CN114215658A - 一种具有大范围涵道比调节能力的推进系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于发动机设计技术领域，具体涉及一种具有大范围涵道比调节能力的推进系统。该系统包括涡扇发动机，用于产生主推力；发电机，连接所述涡扇发动机，用于将机械能转化为电能；电存储装置，连接所述发电机，用于存储电能；电驱动风扇，分布在飞机的机身上，包括电机及进气道，所述电机连接所述电存储装置，用于将电能转化为机械能，并带动风扇转动，产生辅助推力。本申请在不改变现有涡扇发动机的基础上，通过增加电动力与辅助风扇系统实现变循环特征，能够实现推进系统涵道比和耗油率的大范围调节。

Description

一种具有大范围涵道比调节能力的推进系统

技术领域

本申请属于发动机设计技术领域，具体涉及一种具有大范围涵道比调节能力的推进系统。

背景技术

变循环发动机很好地融合了大涵道比涡扇发动机和小涵道比涡扇发动机甚至涡喷发动机在不同飞行速度下的优势，具有满足下一代飞机不加力超声速巡航与低耗油率相互矛盾要求的技术潜力。自20世纪60年代美国GE公司首先提出变循环发动机概念至今，国内外从未间断对变循环技术的研究。经过多年的研究，GE公司成功试制了世界上第一种完成飞行验证的自适应循环发动机F120，在变循环技术方面保持领先地位。GE公司在变循环发动机的研制进程中，共发展了五代发动机。国内近几年也逐渐重视变循环发动机技术，并完成关键技术的技术验证机试验验证。

现有的变循环涡扇发动机技术方案的缺点如下：

1、增加核心机驱动风扇级、模式选择阀、前/后可变面积涵道引射器、可变面积抵压涡轮导向器等机构，结构复杂、设计难度大；

2、增加多个可调机构，需要在不同状态均具有调节能力，控制规律复杂；

3、变循环状态前后涵道比变化在0.3以内，变化范围有限。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种具有大范围涵道比调节能力的推进系统，在现有成熟涡扇发动机基础上，保持原涡扇发动机的构型与设计前提下，在使用时可以根据需求大范围调节推进系统的涵道比，从而实现按需改变推进系统的耗油率，使推进系统实现推力和耗油率的综合使用。

本申请提供的具有大范围涵道比调节能力的推进系统，包括涡扇发动机，用于产生主推力，其中，所述推进系统还包括：

发电机，连接所述涡扇发动机，用于将机械能转化为电能；

电存储装置，连接所述发电机，用于存储电能；

电驱动风扇，分布在飞机的机身上，包括电机及进气道，所述电机连接所述电存储装置，用于将电能转化为机械能，并带动风扇转动，产生辅助推力；

所述推进系统被配置成具有：

大推力使用模式，由涡扇发动机提供推力，并通过发电机向电存储装置充电；

大涵道比巡航使用模式，由涡扇发动机和电驱动风扇共同提供推力，由所述电存储装置向所述电驱动风扇供电。

优选的是，大涵道比巡航使用模式下，进一步包括由所述涡扇发动机通过功率输出到所述发电机，并转化为电能向所述电驱动风扇供电。

优选的是，所述电驱动风扇包括多个，多个电驱动风扇通过电能分配控制装置连接所述电存储装置。

优选的是，所述推进系统还包括机械能分配控制装置，用于获取电驱动风扇自转时提供的机械能，并将其传递给所述发电机，此时，所述推进系统被配置成具有：

能量回收模式，由电驱动风扇自转产生机械能，再由发电机转化成电能进行储存到电存储装置中。

优选的是，所述电驱动风扇的进气道具有开闭装置。

本申请的关键点在于：

1、基于大推力涡扇发动机实现分布式混合电推进系统；

2、通过分布式混合电推进系统实现具有变循环特征的推进系统；

3、可实现大范围涵道比调节的推进系统。

本申请可以在不改变现有涡扇发动机的基础上，通过增加电动力与辅助风扇系统实现变循环特征，设计成本与试验成本均减小；推进系统涵道比和耗油率可以实现大范围调节；采用分布式混合电推进系统的方式，可以实现推进系统牵引飞机进行布局；除变循环特征外，该推进系统可实现较好的隐身性和低排放特点。

附图说明

图1为本申请具有大范围涵道比调节能力的推进系统的一优选实施例的分布式推进系统构型示意图。

图2为本申请一优选实施例的大推力作战使用模式示意图。

图3为本申请一优选实施例的大涵道比巡航使用模式示意图。

图4为本申请一优选实施例的能量回收模式示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请提供了一种具有大范围涵道比调节能力的推进系统，该推进系统通过机械能-电能转换和能量存储，实现大范围涵道比变化和能量回收功能。

