CN117846773A - 一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机，涉及航空发动机的领域，其包括机壳和设置于机壳内的转动轴，转动轴上设置有压气叶轮和涡轮，机壳内位于压气叶轮和涡轮之间形成有燃烧室；压气叶轮包括压气叶片；机壳内壁固定有导向叶片，导向叶片位于燃烧室内。本申请具有减少周期性爆震波燃烧产物接触面处产生涡流的情况发生，减少燃烧室内总压损失，并有助于提升发动机的推力的效果。

Description

一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机

技术领域

本申请涉及航空发动机的领域，尤其是涉及一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机。

背景技术

航空发动机是用于推动飞机前进的关键设备，被视作是飞行器的“心脏。它通过燃烧燃料产生高温高压气体，并通过喷射气流产生推力。

相关技术中，一种旋转爆震燃烧发动机，包括机壳，机壳整体呈筒状，机壳内同轴转动设置有转动轴，转动轴在机壳进气一侧同轴固定有压气叶轮，转动轴位于机壳排气一侧同轴固定有涡轮。机壳位于压气叶轮和涡轮之间形成的燃烧室，燃烧室为环绕转动轴的环腔，转动轴位于压气叶轮和燃烧室之间的部分向外凸起形成第一限流凸起，第一限流凸起绕转动轴一周设置。机壳位于第一限流凸起位置向内凸起形成有第二限流凸起，第二限流凸起绕第一限流凸起一周设置。第一限流凸起与第二限流凸起之间形成有增速通道，且机壳位于增速通道位置设置有喷油口。

实际运用中，压气叶轮吸气并加压，然后将气体送入燃烧室；同时，喷油口喷出燃油，使得燃油混合于气体中，并形成油气混合物；随后，油气混合物进入燃烧室进行燃烧，并经过涡轮膨胀后喷出，从而给飞行器提供较大的推力。其中，油气混合物在燃烧室内进行爆震燃烧，剧烈膨胀。

针对上述相关技术，油气混合物在燃烧室内，前一圈爆震波形成的燃烧产物膨胀的充分性大于本圈爆震波形成的燃烧产物膨胀的充分性，即周期性爆震波形成的燃烧产物之间存在速度差，二者之间的滑移面处易产生涡流，周期性爆震波形成的燃烧产物之间容易产生非等熵膨胀，继而造成的总压损失，且致使发动机产生的推力有所不足，存在待改进之处。

发明内容

为了改善相关技术中周期性爆震波形成的燃烧产物相对运动且于二者之间的滑移面处易产生涡流，造成的总压损失，且致使发动机产生的推力有所不足的问题，本申请提供了一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机。

本申请提供的一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机，采用如下的技术方案：

一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机，包括机壳和设置于机壳内的转动轴，所述转动轴上设置有压气叶轮和涡轮，所述机壳内位于压气叶轮和涡轮之间形成有燃烧室；

所述压气叶轮包括压气叶片；

在转动轴位于压气叶片处的位置划分第一辅助区和第二辅助区，第一辅助区和第二辅助区绕转动轴轴线依次设置，所述压气叶片自第一辅助区背离燃烧室一侧延伸至第二辅助区靠近燃烧室的一侧；

所述机壳内壁固定有导向叶片，所述导向叶片位于燃烧室内，且所述导向叶片位于燃烧室靠近压气叶轮的一侧；

当压气叶片与导向叶片位于转动轴同一侧时，在转动轴位于导向叶片位置划分第三辅助区和第四辅助区，所述第三辅助区和第四辅助区绕转动轴依次设置，且所述第三辅助区和第一辅助区位于同一侧，所述第四辅助区和第二辅助区位于同一侧，所述导向叶片自第四辅助区靠近压气叶轮的一侧向第三辅助区背离压气叶轮的一侧延伸。

