CN1209554C - 微型涡轮喷气发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型涡轮喷气发动机，它包括有进气道、压气机、燃烧室、排气系统，其推力为10～30Kg。该发动机轴上安装有前螺母、后螺母、离心压气机转子、甩油盘、涡轮转子，前机匣装于压气机支承环上，前轴承装于轴和压气机支承环之间，后轴承装于轴和涡轮支承环之间，火焰筒外壁前端被支承在送油套筒上，后端被支承在涡轮支承环上，燃烧室内壁套装在轴上，燃烧室机匣前端装于压气机支承环上，后端装于涡轮支承环上，火焰筒内壁前端被支承在燃烧室内壁上，后端被支承在涡轮支承环上，尾喷管装于涡轮支承环上，联轴器连接发动机轴和直流电动机的轴，直流电动机装于尾喷管内部。本发明的发动机可用于微型运载工具的主动力，其结构简单、体积小、重量轻。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机，更特别的是指一种微型涡轮喷气发动机。
背景技术
1950年代末美国威廉斯国际公司就看到了小型涡轮发动机在未来战争和航空航天上的应用前景，并设计生产了50公斤推力级的WR2、WR24系列小型涡轮喷气发动机。1990年代后期以来，伴随大型涡轮发动机技术的日趋成熟和精湛，在美国，德国，日本，英国都有了数十公斤推力以下级的微型涡轮发动机产品。其中美国至少有5家公司从事不同级别的生产。
我国学者在1990年代后期看到了这一发展趋势，特别是，微涡轮产品必将被广泛使用于军用、民用的不同领域，在未来战争中将发挥重要作用。例如，2002年7月初，美国航空航天局在瓦洛普斯岛试飞了一架电子战用微型无人战斗机，其发动机为13公斤推力的TJ-30型微型涡轮喷气发动机。
而微涡轮发动机设计必须用到与大型涡轮发动机同样的长期坚实的技术积累，涉及的学科包括气体动力学，叶轮机械学，燃烧学，发动机结构强度学，传热学，自动控制学，机械学，精密加工技术，技术组织协调管理等等。因此，至目前在中国还没有出现数十公斤级的微涡轮发动机产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种10～30kg推力的微型涡轮喷气发动机，可用于航空、航天、以及在地球表面上运动的各种微型无人运载工具的主动力，或用于大型有人、无人运载工具上的辅助动力装置。该发动机结构简单、体积小、重量轻。
本发明的微型涡轮喷气发动机，包括有进气道、压气机、燃烧室、排气系统，其前螺母1安装于轴3的最前端，后螺母15安装于轴3的后端，离心压气机转子2、甩油盘8、涡轮转子14安装在轴3的后端上；前机匣4装于压气机支承环7上，前轴承5装于轴3和压气机支承环7之间，后轴承21装于轴3和涡轮支承环13之间；火焰筒外壁9前端被支承在送油套筒20上，火焰筒外壁9后端被支承在涡轮支承环13上，其内部囊括了发动机火焰，燃烧室内壁10套装在轴3上，燃烧室内壁10后端被支承在涡轮支承环13上，其是环形燃烧室的内部壁面，使轴3被置于燃烧室空间之外；燃烧室机匣11前端装于压气机支承环7上，燃烧室机匣11后端装于涡轮支承环13上，其既是环形燃烧室的外部壁面，又是发动机前部结构和后部结构之间的连接件，火焰筒内壁12前端被支承在燃烧室内壁10上，火焰筒内壁12后端被支承在涡轮支承环13上，其是环形燃烧室中的环形火焰筒的内壁，其与火焰筒外壁之间的空间囊括了发动机火焰；尾喷管16装于涡轮支承环13上，联轴器17连接发动机轴3和直流电动机的轴，直流电动机18装于尾喷管16内部；套筒19装于前轴承5和甩油盘8之间，送油套筒20被套装于压气机支承环7上圈套住发动机轴3的一个套筒部分上，其将输油管送来的燃油再送入甩油盘8。
所述的微型涡轮发动机，其该发动机的推力为10～30kg，该发动机的推力较好为15～25kg。
所述的微型涡轮发动机，其甩油盘8轮毂为锥面，甩油盘8上采用简易离心泵抽送油气混合气，以冷却前轴承5和后轴承21。
所述的微型涡轮发动机，其送油套筒20将油从非旋转零件送入旋转的甩油盘8中。
