CN1693692A - 微型单叶轮涡轮风扇发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微型单叶轮涡轮风扇发动机的压缩系统，其压缩系统由风扇压气机一体化叶轮构成，其采用机械一体化加工制成。风扇压气机一体化叶轮上设有轮盘和大叶片，大叶片均布在轮盘上。本发明的另一种风扇压气机一体化叶轮上设有轮盘、大叶片和小叶片，大叶片和小叶片均布在轮盘上，且小叶片位于大叶片的后端。本发明的解决方案是，压缩系统采用风扇压气机一体化单转子叶轮结构，替代常规的双轴或三轴、多转子叶轮的结构。采用本发明的微型单叶轮涡轮风扇发动机，降低了微型涡轮风扇发动机的压缩系统的结构复杂度，从而使微型涡轮风扇发动机的制造得到成本；采用单轴模式减轻了整机重量，提高了其使用可靠性，同时有效地降低了微型涡轮发动机的喷气噪音。相比于同推力级的微型涡轮喷气发动机，其耗油率的降低在5％～20％之间。

Description

微型单叶轮涡轮风扇发动机
技术领域
本发明涉及一种涡轮风扇发动机，具体地说，是指采用单叶轮风扇压气机一体化结构作为涡轮风扇发动机的压缩系统的一种微型(10～100Kg级推力)单叶轮涡轮风扇发动机。
背景技术
涡轮风扇发动机相比于涡轮喷气发动机具有更大的优势，其耗油率更低，排气温度更低、推力大，燃烧室的高温高速气体被有效的提取能量转化为推力。
常规涡轮风扇发动机的压缩系统多数为双轴结构形式，即设有低压风扇轴和高压压气机轴，每根轴上又设有数个风扇转子叶轮或压气机转子叶轮。两根轴又分别由低压涡轮和高压涡轮带动。这样的发动机所需的零部件很多，零部件的加工匹配工艺复杂，导致了较高的制造成本增加。因此双轴压缩系统的结构形式只能适用于大型涡轮风扇发动机。
现有在100Kg推力级以内的微型的航空涡轮发动机主要是涡轮喷气发动机，而微型的涡轮风扇发动机产品在国内外至今尚未有相关报道。对于微型的涡轮风扇发动机，由于其体积小，决定了其不可能采用双轴的结构形式。因此现有的属于小型范围的涡轮风扇发动机，大多数采用的是单轴的压缩系统结构。
而在此，本发明专利申请所提出的，是一种不但采用单轴压缩系统，又进一步采用了风扇压气机一体化单个转子叶轮的微型涡轮风扇发动机。以这种对于压缩系统的全新简化改动，来实现大型、小型的常规涡轮风扇发动机向微型的涡轮风扇发动机的可行进化。
发明内容
本发明的目的是提供一种在10～100Kg推力级范围的微型单叶轮涡轮风扇发动机。解决方案是，压缩系统采用风扇压气机一体化单转子叶轮结构，替代常规的双轴或三轴、多转子叶轮的结构。本发明的微型单叶轮涡轮风扇发动机，降低了微型涡轮风扇发动机的压缩系统的结构复杂度，从而使微型涡轮风扇发动机的制造得到成本；采用单轴模式减轻了整机重量，提高了其使用可靠性，同时有效地降低了微型涡轮发动机的喷气噪音。相比于同推力级的微型涡轮喷气发动机，其耗油率的降低在5％～20％之间。
本发明的一种微型单叶轮涡轮风扇发动机，其压缩系统由风扇压气机一体化叶轮构成，风扇压气机一体化叶轮上设有轮盘和大叶片，大叶片均布在轮盘上。
本发明的另一种微型单叶轮涡轮风扇发动机，其压缩系统由风扇压气机一体化叶轮构成，风扇压气机一体化叶轮上设有轮盘、大叶片和小叶片，大叶片和小叶片均布在轮盘上，且小叶片位于大叶片的后端。
所述的微型单叶轮涡轮风扇发动机，其大叶片上设有高叶片和矮叶片，高叶片设在大叶片的前端，矮叶片设在大叶片的后端，高叶片的叶尖与矮叶片的叶尖为台阶结构。
