CN207609488U - 一种外缘式电力推进喷气发动机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种外缘式电力推进喷气发动机系统，属于发动机技术领域。本实用新型的外缘式电力推进喷气发动机系统包括涵道单元、电机单元与扇叶单元，所述涵道单元呈中空的柱状结构，所述电机单元包括电机转子与电机静子，所述电机静子固设于所述涵道单元内，所述电机转子对应于所述电机静子的内壁设置，所述扇叶单元设置于所述电机转子的内壁内，并与所述电机转子固定连接，所述电机转子转动会带动所述扇叶单元转动，进而产生沿所述涵道单元轴线方向的力。本实用新型的外缘式电力推进喷气发动机系统适应于电力推进，结构简单、整体结构重量轻、气动效率高。

Description

一种外缘式电力推进喷气发动机系统

技术领域

本实用新型属于发动机设计技术领域，尤其是涉及一种外缘式电力推进喷气发动机系统。

背景技术

随着当前交通工具朝着清洁能源方向发展，采用涵道式电力推进的飞机已经出现而且在一些领域具有较大潜在市场，当前已经出现的产品有欧洲空客Airbus E-Fan、德国Lilium Jet，并且，随着蓄电技术和燃料电池技术的进步，电力推进甚至有可能在大型客机或者军机上使用。

当前，飞机上使用的电力喷气发动机普遍采用传统石油能源发动机设计方式，比如欧洲空客Airbus E-Fan与德国Lilium Jet的发动机是将传统涡扇发动机的涡轮和燃烧室部分换成了电机，这种简单改型的设计没有考虑电力推进与燃油推进的区别，没有针对性设计适合电力推进的航空发动机系统，燃油发动机由于有复杂的燃烧单元、涡轮单元、增压单元，这些单元只能布置于发动机中轴线附近，并内置于整流壳体内，无法整合到涵道壳体内，从而导致发动机结构复杂，气动效率低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单、气动效率高的外缘式电力推进喷气发动机系统。

本实用新型解决上述技术问题所采用的解决方案是：提供一种外缘式电力推进喷气发动机系统，包括涵道单元、电机单元与扇叶单元，所述涵道单元呈中空的柱状结构，所述电机单元包括电机转子与电机静子，所述电机静子固设于所述涵道单元内，所述电机转子对应于所述电机静子的内壁设置，所述扇叶单元设置于所述电机转子的内壁内，并与所述电机转子固定连接，所述电机转子转动会带动所述扇叶单元转动，进而产生沿所述涵道单元轴线方向的力。

作为上述技术方案的进一步改进，所述扇叶单元包括若干扇叶，若干所述扇叶呈圆周排布，所述扇叶包括叶尖部、叶根部以及位于所述叶尖部与所述叶根部之间的中间部，所述叶尖部固设于所述电机转子上，所述叶根部靠近所述涵道单元的中轴线设置。

作为上述技术方案的进一步改进，沿所述电机转子的径向方向上，所述叶根部、中间部、叶尖部宽度逐渐增加，从而使得所述叶尖部弦长大、承受载荷大、而与合力作用点之间的距离短，所述叶根部弦长小、承受载荷小、而与合力作用点之间的距离长。

作为上述技术方案的进一步改进，所述涵道单元内开设有环槽，所述电机单元嵌设于所述环槽内，以使所述电机转子的内径大小与所述涵道单元的内径大小相等，进而减小所述电机单元独立外置时产生的空气阻力并节省所述电机单元的占用空间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述涵道单元的尾缘设有锯齿部，所述锯齿部将所述涵道单元的尾缘的气流的大尺度涡结构打破形成小尺度涡结构，以降低噪声。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的外缘式电力推进喷气发动机系统，其扇叶单元固设于电机转子的内壁上，而电机转子则固设于涵道单元的内壁上，该外缘式电力推进喷气发动机系统，改进了传统发动机扇叶单元设置于涵道单元中轴线上的结构，有效的减轻了发动机系统的结构重量，并且气动效率明显提升；

涵道单元内还开设有环槽，并将电机单元嵌设于环槽内，使得扇叶单元与涵道单元之间的间隙完全消除，进而气动效率得到进一步提升。

附图说明

图1是本实用新型的外缘式电力推进喷气发动机系统的整体结构示意图；

图2是本实用新型的外缘式电力推进喷气发动机系统的部分剖开轴视图；

图3是本实用新型的外缘式电力推进喷气发动机系统的拆分结构示意图；

图4是本扇叶单元的局部结构图；

图5是本实用新型的外缘式电力推进喷气发动机系统的设计方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本实用新型中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

请一并参照图1至图3，本实用新型旨在提供一种适应于电力推进的外缘式电力推进喷气发动机系统，其包括涵道单元1、电机单元2以及扇叶单元3，涵道单元1呈中空的柱状结构，电机单元2固设于涵道单元1的内壁上，扇叶单元3固设于电机单元2的内壁上，工作时，电机单元2运动，进而带动扇叶单元3转动，从而产生飞机前进时所需要的推力或者降落后在跑道上减速时所需要的阻力。

本实施例中，电机单元2包括电机转子20、电机静子21，电机静子21固设于涵道单元1的内壁上，电机转子20设置于电机静子21的内壁上，电机转子20与电机静子21电连接，工作时，电机静子21与电机转子20配合，使电机转子20转动，从而电机转子20带动扇叶单元3转动。

