渦輪發動機的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種渦輪發動機，其包括：機匣、渦輪機、分流環、殼體、油路組件以及點火器。分流環連接于機匣的前端并與機匣一起套設于渦輪機。殼體收容機匣，并與機匣的外壁面形成外涵燃燒室，而分流環及機匣的內部形成內涵氣流通道。油路組件受控連通于外涵燃燒室。點火器設置于外涵燃燒室內，用于對燃氣進行點火，進而燃氣爆震燃燒。在本實用新型的渦輪發動機中，外涵燃燒室的結構簡單，重量輕，大大提高了發動機的推重比。基于點火器設置于外涵燃燒室內，可使進入外涵燃燒室內的燃氣旋轉爆震燃燒，從而解決了傳統的渦輪發動機燃燒不穩定的問題，提高了燃燒的熱效率，并改善了渦輪發動機的燃油經濟性和工作可靠性。
【專利說明】
渦輪發動機
技術領域
[0001]本實用新型涉及航空動力技術領域，尤其涉及一種渦輪發動機。
【背景技術】
[0002]目前，高推重比仍是航空燃氣渦輪發動機追求的重要性能指標，提高推重比的途徑主要有兩個:一是減輕重量;二是增大推力。對于第一點，在現有的材料和工藝水平條件下，為保證強度和壽命要求，減重空間十分有限。對于第二點，實現途徑主要有增大流量和增加發動機溫升水平。由于進口截面尺寸受到飛行器的制約，流量也不能任意增大，因此，在短時間內，增大推力只能從增加發動機溫升比的角度考慮。對于常規的渦輪風扇發動機，主燃燒室的釋熱量往往受到渦輪材料的限制，很難進一步提高，而外涵道氣流不經過渦輪部件，因而，對其溫度可以達到較高水平。目前已有在外涵道設置常規緩燃燃燒室的方案，然而由于外涵道空間狹小，布置常規燃燒室結構存在一定困難，同時，常規燃燒室所存在的熱效率低、燃燒不穩定、污染物排放水平高等問題仍然存在。
【實用新型內容】
[0003]鑒于【背景技術】中存在的問題，本實用新型的一個目的在于提供一種渦輪發動機，其外涵燃燒室的結構簡單，重量輕，大大提高了發動機的推重比。
[0004]本實用新型的另一個目的在于提供一種渦輪發動機，其解決了傳統的渦輪發動機燃燒不穩定的問題，提高了燃燒的熱效率，改善了發動機的燃油經濟性和工作可靠性。
[0005]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:機匣、渦輪機、分流環、殼體、油路組件以及點火器。渦輪機收容于機匣。分流環連接于機匣的前端并與機匣一起套設于渦輪機。殼體收容機匣并與機匣的外壁面形成外涵燃燒室，而分流環及機匣的內部形成內涵氣流通道。油路組件受控連通于外涵燃燒室，以向外涵燃燒室提供燃料。點火器設置于外涵燃燒室內，以用于對進入外涵燃燒室內的燃料和含氧氣體形成的燃氣進行點火，進而燃氣爆震燃燒。
[0006]本實用新型的有益效果如下:
[0007]在根據本實用新型的渦輪發動機中，殼體與機匣的外壁面形成外涵燃燒室，該外涵燃燒室的結構簡單，重量輕，大大提高了發動機的推重比。基于點火器設置于外涵燃燒室內，可使進入外涵燃燒室內的燃氣旋轉爆震燃燒，從而解決了傳統的渦輪發動機燃燒不穩定的問題，提高了燃燒的熱效率，并改善了渦輪發動機的燃油經濟性和工作可靠性。
【附圖說明】
[0008]圖1是根據本實用新型的渦輪發動機的整體結構示意圖；
[0009]圖2是圖1中的預蒸發室上的燃料噴口的周向位置示意圖；
[0010]圖3是圖1中的點火器的周向位置示意圖；
[0011]圖4是圖1中的調節機構的放大示意圖。
[0012]其中，附圖標記說明如下:
[0013]I機匣81活門
[0014]2渦輪機 82氣缸
[0015]3分流環 821缸體
[0016]4殼體 822活塞桿
[0017]5油路組件9氣體混合室
[0018]51燃料管 C外涵燃燒室
[0019]52霧化噴頭Cl氣體入口
[0020]6點火器 C2氣體出口
[0021]7預蒸發室S內涵氣流通道
[0022]71燃料噴口 F風扇
[0023]8調節機構A排氣口
【具體實施方式】
[0024]下面參照附圖來詳細說明根據本實用新型的渦輪發動機。
[0025]參照圖1至圖4，根據本實用新型的渦輪發動機包括:機匣1、渦輪機2、分流環3、殼體4、油路組件5以及點火器6。