所述的微型涡轮发动机，其轴3为空心轴，在极高速旋转的微发动机上提高旋转稳定性。
所述的微型涡轮发动机，其采用直流电动机18起动微型发动机，提高了使用中的自动化程度。
所述的微型涡轮发动机，其前螺母1上采用简易离心泵抽送空气，以冷却直流电动机18。
所述的微型涡轮发动机，其两个对称的斜向孔即离心泵。从离心压气机转子2出口引来空气通过前轴承5，又在压气机支承环7的套筒部分的根部打一小孔22，从孔22滴注入少量燃油作为润滑油，形成了油气混合气，经简易离心泵抽送后，再去冷却后轴承21和涡轮转子14的盘。
本发明省去了通常大型、小型、国外微型发动机上的带有专门油泵的润滑冷却系统，从而可以提高微型发动机的推重比。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明甩油盘的结构示意图。
图3是本发明送油套筒的结构示意图。
图4是本发明轴的结构示意图。
图5是本发明电动机装于尾喷管内的结构示意图。
图6是本发明前螺母的结构示意图。
图7是本发明压气机支承环的套筒部分根部上的孔的结构示意图。
图中：1.前螺母 2.离心压气机转子 3.轴 4.前机匣 5.前轴承6.螺钉 7.压气机支承环 8.甩油盘 9.火焰筒外壁 10.燃烧室内壁11.燃烧室机匣 12.火焰筒内壁 13.涡轮支承环 14.涡轮转子 15.后螺母 16.尾喷管 17.联轴器 18.直流电动机 19.套筒 20.送油套筒 21.后轴承 22.孔
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
请参看附图所示，在图中，前螺母1装于轴3的最前端，用于压紧轴3上的离心压气机转子2、前轴承5、套筒19、甩油盘8，在前螺母1上采用简易离心泵抽送空气，以冷却直流电动机18(如附图6所示)，两个对称的斜向孔即离心泵，这自然省去了更复杂的冷却系统。离心压气机转子2装于轴3上，随轴3高速旋转，用于对空气增压，轴3其高速旋转用于将涡轮转子14发出的功率传递给离心压气机转子2。前机匣4装于压气机支承环7上，它既是发动机进气道，又是压气机盘盖。前轴承5、后轴承21各一个，前轴承5装于轴3和压气机支承环7之间，后轴承21装于轴3涡轮支承环13之间，压气机支承环7和涡轮支承环13提供对于轴3的支承。轴3设计成空心轴(如附图4所示)，提高了发动机在极高速旋转工作条件下的旋转稳定性。螺钉6连接所有可以多次拆装的非旋转零部件。压气机支承环7，发动机前部的所有零部件都直接或间接地连接在它上面，通过它而连接成一个整体，它既是整机结构的第一个主要承力件，又是压气机静子轮毂。甩油盘8装于轴3上而随轴3高速旋转，它接受送油套筒20送来的燃油，并将其甩出而进入燃烧室，采用从径向或斜向甩油，甩油盘轮毂设计为锥面，改变了原有的圆柱面(如图2所示)，在甩油盘8上用简易离心泵抽送油气混合气，以冷却两个轴承5、21(如附图2所示)，两个对称的斜向孔即离心泵。从压气机转子2出口引来空气通过前轴承5，又在压气机支承环7的套筒部分的根部打一小孔22，经过滴注而引入少量燃油作为润滑油，这样就形成了油气混合气，经简易离心泵抽送后，再去冷却后轴承21和涡轮转子14的盘。火焰筒外壁9，其呈环绕发动机轴的环形，因此是环形燃烧室中的环形火焰筒的外壁，其前端被支承在送油套筒上，后端被支承在涡轮支承环13上，其内部囊括了发动机火焰。燃烧室内壁10套在轴3上，仅后端被支承在涡轮支承环13上，其是环形燃烧室的内部壁面，使轴被置于燃烧室空间之外。燃烧室机匣11前端装于压气机支承环7上，后端装于涡轮支承环13上，其既是环形燃烧室的外部壁面，又是发动机前部结构和后部结构之间的连接件。火焰筒内壁12前端被支承在燃烧室内壁上，后端被支承在涡轮支承环上，是环形燃烧室中的环形火焰筒的内壁，其与火焰筒外壁之间的空间囊括了发动机火焰。涡轮支承环13，发动机后部的所有零部件都直接或间接地连接在它上面，通过它而连接成一个整体。它既是整机结构的第二个主要承力件，又是涡轮静子轮毂和转子机匣。涡轮转子14装于轴3上，随轴3高速旋转，用于使空气输出功而驱动压气机。