通过采用上述技术方案，实际运用中，涡轮转动，通过转动轴使得压气叶轮随之运动，压气叶轮吸气并加压，然后将气体送入燃烧室；同时，喷油口喷出燃油，使得燃油混合于气体中，并形成油气混合物，油气混合物进入燃烧室进行燃烧，并形成爆震波。其中，燃烧室内稳定形成爆震波后，由导向叶片对爆震波后燃烧产物膨胀进行引导，且由导向叶片对两个周期性爆震波形成的燃烧产物进行分隔。通过这种方式，减少周期性爆震波形成的燃烧产物之间产生涡流的情况发生，减少燃烧室内总压损失，并有助于提升发动机的推力。

优选的，所述导向叶片走向上各处的切线与转动轴轴线的夹角逐渐缩小。

通过采用上述技术方案，导向叶片在分隔周期性爆震波形成的燃烧产物上游爆炸波和下游爆震波的同时，导向叶片还能在引导爆震波朝向涡轮运动时燃烧产物膨胀，使得爆震波逐步放缓旋动燃烧产物所具有的总压充分转化为动能，实现对爆震波后燃烧产物的整流。

优选的，所述导向叶片背离压气叶轮的一侧设置有引流片，所述引流片的长度方向平行于转动轴的轴向，且所述引流片与导向叶片平滑连接。

通过采用上述技术方案，由引流片引导爆震波后燃烧产物逐步转化为轴向流动，减少燃烧产物动能在旋动过程中与机壳、转动轴等摩擦致使的损耗。

优选的，所述引流片的宽度自靠近导向叶片一侧向背离导向叶片一侧逐渐减小。

通过采用上述技术方案，随着引流片引导，爆震波后燃烧产物将沿转动轴轴向运动逐步平稳，将引流片宽度逐渐缩小设置，减小爆震波与引流片摩擦而致使爆震波动能的损失。

优选的，所述导向叶片靠近机壳的一侧与机壳内壁间隔，所述导向叶片靠近机壳内壁的一侧固定有转轴，所述转轴转动连接于机壳内壁，所述转轴的轴线与转动轴的轴线垂直，且所述机壳上还设置有用于驱动转轴转动的驱动部件。

通过采用上述技术方案，实际运用中，可以根据两个周期性爆震波形成的燃烧产物之间滑移面的实际角度，并由驱动部件驱动转轴和导向叶片转动，从而有助于提升导向叶片的适配性。

优选的，所述驱动部件为减速电机，所述减速电机固定于机壳的外侧，所述减速电机的输出轴与转轴传动连接。

通过采用上述技术方案，由减速电机驱动转轴和导向叶片转动，方便对导向叶片角度的调节。

优选的，所述导向叶片靠近压气叶轮的一端成型有劈波刃。

通过采用上述技术方案，减小导向叶片端部与爆震波之间的阻力。

附图说明

图1为实施例一主要体现具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机整体结构的轴测示意图；

图2为实施例一主要体现压气叶轮、导向叶片以及涡轮结构的局部示图；

图3为实施例一主要体现导向叶片结构的局部示意图；

图4为实施例二主要体现导向叶片、驱动部件结构的局部剖示图。

附图标记：1、机壳；11、内凸起；12、喷油嘴；13、限缩流道；14、导向叶片；141、引流片；142、转轴；143、劈波刃；2、转动轴；21、外凸起；3、压气叶轮；31、压气叶片；4、涡轮；5、燃烧室；6、安装架；61、安装套；62、支撑叶片；7、驱动部件；71、减速电机；100、第一辅助区；200、第二辅助区；300、第三辅助区；400、第四辅助区。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开了一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机。

