CN202345920U - 一种用于桨尖喷气的暖喷动力装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种用于桨尖喷气的暖喷动力装置，包括小型涡喷发动机、连通器、混合排气组件和涡轮增压器；连通器将小型涡喷发动机和混合排气组件连接；混合排气组件包括有机匣、副涡轮和二级转轴，机匣上开有燃气进口、低温空气进口和混合暖气出口，二级转轴两端与副涡轮和增压涡轮固定连接；涡轮增压器的气流出口与机匣的低温空气进口通过管道连接。本实用新型将小型涡轮喷气发动机作为燃气发生器，并采用混合排气装置将燃气发生器的高温燃气和重新引入的低温空气进行混合，通过大量试验工作，找出了具有高效驱动效率的高温燃气与低温空气质量流量比。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体为一种用于桨尖喷气的暖喷动力装置。
背景技术
桨尖喷气旋翼飞机在旋翼桨叶的梢部安装喷口，通过对称反喷高速气体驱动旋翼旋转，藉此提供升力。由于这种驱动方式没有传统轴驱动直升机的反扭矩，故不需要专门用于平衡的尾桨。按照桨尖喷流的温度进行区分，桨尖喷气可分为冷喷，暖喷和热喷三种循环形式。上世纪中叶以来各国对桨尖喷气旋翼飞机进行了大量的探索和研究，并取得了一定的成果，但却普遍存在燃料消耗率过高，热效率过低的问题。桨尖喷气直升机也一直难以投入实用。大量的实践和理论的研究工作显示暖喷循环，即在动力系统通过一定形式内将高温燃气和低温压缩气体进行混合作为驱动喷流，具有最高的热效率。
目前已有采用暖喷循环的桨尖喷气旋翼机，使用涡轮风扇发动机作为动力。然而目前现役的涡扇发动机推力均过大，价格昂贵且不易获得，且涡扇发动机结构复杂，不能够简单的小型化，所以现有的涡扇发动机不适用于小型的喷气旋翼机。相对于涡轮风扇发动机，小型和微型涡喷发动机推力合适，价格便宜。然而由于排气温度过高，对旋翼驱动系统材料耐热性要求较高，而且高温气体驱动旋翼的旋转效率也不高，不适合直接驱动旋翼系统。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种用于桨尖喷气的暖喷动力装置，将小型涡轮喷气发动机作为燃气发生器，并设计采用混合排气装置将燃气发生器的高温燃气和重新引入的低温空气进行混合，在耗油率不变的情况下，增加流量，降低燃气温度，以提高驱动效率。
技术方案
本发明的技术方案为：
所述一种用于桨尖喷气的暖喷动力装置，其特征在于：所述暖喷动力装置包括小型涡喷发动机、连通器、混合排气组件和涡轮增压器；连通器两端分别与小型涡喷发动机燃气出口和混合排气组件的燃气进口密封固定连接，且在连通器管壁侧面安装有泄压阀，连通器与混合排气组件连接的一端内安装有涡轮导向器；混合排气组件包括有机匣、副涡轮和二级转轴，机匣上开有燃气进口、低温空气进口和混合暖气出口，在燃气进口处安装有副涡轮，副涡轮与二级转轴一端固定连接，二级转轴的另一端穿过机匣侧壁与涡轮增压器中的增压涡轮固定连接，在二级转轴外套有轴套，轴套内通过轴承将二级转轴支承，轴套两端分别与机匣和涡轮增压器壳体固定连接，在轴套中部套有卡套，卡套与机匣侧壁密封固定连接；涡轮增压器的气流出口与机匣的低温空气进口通过管道连接；在副涡轮后侧轴套上固定有圆锥形扩压器，扩压比为1.0-2.0；通过副涡轮二次做功后进入机匣的高温燃气与由增压涡轮引入的低温空气的质量流量之比为0.8-2.0；掺混后的混合暖气温度为300℃-600℃。
有益效果