推进系统由两部分组成，一部分是涡扇发动机提供功率与主推力；一部分是由发电机、电存储装置、电驱动风扇、能量分配控制装置组成，提供辅推力，实现能量转换与能量回收功能。推进系统构型及能量传递示意图见图1。

其中：

涡扇发动机：传统小涵道比涡扇发动机，提供发电机转化电能的机械能；

发电机：转化机械能为电能，提供电能给电存储装置和电能分配控制装置；

电存储装置：存储多余电能，并在需要时提供电能给电能分配控制装置；

电能分配控制装置：由发电机和电存储装置提供电能，并分配给各个电驱动风扇产生推力；

电驱动风扇：自带电机和进气道，分布在飞机的机身上，由电能分配控制装置提供电能，并转化为机械能带动风扇，压缩空气，产生可用推力。电驱动风扇的个数由性能指标确定；

机械能分配控制装置：在能源回收模式时，由自转风扇提供机械能，通过集中传递给发电机。

推进系统共有几种模式：

1、大推力作战使用模式：仅涡扇发动机提供推力，此时涵道比小、耗油率高、单位面积推力大，适合短时高马赫数使用。此时由发电机向电存储装置充电，直到充满。示意图见图2。

2、大涵道比巡航使用模式：由涡扇发动机和电驱动风扇共同提供推力，此时涵道比大、耗油率低，适合长时低马赫数使用。提供给电能分配控制装置的电在电存储装置无法全部提供时，需要涡扇发动机通过功率输出到发电机转化为电能提供。示意图见图3。

3、能量回收模式：在电驱动风扇不提供推力时，利用飞机速度产生的作用于电驱动风扇的力，驱动风扇转动产生机械能，再由发电机转化成电能进行储存到电存储装置中。示意图见图4。

本申请的变循环特性原理为：

由“大推力作战使用模式”转到“大涵道比巡航使用模式”时，电驱动风扇开始运作，此时由涡扇发动机进行功率提取，经过发电机转化成电能提供电驱动风扇工作产生辅推力。由于电驱动风扇产生辅推力时不需要燃油消耗，而此时涡扇发动机从“少功率提取+大推力”工作状态过渡到“多功率提取+小推力”工作状态，涡扇发动机产生的热能减少，轴功增加，温升降低，需要的燃油减少，整体污染排放水平降低。“大涵道比巡航使用模式”情况下，电驱动风扇的流量属于等效发动机的外涵道气体，此时因为涡扇发动机产生的推力减小，核心机状态降低，流量减小，因此此时等效涵道比增大。等效涵道比增大的数值取决于电驱动风扇性能、个数、辅推力、主推力等因素。

在一些可选实施方式中，所述电驱动风扇的进气道具有开闭装置，通过开闭装置打开或关闭进气道，从而实现对电驱动风扇的使用或停用。

本申请在不改变现有涡扇发动机的基础上，通过增加电动力与辅助风扇系统实现变循环特征，能够实现推进系统涵道比和耗油率的大范围调节。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种具有大范围涵道比调节能力的推进系统，包括涡扇发动机，用于产生主推力，其特征在于，所述推进系统还包括：

发电机，连接所述涡扇发动机，用于将机械能转化为电能；

电存储装置，连接所述发电机，用于存储电能；

电驱动风扇，分布在飞机的机身上，包括电机及进气道，所述电机连接所述电存储装置，用于将电能转化为机械能，并带动风扇转动，产生辅助推力；

所述推进系统被配置成具有：

大推力使用模式，由涡扇发动机提供推力，并通过发电机向电存储装置充电；

大涵道比巡航使用模式，由涡扇发动机和电驱动风扇共同提供推力，由所述电存储装置向所述电驱动风扇供电。

2.如权利要求1所述的具有大范围涵道比调节能力的推进系统，其特征在于，大涵道比巡航使用模式下，进一步包括由所述涡扇发动机通过功率输出到所述发电机，并转化为电能向所述电驱动风扇供电。

3.如权利要求1所述的具有大范围涵道比调节能力的推进系统，其特征在于，所述电驱动风扇包括多个，多个电驱动风扇通过电能分配控制装置连接所述电存储装置。

4.如权利要求1所述的具有大范围涵道比调节能力的推进系统，其特征在于，所述推进系统还包括机械能分配控制装置，用于获取电驱动风扇自转时提供的机械能，并将其传递给所述发电机，此时，所述推进系统被配置成具有：

能量回收模式，由电驱动风扇自转产生机械能，再由发电机转化成电能进行储存到电存储装置中。

5.如权利要求1所述的具有大范围涵道比调节能力的推进系统，其特征在于，所述电驱动风扇的进气道具有开闭装置。

Images