CN115929460B - 适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器，涉及航空活塞发动机技术领域，包括压气机、涡轮机、中冷器和气体处理机构，气体处理机构包括空气定子、废气定子和轴转子；中冷器设有与空气定子连通的中冷器进气管和与压气机连通的中冷器排气管，空气定子上设有空气进气管，空气定子和废气定子设置于轴转子的两端并分别与压气机和涡轮机连通；轴转子转动过程中对空气进行压缩并使压缩后的空气进入到中冷器内，中冷器将冷却后的高压空气排放至压气机中，压气机对高压空气进行压缩并排放至气缸中进行燃烧；本发明利用发动机产生的废气驱动轴转子转动，可对空气分别进行两次压缩，提高了废气能量的利用率和发动机的燃烧效率。
Description
技术领域
本发明涉及航空活塞发动机技术领域，具体涉及一种适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器。
背景技术
活塞式航空发动机是指提供航空器飞行动力的往复式内燃机，航空重油活塞发动机随着飞行高度的增加，发动机输出功率会出现衰减，进而影响飞行器飞行高度，难以满足高空高海拔飞行，为了提高飞行器飞行的高度，弥补发动机高空进气量不足的问题，现阶段普遍采用一级涡轮增压技术，一级涡轮增压形式主要包括废气涡轮增压、机械涡轮增压等。
废气涡轮增压利用发动机排气压力驱动涡轮叶片，联动的涡轮叶片进而增加发动机的进气量；机械涡轮增压利用发动机齿轮传动涡轮叶片，传动涡轮叶片进而增加发动机的进气量，发动机排气驱动能力或者齿轮传动能力决定着涡轮增压器进气量的能力，随着飞行高度的增加，发动机因为高空气压低会出现发动机进气量不足、发动机燃烧效率不高以及降低排放等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器，主要由压气机、涡轮机、新型轴转子和其配套的空气定子、废气定子、中冷器组成，来解决高空气压低、发动机进气量不足、发动机燃烧效率不高以及降低排放等问题。
本发明提供的适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器采用以下技术方案：
一种适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器，包括压气机、涡轮机、中冷器和气体处理机构，所述气体处理机构包括空气定子、废气定子和轴转子；所述中冷器设有与空气定子连通的中冷器进气管和与压气机连通的中冷器排气管，所述废气定子上设有废气进气管和废气排气管，所述空气定子上设有空气进气管，所述空气定子和废气定子设置于轴转子的两端；所述轴转子转动过程中对空气进行压缩并使压缩后的空气进入到中冷器内，所述中冷器将冷却后的高压空气排放至压气机中，所述压气机对高压空气进行压缩后对其冷却并排放至气缸中进行燃烧。
进一步，所述轴转子内沿自身长度方向设有若干在转动过程中能够与空气定子和废气定子连通的转子气道。
进一步，所述空气定子内设有与轴转子转子气道连通的空气进气通道和空气排气通道，所述空气进气通道和空气排气通道分别与空气进气管和中冷器进气管连通。
进一步，所述空气进气通道和空气排气通道对称设置于空气定子内。
进一步，所述空气进气通道的内径大于空气排气通道的内径。
进一步，所述废气定子内设有与轴转子转子气道连通的废气进气通道和废气排气通道，所述废气进气通道和废气排气通道分别与废气进气管和废气排气管连通。
进一步，所述废气进气通道和废气排气通道对称设置于废气定子内。
进一步，所述废气进气通道的内径大于废气排气通道的内径。
进一步，所述空气进气通道与废气进气通道交错设置，所述轴转子转动过程中空气进入到其中一个转子气道内，所述空气进气通道和废气进气通道与充满空气的转子气道错开使充满空气的转子气道密封。
进一步，所述压气机和涡轮机之间设有中间壳体，所述轴转子设置于中间壳体内，所述空气定子和废气定子设置于中间壳体的两端。
综上所述，本发明包含以下至少一种有益效果：本发明利用发动机产生的废气进入涡轮机同时驱动轴转子和压气机转动，空气在轴转子中进行第一次压缩后进入中冷器中冷却，再到压气机中进行第二次压缩，以提高废气能量的利用率和发动机的燃烧效率，提高了废气能量的利用率和发动机的燃烧效率。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2是空气定子、废气定子和轴转子的爆炸示意图一；
图3是空气定子、废气定子和轴转子的爆炸示意图二。
