CN210564777U

CN210564777U - 一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机

Info

Publication number: CN210564777U
Application number: CN201921628947.1U
Authority: CN
Inventors: 张呈; 王云; 王科; 王金伟; 何少飞
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2029-09-27

Abstract

本实用新型公开了一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机，包括启动部件、转动部件、机匣部件、导向部件组成。启动部件设于机匣部件之前，以螺栓的方式连接固定；转动部件通过轴承支撑设于启动部件后方及机匣部件前端；导向部件以螺栓或焊接的方式安装固定于机匣后方。本实用新型的优点是：该微型涡桨发动机结构紧凑，轻质；其流量裕度大且涡轮冷却效果好，回收排出热量，故其功重比和能源密度高。

Description

一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机

技术领域

本实用新型涉及微型燃气轮机技术领域，具体涉及一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机。

背景技术

近来，各地微小型飞行器及微型燃气轮机发展蓬勃，也推进具有轴输出功的微型涡桨发动机的进展，传统微型涡桨发动机技术先进且得到广泛应用，但其无回热器和涡轮冷却设计，故在能源利用率及功重比提高上有较大的限制，进而达不到微小型飞行器及微型燃气轮机更高的需求。因此研制一种高品质的微型涡桨发动机已成为该领域的研究重点。为了在无回热器的情况下增加其能源利用率及功重比，本实用新型专利提出的一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机希望能改进这一状况，其双面离心式压气机两端进气且涡轮壁内外传热，回收涡轮排气的温度，其即增加回热循环也提高涡轮前温度，这样不仅提高热效率也提高功重比。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是：提供一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机，结构紧凑，轻质；其流量裕度大且涡轮冷却效果好，回收排出热量，故其功重比和能源密度高。

本实用新型为解决上述问题所提供的技术方案为：一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机，包括启动部件、转动部件、机匣部件、导向部件；所述启动部件设于所述机匣部件之前，所述转动部件设于所述启动部件后方，所述导向部件设于所述机匣部件后方，所述转动部件转动设于所述导向部件内；所述转动部件包括有主轴、轴承一、双面复合叶轮、复合桨叶和减速器，所述主轴与所述双面复合叶轮一体化增材制造构成一个整体，所述减速器设于所述双面复合叶轮后端，复合桨叶设于所述减速器后端；所述双面复合叶轮包括有双面离心式压气机、空心轴向涡轮、圆卡箍和封严圈；所述空心轴向涡轮设于所述双面离心式压气机径向最大位置，所述空心轴向涡轮与所述双面离心式压气机固联，所述空心轴向涡轮根部与所述圆卡箍为无缝固联，所述封严圈设于所述空心轴向涡轮叶尖处。

优选的，所述机匣部件还包括有机匣、环形燃烧室、整流支板、轴套、空心涡轮导向叶片；所述轴承一套设在所述轴套和所述主轴上，所述轴套设于所述整流支板内；所述整流支板与所述机匣在同一轴线上，所述整流支板与所述机匣的下方固联；所述环形燃烧室设于所述机匣内部；所述空心涡轮导向叶片两端分别与所述环形燃烧室固联并设于环形燃烧室出口处，所述环形燃烧室、空心涡轮导向叶片与所述机匣一体化制造。

优选的，所述启动部件包括有启动电机、启动电机固定支座和离合器；所述启动电机设于所述启动电机固定支座之前，所述启动电机与所述主轴经过所述离合器传动，所述启动电机固定支座通过螺栓连接固定于所述整流支板上。

优选的，所述双面离心式压气机还包括两个单一离心式压气机，两个所述单一离心式压气机背对背固联。

优选的，所述单一离心式压气机还包括有主叶片、分流叶片；所述主叶片径向最大位置与所述圆卡箍无缝固联；所述分流叶片径向最大位置与所述圆卡箍无缝固联；所述主叶片径向最大位置与所述空心轴向涡轮无缝固联；所述分流叶片径向最大位置与所述空心轴向涡轮无缝固联。

