CN110397519A - 一种微型油电混合动力涡扇发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型油电混合动力涡扇发动机，包括核心机、发电机和风扇机匣，核心机的输出轴通过联轴器与发电机相连；核心机包括压缩机进气道和压缩机，压缩机进气道形成的管状通道构成内涵道，内涵道与压缩机相连；风扇机匣与压缩机进气道共同组成外涵道，风扇机匣内设置有风扇和风扇电机，风扇与风扇电机输出轴连接；风扇推动的一部分气流通过外涵道喷射出发动机外，产生推力；风扇推动的另一部分气流通过内涵道进入核心机，用于提供持续不断的空气供核心机燃烧。本发明利用核心机发电来驱动风扇电机运转风扇，避免复杂的微型双转子机械结构给工程应用带来的难题，实现了涡扇发动机的微型化。

Description

一种微型油电混合动力涡扇发动机

技术领域

本发明涉及航天发动机技术领域，特别涉及一种微型油电混合动力涡扇发动机。

背景技术

随着微小型飞行器在国防、科研、民用等领域的不断拓展，对飞行器在多任务、长航程、高空、高速等方面都提出了新的、更高的要求。传统的常规循环发动机主要包括涡喷发动机和涡扇发动机两种类型，涡喷发动机完全依靠高温燃气流产生推力，但涡喷发动机耗油率较高、推进效率较低；涡扇发动机由外涵风扇气流和内涵高温燃气流共同产生推力，具有推进效率高、耗油率低，热效率和推进效率平衡性好等优点，但涡扇发动机风扇的转速相对于核心机的转速低很多，通常具有两套转子系统，来实现各部件都工作在最佳转速，对于实现微型化工程难度较大，几乎是无法完成的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微型油电混合动力涡扇发动机，用以平衡风扇与核心机的转速，使得转子系统实现各部件工作在最佳转速，从而实现涡扇发动机微型化。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种微型油电混合动力涡扇发动机，包括核心机、发电机和风扇机匣，所述核心机的输出轴通过联轴器与所述发电机相连；所述核心机包括压缩机进气道和压缩机，所述压缩机进气道形成的管状通道构成内涵道，所述内涵道与所述压缩机相连；所述风扇机匣与所述压缩机进气道共同组成外涵道，所述风扇机匣内设置有风扇和风扇电机，所述风扇与所述风扇电机输出轴连接。

优选的，所述核心机还包括燃烧室机匣、涡轮和喷管，所述燃烧室机匣内设置有燃烧室和涡轮，所述燃烧室机匣后端设置有喷管。

优选的，还包括控制器和电池，所述控制器分别与所述发电机、所述电池、所述风扇电机相连。油电混合涡扇发动机的风扇动力提供源由传统结构的核心机单一来源增加为：核心机与电池两种来源提供，增加了飞行的安全性。风扇转速在整个飞行阶段可以通过控制器任意调整，以适应最佳的飞行速度，提高推进效率。

本发明的有益效果是：

(1)本发明利用核心机发电来驱动风扇电机运转风扇，避免复杂的微型双转子机械结构给工程应用带来的难题，实现了涡扇发动机的微型化；核心机的工作状态可以不受飞行状态的影响，始终工作在最佳效率点，拥有比传统风扇结构更加高的经济性。

(2)本发明风扇推动的一部分气流通过外涵道喷射出发动机外，产生推力；风扇推动的另一部分气流通过内涵道进入核心机，用于提供持续不断的空气供核心机燃烧。

(3)本发明燃烧室用于燃烧燃油，涡轮通过燃烧室燃烧后的燃气推动旋转，剩余燃气通过喷管排出，产生推力。油电混合系统使用燃油，以燃气涡轮作为动力来源，与纯电池电源相比，可为电动机提供更长的续航时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供微型油电混合动力涡扇发动机的内部结构示意图；

图2为本发明提供微型油电混合动力涡扇发动机的电气连接框图。

图中，1-核心机，11-压缩机进气道，12-压缩机，13-燃烧室，14-燃烧室机匣，15-涡轮，16-喷管，2-发电机，3-风扇机匣，31-风扇电机，32-风扇，4-外涵道，5-联轴器，6-内涵道，7-控制器，8-电池。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面将结合本发明实施例中的附图，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在对实施例进行描述之前，需要对一些必要的术语进行解释。例如：

若本申请中出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，若提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