附图标记说明：
1、压气机；2、涡轮机；3、中冷器；31、中冷器进气管；32、中冷器排气管；4、气体处理机构；41、空气定子；411、空气进气通道；412、空气排气通道；42、废气定子；421、废气进气通道；422、废气排气通道；43、轴转子；431、转子气道；44、废气进气管；45、废气排气管；46、空气进气管；5、中间壳体。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
以下结合附图1-3对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例公开一种适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器。参照图1-图3，适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器包括压气机1、涡轮机2、中冷器3和气体处理机构4，气体处理机构4包括空气定子41、废气定子42和轴转子43；中冷器3设有与空气定子41连通的中冷器进气管31和与压气机1连通的中冷器排气管32，废气定子42上设有废气进气管44和废气排气管45，空气定子41上设有空气进气管46，空气定子41和废气定子42设置于轴转子43的两端并分别与压气机1和涡轮机2连通，压气机1和涡轮机2之间设有中间壳体5，轴转子43设置于中间壳体5内，空气定子41和废气定子42设置于中间壳体5的两端。
轴转子43转动过程中对空气进行压缩并使压缩后的空气进入到中冷器3内，中冷器3将冷却后的高压空气排放至压气机1中，压气机1对高压空气进行压缩并排放至气缸中进行燃烧；废气进入涡轮机2同时驱动轴转子43和压气机1转动，空气在轴转子43中进行第一次压缩后进入中冷器3中冷却，再到压气机1中进行第二次压缩，压气机1将空气二次压缩后排放到气缸中参与燃烧工作，燃烧后的废气从废气排气管45排出，一部分废气用于第一次压缩空气，另一部分废气进入涡轮机2，以提高废气能量的利用率和发动机的燃烧效率。
轴转子43内沿自身长度方向设有若干在转动过程中能够与空气定子41和废气定子42连通的转子气道431，本实施例中转子气道431设置有十二个，并将轴转子43均匀分割，空气和废气通过空气定子41和废气定子42进入到转子气道431内，周轴转子43在转动过程中对空气和废气进行压缩，压缩后的空气通过中冷器进气管31进入到中冷器3内进行冷却。
空气定子41内设有与轴转子43转子气道431连通的空气进气通道411和空气排气通道412，空气进气通道411和空气排气通道412分别与空气进气管46和中冷器进气管31连通，其中空气进气通道411的内径大于空气排气通道412的内径，空气进气通道411的内径大于空气排气通道412的内径；废气定子42内设有与轴转子43转子气道431连通的废气进气通道421和废气排气通道422，废气进气通道421和废气排气通道422分别与废气进气管44和废气排气管45连通，废气进气通道421和废气排气通道422对称设置于废气定子42内，废气排气通道422的内径大于废气进气通道421的内径；空气进气通道411与废气进气通道421交错设置，轴转子43转动过程中空气进入到其中一个转子气道431内，空气进气通道411和废气进气通道421与充满空气的转子气道431错开使充满空气的转子气道431密封。
空气从空气进气管46进入空气定子41，由空气定子41中的空气进气通道411输送进轴转子43中的转子气道431中，由于空气定子41中的空气进气通道411与废气定子42中的废气进气通道421存在一定角度差距，空气在轴转子43的转子气道431内与空气定子41和废气定子42短暂形成了一个相对封闭的环境，随着轴转子43的转动，这相对密闭的空间转动到废气定子42的废气进气通道421时，发动机另一部分废气早已通过废气进气管44到达废气定子42，充满废气定子42的废气进气通道421，然后通过废气定子42中废气进气通道421到达轴转子43的转子气道431中，废气与空气在轴转子43的转子气道431内相遇，由于废气温度压强极高，会产生一定的压缩波，废气产生的压缩波高速挤压空气，并将废气的部分能量转递给充满转子气道的空气，使其压力密度升高并向前流动，致使高压空气流动进空气定子41中的空气排气通道412。