[0026]渦輪機2收容于機匣I。分流環3連接于機匣I的前端并與機匣I一起套設于渦輪機
2。殼體4收容機匣I，并與機匣I的外壁面形成外涵燃燒室C，而分流環3及機匣I的內部形成內涵氣流通道S。油路組件5受控連通于外涵燃燒室C，以向外涵燃燒室C提供燃料(即燃油)。點火器6設置于外涵燃燒室C內，以用于對進入外涵燃燒室C內的燃料和含氧氣體形成的燃氣進行點火，進而燃氣爆震燃燒。在根據本實用新型的渦輪發動機中，殼體4與機匣I的外壁面形成外涵燃燒室C，該外涵燃燒室C的結構簡單，重量輕，大大提高了發動機的推重比。基于點火器6設置于外涵燃燒室C內，可使進入外涵燃燒室C內的燃氣旋轉爆震燃燒，從而解決了傳統的渦輪發動機燃燒不穩定的問題，提高了燃燒的熱效率，并改善了渦輪發動機的燃油經濟性和工作可靠性。
[0027]根據本實用新型的渦輪發動機，在一實施例中，參照圖1和圖2，渦輪發動機還可包括:預蒸發室7，形成于機匣I與渦輪機2之間，對經由油路組件5供入到預蒸發室7內的燃料進行蒸發處理。
[0028]在一實施例中，參照圖1預蒸發室7由分流環3、機匣I的前部以及渦輪機2的外壁形成。當然不僅限如此，預蒸發室7還可形成于機匣I與渦輪機2之間的其它適當的位置。
[0029]在一實施例中，參照圖1和圖2，預蒸發室7可具有:多個燃料噴口71，沿徑向貫通形成預蒸發室7的機匣I的對應部分，且沿機匣I的周向分布，各燃料噴口 71連通外涵燃燒室C，以使蒸發處理后的燃料經由各燃料噴口 71進入外涵燃燒室C。在這里補充說明的是，多個燃料噴口 71沿機匣I的周向分布，可使燃料進入外涵燃燒室C的方向與進入外涵燃燒室C的含氧氣體(作為氧化劑)的流動方向呈90°，有助于燃料與含氧氣體充分摻混。
[0030]在一實施例中，參照圖1和圖2，油路組件5可包括:燃料管51，一端連通于供油油路(未示出)，另一端連通于預蒸發室7;以及霧化噴頭52，設置于且連通于燃料管51的所述另一端并位于預蒸發室7內，對經由供油油路以及燃料管51供入的燃料進行霧化處理。[0031 ]在一實施例中，參照圖1，外涵燃燒室C可具有:氣體入口 Cl，與外涵燃燒室C受控連通并與外部提供含氧氣體源(未示出)受控連通;以及氣體出口C2，與外涵燃燒室C連通以排出外涵燃燒室C內燃燒后的廢氣。其中，外部提供含氧氣體源可以提供純氧氣或空氣。
[0032]在一實施例中，參照圖1，渦輪發動機還可包括:調節機構8，設置在外涵燃燒室C的氣體入口 Cl處，以調節氣體入口 Cl的大小或關閉氣體入口 Cl。其中，調節機構8的具體操作如下:當需要增大進入外涵燃燒室C的空氣流量時，通過控制調節機構8來調大氣體入口Cl的開度;相應地，當需要減小進入外涵燃燒室C的空氣流量時，通過控制調節機構8來減小氣體入口 Cl的開度。
[0033]在一實施例中，參照圖4，調節機構8可包括:活門81以及氣缸82。活門81，樞轉安裝于殼體4的靠近氣體入口 Cl處的位置。氣缸82可包括:缸體821，一端樞轉連接于殼體4 ；以及活塞桿822，一端伸入缸體821，另一端伸出缸體821并與活門81樞轉連接，氣缸82通過驅動活塞桿822相對缸體821伸縮運動而帶動活門81樞轉運動以打開或關閉氣體入口 Cl。當活門81轉動并逐漸遠離分流環3時，氣體入口Cl的開度逐漸變大；當活門81轉動并逐漸靠近分流環3時，氣體入口Cl的開度逐漸變小；當活門81轉動至搭在分流環3上，氣體入口Cl關閉。
[0034]在一實施例中，參照圖1，渦輪發動機還可包括:氣體混合室9，形成于外涵燃燒室C的氣體出口C2對應的殼體4的部分與機匣I的尾部之間，且連通于氣體出口C2和內涵氣流通道S。在這里補充說明的是，氣體混合室9可選擇性的進行設置于渦輪發動機中。在一些實施例中，渦輪發動機中可無需設置氣體混合室9，內涵氣流通道S中的氣體與外涵燃燒室C中的燃燒后的廢氣分別各自排出即可。
[0035]在一實施例中，參照圖1，渦輪發動機還可包括:風扇F，設置于殼體4的軸向前端，使外部氣體經由風扇F抽吸到渦輪發動機的殼體4內。其中，經由風扇F抽吸到渦輪發動機的殼體4內的氣體在分流環3的作用下，一部分進入外涵燃燒室C，而另一部分進入內涵氣流通道S。