本发明提出的一种用于桨尖喷气的暖喷动力装置，将小型涡轮喷气发动机作为燃气发生器，并设计采用混合排气装置将燃气发生器的高温燃气和重新引入的低温空气进行混合。试验表明，在耗油率不变的情况下，本发明中动力装置的流量明显增加，而且出口混排燃气温度达到暖喷设计要求，提高了驱动效率。并且通过大量试验工作，本发明找出了具有高效驱动效率的高温燃气与低温空气质量流量比，并以此流量比设计混合排气装置。此外，在连通器中增加泄压阀，通过调节泄压阀，可以在一定幅度上调节动力装置中的转子吸收功率，从而达到调节出口混排燃气温度的目的。
附图说明
图1：本发明结构示意图；
图2：本发明结构剖视图；
图3：涡喷发动机结构示意图
图4：增压涡轮结构示意图；
图5：混合排气部件副涡轮结构示意图；
图6：二级转轴轴套结构示意图；
图7：混合排气部件机匣结构示意图；
图8：连通器结构示意图；
图9：二级转轴结构示意图；
图10：涡轮增压器外壳结构示意图；
图11：二级转轴与增压涡轮和副涡轮的安装示意图；
其中：1、小型涡喷发动机；2、连通器；3、机匣；4、冷气软管；5、涡轮增压器外壳；6、二级转轴轴套；7、二级转轴；8、增压涡轮；9、圆锥形扩压器；10、前耐高温陶瓷滚珠轴承；11、后耐高温陶瓷滚珠轴承；12、副涡轮；13、圆筒形卡套。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
实施例1：
本实施例为用于小型桨尖喷气旋翼飞机上的暖喷动力装置。
参照附图1和附图2，本实例中的动力装置包括小型涡喷发动机作为燃气发生器和连接在小型涡喷发动机后的混合排气组件以及涡轮增压器结构。
参照附图3，本实施例中采用的小型涡喷发动机1能产生的最大推力为20公斤，出口温度750℃，其燃气出口通过螺钉与连通器入口一端密封固定连接。参照附图8，连通器2由一直径100mm的主管道和直径28mm的泄压管道以及一端有20个叶片的涡轮导向器组成，泄压管道通在主管道侧壁上，并且泄压管道内安装有泄压阀，涡轮导向器安装在连通器出口一端。连通器出口一端通过螺钉与混合排气组件的机匣燃气进口密封固定连接。
混合排气组件包括有机匣3、副涡轮12和二级转轴7。参照附图7，机匣由直径100mm的90度弯管和下部直径50mm的管道组成，其中直径100mm的90度弯管两端为机匣的燃气进口和混合暖气出口，下部直径50mm的管道为低温空气进口。燃气进口一端有六叶形支承，在六叶形支承外侧安装有副涡轮12，参照附图5，副涡轮12有23个叶片，参照附图11，副涡轮12与二级转轴7的一端通过螺纹螺母固定连接，参照附图9，二级转轴7为长258毫米的阶梯轴，二级转轴7的另一端穿过机匣侧壁与涡轮增压器中的增压涡轮8螺纹螺母固定连接。在二级转轴7外套有轴套6，轴套内通过前后两个内径为10毫米的耐高温陶瓷滚珠轴承将二级转轴支承。参照附图6，二级转轴轴套6是一端带有法兰的空心轴，带法兰一端通过螺钉与机匣3的六叶形支承固定，另一端通过螺钉与涡轮增压器外壳固定，在轴套6中部套有圆筒形卡套13，圆筒形卡套13焊接在混合排气部件机匣3的后部，与机匣侧壁密封固定。在副涡轮后侧的轴套外部上固定有圆锥形扩压器9，用于将进入混合排气组件的高温燃气进行扩压减速，为燃气与冷气的充分掺混提供条件。
参照附图4，增压涡轮8是有12个叶片的涡轮，其放置在涡轮增压器外壳5的中部，参照附图10，涡轮增压器外壳5中部是通孔，外部是环形管道，增压涡轮8放置在中部通孔中，旋转时能将外部冷气吸入涡轮增压器环形管道内。涡轮增压器的气流出口通过冷气软管4连接机匣的低温空气进口。
小型涡喷发动机1，连通器2，二级转轴7，副涡轮12，二级转轴轴套6，增压涡轮8的中心轴线在一条直线上。