优选的，所述导向部件包括尾喷管、空心整流管、尾气管、支撑支杆、轴承二和支撑底座；所述空心整流管的基元级叶型为对称翼型，所述空心整流管沿周向阵列分布，所述尾喷管与所述尾气管通过所述空心整流管固联；所述尾喷管设于所述机匣外壳后方；所述支撑支杆位于所述复合叶轮后端；所述支撑支杆与所述支撑底座、所述尾气管固联并套设于轴承二上。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：一、该微型涡桨发动机在布雷顿循环的基础上增加回热循环即空心涡轮壁内外气流发生换热现象，回收涡轮出口热值，提高燃烧室进口的空气总温，可以减少供油量。因此提高热效率，降低耗油率；二、双面离心压气机两端进气，增大质量流量裕度且抵消部分轴向力；三、微型涡桨发动机结构紧凑且轻质；四、采用空心涡轮冷却设计可提高涡轮前温度；五、采用复合桨叶设计可利用排出的尾气进一步驱动桨叶做功，提高功重比。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型结构原理示意图；

图3是本实用新型双面复合叶轮结构示意图；

图4是本实用新型单一离心式压气机结构示意图。

附图标注：1、启动部件；2、机匣部件；3、转动部件；4、导向部件；1-1、启动电机； 1-2、离合器；1-3、启动电机固定支座；2-1、轴套；2-2、整流支板；2-3、机匣；2-4、环形燃烧室；2-5、空心涡轮导向叶片；3-1、双面复合叶轮；3-1-1、双面离心式压气机；3-1-1-1、单一离心式压气机；3-1-1-1-1、主叶片；3-1-1-1-2、分流叶片；3-1-2、圆卡箍；3-1-3、空心轴向涡轮；3-1-4、封严圈；3-2、主轴；3-3、轴承一；3-4、减速器；3-5、复合桨叶； 4-1、尾喷管；4-2、空心整流管；4-3、尾气管；4-4支撑支杆；4-5支撑底座；4-6、轴承二；a、来流空气；b、高压空气；c、高温燃气；d、高温高压空气；e、低温燃气；f、后进气空气；g、外界大气；A、空心轴流涡轮叶栅通道；B、空心轴流涡轮壁内通道；C、离心压气机叶栅通道。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，藉此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本实用新型的具体实施例如图1至图4所示，一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机，包括启动部件1、转动部件3、机匣部件2、导向部件4；所述启动部件1设于所述机匣部件2之前，所述转动部件3设于所述启动部件1后方，所述导向部件4设于所述机匣部件2后方，所述转动部件3转动设于所述导向部件4内；所述转动部件3包括有主轴3-2、轴承一3-3、双面复合叶轮3-1、复合桨叶3-5和减速器3-4，所述主轴3-2与所述双面复合叶轮3-1一体化增材制造构成一个整体，所述减速器3-4设于所述双面复合叶轮3-1后端，复合桨叶3-5 设于所述减速器3-4后端，除复合桨叶3-5根部到尾喷管4-1位置采用对冲涡轮叶型外，其余所述复合桨叶3-5部分仍是正常桨叶型；所述双面复合叶轮3-1包括有双面离心式压气机 3-1-1、空心轴向涡轮3-1-3、圆卡箍3-1-2和封严圈3-1-4；所述空心轴向涡轮3-1-3设于所述双面离心式压气机3-1-1径向最大位置，所述空心轴向涡轮3-1-3与所述双面离心式压气机3-1-1固联，所述空心轴向涡轮3-1-3根部与所述圆卡箍3-1-2为无缝固联，所述封严圈3-1-4设于所述空心轴向涡轮3-1-3叶尖处，双面复合叶轮3-1两端进气，流量增大，提高涡轮冷却效果，进一步提高微型涡桨发动机的性能。

进一步的，所述机匣部件2还包括有机匣2-3、环形燃烧室2-4、整流支板2-2、轴套2-1、空心涡轮导向叶片2-5；所述轴承一3-3套设在所述轴套2-1和所述主轴3-2上，所述轴套 2-1设于所述整流支板2-2内；所述整流支板2-2与所述机匣2-3在同一轴线上，所述整流支板2-2与所述机匣2-3的下方固联；所述环形燃烧室2-4设于所述机匣2-3内部；所述空心涡轮导向叶片2-5两端分别与所述环形燃烧室2-4固联并设于环形燃烧室2-4出口处，所述环形燃烧室2-4、空心涡轮导向叶片2-5与所述机匣2-3一体化制造；能够降低制造难度，避免多余的装配应力。