实施例一：

参照图1和图2，具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机，包括机壳1，机壳1为筒状结构，机壳1内同轴转动设置有转动轴2。转动轴2位于机壳1进气一侧同轴固定有压气叶轮3，转动轴2位于机壳1排气一侧同轴固定有涡轮4。机壳1内位于压气叶轮3和涡轮4之间形成有燃烧室5，燃烧室5为环绕转动轴2的环腔。机壳1位于压气叶轮3和燃烧室5之间的位置向内凸起11形成有内凸起11，内凸起11环绕转动轴2一周。转动轴2位于压气叶轮3和燃烧室5之间的位置向外凸起21形成有外凸起21，外凸起21环绕转动轴2一周，且外凸起21和内凸起11之间形成有限缩流道13。并且，机壳1内壁位于外凸起21背离压气叶轮3的一侧设置有用于引导爆震燃烧后燃烧产物膨胀的导向叶片14。

具体而言，参见图2，机壳1内固定有安装架6，安装架6包括安装套61和支撑叶片62，安装套61与机壳1同轴设置，支撑叶片62的两端分别固定连接机壳1内壁和安装套61，且支撑叶片62绕安装套61轴线均匀间隔设置有若干个。安装架6在机壳1轴向上的两侧各设置有一个，转动轴2的两端分别穿设两个安装套61并分别与两个安装套61同轴转动连接。内凸起11上设置有喷油嘴12，且喷油嘴12在内凸起11上绕转动轴2轴线均匀间隔设置有多个。

参见图2和图3，压气叶轮3包括压气叶片31。在转动轴2位于压气叶轮3一侧划分第一辅助区100和第二辅助区200，第一辅助区100和第二辅助区200绕转动轴2依次设置，压气叶片31自第一辅助区100背离燃烧室5一侧延伸至第二辅助区200靠近燃烧室5的一侧。当压气叶片31与导向叶片14位于转动轴2同一侧时，在转动轴2位于导向叶片14位置划分第三辅助区300和第四辅助区400，第三辅助区300和第四辅助区400绕转动轴2依次设置，且第三辅助区300和第一辅助区100位于同一侧，第四辅助区400和第二辅助区200位于同一侧，导向叶片14自第四辅助区400靠近压气叶轮3的一侧向第三辅助区300背离压气叶轮3的一侧延伸。并且，压气叶片31和导向叶片14均绕转动轴2轴线均匀间隔设置若干个。

为了减小爆震燃烧后下游燃烧产物非等熵膨胀造成的总压损失，每个导向叶片14走向上各处的切线与转动轴2轴线的夹角逐渐缩小。导向叶片14背离压气叶轮3的一侧设置有引流片141，本实施例中，引流片141与导向叶片14一体设置，导向叶片14和引流片141靠近机壳1内壁的一侧均与机壳1焊接固定，引流片141的长度方向平行于转动轴2的轴向，引流片141的宽度方向与转动轴2轴线垂直，且垂直于转动轴2侧壁于连接引流片141处的切线。引流片141与导向叶片14平滑连接，引流片141的宽度自靠近导向叶片14一侧向背离导向叶片14一侧逐渐减小。并且，引流片141与导向叶片14一一对应。

需要指出的是，本实施例中，关于压气叶片31、导向叶片14、引流片141、支撑叶片62、喷油嘴12等均可以根据实际需要进行对应数量的设置，满足相应需求即可，本实施例中不再过多赘述。

本申请实施例一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机的实施原理为：实际运用中，涡轮4转动，通过转动轴2使得压气叶轮3随之运动，压气叶轮3吸气并加压，然后将气体送入限缩流道13；同时，喷油嘴12将燃油喷入限缩流道13，空气将和燃油混合并形成油气混合物，且油气混合物持续被送入至燃烧室5；随后，油气混合物将在燃烧室5燃烧。

其中，燃烧室5内稳定形成爆震波后，由导向叶片14对爆震波后燃烧产物膨胀进行引导，且由导向叶片14对两个周期性爆震波形成的燃烧产物进行分隔。

并且，随着爆震波后燃烧产物朝向涡轮4一侧运动，在导向叶片14的引导下，燃烧产物的周向速度将越来越小，并在引流片141的引导下，使得爆震波后燃烧产物逐步转化为轴向流动，减少爆震波动能的损失。

