CN111322160A - 一种液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，属于微小型涡轮风扇发动机，包括核心发动机和风扇机匣，核心发动机包括核心机主轴，核心发动机的前端设置有风扇和减速器，减速器包括减速器输入轴、减速器外壳、减速器输出轴、动力涡轮和主动叶轮，减速器输出轴一端与风扇相连，减速器输出轴的另一端与动力涡轮相连，减速器输入轴一端与主动叶轮相连，减速器输入轴的另一端与联轴器相连，联轴器另一端与核心机主轴一端连接，风扇机匣、减速器外壳和核心发动机共同构成外涵道。本发明简化转子结构，利用风扇所带来的增压比，提高核心发动机的进气压力，提高燃油经济性。不仅结构简单，同时降低成本，降低了制造难度。

Description

一种液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机
技术领域
本发明涉及微小型涡轮风扇发动机，更为具体地，涉及一种液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机。
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。涡扇发动机相较于涡喷发动机具有更好的燃油经济性，但涡扇发动机独特的多转子结构也给发动机微(小)型化带来巨大阻碍。同一台涡扇发动机的风扇直径相比其核心机转子直径要大很多，它们工作的最佳转速差异很大，不能同轴运行。通常双转子结构的涡扇发动机的风扇驱动轴需要穿过核心机的驱动轴，从发动机尾部一直延伸到发动机的前部，部分发动机在前部设计风扇减速齿轮箱，进一步降低风扇转速，已达到更佳的燃油经济性。在很高的转速和驱动功率情况下，保证齿轮箱的寿命和轴套轴的结构使得材料选择、加工和装配的难度非常高，微(小)型化难度更高，且实现成本巨大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，结构简单，节省成本，降低了制造难度。此外，大大简化了涡扇发动机的转子结构，并使用液力流动来传递能量，平衡风扇与核心机的转速差，以达到各自工作在最佳转速下的目的，从而提高飞行器的续航里程及经济性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，包括核心发动机和风扇机匣，所述核心发动机包括核心机主轴，所述核心发动机的前端设置有风扇和减速器，所述减速器包括减速器输入轴、减速器外壳、减速器输出轴、动力涡轮和主动叶轮，所述减速器输出轴一端与所述风扇相连，所述减速器输出轴的另一端与所述动力涡轮相连，所述减速器输入轴一端与所述主动叶轮相连，所述减速器输入轴的另一端与联轴器相连，所述联轴器另一端与所述核心机主轴一端连接，所述风扇机匣、减速器外壳和核心发动机共同构成外涵道。
进一步的，所述减速器外壳内设置有独立旋转的减速器输出轴和独立旋转的减速器输入轴，所述减速器输入轴与所述减速器输出轴之间无刚性连接，大大简化了涡扇发动机的转子结构，避免减速齿轮磨损的问题，使得该液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机减速器不需要润滑，且不需要维护传动部件，从而寿命更长。
进一步的，所述减速器外壳内分别设置有减速器外流道和减速器内流道，所述减速器外流道与所述减速器内流道连通。
进一步的，所述减速器外壳内充满液体。
进一步的，所述主动叶轮的外径小于所述动力涡轮的外径。
进一步的，所述减速器外壳上紧靠减速器外流道设置有减速器散热片。
进一步的，所述核心发动机的前端设置有核心机进气道。
进一步的，所述风扇与所述减速器均放置于所述核心机进气道一端。
进一步的，所述核心机主轴的另一端上设置有涡轮。
进一步的，所述核心机主轴的另一端的末端设置有喷管。
本发明的有益效果是：
本发明基于核心发动机、风扇、减速器和风扇机匣等，风扇与减速器位于核心发动机前端放置，且减速器与风扇放置于核心机进气道一端，能进一步利用风扇所带来的增压比，提高核心发动机的进气压力，提高燃油经济性；同时该液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，大大简化了涡扇发动机的转子结构，并使用液力流动来传递能量，平衡风扇与核心机的转速差，以达到各自工作在最佳转速下的目的，从而提高飞行器的续航里程及经济性。
本发明具有如下优点：结构简单，节省成本，降低了制造难度；利用风扇所带来的增压比，提高核心发动机的进气压力，提高燃油经济性；简化转子结构，利用液力流动传递能量，平衡风扇与核心机的转速差，达到最佳转速，提高飞行器的续航里程及经济性。
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为液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机的内部结构示意图；
图2为液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机内部的液体流动方向示意图。
图中，1-风扇机匣，11-风扇，12-外涵道，2-减速器外壳，21-减速器散热片，22-减速器外流道，23-减速器输入轴，24-主动叶轮，25-减速器内流道，26-动力涡轮，27-减速器输出轴，3-核心发动机，31-核心机主轴，32-涡轮，33-核心机进气道，4-联轴器，5-喷管。
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。
实施例1
如图1所示，一种液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，包括核心发动机3和风扇机匣1，核心发动机3包括核心机主轴31，核心发动机3的前端设置有风扇11和减速器，减速器包括减速器输入轴23、减速器外壳2、减速器输出轴27、动力涡轮26和主动叶轮24，减速器输出轴27一端与风扇11相连，减速器输出轴27的另一端与动力涡轮26相连，减速器输入轴23一端与主动叶轮24相连，减速器输入轴23的另一端与联轴器4相连，联轴器4另一端与核心机主轴31一端连接，风扇机匣1、减速器外壳2和核心发动机3共同构成外涵道12。其中，核心发动机3的前端设置有核心机进气道33。减速器与风扇11放置于核心机进气道33一端，相较于后置风扇的涡扇发动机，此结构能进一步利用风扇11所带来的增压比，提高核心发动机3的进气压力，提高燃油经济性。
作为较佳的实施例，核心机主轴31的另一端上设置有涡轮32。核心机主轴31的另一端的末端设置有喷管5。
实施例2
如图1所示，减速器外壳2内设置有独立旋转的减速器输出轴27和独立旋转的减速器输入轴23，减速器输入轴23与减速器输出轴27之间无刚性连接。相较于大型发动机的减速齿轮箱结构和一些微小型发动机的皮带减速器结构，大大简化了涡扇发动机的转子结构，避免减速齿轮磨损的问题，使得该液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机减速器不需要润滑，且不需要维护传动部件，从而寿命更长。
实施例3
如图2所示，减速器外壳2内分别设置有减速器外流道22和减速器内流道25，减速器外流道22与减速器内流道25连通。其中，减速器外壳2上紧靠减速器外流道22设置有减速器散热片21。减速器外壳2内充满液体。
作为较佳的实施例，主动叶轮24的外径小于动力涡轮26的外径，使用液力流动来传递能量，平衡风扇11与核心机的转速差，以达到各自工作在最佳转速下的目的，从而提高飞行器的续航里程及经济性。
如图1和2所示，本领域技术人员可将本发明作为一种液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机进行实施，当核心发动机3运行时，核心机主轴31通过联轴器4将动力传递到减速器输入轴23，减速器输入轴23带动主动叶轮24旋转，主动叶轮24可以推动减速器外壳2内的液体通过减速器内流道25向动力涡轮26方向流动，液体所经过流道逐渐变大，流速变慢。当液体到达动力涡轮26时，推动动力涡轮26转动，动力涡轮26通过减速器输出轴27将动力传递给风扇11，驱动风扇11运行。流过动力涡轮26的液体经过减速器外流道22回流到主动叶轮24，完成液体循环。经过风扇11增压加速的空气一部分冷却减速器散热片21，并通过外涵道12排出发动机，产生大部分推力，另一部分通过核心机进气道33进入核心发动机3维持核心发动机3运行，经过核心发动机3燃烧后的空气经过喷管5排出，产生小部分推力。
主动叶轮24与动力涡轮26相比外径与流量都要小很多。单位时间内，流过相同质量的液体，动力涡轮26的转速相对于主动叶轮24要低很多。当主动叶轮24以一定转速运行时，动力涡轮26通过液力的传动会以更低的转速运行，使用液力流动来传递能量，平衡风扇11与核心机的转速差，以达到各自工作在最佳转速下的目的，从而提高飞行器的续航里程及经济性。
相较于传统结构的涡扇发动机，本发明结构简单，节省成本，降低了制造难度，利用风扇11所带来的增压比，提高核心发动机3的进气压力，提高燃油经济性；简化转子结构，利用液力流动传递能量，平衡风扇11与核心机的转速差，达到最佳转速，提高飞行器的续航里程及经济性。
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 (10)

