CN113027609A - 一种涡扇发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡扇发动机，包括主体，主体内设有转动轴、压气机、燃烧室、涡轮机和尾喷管，转动轴的一端设有发动机风扇，发动机风扇、压气机、燃烧室、涡轮机和尾喷管依次设置，发动机风扇与压气机之间设有进气通道，压气机与燃烧室之间设有高压气道，且压气机与涡轮机之间设有冷却气道。空气通过发动机风扇进入进气通道，然后被压气机压缩形成两路高压气流，一路高压气流进入高压气道并输送至燃烧室，另一路高压气流进入冷却气道对涡轮机进行降温，其能够有效的降低涡轮机的温度，从而提高涡轮机的寿命，进而提高涡扇发动机的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种涡扇发动机。
背景技术
涡轮风扇发动机简称“涡扇发动机”，是在涡轮喷气发动机的基础上，加装了由涡轮带动的风扇和罩着风扇的外涵道而组成的一种空气喷气发动机。涡扇发动机具有耗油低、排气流红外辐射强度低、总效率高等优点，其广泛的使用到各种巡航飞行器上。
目前的涡扇发动机主要包括风扇、核心发动机和尾喷管，核心发动机包括压气机、燃烧室和涡轮，空气经过风扇后分成两路：一路是内涵气流进入发动机经压气机压缩，对气体做功使气体的压力升高、容积减小，空气被压缩的越厉害会使发动机产生的热效率越高。如果是两级压缩机的高压压气机，其压缩进入核心发动机的空气，在燃油被加入到核心发动机后与核心发动机的压缩空气混合，同时被点燃并燃烧。混合气体燃烧过程中温度升高，压力基本不变，体积迅速增大，产生的燃气进入涡轮中持续膨胀，膨胀的气体到达尾喷管后继续膨胀。在整个气体膨胀过程中，涡轮要从燃气中提取部分能量，剩下的热能一部分转化为动能，使燃气高速喷出，还有一部分热能随燃气排掉，这一过程中的压力和温度下降，体积不断增加。另一路是外涵气流，风扇后空气经外涵道直接排入大气或同内涵燃气一起从尾喷管排出。由于燃烧室在工作中会产生大量热量，燃烧室的排气温度较高，其容易损坏涡轮机叶片，降低发动机的使用寿命。
发明内容
为了解决现有技术存在的涡轮机叶片容易损坏的问题，本发明目的在于提供一种涡扇发动机。
本发明所采用的技术方案为：一种涡扇发动机，包括主体，所述主体内设有转动轴、压气机、燃烧室、涡轮机和尾喷管，所述转动轴的一端设有发动机风扇，所述发动机风扇、压气机、燃烧室、涡轮机和尾喷管依次设置，发动机风扇与压气机之间设有进气通道，所述压气机与燃烧室之间设有高压气道，且压气机与涡轮机之间设有冷却气道。
作为可选方式，所述高压气道设置在冷却气道的外侧，所述冷却气道内设有增压涡轮。
作为可选方式，所述转动轴设有收缩部，所述增压涡轮安装在所述收缩部的位置。
作为可选方式，所述冷却气道包括增速扩张段和气流收缩段，所述增速扩张段与气流收缩段连通，且增速扩张段与气流收缩段分别靠近所述压气机与涡轮机的位置。
作为可选方式，所述增压涡轮设置在增速扩张段与气流收缩段之间的连接位置。
作为可选方式，所述高压气道的内径从压气机至燃烧室的方向逐渐减小。
作为可选方式，所述涡轮机包括高压涡轮、中压涡轮和低压涡轮，所述压气机包括高压压气机和中压压气机，所述高压涡轮与高压压气机同轴，所述中压涡轮与中压压气机同轴，所述低压涡轮与发动机风扇同轴。
作为可选方式，所述发动机风扇为多级风扇。
作为可选方式，所述转动轴采用铝合金制成。
作为可选方式，所述转动轴采用钛合金制成。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种涡扇发动机，发动机风扇与压气机之间设有进气通道，压气机与燃烧室之间设有高压气道，且压气机与涡轮机之间设有冷却气道。空气通过发动机风扇进入进气通道，然后被压气机压缩形成两路高压气流，一路高压气流进入高压气道并输送至燃烧室，另一路高压气流进入冷却气道对涡轮机进行降温，其能够有效的降低涡轮机的温度，从而提高涡轮机的寿命，进而提高涡扇发动机的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1-主体；2-转动轴；3-压气机；4-燃烧室；5-涡轮机；6-尾喷管；7-发动机风扇；8-进气通道；9-高压气道；10-冷却气道；11-增压涡轮。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供了一种涡扇发动机，包括主体1，所述主体1内设有转动轴2、压气机3、燃烧室4、涡轮机5和尾喷管6，所述转动轴2的一端设有发动机风扇7，所述发动机风扇7、压气机3、燃烧室4、涡轮机5和尾喷管6依次设置，涡轮机5位于燃烧室4的排气端，燃烧室4燃烧产生的高温高压气体驱动涡轮机5转动。发动机风扇7与压气机3之间设有进气通道8，所述压气机3与燃烧室4之间设有高压气道9，且压气机3与涡轮机5之间设有冷却气道10。燃烧室4呈环形，其环抱着转动轴2，在其前方是压气机3和发动机风扇7，后方是涡轮机5和尾喷管6，在燃烧室4的燃料燃烧放出高热作用下，高压燃气升温并膨胀，这股迅速膨胀的高温高压燃气从燃烧室4的排气端喷出，并以最合适的角度喷射到涡轮机5上驱动其转动。
