渦輪發動機的制作方法

本實用新型涉及發動機技術領域，尤其涉及一種渦輪發動機。

背景技術：

推重比(推力與發動機重量的比)和耗油率是衡量航空燃氣渦輪發動機的重要指標，它們分別決定了飛行器的機動性和作戰半徑(或航程)。由于當前材料和工藝水平的限制，渦輪基推進方式的增溫比和增壓比等循環參數很難進一步提升，導致系統推力難以繼續增大，使用加力燃燒室等方式雖然可以使發動機的推力性能得到顯著提升，但使得發動機的耗油率大大增加，從而使得飛行器的作戰半徑和留空時間顯著減小。因此，對于渦輪基推進方式提高推重比的重要途徑是減重。循環熱效率是決定發動機耗油率的關鍵因素。因此，提出一種緊湊、輕質、高效的發動機結構形式是進一步提升航空燃氣渦輪發動機的推重比的希望所在。

技術實現要素：

鑒于背景技術中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種渦輪發動機，其結構緊湊、燃燒效率高，顯著提升了發動機的推重比。

為了實現上述目的，本實用新型提供了一種渦輪發動機，其包括：第一殼體，具有進氣口，進氣口連通外部大氣；第二殼體，具有排氣口；第三殼體，固定連接于第一殼體和第二殼體且連通于第一殼體和第二殼體；中心體，設置于第三殼體內，且中心體的外壁面與第三殼體的內壁面形成旋轉爆震燃燒室，旋轉爆震燃燒室連通于第一殼體的進氣口以接收外部的空氣；油路組件，受控連通于旋轉爆震燃燒室，以向旋轉爆震燃燒室提供燃料)；點火器，固定設置于第三殼體上，用于對進入旋轉爆震燃燒室內的燃料和空氣形成的燃氣進行點火，進而燃氣旋轉爆震燃燒；壓氣機，設置于第一殼體內，對經由進氣口進入第一殼體內的空氣進行壓縮處理；渦輪機，設置于第二殼體內，且在第二殼體內的氣體的驅動下旋轉運動；以及主軸，用于連接壓氣機和渦輪機，以使渦輪機帶動壓氣機運動，從而實現對空氣的壓縮處理。

本實用新型的有益效果如下：

在根據本實用新型的渦輪發動機中，由于集成了連續旋轉爆震技術和由壓氣機、主軸以及渦輪機組成的葉輪機械系統，從第一殼體的進氣口進入的空氣在流動至旋轉爆震燃燒室之前，首先在葉輪機械系統的作用下被壓縮，則空氣的溫度和壓力相應地顯著升高，從而增強了旋轉爆震燃燒室內的旋轉爆震燃燒過程，大大提高了燃燒效率，降低了發動機的耗油率。此外，基于連續旋轉爆震技術的運用，相應減少了壓氣機和渦輪機的級數，從而減輕了渦輪發動機的整體結構質量，提升了發動機的推重比；而基于葉輪機械系統的設置，使得渦輪發動機中無需加力燃燒室部件，渦輪發動機的整體結構更緊湊，從而改善了渦輪發動機的整體性能。