所述的微型单叶轮涡轮风扇发动机，其压缩系统为风扇压气机一体化单转子叶轮结构。
本发明微型单叶轮涡轮风扇发动机的优点：(1)实现了微型涡轮风扇发动机的可行性；(2)降低了微型压缩系统的结构复杂度；(3)降低了微型涡轮风扇发动机的制造成本；(4)减轻了整机重量；(5)提高了其使用可靠性；(6)有效地降低了微型涡轮发动机的喷气噪音；(7)相比于同推力级的微型涡轮喷气发动机，其耗油率的降低在5％～20％之间。
附图说明
图1是本发明的装配图。
图2是不含小叶片的风扇压气机一体化叶轮结构图。
图3是含有小叶片的风扇压气机一体化叶轮结构图。
图4是本发明大叶片结构图。
图5是本发明小叶片结构图。
图中：    1.外涵机匣      2.前螺母       3.空心主轴4.风扇压气机一体化叶轮        41.轮殻前缘    42.大叶片    43.小叶片44.轮殻       45.高叶片       46.矮叶片      47.叶尖      48叶尖5.外涵通道    6.内涵机匣      7.内涵通道     8.内涵静子支撑盘9.外涵喷管    10.前轴承       11.甩油盘      12.燃烧室    13.火焰筒
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参见图1所示，本发明是一种在10～100Kg推力级范围的微型单叶轮涡轮风扇发动机，它的压缩系统由风扇压气机一体化叶轮4构成，风扇压气机一体化叶轮4采用机械一体化加工制成，降低了微型压缩系统的结构复杂度。空心主轴3穿过风扇压气机一体化叶轮4的中心孔，且穿过所述中心孔的空心主轴3的端部螺纹连接有前螺母2，风扇压气机一体化叶轮4的轮殻后缘通过垫片与前轴承10的内环端面压紧，通过与轮殻前缘41接触的前螺母2压紧风扇压气机一体化叶轮4在空心主轴3上，并限制风扇压气机一体化叶轮4的轴向位移。
请参见图2所示的风扇压气机一体化叶轮4的一种结构，即只有大叶片42的风扇压气机一体化叶轮4。风扇压气机一体化叶轮4上设有轮盘44和大叶片42，大叶片42均布在轮盘44上。根据微型单叶轮涡轮风扇发动机的压缩系统的设计要求，一般风扇压气机一体化叶轮4的轮盘44上的大叶片42至少应设计6个以上，即每一个大叶片与另一个大叶片之间的轴心角间隔最大为60°。
请参见图3所示的风扇压气机一体化叶轮4的另一种结构，即有大叶片42也有小叶片43的风扇压气机一体化叶轮4。风扇压气机一体化叶轮4上设有轮盘44、大叶片42和小叶片43，大叶片42和小叶片43均布在轮盘44上，且小叶片43位于大叶片42的后端。根据微型单叶轮涡轮风扇发动机的压缩系统的设计要求，一般轮盘44上可以均布大小叶片各3～10个叶片，其大叶片42与小叶片43间隔轴心角18°～60°。大叶片42与小叶片43较佳间隔轴心角为22.5°，即轮盘44上均布大小16个叶片。
根据图2和图3所示的风扇压气机一体化叶轮4结构，轮盘44上的叶片可以是大小叶片间隔放置，也可以是只有大叶片而无小叶片的两种风扇压气机一体化叶轮4结构。压缩系统中使用一体结构的风扇压气机一体化叶轮4有效地减轻了微型单叶轮涡轮风扇发动机的整机重量，同时喷气噪音也得到了降低5％左右。