空气通过发动机风扇7进入进气通道8，然后被压气机3压缩形成两路高压气流，一路高压气流进入高压气道9并输送至燃烧室4，另一路高压气流进入冷却气道10对涡轮机5进行降温，其能够有效的降低涡轮机5的温度，从而提高涡轮机5的寿命，进而提高涡扇发动机的使用寿命。
具体地，所述高压气道9设置在冷却气道10的外侧，所述冷却气道10内设有增压涡轮11。冷却气道10靠近转动轴2设置，压气机3产生的高压气流大部分进入高压气道9，少部分进入冷却气道10中。由于冷却气道10内设置增压涡轮11的位置，增压涡轮11可以对冷却气道10的高压气流进一步加压，加压的高速气流为涡轮机5降温，可以加强涡轮机5的散热效果，从而提高涡扇发动机的使用寿命。
在一些实施方式中，所述转动轴2设有收缩部，所述增压涡轮11安装在所述收缩部的位置。收缩部的直径稍小，便于利用增压涡轮11提高气流的压力，加强涡轮机5的散热效果，使得涡扇发动机的工作效率大大提升，适合大面积推广使用。
在一些实施方式中，所述冷却气道10包括增速扩张段和气流收缩段，所述增速扩张段与气流收缩段连通，且增速扩张段与气流收缩段分别靠近所述压气机3与涡轮机5。增速扩张段的内径逐渐增加，气流收缩段内径逐渐减小，有利于冷却气道10的气流流动。优选地，所述增压涡轮11设置在增速扩张段与气流收缩段之间的连接位置，增压涡轮11具有增压和导流功能，其位于增速扩张段与气流收缩段之间的位置，能够大大提高涡轮机5的散热效果。
在一些实施方式中，所述高压气道9的内径从压气机3至燃烧室4的方向逐渐减小，便于空气进入燃烧室4与燃料充分混合燃烧。
在一些实施方式中，所述涡轮机5包括高压涡轮、中压涡轮和低压涡轮，所述压气机3包括高压压气机和中压压气机，所述高压涡轮与高压压气机同轴，共同构成高压转子，所述中压涡轮与中压压气机同轴，共同构成中压转子，所述低压涡轮与发动机风扇7同轴，共同构成低压转子。高压转子、中压转子和低压转子的轴线重合，低压转子的转轴即为转动轴2，转动轴2在中心，中压转子的转轴套在转动轴2上，高压转子的转轴套在中压转子的转轴上。三个转子轴间有空隙，不直接接触，安装在各自的轴承上。该涡扇发动机采用三转子，能够提高能量利用效率。优选地，所述发动机风扇7为多级风扇。多级风扇可以调节气流的大小和角度，使其能够有效的推动涡扇发动机运行。
所述转动轴2采用铝合金或钛合金制成，铝合金和钛合金耐高温、耐腐蚀且强度较大，可以提高涡扇发动机的寿命。铝合金质量轻，可以减少运行阻力，减少能耗，增大涡扇发动机的推力，从而提高涡扇发动机的性能。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (10)
1.一种涡扇发动机，包括主体(1)，所述主体(1)内设有转动轴(2)、压气机(3)、燃烧室(4)、涡轮机(5)和尾喷管(6)，其特征在于，所述转动轴(2)的一端设有发动机风扇(7)，所述发动机风扇(7)、压气机(3)、燃烧室(4)、涡轮机(5)和尾喷管(6)依次设置，发动机风扇(7)与压气机(3)之间设有进气通道(8)，所述压气机(3)与燃烧室(4)之间设有高压气道(9)，且压气机(3)与涡轮机(5)之间设有冷却气道(10)。
2.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征在于，所述高压气道(9)设置在冷却气道(10)的外侧，所述冷却气道(10)内设有增压涡轮(11)。
3.根据权利要求2所述的涡扇发动机，其特征在于，所述转动轴(2)设有收缩部，所述增压涡轮(11)安装在所述收缩部的位置。
4.根据权利要求3所述的涡扇发动机，其特征在于，所述冷却气道(10)包括增速扩张段和气流收缩段，所述增速扩张段与气流收缩段连通，且增速扩张段与气流收缩段分别靠近所述压气机(3)与涡轮机(5)的位置。
5.根据权利要求4所述的涡扇发动机，其特征在于，所述增压涡轮(11)设置在增速扩张段与气流收缩段之间的连接位置。
6.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征在于，所述高压气道(9)的内径从压气机(3)至燃烧室(4)的方向逐渐减小。
7.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征在于，所述涡轮机(5)包括高压涡轮、中压涡轮和低压涡轮，所述压气机(3)包括高压压气机(3)和中压压气机(3)，所述高压涡轮与高压压气机(3)同轴，所述中压涡轮与中压压气机(3)同轴，所述低压涡轮与发动机风扇(7)同轴。
8.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征在于，所述发动机风扇(7)为多级风扇。
9.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征在于，所述转动轴(2)采用铝合金制成。
10.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征在于，所述转动轴(2)采用钛合金制成。
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