进一步的，所述启动部件1包括有启动电机1-1、启动电机固定支座1-3和离合器1-2；所述启动电机1-1设于所述启动电机固定支座1-3之前，所述启动电机1-1与所述主轴3-2经过所述离合器1-2传动，所述启动电机1-1固定支座通过螺栓连接固定于所述整流支板2-2 上。

进一步的，所述双面离心式压气机3-1-1还包括两个单一离心式压气机3-1-1-1，两个所述单一离心式压气机3-1-1-1背对背固联。

进一步的，所述单一离心式压气机3-1-1-1还包括有主叶片3-1-1-1-1、分流叶片3-1-1-1-2；所述主叶片3-1-1-1-1径向最大位置与所述圆卡箍3-1-2无缝固联；所述分流叶片3-1-1-1-2径向最大位置与所述圆卡箍3-1-2无缝固联；所述主叶片3-1-1-1-1径向最大位置与所述空心轴向涡轮3-1-3无缝固联；所述分流叶片3-1-1-1-2径向最大位置与所述空心轴向涡轮3-1-3无缝固联。

进一步的，所述导向部件4包括尾喷管4-1、空心整流管4-2、尾气管4-3、支撑支杆4-4、轴承二4-6和支撑底座4-5；所述空心整流管4-2的基元级叶型为对称翼型，所述空心整流管4-2沿周向阵列分布，所述尾喷管4-1与所述尾气管4-3通过所述空心整流管4-2固联；所述尾喷管4-1设于所述机匣2-3的外壳后方；所述支撑支杆4-4位于所述双面复合叶轮3-1后端；所述支撑支杆4-4与所述支撑底座4-5、所述尾气管4-3固联并套设于轴承二4-6上，便于加工，有利于减轻重量，提高可靠性，降低维护成本。

具体的，本实用新型的工作原理是：来流空气a经单一离心式压气机3-1-1-1做功增压成高压空气b流入空心轴流涡轮3-1-3壁内通道继续扩压，涡轮3-1-3壁内的高压空气b与涡轮3-1-3壁外的高温燃气c产生传热即涡轮3-1-3壁内排出高温高压空气d，然后进入机匣2-3内分两股气流，一股气流之间从环形燃烧室2-4上方进入环形燃烧室2-4内与燃油混合燃烧排出高温燃气c，另一股气流流经空心涡轮导向叶片2-5内壁与壁外排出的高温燃气换热，再进入环形燃烧室2-4中燃烧；再经涡轮3-1-3壁外的叶栅通道驱动涡轮3-1-3并排出低温燃气e，最终在尾喷管4-1排出尾气。后进气空气f同理。通过复合叶轮3-1输出轴功以及尾喷管4-1排出尾气对冲复合桨叶3-5根部来驱动复合桨叶3-5转动，进而推动微小型飞行器飞行或微型燃气轮机工作。

本实用新型的有益效果是：一、该微型涡桨发动机在布雷顿循环的基础上增加回热循环即空心涡轮壁内外气流发生换热现象，回收涡轮出口热值，提高燃烧室进口的空气总温，可以减少供油量。因此提高热效率，降低耗油率；二、双面离心压气机两端进气，增大质量流量裕度且抵消部分轴向力；三、微型涡桨发动机结构紧凑且轻质；四、采用空心涡轮冷却设计可提高涡轮前温度；五、采用复合桨叶设计可利用排出的尾气进一步驱动桨叶做功，提高功重比。

以上仅就本实用新型的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本实用新型独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本实用新型保护范围内。