[0036]在一實施例中，參照圖1，渦輪發動機還可具有:排氣口A，設置于殼體4的軸向后端。排氣口A排出的氣體最終可轉換為渦輪發動機的推力，進而推動飛行器運動。
[0037]在一實施例中，渦輪發動機還可包括:控制系統(未示出)，通信連接于調節機構8的氣缸82，以控制氣缸82的活塞桿822的運動。
[0038]最后補充說明的是，本實用新型的渦輪發動機采用外涵燃燒室C取代傳統的加力燃燒室，減小了渦輪發動機的總長度。此外，由于外涵燃燒室C采用連續旋轉爆震技術，使外涵燃燒室C由常規的等壓燃燒轉變為近似等容燃燒，從而顯著提高了熱效率，由此降低了渦輪發動機的耗油率，進而可延長外涵燃燒室C的工作時間。
【主權項】
1.一種渦輪發動機，包括: 機匣(I); 渦輪機(2)，收容于機匣(I);以及 分流環(3)，連接于機匣(I)的前端并與機匣(I) 一起套設于渦輪機(2); 其特征在于，渦輪發動機還包括: 殼體(4)，收容機匣(I)，并與機匣(I)的外壁面形成外涵燃燒室(C)，而分流環(3)及機匣(I)的內部形成內涵氣流通道(S); 油路組件(5)，受控連通于外涵燃燒室(C)，以向外涵燃燒室(C)提供燃料；以及 點火器(6)，設置于外涵燃燒室(C)內，以用于對進入外涵燃燒室(C)內的燃料和含氧氣體形成的燃氣進行點火，進而燃氣爆震燃燒。2.根據權利要求1所述的渦輪發動機，其特征在于，渦輪發動機還包括: 預蒸發室(7)，形成于機匣(I)與渦輪機(2)之間，對經由油路組件(5)供入到預蒸發室(7)內的燃料進行蒸發處理。3.根據權利要求2所述的渦輪發動機，其特征在于，預蒸發室(7)由分流環(3)、機匣(I)的前部以及渦輪機(2)的外壁形成。4.根據權利要求2所述的渦輪發動機，其特征在于，預蒸發室(7)具有: 多個燃料噴口(71)，沿徑向貫通形成預蒸發室(7)的機匣(I)的對應部分，且沿機匣(I)的周向分布，各燃料噴口(71)連通外涵燃燒室(C)，以使蒸發處理后的燃料經由各燃料噴口(71)進入外涵燃燒室(C)。5.根據權利要求2所述的渦輪發動機，其特征在于，油路組件(5)包括: 燃料管(51)，一端連通于供油油路，另一端連通于預蒸發室(7);以及 霧化噴頭(52)，設置于且連通于燃料管(51)的所述另一端并位于預蒸發室(7)內，對經由供油油路以及燃料管(51)供入的燃料進行霧化處理。6.根據權利要求1所述的渦輪發動機，其特征在于，外涵燃燒室(C)具有: 氣體入口(Cl)，與外涵燃燒室(C)受控連通并與外部提供含氧氣體源受控連通；以及 氣體出口( C2)，與外涵燃燒室(C)連通以排出外涵燃燒室(C)內燃燒后的廢氣。7.根據權利要求6所述的渦輪發動機，其特征在于，渦輪發動機還包括: 調節機構(8)，設置在外涵燃燒室(C)的氣體入口(CI)處，以調節氣體入口(CI)的大小或關閉氣體入口(Cl)。8.根據權利要求7所述的渦輪發動機，其特征在于，調節機構(8)包括: 活門(81)，樞轉安裝于殼體(4)的靠近氣體入口(Cl)處的位置；以及 氣缸(82)，包括: 缸體(821)，一端樞轉連接于殼體(4);以及 活塞桿(822)，一端伸入缸體(821)，另一端伸出缸體(821)并與活門(81)樞轉連接，氣缸(82)通過驅動活塞桿(822)相對缸體(821)伸縮運動而帶動活門(81)樞轉運動以打開或關閉氣體入口(Cl)。9.根據權利要求6所述的渦輪發動機，其特征在于，渦輪發動機還包括: 氣體混合室(9)，形成于外涵燃燒室(C)的氣體出口(C2)對應的殼體(4)的部分與機匣(I)的尾部之間，且連通于氣體出口(C2)和內涵氣流通道(S)。10.根據權利要求1所述的渦輪發動機，其特征在于，渦輪發動機還包括: 風扇(F)，設置于殼體(4)的軸向前端，使外部氣體經由風扇(F)抽吸到渦輪發動機的殼體(4)內； 渦輪發動機還具有: 排氣口(A )，設置于殼體(4)的軸向后端。
【文檔編號】F02C7/264GK205592026SQ201620297812
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】計自飛, 王兵, 謝嶠峰, 張會強
【申請人】清華大學