请参见图4所示的大叶片42的结构，大叶片42上设有高叶片45和矮叶片46，高叶片45设在大叶片42的前端，矮叶片46设在大叶片42的后端，高叶片45的叶尖47与矮叶片46的叶尖48形成台阶结构。高叶片45和矮叶片46的设计解决了微型单叶轮涡轮风扇发动机中的压缩系统不在是双轴结构，而是仅有风扇压气机一体化叶轮4既完成了低压风扇轴和高压压气机轴的结构形式，使微型单叶轮涡轮风扇发动机的制造成本得以降低。空心主轴3端部螺纹连接前螺母2，风扇压气机一体化叶轮4紧固于空心主轴3上，风扇压气机一体化叶轮4与空心主轴3紧配合。风扇压气机一体化叶轮4上的大叶片42称之为高叶片45和矮叶片46，高叶片45等同于风扇，深入内涵通道7中的矮叶片46等同于高压压气机。在矮叶片46上方有内涵机匣6将气流分为内外涵两个通道。
请参见图5所示的小叶片43结构，小叶片43的结构与大叶片42的矮叶片46的结构相同，且安装在风扇压气机一体化叶轮4的轮盘44的后部。
本发明的微型单叶轮涡轮风扇发动机，气流经前螺母2和外涵机匣1之间的进气道进入风扇压气机一体化叶轮4的高叶片45和矮叶片46内，气流运动中经内涵机匣6分流，气流分别流入外涵气流通道5和内涵气流通道7中。外涵气流通道5中的气流经外涵机匣1内的外涵静子进入外涵喷管9进行加速，然后气流经外涵喷管9轴向喷入大气中。内涵气流通道7中的气流继续被风扇压气机一体化叶轮4的高叶片45和矮叶片46加功增压，被加功增压后的气流通过内涵机匣6下的内涵静子支撑盘8上的叶片进入燃烧室12中，在燃烧室12的火焰筒13内高压气流与甩油盘11提供的燃油充分掺混并组织燃烧。
本发明的微型单叶轮涡轮风扇发动机，能够实现10～100Kg推力。在同推力级的微型单叶轮涡轮风扇发动机与微型涡轮喷气发动机经测试其耗油率，微型单叶轮涡轮风扇发动机的耗油率降低了5％～20％。

Claims (7)

1、一种微型单叶轮涡轮风扇发动机，至少包括压缩系统，其特征在于：所述压缩系统由风扇压气机一体化叶轮(4)构成，风扇压气机一体化叶轮(4)上设有轮盘(44)和大叶片(42)，大叶片(42)均布在轮盘(44)上。
2、根据权利要求1所述的微型单叶轮涡轮风扇发动机，其特征在于：风扇压气机一体化叶轮(4)上设有轮盘(44)、大叶片(42)和小叶片(43)，大叶片(42)和小叶片(43)均布在轮盘(44)上，且小叶片(43)位于大叶片(42)的后端。
3、根据权利要求1或2所述的微型单叶轮涡轮风扇发动机，其特征在于：大叶片(42)上设有高叶片(45)和矮叶片(46)，高叶片(45)设在大叶片(42)的前端，矮叶片(46)设在大叶片(42)的后端，高叶片(45)的叶尖(47)与矮叶片(46)的叶尖(48)为台阶结构。
4、根据权利要求1所述的微型单叶轮涡轮风扇发动机，其特征在于：轮盘(44)上的每一个大叶片与另一个大叶片之间的轴心角间隔最大为60°，较佳轴心角间隔为45°。
5、根据权利要求2所述的微型单叶轮涡轮风扇发动机，其特征在于：轮盘(44)上的大叶片(42)与小叶片(43)的轴心角间隔18°～60°，较佳轴心角间隔为22.5°  。
6、根据权利要求1或2所述的微型单叶轮涡轮风扇发动机，其特征在于：推力为10～100Kg。
7、根据权利要求1或2所述的微型单叶轮涡轮风扇发动机，其特征在于：同推力级的微型单叶轮涡轮风扇发动机与微型涡轮喷气发动机相比，微型单叶轮涡轮风扇发动机的耗油率降低了5％～20％。
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