在本申请中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式意图也包括复数形式。

当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。

如图1所示，一种微型油电混合动力涡扇发动机，包括核心机1、发电机2和风扇机匣3，核心机1的输出轴通过联轴器5与发电机2相连；核心机1包括压缩机进气道11和压缩机12，压缩机进气道11形成的管状通道构成内涵道6，内涵道6与压缩机12相连；风扇机匣3与压缩机进气道11共同组成外涵道4，风扇机匣3内设置有风扇32和风扇电机31，风扇32与风扇电机31输出轴连接；风扇32推动的一部分气流通过外涵道4喷射出发动机外，产生推力；风扇32推动的另一部分气流通过内涵道6进入核心机1，用于提供持续不断的空气供核心机1燃烧。

如图2所示，作为较佳的实施例，该涡扇发动机还包括控制器7和电池8，控制器7分别与发电机2、电池8、风扇电机31相连。核心机1还包括燃烧室机匣14、涡轮15和喷管16，燃烧室机匣14内设置有燃烧室13，燃烧室13用于燃烧燃油，涡轮15通过燃烧室13燃烧后的燃气推动旋转，剩余燃气通过喷管16排出，产生推力。

当发动机启动时，电池8电力通过控制器7提供给发动机，与此同时，发电机2作为电动机工作，电动机通过联轴器5带动核心机1转动，从而完成核心机1的启动工作。当核心机1启动后，燃油持续不断提供给核心机1，控制器7转换电动机为发电机2状态，核心机1带动发电机2转动，发电机2高速旋转产生电力，电力通过控制器7处理后，根据需要作出相应调整，再输出给风扇电机31，风扇电机31启动并带动风扇32转动，外界气流一部分被风扇31加速后通过外涵道4喷射出发动机产生推力，外界气流的另一部分通过内涵道6进入核心机1，以提供持续不断的空气供核心机1燃烧，燃烧后的燃气推动涡轮15旋转，剩余的燃气通过喷管16排出，产生另一部分推力。本发明利用核心机1发电来驱动风扇32，避免复杂的微型双转子机械结构给工程带来的难题，实现了涡扇发动机的微型化，减轻了整机的重量。此外，该微型油电混合动力涡扇发动机，使用燃油，以燃气涡轮15作为动力来源，与纯电池电源相比，为电动机提供更长的续航时间。

风扇32转速在整个飞行阶段可以通过控制器7任意调整风扇电机31，以适应最佳的飞行速度，提高推进效率。

当发动机需要最大功率输出时，例如起飞状态，发动机核心机1此时处于最高转速最高转速带动发电机2转动，控制器7将电池8电力与发电机2输出电力一同提供给风扇电机31，以达到输出最大推力的目的。

核心机1的工作状态可以不受飞行状态的影响，始终工作在最佳效率点，拥有比传统风扇结构更加高的经济性。

当发动机需要最经济状态运行时，例如飞行器巡航阶段。核心机1将工作在最佳效率点，此时，输出电力大部分提供给风扇电机31使用，以提供必要的推力维持飞行，另一部分电力由控制器7提供给电池8，为电池8充电。充满后，关闭核心机，改由电池为风扇供电。提高了飞机的经济性。

在飞行过程中如遇核心机意外熄火的紧急情况，控制器7可以切换为电池8为风扇电机31继续供电，这样，相比传统结构中由核心机单一来源为风扇电机31提供动力，核心机1与电池8两种供电模式为风扇电机31提供动力来源，大大的提高了飞机的安全性。

在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的组成，结构或部件，均在本发明的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”均是广义含义，本领域技术人员应作广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是活动连接，或整体地连接，或局部地连接，可以是机械连接，也可以是电性连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通等，对于本领域的技术人员来说，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，即，文字语言的表达与实际技术的实施可以灵活对应，本发明的说明书的文字语言(包括附图)的表达不构成对权利要求的任何单一的限制性解释。

本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。在以上描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的技术，例如具体的施工细节，作业条件和其他的技术条件等。

Claims (3)

1.一种微型油电混合动力涡扇发动机，其特征在于：包括核心机、发电机和风扇机匣，所述核心机的输出轴通过联轴器与所述发电机相连；所述核心机包括压缩机进气道和压缩机，所述压缩机进气道形成的管状通道构成内涵道，所述内涵道与所述压缩机相连；所述风扇机匣与所述压缩机进气道共同组成外涵道，所述风扇机匣内设置有风扇和风扇电机，所述风扇与所述风扇电机输出轴连接。

2.根据权利要求1所述的微型油电混合动力涡扇发动机，其特征在于：所述核心机还包括燃烧室机匣、涡轮和喷管，所述燃烧室机匣内设置有燃烧室和涡轮，所述燃烧室机匣后端设置有喷管。

3.根据权利要求1所述的微型油电混合动力涡扇发动机，其特征在于：还包括控制器和电池，所述控制器分别与所述发电机、所述电池、所述风扇电机相连。