附圖說明

圖1是根據本實用新型的渦輪發動機的整體結構示意圖，其中箭頭表示渦輪發動機內的氣體的流動方向；

圖2是圖1中的油路組件與中心體的連接結構示意圖；

圖3是圖1中的中心體上的燃料噴口的周向分布示意圖；

圖4是圖1中的點火器的周向位置示意圖；

圖5是沿圖1中A-A線切分后的剖面圖，示意出了第一殼體與第三殼體的安裝關系。

其中，附圖標記說明如下：

11第一殼體 r14后體

111第一收容腔 15油路組件

112第二收容腔 151供油管路

M11旋轉爆震燃燒室 152噴嘴

C11進氣口 16點火器

12第二殼體 17壓氣機

C12排氣口 18渦輪機

13第三殼體 19主軸

131第一氣流通道 20噴管組件

132第二氣流通道 201外殼

133混合氣流通道 202中心錐體

14中心體 203調節機構

141預蒸發室 2031氣缸

142燃料噴口 2032伸縮桿

f14前體 C20尾氣噴口

h14環體

具體實施方式

下面參照附圖來詳細說明根據本實用新型的渦輪發動機。

參照圖1至圖5，根據本實用新型的渦輪發動機包括：第一殼體11，具有進氣口C11，進氣口C11連通外部大氣；第二殼體12，具有排氣口C12；第三殼體13，固定連接于第一殼體11和第二殼體12且連通于第一殼體11和第二殼體12；中心體14，設置于第三殼體13內，且中心體14的外壁面與第三殼體13的內壁面形成旋轉爆震燃燒室M11，旋轉爆震燃燒室M11連通于第一殼體11的進氣口C11以接收外部的空氣；油路組件15，受控連通于旋轉爆震燃燒室M11，以向旋轉爆震燃燒室M11提供燃料(即燃油)；點火器16，固定設置于第三殼體13上，用于對進入旋轉爆震燃燒室M11內的燃料和空氣形成的燃氣進行點火，進而燃氣旋轉爆震燃燒；壓氣機17，設置于第一殼體11內，對經由進氣口C11進入第一殼體11內的空氣進行壓縮處理；渦輪機18，設置于第二殼體12內，且在第二殼體12內的氣體的驅動下旋轉運動；以及主軸19，用于連接壓氣機17和渦輪機18，以使渦輪機18帶動壓氣機17運動，從而實現對空氣的壓縮處理。

在根據本實用新型的渦輪發動機中，由于集成了連續旋轉爆震技術和由壓氣機17、主軸19以及渦輪機18組成的葉輪機械系統，從第一殼體11的進氣口C11進入的空氣在流動至旋轉爆震燃燒室M11之前，首先在葉輪機械系統的作用下被壓縮，則空氣的溫度和壓力相應地顯著升高，從而增強了旋轉爆震燃燒室M11內的旋轉爆震燃燒過程，大大提高了燃燒效率，降低了發動機的耗油率。此外，基于連續旋轉爆震技術的運用，相應減少了壓氣機17和渦輪機18的級數，從而減輕了渦輪發動機的整體結構質量，提升了發動機的推重比；而基于葉輪機械系統的設置，使得渦輪發動機中無需加力燃燒室部件，渦輪發動機的整體結構更緊湊，從而改善了渦輪發動機的整體性能。

根據本實用新型的渦輪發動機，在一實施例中，參照圖1，第三殼體13形成有：第一氣流通道131，收容中心體14并連通第一殼體11，且旋轉爆震燃燒室M11形成于第一氣流通道131內；第二氣流通道132，連通第一殼體11；以及混合氣流通道133，供第一氣流通道131內的旋轉爆震燃燒后的氣體與第二氣流通道132內的空氣混合。這里，經由進氣口C11進入第一殼體11內的空氣，一部分(作為氧化劑)進入第三殼體13的第一氣流通道131內，而另一部分進入第三殼體13的第二氣流通道132內。進入第一氣流通道131內的空氣流動至旋轉爆震燃燒室M11中并與油路組件15供入的燃料充分摻混，進而旋轉爆震燃燒，燃燒后的氣體流入混合氣流通道133中。進入第二氣流通道132內的空氣，未參與旋轉爆震燃燒，直接流動至混合氣流通道133中與從第一氣流通道131流入的氣體混合。

在根據本實用新型的渦輪發動機中，第一殼體11與第三殼體13的安裝位置處(即圖1中A-A線對應的安裝端面)設置有調節機構(未示出)，用于調節進入第一氣流通道131和第二氣流通道132的空氣流量。這里，調節機構基于渦輪發動機的不同工作需求，直接改變第一氣流通道131和第二氣流通道132的面積比，從而調節進入第一氣流通道131和第二氣流通道132的空氣流量。

根據本實用新型的渦輪發動機，在一實施例中，參照圖1，中心體14可包括：前體f14；環體h14，與第三殼體13的與環體h14對應的部分形成旋轉爆震燃燒室M11(即環形燃燒腔)；以及后體r14。

在該實施例中，進一步參照圖1和圖2，中心體14的前體f14可為紡錘形，紡錘形的前體f14的外表面與對應的第三殼體13的內表面形成的部分為先減縮后擴張式通道，可防止在旋轉爆震燃燒室M11內形成的爆震波回傳至第一殼體11內，從而避免了爆震波對壓氣機17的影響。

