CN115434822A - 涡轮风扇发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮风扇发动机，由风扇、轴流式压气机、外涵道、燃烧室、涡轮、喷管等组成，其中风扇的机匣与轴流式压气机的机匣连接在一起，在轴流式压气机的第1级至燃烧室进气口前之间的机匣中有放气装置，其出气口在外涵道内或在外涵道外通过管道连接外涵道，并且放气装置和高压压气机出口的压缩空气的压力和温度低于发动机的承受极限；在起动后运行时，通过放气装置向外涵道喷入一部分压缩空气，在流量比、总增压比、涡轮前燃气温度与目前结构的前风扇涡扇发动机相同时，提高外涵道排气的增压比，增大发动机的推力或推重比，而其风扇、轴流式压气机和涡轮的总的级数不变，涡轮前燃气温度不变。

Description

涡轮风扇发动机
技术领域
本发明涉及一种涡轮风扇发动机，属涡扇特别是军用涡扇发动机技术领域。
背景技术
目前使用中的涡扇发动机，都是前风扇涡扇发动机，都是在风扇后分为内外两个涵道，发动机的推力由内外两个涵道的排气共同产生，与涡喷发动机相比，虽然涡扇发动机的推力大，耗油率低，但是涡扇发动机外涵道的排气只用风扇压缩，增压比较小，内外涵道排气的增压比相差较大，其中高涵道比的涡扇发动机中内涵道排气的增压比即总增压比目前最高达50左右，如GE90涡扇发动机的总增压比是45，最先进的GE9X涡扇发动机的总增压比高达60以上，但其外涵道排气的增压比即风扇的增压比却很低，如GE90涡扇发动机中单级风扇的增压比只有1.65；低涵道比的军用涡扇发动机中内涵道排气的增压比即总增压比目前最高达30左右，如M88、EJ200、F119、F135以及我国的WS10/10A、WS15等军用加力涡扇发动机，但其外涵道排气的增压比即风扇的增压比只有3～4，如美军F119军用涡扇发动机中三级风扇的增压比是目前最高的为4.0，我国的WS10/10A军用涡扇发动机中三级风扇的增压比只有3.2；后风扇涡扇发动机如我国的WS5，虽然外涵道排气的增压比较高，但风扇叶片承受的温度较高，阻力大，不利于长期工作，而且外涵道的进气分流于轴流式压气机，减少了核心机的进气；外涵道排气的增压比小，内外涵道排气的增压比相差大，对提高发动机的推力和推重比是不利的；在保持风扇、轴流式压气机和涡轮的总的级数不变，总增压比不变，流量比不变，涡轮前燃气温度不变的前提下，提高外涵道排气的增压比可以增大推力或推重比，但目前结构的前风扇涡扇发动机是无法做到的。
发明内容
本发明的目的是提供一种在保持风扇、轴流式压气机和涡轮的总的级数不变，总增压比不变，流量比不变，涡轮前燃气温度不变的前提下，提高外涵道排气的增压比，从而增大发动机推力或推重比的涡扇发动机。
本发明是这样实现的：涡轮风扇发动机，其结构包括风扇、轴流式压气机、外涵道、燃烧室、涡轮、尾喷管等，其中风扇前有发动机进气口，其特征是风扇的机匣与轴流式压气机的机匣连接在一起，即风扇的涵道不与外涵道连接，在轴流式压气机的第1级至燃烧室进气口前之间的机匣中还有放气装置，外涵道的进气来源于放气装置，并且放气装置和高压压气机出口的压缩空气的压力和温度低于发动机的承受极限。
所述放气装置是固定放气孔。
所述放气装置是放气活门。
所述放气装置是放气窗。
所述放气装置是固定放气孔和放气活门，即一部分是固定放气孔，另一部分是放气活门。
所述放气装置是固定放气孔和放气窗，即一部分是固定放气孔，另一部分是放气窗。
所述放气装置的出气口在外涵道内。
所述放气装置的出气口在外涵道外，通过管道连接外涵道。
采用上述结构的涡扇发动机在起动后运行时，通过放气装置将轴流式压气机内或轴流式压气机后的一部分压缩空气喷入外涵道，在流量比、总增压比、涡轮前燃气温度与目前结构的前风扇涡扇发动机相同时，由于经风扇和轴流式压气机的一部分或全部的共同压缩，所以外涵道排气的增压比与只用风扇压缩的目前结构的前风扇涡扇发动机相比更高，因此增大涡扇发动机的推力或推重比，而发动机中风扇、轴流式压气机和涡轮的总的级数不变，总增压比不变，涡轮前燃气温度不变。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作详细的说明。
图1是本发明涡扇发动机的第一种结构示意图；
图2是本发明涡扇发动机的第二种结构示意图。
图中：1、风扇；2、轴流式压气机；3、外涵道；4、放气装置；5、燃烧室；6、涡轮；7、喷管；8、管道。
具体实施方式
参照附图1和2，本发明所述的涡扇发动机的结构由风扇1、轴流式压气机2、外涵道3、放气装置4、燃烧室5、涡轮6、喷管7等组成或者由风扇1、轴流式压气机2、外涵道3、放气装置4、燃烧室5、涡轮6、喷管7、管道8等组成；其中风扇1可以是单级，也可以是单级以上或多级，其直径比轴流式压气机2的直径大，可以根据需要选择，风扇1的前面是发动机进气口；风扇1的机匣和轴流式压气机2的机匣连接在一起，轴流式压气机2和涡轮6的级数可根据需要选择；风扇1、轴流式压气机2和涡轮6之间的转轴可以是双轴，也可以是三轴，还可以是单轴，可以根据需要选择，图中未画出；外涵道3在轴流式压气机2外，不与风扇1的涵道连接，其进气来源于放气装置4；放气装置4在轴流式压气机2的第1级至燃烧室5进气口前之间的机匣中，即在轴流式压气机2的级间，或者在轴流式压气机2后、燃烧室5进气口前之间，沿内涵道的圆周方向分布，但放气装置4和高压压气机出口的压缩空气的压力和温度低于发动机的承受极限，数量可以根据需要选择；放气装置4的出气口可以在外涵道3内，如图1所示，也可以在外涵道3外，通过管道8连接外涵道3，如图2所示；放气装置4可以是固定放气孔，也可以是放气活门或放气窗，还可以是固定放气孔和放气活门或者是固定放气孔和放气窗，即一部分是固定放气孔，另一部分是放气活门或放气窗；燃烧室5即蒸发式燃烧室，核心机中的燃烧室；喷管7是内涵道喷管，它和外涵道3的喷管部分组成尾喷管，内外涵道的排放可以是单独排放，也可以是混合排放，并且尾喷管中可以有或无加力燃烧室，可以根据需要选择，外涵道3的喷管部分图中未画出；管道8是连接放气装置4和外涵道3之间的输气管道。
由以上的结构可以看出，本发明的涡扇发动机图1和图2中，外涵道3的进气来源于轴流式压气机2的第1级至燃烧室5进气口前之间的放气装置4，在流量比、总增压比、涡轮前燃气温度与目前结构的前风扇涡扇发动机相同时，外涵道3排气的增压比与目前结构的前风扇涡扇发动机相比增大，所以图1和图2中涡扇发动机的推力或推重比与目前结构的前风扇涡扇发动机相比也更高更大；当放气装置4是固定放气孔时，内外涵道的空气流量是固定的；当放气装置4是放气活门或放气窗，而且燃烧室5可以吞下所有进气时，通过打开和关闭放气活门或放气窗，可以使发动机在涡喷/涡扇间作变循环转换，即发动机可以是涡喷/涡扇变循环发动机；当放气装置4是固定放气孔和放气活门或者是固定放气孔和放气窗时，通过作用放气活门或放气窗，可以调节内外涵道的空气流量；而发动机中风扇1、轴流式压气机2和涡轮6的总的级数不变，总增压比不变，涡轮前燃气温度不变。
上述过程中，当发动机由涡扇转换为涡喷工作状态时，外涵道3内可以有少量空气流过，以冷却发动机；其中的放气活门根据需要可以是关断型活门，也可以是调节型活门。
本发明的涡扇发动机中有防喘振装置，如压气机级间放气机构、可调进口导向叶片和整流叶片机构等，可以根据需要选择，图1和图2中未画出；此外还连接有保证发动机正常运行的附件传动系统、燃油系统、点火和起动系统、滑油系统、空气系统、反推系统以及发动机电子控制系统如全权数字发动机控制FADEC等，图1和图2中未画出。
本发明的涡扇发动机适用于目前的各种涡扇发动机，特别是低涵道比的军用涡扇发动机，如我国的WS10太行、WS15峨眉以及巡航导弹用涡扇发动机等，也适用于各种中高涵道比的涡扇发动机。