电机单元2还包括电机前缘罩22、电机后缘罩23与电机外缘结构件24，电机前缘罩22与电机后缘罩23分别罩设有于电机转子20与电机静子21沿涵道单元1轴线方向上的两侧，电机外缘结构件24固设于涵道单元1与电机静子21之间，电机外缘结构件24两侧分别与涵道单元1的内壁以及电机静子21固定连接，电机前缘罩22、电机后缘罩23、电机外缘结构件24作为传力部件，将发动机产生的力及力矩传递给飞机。

优选的，涵道单元1的内壁上开设有环槽10，电机外缘结构件24、电机转子20、电机静子21均嵌设于环槽10内，从而使电机转子20的内壁面与涵道单元1的内壁面持平。

本实施例中，如图4所示，扇叶单元3包括若干扇叶，若干扇叶沿电机转子20的内壁呈圆形排布，且扇叶一端固定设置于电机转子20的内壁上，扇叶的另一端设置于电机转子20的圆心位置处。

沿电机转子20的径向方向，扇叶依次设置有叶尖部30、中间部31以及叶根部32，叶尖部30与电机转子20的内壁固定连接，叶根部32靠近于电机转子20的圆心位置设置，沿电机转子20的径向方向上，叶根部32、中间部31、叶尖部30的宽度依次增加，从而使得扇叶整体的合力作用力靠近于叶尖部30位置处，当扇叶单元3随电机转子20的转动而转动时，扇叶的叶尖部30弦长大，故其承受的载荷大，而叶尖部30与扇叶合力作用点的距离短，因此，显著的减小了叶尖部30的力矩，同理，扇叶的叶根部32弦长小，姑其承受的载荷小，而叶根部32与扇叶合力作用点的距离长，因此，有效的平衡了叶根部32处的力矩，整体上看，整个扇叶上对力矩的贡献十分均匀，极大的增加了扇叶的结构效率。

优选的，中间部31倾斜于叶尖部30与电机转子20的圆心连接形成的平面，电机转子20转动时，叶尖部30随电机转子20转动，从而叶根部32、中间部31、叶尖部30共同转动，产生飞机前进时所需的推力或者降落后在跑道上减速时所需的阻力。

本实用新型的外缘式电力推进喷气发动机系统，其涵道单元1与电机单元2以及扇叶单元3相匹配，此外，扇叶单元3固设于电机转子20的内壁上，且电机转子20嵌设于环槽10内，使电机转子20的内壁面与涵道单元1的内壁面处于同一圆面上，如此，扇叶的叶尖部30固设于电机转子20的内壁上，极大的降低了扇叶尖部的动量损失，同时，将电机单元2嵌设于涵道单元1的环槽10内，有效的节省了占用空间，整体上，本实用新型的外缘式电力推进喷气发动机系统能够有效的提升推进效率。

进一步的，本实用新型的外缘式电力推进喷气发动机系统，其涵道单元1的一端还设置有锯齿部11，锯齿部11具有流动控制的作用，通过涵道单元1的端部的气流主要为大尺度涡结构，当其经过锯齿部11后，锯齿部11可以将该大尺度涡结构打破，进而转变成为小尺度涡结构，从而减弱涡流与涵道单元1的内壁之间的相互干扰噪声，从而达到降低噪声的目的。

本实施例中，该外缘式电力推进喷气发动机系统优选的应用于航天发动机上，但是，经过将本实施例中的外缘式电力推进喷气发动机系统进行尺寸上的简单调整，其也可以适用于船舶、潜水艇、水下机器人等水面及水下航行器，因此，这些应用也应在本实用新型的保护范围内。

本实用新型还提供了基于上述的外缘式电力推进喷气发动机系统的设计方法，如图5所示，包括如下步骤：

S100，针对发动机应用的类型确定发动机的尺寸、设计点推力、最大推力、效率；

S110，根据得到的设计点推力以及效率确定电机单元的设计点输出功率、工作转速、最大输出功率；

S120，根据得到的电机单元的参数联合设计出涵道单元、电机单元、扇叶单元。

以上是对本实用新型的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种外缘式电力推进喷气发动机系统，其特征在于：包括涵道单元、电机单元与扇叶单元，所述涵道单元呈中空的柱状结构，所述电机单元包括电机转子与电机静子，所述电机静子固设于所述涵道单元内，所述电机转子对应于所述电机静子的内壁设置，所述扇叶单元设置于所述电机转子的内壁内，并与所述电机转子固定连接，所述电机转子转动会带动所述扇叶单元转动，进而产生沿所述涵道单元轴线方向的力。

2.根据权利要求1所述的外缘式电力推进喷气发动机系统，其特征在于：所述扇叶单元包括若干扇叶，若干所述扇叶呈圆周排布，所述扇叶包括叶尖部、叶根部以及位于所述叶尖部与所述叶根部之间的中间部，所述叶尖部固设于所述电机转子上，所述叶根部靠近所述涵道单元的中轴线设置。

3.根据权利要求2所述的外缘式电力推进喷气发动机系统，其特征在于：沿所述电机转子的径向方向上，所述叶根部、中间部、叶尖部宽度逐渐增加，从而使得所述叶尖部弦长大、承受载荷大、而与合力作用点之间的距离短，所述叶根部弦长小、承受载荷小、而与合力作用点之间的距离长。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的外缘式电力推进喷气发动机系统，其特征在于：所述涵道单元内开设有环槽，所述电机单元嵌设于所述环槽内，以使所述电机转子的内径大小与所述涵道单元的内径大小相等，进而减小所述电机单元产生的空气阻力并节省所述电机单元的占用空间。

5.根据权利要求4所述的外缘式电力推进喷气发动机系统，其特征在于：所述涵道单元的尾缘设有锯齿部，所述锯齿部将所述涵道单元的尾缘的气流的大尺度涡结构打破形成小尺度涡结构，以降低噪声。