1.一种液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，其特征在于：包括核心发动机(3)和风扇机匣(1)，所述核心发动机(3)包括核心机主轴(31)，所述核心发动机(3)的前端设置有风扇(11)和减速器，所述减速器包括减速器输入轴(23)、减速器外壳(2)、减速器输出轴(27)、动力涡轮(26)和主动叶轮(24)，所述减速器输出轴(27)的一端与所述风扇(11)相连，所述减速器输出轴(27)的另一端与所述动力涡轮(26)相连，所述减速器输入轴(23)的一端与所述主动叶轮(24)相连，所述减速器输入轴(23)的另一端与联轴器(4)的一端相连，所述联轴器(4)的另一端与所述核心机主轴(31)的一端连接，所述风扇机匣(1)、减速器外壳(2)和核心发动机(3)共同构成外涵道(12)。
2.根据权利要求1所述的液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，其特征在于：所述减速器外壳(2)内设置有独立旋转的减速器输出轴(27)和独立旋转的减速器输入轴(23)，所述减速器输入轴(23)与所述减速器输出轴(27)之间无刚性连接。
3.根据权利要求1所述的液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，其特征在于：所述减速器外壳(2)内分别设置有减速器外流道(22)和减速器内流道(25)，所述减速器外流道(22)与所述减速器内流道(25)连通。
4.根据权利要求1所述的液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，其特征在于：所述减速器外壳(2)内充满液体。
5.根据权利要求1所述的液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，其特征在于：所述主动叶轮(24)的外径小于所述动力涡轮(26)的外径。
6.根据权利要求1所述的液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，其特征在于：所述减速器外壳(2)上紧靠减速器外流道(22)设置有减速器散热片(21)。
7.根据权利要求1所述的液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，其特征在于：所述核心发动机(3)的前端设置有核心机进气道(33)。
8.根据权利要求7所述的液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，其特征在于：所述风扇(11)与所述减速器均放置于所述核心机进气道(33)一端。
9.根据权利要求1所述的液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，其特征在于：所述核心机主轴(31)的另一端上设置有涡轮(32)。
10.根据权利要求1所述的液力变速多转子结构微小型涡轮风扇发动机，其特征在于：所述核心机主轴(31)的另一端的末端设置有喷管(5)。
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