安全、可靠性。
附图说明
图1是本发明陶瓷涡轮发动机工作原理示意图；
图2是本发明陶瓷涡轮发动机结构示意图；
其中，1－低压燃油装置、2－高能点火装置、3－辅助燃烧器、4－高温高压燃油装置、5－陶瓷火焰筒、6－导向器、7－涡轮、8－进气装置、9－外壳体、10－排气罩。
具体实施方式：
为更好的说明本发明，下面结合附图具体说明。
请参阅图1、图2，其是本发明陶瓷涡轮发动机工作原理及结构示意图，工作原理如下：
一种陶瓷涡轮发动机，包括低压燃油装置1、高能点火装置2、辅助燃烧器3、高温高压燃油装置4、陶瓷火焰筒5、导向器6、涡轮7、进气装置8、外壳体9、排气罩10，低压燃油装置1固定安装在进气装置8上，低压燃油装置1的喷口位于陶瓷火焰筒5前；高温高压燃油装置4一端固定安装在外壳体9上，另一端插入陶瓷火焰筒5和辅助燃烧器3内，其辅助喷油嘴位于辅助燃烧器3内；高能点火器2一端安装于外壳体9上，另一端上设置有主点火器，其主点火器位于陶瓷火焰筒5内，而其辅助点火器插入辅助燃烧器3内；导向器6固定安装于外壳体9上；涡轮7安装在发动机主轴上，发动机主轴通过轴承安装固定在轴承座上，轴承座固定在外壳体9内；排气罩10通过法兰盘固定在外壳体9后端，而进气装置8通过法兰盘固定在外壳体9前端。
所述的低压燃油装置1的喷口数量为8－10个。
所述的高能点火器2的主点火电嘴数量为4－6个，辅助点火电嘴数量为2个。
所述的陶瓷火焰筒5与压燃油装置1的喷口相对的面为弧形面。
所述的导向器6、涡轮7均为陶瓷合金材料。
所述的控制器起控制燃油供给和起动/停止、点火、运转和状态转换作用；滑油冷却装置供给滑油，给轴承润滑和冷却；控制器给出起动指令，高温高压燃油装置4供给辅助燃烧器3高温高压的燃气混合气体，高能点火装置2的辅助点火电嘴点燃高温高压燃气混合气体，燃烧生成高温高压燃气，通过导向器6降温、降压，进一步提高燃气动能，冲击涡轮7输出轴功率带动滑油冷却装置给轴承润滑和冷却；同时由于高温和负压作用，低压燃油装置1工作，燃油和气体通过陶瓷的毛细虹吸原理被吸入陶瓷火焰筒5内，变成高温混合油气，随着高能点火装置2的主点火电嘴工作，在陶瓷火焰筒5内稳定燃烧，产生高温燃气，此时控制器给高能点火器2发出辅助点火电嘴和高温高压燃油装置4停止工作指令；而陶瓷火焰筒5产生的高温燃气，通过导向器6降温、降压，进一步提高燃气动能，冲击涡轮7做功，输出轴功率；同时通过涡轮7的尾气在排气罩10内的收缩性尾喷口，动能得到进一步提升，使陶瓷涡轮发动机获得推力。控制器可以控制陶瓷涡轮发动机在大负载、巡航、待机等状态之间转换。
新型陶瓷涡轮发动机的工作过程中，如果出现空中“熄火”故障，陶瓷火焰筒5在炽烈火焰中被烧红，此时由于陶瓷热惯性较大，温度下降较慢，大约4－6秒后再喷油，陶瓷火焰筒5能再次着火，而无需飞机下降高度再次点火。而且新型陶瓷涡轮发动机的陶瓷火焰筒5受热而使低压燃油蒸发逸出后与空气形成较好的均匀混合，从而加强了回流区的燃烧及能量，使其再点火能力加强，扩大了陶瓷火焰筒5稳定燃烧范围，具有提高燃烧效率、减弱振荡、降低稳定器温度等效果。此陶瓷发动机的特性在于：燃烧效率高、耐高温(正常工作温度高达2000℃)、功重比高(功率或推力/重量达到10－20)。
此陶瓷涡轮发动机，采用了陶瓷燃烧室和高温陶瓷合金的涡轮结构，实现了高效燃烧和非冷却涡轮的航空涡轮发动机，同时省去了压气机部件，既简化了结构，又降低了压气机耗功，极大提升了功重比和安全性。此陶瓷涡轮发动机加工工艺简单、便捷，便于模块式装配，克服了传统结构带来的部件配合要求高，涡轮铸造和加工复杂、腐蚀和磨损严重、可靠性低等缺点，本发明解决了飞机动力装置功重比高的难题，可极大提升飞机飞行安全和可靠性。

Claims (8)

1.一种陶瓷涡轮发动机，包括低压燃油装置(1)、高能点火装置(2)、辅助燃烧器(3)、高温高压燃油装置(4)、陶瓷火焰筒(5)、导向器(6)、涡轮(7)、进气装置(8)、外壳体(9)、排气罩(10)，低压燃油装置(1)固定安装在(8)进气装置上，低压燃油装置(1)的喷口位于陶瓷火焰筒(5)前；高温高压燃油装置(4)一端固定安装在外壳体(9)上，另一端插入陶瓷火焰筒(5)和辅助燃烧器(3)内，其辅助喷油嘴位于辅助燃烧器(3)内；高能点火器(2)一端安装于外壳体(9)上，另一端上设置有主点火器和辅助点火器，其主点火器位于陶瓷火焰筒(5)内，而其辅助点火器插入辅助燃烧器(3)内；导向器(6)固定安装于外壳体(9)上；涡轮(7)安装在发动机主轴上，发动机主轴通过轴承安装固定在轴承座上，轴承座固定在外壳体(9)内；排气罩(10)固定在外壳体(9)后端，而进气装置(8)固定在外壳体(9)前端。
2.根据权利要求1所述的陶瓷涡轮发动机，其特征在于：所述的低压燃油装置(1)的喷口数量为8－10个。
3.根据权利要求1所述的陶瓷涡轮发动机，其特征在于：所述的高能点火器(2)的主点火电嘴数量为4－6个。
4.根据权利要求1所述的陶瓷涡轮发动机，其特征在于：所述的高能点火器(2)的辅助点火电嘴数量为2个。
5.根据权利要求1所述的陶瓷涡轮发动机，其特征在于：所述的陶瓷火焰筒(5)与压燃油装置(1)的喷口相对的面为弧形面。
6.根据权利要求1所述的陶瓷涡轮发动机，其特征在于：所述的导向器(6)、涡轮(7)均为陶瓷合金材料。
7.根据权利要求1所述的陶瓷涡轮发动机，其特征在于：所述的排气罩(10)通过法兰盘固定在外壳体(9)后端。
8.根据权利要求1所述的陶瓷涡轮发动机，其特征在于：所述的进气装置(8)也通过法兰盘固定在外壳体(9)前端。
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