根據本實用新型的渦輪發動機，在一實施例中，參照圖1，壓氣機17可為兩組。第一殼體11可具有：第一收容腔111，收容一組壓氣機17并連通于第一氣流通道131；以及第二收容腔112，收容另一組壓氣機17并連通于第一收容腔111和第二氣流通道132。這里，第一收容腔111內的壓氣機17對進入殼體的全部空氣進行增壓，而第二收容腔112內的壓氣機17對經由第一收容腔111內的壓氣機17增壓后的但未進入旋轉爆震燃燒室M11的空氣進行二次增壓，以使流入第二氣流通道132內的空氣為高壓空氣。第二氣流通道132內的高壓空氣與第一氣流通道131內的旋轉爆震燃燒后的氣體在混合氣流通道133內混合后進入第二殼體12中以用于驅動渦輪機18，渦輪機18經由主軸19帶動壓氣機17運動，從而實現壓氣機17對空氣的壓縮處理。

在根據本實用新型的渦輪發動機中，參照圖1和圖3，中心體14的內部中空以形成預蒸發室141。中心體14設置有：多個燃料噴口142，周向均勻分布在中心體14的前體f14，且各燃料噴口142均連通于旋轉爆震燃燒室M11。其中，油路組件15連通于預蒸發室141，經由油路組件15供入的燃料在預蒸發室141中進行蒸發處理，然后經由各燃料噴口142進入旋轉爆震燃燒室M11。在這里補充說明的是，多個燃料噴口142沿中心體14的前體f14的周向分布，可使燃料進入旋轉爆震燃燒室M11的方向與進入旋轉爆震燃燒室M11的空氣的流動方向呈90°，有助于燃料與空氣充分摻混。

在根據本實用新型的渦輪發動機中，參照圖1，油路組件15可包括：供油管路151，固定連接于中心體14的前體f14并連通于預蒸發室141；以及噴嘴152，設置于供油管路151的與中心體14連接的位置，以使供油管路151中的燃料經由噴嘴152進入預蒸發室141。在這里補充說明的是，預蒸發室141內的噴嘴152上安裝有霧化噴頭，霧化噴頭使從噴嘴152流出的燃油被霧化，進而被霧化后的燃油儲存在預蒸發室141內并借助爆震燃燒室M11的高溫環境蒸發為氣態，然后經由各燃料噴口142進入旋轉爆震燃燒室M11中。

在根據本實用新型的渦輪發動機中，在一實施例中，供油管路151與中心體14的前體f14螺紋連接。但不僅限如此，還可采用其它的連接方式。

在根據本實用新型的渦輪發動機中，在一實施例中，參照圖1，渦輪發動機還可包括：噴管組件20，連通于第二殼體12的排氣口C12，以排出第二殼體12內的氣體。其中，經由第二殼體12的排氣口C12排出的氣體仍具有較高的溫度和壓力，可在噴管組件20中繼續膨脹加速。

在該實施例中，參照圖1，噴管組件20可包括：外殼201，轉動連接于第二殼體12；中心錐體202，收容于外殼201內，中心錐體202的外壁面與外殼201的內壁面形成尾氣噴口C20；以及調節機構203，用于調整外殼201相對第二殼體12的位置以調節尾氣噴口C20的大小。這里，尾氣噴口C20的大小可基于渦輪發動機的不同工作狀態進行適應性調整。

在該實施例中，進一步參照圖1，調節機構203可包括：氣缸2031，固定于第二殼體12；以及伸縮桿2032，固定于外殼201。

在根據本實用新型的渦輪發動機中，外殼201可通過軸承轉動連接于第二殼體12。

在根據本實用新型的渦輪發動機中，第一殼體11可螺栓連接于第三殼體13，第二殼體12螺栓連接于第三殼體13。主軸19可通過軸承轉動連接于第一殼體11和第二殼體12。

在根據本實用新型的渦輪發動機中，第一殼體11的與壓氣機17的葉片對應的部分可設置有擴壓器(未示出)，第二殼體12的與渦輪機18的葉片對應的部分可設置有導向器(未示出)。

最后補充說明的是，本實用新型的渦輪發動機與常規的渦輪發動機相比，由于采用了連續旋轉爆震技術，其具有自增壓特性，在同等燃燒加熱量的條件下熵增最小，增大了發動機的循環熱效率，從而使得發動機的推重比和油耗性能顯著提升。當本實用新型的渦輪發動機用于航空航天飛行器中時，可改善飛行器的機動性、擴展飛行包線，有助于奪取制空權。此外，本實用新型的渦輪發動機還可用于民航客機或大型艦艇中。