工作时，小型涡喷发动机1产生的高温燃气通过连通器2进入机匣3，带动副涡轮12旋转，副涡轮12带动二级转轴7和增压涡轮8旋转，增压涡轮8吸入冷气，冷气通过涡轮增压器外壳5的环形管道进入冷气软管4，冷气通过转折180度的冷气软管4进入机匣3中，与经过副涡轮12二次做功降温后的高温燃气进行掺混，掺混后的暖喷气体通过上部混合气体出口排出，进入喷气旋翼系统的驱动系统，可作为为驱动喷气旋翼系统的驱动燃气。
本发明中小型涡喷发动机和涡轮增压器直接采购的成品，其性能参数固定，通过大量实验发现，经过副涡轮二次做功后进入机匣的高温燃气与由增压涡轮引入的低温空气的质量流量之比为0.8-2.0时，暖喷气体的降温效果好，掺混后的混合暖气温度为300℃-600℃，而且在相同耗油率的情况下，发动机机流量明显增加，有较高的驱动效率。此外在连通器中增加泄压阀，通过调节泄压阀，可以在一定幅度上调节动力装置中的转子吸收功率，从而达到调节出口混排燃气温度的目的。本实施例中，经过副涡轮二次做功后进入机匣的高温燃气与由增压涡轮引入的低温空气的质量流量之比为0.8，测得降温后的暖喷气体温度为372℃，满足桨尖驱动的温度要求。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别仅在于调整了副涡轮12的设计参数，使得经过副涡轮二次做功后进入机匣的高温燃气与由增压涡轮引入的低温空气的质量流量之比变为1.5，实验测得降温后的暖喷气体温度为443℃，同样满足桨尖驱动的温度要求。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别仅在于调整了副涡轮12的设计参数，使得经过副涡轮二次做功后进入机匣的高温燃气与由增压涡轮引入的低温空气的质量流量之比变为2.0，实验测得降温后的暖喷气体温度为512℃，同样满足桨尖驱动的温度要求。
Claims (1)
1.一种用于桨尖喷气的暖喷动力装置，其特征在于：所述暖喷动力装置包括小型涡喷发动机、连通器、混合排气组件和涡轮增压器；连通器两端分别与小型涡喷发动机燃气出口和混合排气组件的燃气进口密封固定连接，且在连通器管壁侧面安装有泄压阀，连通器与混合排气组件连接的一端内安装有涡轮导向器；混合排气组件包括有机匣、副涡轮和二级转轴，机匣上开有燃气进口、低温空气进口和混合暖气出口，在燃气进口处安装有副涡轮，副涡轮与二级转轴一端固定连接，二级转轴的另一端穿过机匣侧壁与涡轮增压器中的增压涡轮固定连接，在二级转轴外套有轴套，轴套内通过轴承将二级转轴支承，轴套两端分别与机匣和涡轮增压器壳体固定连接，在轴套中部套有卡套，卡套与机匣侧壁密封固定连接；涡轮增压器的气流出口与机匣的低温空气进口通过管道连接；在副涡轮后侧轴套上固定有圆锥形扩压器；通过副涡轮二次做功后进入机匣的高温燃气与由增压涡轮引入的低温空气的质量流量之比为0.8-2.0；掺混后的混合暖气温度为300℃-600℃。
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| CN102381480A (zh) * | 2011-11-04 | 2012-03-21 | 西北工业大学 | 一种用于桨尖喷气的暖喷动力装置 |
| CN110617115A (zh) * | 2019-10-29 | 2019-12-27 | 北京动力机械研究所 | 利用增材制造方式生产的涡轮发动机导流环组件 |
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