实施例二：

参照图4，本实施例与实施例一的不同之处在于，导向叶片14和引流片141分体设置，引流片141靠近机壳1内壁的一侧与机壳1焊接固定，导向叶片14靠近机壳1内壁的一侧转动连接于机壳1内壁，且机壳1上还设置有用于驱动导向叶片14转动的驱动部件7。

具体而言，导向叶片14靠近机壳1的一侧与机壳1内壁间隔，导向叶片14靠近机壳1内壁的一侧固定有转轴142，转轴142位于导向叶片14背离内凸起11的一侧，转轴142的轴线与转动轴2的轴线垂直，且转轴142贯穿机壳1内壁并与机壳1转动连接。驱动部件7为减速电机71，减速电机71固定于机壳1的外侧，减速电机71的输出轴与转轴142同轴连接。

此外，每个导向叶片14靠近压气叶轮3的一端均成型有劈波刃143，以提升导向叶片14对爆震波引导的顺畅性。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机，包括机壳（1）和设置于机壳（1）内的转动轴（2），所述转动轴（2）上设置有压气叶轮（3）和涡轮（4），所述机壳（1）内位于压气叶轮（3）和涡轮（4）之间形成有燃烧室（5）；

所述压气叶轮（3）包括压气叶片（31）；

在转动轴（2）位于压气叶片（31）处的位置划分第一辅助区（100）和第二辅助区（200），第一辅助区（100）和第二辅助区（200）绕转动轴（2）依次设置，所述压气叶片（31）自第一辅助区（100）背离燃烧室（5）一侧延伸至第二辅助区（200）靠近燃烧室（5）的一侧；

其特征在于：所述机壳（1）内壁设置有导向叶片（14），所述导向叶片（14）位于燃烧室（5）内，且所述导向叶片（14）位于燃烧室（5）靠近压气叶轮（3）的一侧；

当压气叶片（31）与导向叶片（14）位于转动轴（2）同一侧时，在转动轴（2）位于导向叶片（14）位置划分第三辅助区（300）和第四辅助区（400），所述第三辅助区（300）和第四辅助区（400）绕转动轴（2）依次设置，且所述第三辅助区（300）和第一辅助区（100）位于同一侧，所述第四辅助区（400）和第二辅助区（200）位于同一侧，所述导向叶片（14）自第四辅助区（400）靠近压气叶轮（3）的一侧向第三辅助区（300）背离压气叶轮（3）的一侧延伸。

2.根据权利要求1所述的一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机，其特征在于：所述导向叶片（14）走向上各处的切线与转动轴（2）轴线的夹角逐渐缩小。

3.根据权利要求2所述的一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机，其特征在于：所述导向叶片（14）背离压气叶轮（3）的一侧设置有引流片（141），所述引流片（141）的长度方向平行于转动轴（2）的轴向，且所述引流片（141）与导向叶片（14）平滑连接。

4.根据权利要求3所述的一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机，其特征在于：所述引流片（141）的宽度自靠近导向叶片（14）一侧向背离导向叶片（14）一侧逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机，其特征在于：所述导向叶片（14）靠近机壳（1）的一侧与机壳（1）内壁间隔，所述导向叶片（14）靠近机壳（1）内壁的一侧固定有转轴（142），所述转轴（142）转动连接于机壳（1）内壁，所述转轴（142）的轴线与转动轴（2）的轴线垂直，且所述机壳（1）上还设置有用于驱动转轴（142）转动的驱动部件（7）。

6.根据权利要求5所述的一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机，其特征在于：所述驱动部件（7）为减速电机（71），所述减速电机（71）固定于机壳（1）的外侧，所述减速电机（71）的输出轴与转轴（142）传动连接。

7.根据权利要求1所述的一种具有波后产物膨胀导向功能的旋转爆震发动机，其特征在于：所述导向叶片（14）靠近压气叶轮（3）的一端成型有劈波刃（143）。