在废气到达轴转子43中转子气道431的三分之二左右时，转子气道431恰好转过废气定子42的废气进气通道421，废气停止流入此转子气道431，由于原先转子气道431内还存在小部分的高压空气，当轴转子43转动到废气定子42中的废气排气通道422时，废气定子42中的废气排气通道422与废气排气管45相连接，高压空气随即将低压废气排入大气；当转子气道431与空气定子41中空气进气管46接通时，由于转子气道431内处于负压状态，新鲜空气被吸入转子气道431中；轴转子43转过废气排气通道422和空气进气通道411后，又形成了一个相对密封的环境，遂气道内充满新鲜空气，轴转子43继续转动开始下一个循环。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器，其特征在于：包括压气机（1）、涡轮机（2）、中冷器（3）和气体处理机构（4），所述气体处理机构（4）包括空气定子（41）、废气定子（42）和轴转子（43）；所述中冷器（3）设有与空气定子（41）连通的中冷器进气管（31）和与压气机（1）连通的中冷器排气管（32），所述废气定子（42）上设有废气进气管（44）和废气排气管（45），所述空气定子（41）上设有空气进气管（46），所述空气定子（41）和废气定子（42）设置于轴转子（43）的两端并分别与压气机（1）和涡轮机（2）连通；所述轴转子（43）转动过程中对空气进行压缩并使压缩后的空气进入到中冷器（3）内，所述中冷器（3）将冷却后的高压空气排放至压气机（1）中，所述压气机（1）对高压空气进行压缩并排放至气缸中进行燃烧；
所述轴转子（43）内沿自身长度方向设有若干在转动过程中能够与空气定子（41）和废气定子（42）连通的转子气道（431）；
所述空气定子（41）内设有与轴转子（43）转子气道（431）连通的空气进气通道（411）和空气排气通道（412），所述空气进气通道（411）和空气排气通道（412）分别与空气进气管（46）和中冷器进气管（31）连通；
所述废气定子（42）内设有与轴转子（43）转子气道（431）连通的废气进气通道（421）和废气排气通道（422），所述废气进气通道（421）和废气排气通道（422）分别与废气进气管（44）和废气排气管（45）连通；
所述废气进气通道（421）和废气排气通道（422）对称设置于废气定子（42）内；
所述空气进气通道（411）与废气进气通道（421）交错设置，所述轴转子（43）转动过程中空气进入到其中一个转子气道（431）内，所述空气进气通道（411）和废气进气通道（421）与充满空气的转子气道（431）错开使充满空气的转子气道（431）密封；
空气从空气进气管（46）进入空气定子（41），由空气定子（41）中的空气进气通道（411）输送进轴转子（43）中的转子气道（431）中，空气在轴转子（43）的转子气道（431）内与空气定子（41）和废气定子（42）短暂形成了一个相对封闭的环境，随着轴转子（43）的转动，这相对密闭的空间转动到废气定子（42）的废气进气通道（421）时，发动机另一部分废气早已通过废气进气管（44）到达废气定子（42），充满废气定子（42）的废气进气通道（421），然后通过废气定子（42）中废气进气通道（421）到达轴转子（43）的转子气道（431）中，废气与空气在轴转子（43）的转子气道（431）内相遇，由于废气温度压强极高，会产生一定的压缩波，废气产生的压缩波高速挤压空气，并将废气的部分能量转递给充满转子气道的空气，使其压力密度升高并向前流动，致使高压空气流动进空气定子（41）中的空气排气通道（412）。
2.根据权利要求1所述的适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器，其特征在于：所述空气进气通道（411）和空气排气通道（412）对称设置于空气定子（41）内。
3.根据权利要求2所述的适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器，其特征在于：所述空气进气通道（411）的内径大于空气排气通道（412）的内径。
4.根据权利要求1所述的适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器，其特征在于：所述废气排气通道（422）的内径大于废气进气通道（421）的内径。
5.根据权利要求1所述的适用于高空航空活塞发动机的组合式二级增压器，其特征在于：所述压气机（1）和涡轮机（2）之间设有中间壳体（5），所述轴转子（43）设置于中间壳体（5 ）内，所述空气定子（41）和废气定子（42）设置于中间壳体（5）的两端。
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