后螺母15装于轴3的后端，用于压紧轴3上的涡轮转子14和后轴承21。尾喷管16装于涡轮支承环13上，其使发动机燃气加速喷出而产生推力。联轴器17连接发动机轴和直流电动机轴，其将电动机动力传递到发动机轴而使发动机起动，直流电动机18装于尾喷管内部(如图5所示)，其提供电动力而起动发动机，提高了发动机结构的紧凑性、可靠性。套筒19装于前轴承5和甩油盘8之间，其将前螺母1的压紧力传递到甩油盘8，送油套筒20被套装于压气机支承环7上圈套住发动机轴3的一个套筒部分上，其将输油管送来的燃油再送入甩油盘8，送油套筒20送油是用送油套筒将油从非旋转零件送入旋转的甩油盘8的。
本发明的微型涡轮喷气发动机省去了通常大型、小型、国外微型发动机上的带有专门油泵的润滑冷却系统，从而可以提高微型发动机的推重比。其推重比约为6，耗油率SFC约1.5。这两个公开的数据不能限制本发明的保护范围，这数据只用于说明该发明在实验阶段的一个参数，只要发动机的结构相近似，均是本发明的保护范围。
Claims (10)
1、一种微型涡轮喷气发动机，包括有进气道、压气机、燃烧室、排气系统，其特征在于：前螺母(1)安装于轴(3)的最前端，后螺母(15)安装于轴(3)的后端，离心压气机转子(2)、甩油盘(8)、涡轮转子(14)安装在轴(3)的后端上；前机匣(4)装于压气机支承环(7)上，前轴承(5)装于轴(3)和压气机支承环(7)之间，后轴承(21)装于轴(3)和涡轮支承环(13)之间；火焰筒外壁(9)前端被支承在送油套筒(20)上，火焰筒外壁(9)后端被支承在涡轮支承环(13)上，其内部囊括了发动机火焰，燃烧室内壁(10)套装在轴(3)上，燃烧室内壁(10)后端被支承在涡轮支承环(13)上，其是环形燃烧室的内部壁面，使轴(3)被置于燃烧室空间之外；燃烧室机匣(11)前端装于压气机支承环(7)上，燃烧室机匣(11)后端装于涡轮支承环(13)上，其既是环形燃烧室的外部壁面，又是发动机前部结构和后部结构之间的连接件，火焰筒内壁(12)前端被支承在燃烧室内壁(10)上，火焰筒内壁(12)后端被支承在涡轮支承环(13)上，其是环形燃烧室中的环形火焰筒的内壁，其与火焰筒外壁之间的空间囊括了发动机火焰；尾喷管(16)装于涡轮支承环(13)上，联轴器(17)连接发动机轴(3)和直流电动机的轴，直流电动机(18)装于尾喷管(16)内部；套筒(19)装于前轴承(5)和甩油盘(8)之间，送油套筒(20)被套装于压气机支承环(7)上圈套住发动机轴(3)的一个套筒部分上，其将输油管送来的燃油再送入甩油盘(8)。
2、根据权利要求1所述的微型涡轮发动机，其特征在于：该发动机的推力为10～30kg。
3、根据权利要求1所述的微型涡轮发动机，其特征在于：该发动机的推力为15～25kg。
4、根据权利要求1或2所述的微型涡轮发动机，其特征在于：甩油盘(8)轮毂为锥面。
5、根据权利要求1或2所述的微型涡轮发动机，其特征在于：甩油盘(8)上采用简易离心泵抽送油气混合气，以冷却前轴承(5)和后轴承(21)。
6、根据权利要求4所述的微型涡轮发动机，其特征在于：甩油盘(8)上采用简易离心泵抽送油气混合气，以冷却前轴承(5)和后轴承(21)。
7、根据权利要求1或2所述的微型涡轮发动机，其特征在于：送油套筒(20)将油从非旋转零件送入旋转的甩油盘(8)中。
8、根据权利要求1或2所述的微型涡轮发动机，其特征在于：轴(3)为空心轴，在极高速旋转的微发动机上提高旋转稳定性。
9、根据权利要求1或2所述的微型涡轮发动机，其特征在于：前螺母(1)上采用简易离心泵抽送空气，以冷却直流电动机(18)。
10、根据权利要求1或2所述的微型涡轮发动机，其特征在于：两个对称的斜向孔即离心泵，从离心压气机转子(2)出口引来空气通过前轴承(5)，又在压气机支承环(7)的套筒部分的根部打一小孔(22)，从孔(22)滴注入少量燃油作为润滑油，形成了油气混合气，经简易离心泵抽送后，再去冷却后轴承(21)和涡轮转子(14)的盘。
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