Claims

1.一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机，其特征在于：包括启动部件(1)、转动部件(3)、机匣部件(2)、导向部件(4)；所述启动部件(1)设于所述机匣部件(2)之前，所述转动部件(3)设于所述启动部件(1)后方，所述导向部件(4)设于所述机匣部件(2)后方，所述转动部件(3)转动设于所述导向部件(4)内；所述转动部件(3)包括有主轴(3-2)、轴承一(3-3)、双面复合叶轮(3-1)、复合桨叶(3-5)和减速器(3-4)，所述主轴(3-2)与所述双面复合叶轮(3-1)一体化增材制造构成一个整体，所述减速器(3-4)设于所述双面复合叶轮(3-1)后端，复合桨叶(3-5)设于所述减速器(3-4)后端；所述双面复合叶轮(3-1)包括有双面离心式压气机(3-1-1)、空心轴向涡轮(3-1-3)、圆卡箍(3-1-2)和封严圈(3-1-4)；所述空心轴向涡轮(3-1-3)设于所述双面离心式压气机(3-1-1)径向最大位置，所述空心轴向涡轮(3-1-3)与所述双面离心式压气机(3-1-1)固联，所述空心轴向涡轮(3-1-3)根部与所述圆卡箍(3-1-2)为无缝固联，所述封严圈(3-1-4)设于所述空心轴向涡轮(3-1-3)叶尖处。

2.根据权利要求1所述的一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机，其特征在于：所述机匣部件(2)还包括有机匣(2-3)、环形燃烧室(2-4)、整流支板(2-2)、轴套(2-1)、空心涡轮导向叶片(2-5)；所述轴承一(3-3)套设在所述轴套(2-1)和所述主轴(3-2)上，所述轴套(2-1)设于所述整流支板(2-2)内；所述整流支板(2-2)与所述机匣(2-3)在同一轴线上，所述整流支板(2-2)与所述机匣(2-3)的下方固联；所述环形燃烧室(2-4)设于所述机匣(2-3)内部；所述空心涡轮导向叶片(2-5)两端分别与所述环形燃烧室(2-4)固联并设于环形燃烧室(2-4)出口处，所述环形燃烧室(2-4)、空心涡轮导向叶片(2-5)与所述机匣(2-3)一体化制造。

3.根据权利要求2所述的一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机，其特征在于：所述启动部件(1)包括有启动电机(1-1)、启动电机固定支座(1-3)和离合器(1-2)；所述启动电机(1-1)设于所述启动电机固定支座(1-3)之前，所述启动电机(1-1)与所述主轴(3-2)经过所述离合器(1-2)传动，所述启动电机(1-1)固定支座通过螺栓连接固定于所述整流支板(2-2)上。

4.根据权利要求1所述的一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机，其特征在于：所述双面离心式压气机(3-1-1)还包括两个单一离心式压气机(3-1-1-1)，两个所述单一离心式压气机(3-1-1-1)背对背固联。

5.根据权利要求4所述的一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机，其特征在于：所述单一离心式压气机(3-1-1-1)还包括有主叶片(3-1-1-1-1)、分流叶片(3-1-1-1-2)；所述主叶片(3-1-1-1-1)径向最大位置与所述圆卡箍(3-1-2)无缝固联；所述分流叶片(3-1-1-1-2)径向最大位置与所述圆卡箍(3-1-2)无缝固联；所述主叶片(3-1-1-1-1)径向最大位置与所述空心轴向涡轮(3-1-3)无缝固联；所述分流叶片(3-1-1-1-2)径向最大位置与所述空心轴向涡轮(3-1-3)无缝固联。

6.根据权利要求1所述的一种双面复合叶轮的微型涡桨发动机，其特征在于：所述导向部件(4)包括尾喷管(4-1)、空心整流管(4-2)、尾气管(4-3)、支撑支杆(4-4)、轴承二(4-6)和支撑底座(4-5)；所述空心整流管(4-2)的基元级叶型为对称翼型，所述空心整流管(4-2)沿周向阵列分布，所述尾喷管(4-1)与所述尾气管(4-3)通过所述空心整流管(4-2)固联；所述尾喷管(4-1)设于所述机匣(2-3)的外壳后方；所述支撑支杆(4-4)位于所述双面复合叶轮(3-1)后端；所述支撑支杆(4-4)与所述支撑底座(4-5)、所述尾气管(4-3)固联并套设于轴承二(4-6)上。