Claims (8)

1.涡轮风扇发动机，由风扇(1)、轴流式压气机(2)、外涵道(3)、燃烧室(5)、涡轮(6)、喷管(7)等组成，其特征是风扇(1)的机匣与轴流式压气机(2)的机匣连接在一起，在轴流式压气机(2)的第1级至燃烧室(5)进气口前之间的机匣中有放气装置(4)，外涵道(3)的进气来源于放气装置(4)，并且放气装置(4)和高压压气机出口的压缩空气的压力和温度低于发动机的承受极限；在涡扇发动机起动后运行时，通过放气装置(4)向外涵道(3)喷入一部分压缩空气，在流量比、总增压比、涡轮前燃气温度与目前结构的前风扇涡扇发动机相同时，提高外涵道(3)排气的增压比，增大发动机的推力或推重比。
2.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征是所述放气装置(4)是固定放气孔。
3.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征是所述放气装置(4)是放气活门。
4.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征是所述放气装置(4)是放气窗。
5.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征是所述放气装置(4)是固定放气孔和放气活门，即一部分是固定放气孔，另一部分是放气活门。
6.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征是所述放气装置(4)是固定放气孔和放气窗，即一部分是固定放气孔，另一部分是放气窗。
7.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征是所述放气装置(4)的出气口在外涵道(3)内。
8.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其特征是所述放气装置(4)的出气口在外涵道(3)外，通过管道(8)连接外涵道(3)。
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