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CN108952964A - 一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机 - Google Patents

一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机 Download PDF

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CN108952964A CN201810770399.XA CN201810770399A CN108952964A CN 108952964 A CN108952964 A CN 108952964A CN 201810770399 A CN201810770399 A CN 201810770399A CN 108952964 A CN108952964 A CN 108952964A
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王云
王科
谭锟
涂喻昕
张洋洋
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Nanchang Hangkong University
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Nanchang Hangkong University
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Abstract

本发明公开了一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机，主要包括：离心压气机叶片和空心涡轮叶片合二为一的复合叶轮、主轴、启动电机、离合器、轴承、整流支架、环形旋流燃烧室、环形机壳组件、尾锥体、尾喷管，主轴与复合叶轮固联，启动机通过离合器与主轴连接，主轴通过两个轴承安装在轴套内，整流支架与环形机壳组件相联，环形机壳组件上有安装卡箍固定在飞机上。环形旋流燃烧室位于环形壳体组件内，尾锥体位于叶轮后部，尾喷管与壳体组件相连为一个整体。本发明的优点是发动机结构简化、重量减轻、提高转子机械转动性能、减少成本，还能有效利用压缩气流对空心涡轮叶片冷却降温，进一步提高发动机性能和寿命。

Description

一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机
技术领域
本发明涉及燃气轮机领域，特别是涉及一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机。
背景技术
在航空领域，随着航空技术的发展，无人机和轻型飞机逐步成为最具吸引力的产品之一，然而动力装置的轻型高效化是制约上述飞行器发展的关键技术。微小涡轮发动机需求和发展越来越快是航空发动机的一个重要分支，主要为无人机、巡航导弹、轻型飞机等提供所需动力，也可以为地面装置提供电力和动力等。通常的微小涡轮发动机主要由一根传动轴连接离心压气机和径向式涡轮或轴流式涡轮形成一个转子转动部件，细小的转子转速高、跨度大，转子旋转精度和振动稳定性难以控制。同时由于结构成本限制原因，通常的微小发动机对于涡轮是不进行冷却降温，这样大大的降低了涡轮的寿命和发动机的性能，严重影响了其发展应用。针对上述问题，本发明提出的一种新型的微小涡轮发动机复合叶轮结构，将压气机和涡轮合二为一，大大简化了转子结构，减轻了重量，减少了成本，提高了转子机械转动性能。同时还能有效地利用压缩气流对涡轮叶轮进行冷却降温，从而为提高涡轮前温度或降低涡轮材料要求创造了条件，有利于进一步提高发动机性能和寿命。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机。
本发明采用如下技术方案：一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机，包括启动电机、离合器、主轴、轴承、整流支架、离心压气机叶片与空心涡轮叶片光滑连接为一体的复合叶轮、环形旋流式燃烧室、环形机壳组件、尾锥体、尾喷管，离心压气机叶片的外缘径向通道与空心涡轮叶片光滑连接共同组成一个具有压气和膨胀做功双重功能的复合叶轮，启动电机通过离合器与主轴一端相连，主轴的另一端与复合叶轮中的离心压气机叶片固定连接，所述启动电机右侧外表面均匀连接三个连接杆一端，连接杆另一端与整流支架固定连接,离合器、主轴、轴承位于轴套内，主轴两端套设轴承，轴套外表面均匀设有三个整流支架，轴套外表面与整流支架一端焊接，且整流支架另一端与环形机壳组件固定连接, 环形旋流式燃烧室位于环形机壳组件内，环形机壳组件内圈与环形旋流式燃烧室内圈相连，所述环形旋流式燃烧室将离心压气机叶片出口气流的圆周速度在环形旋流式燃烧室中继续保持并燃烧加热加速后直接驱动空心涡轮叶片，空心涡轮叶片转动带动离心压气机叶片转动，环形机壳组件右侧面与尾喷管固定连接，尾锥体位于离心压气机叶片后部，且与尾喷管相连为一个整体，所述环形机壳组件上设有卡箍,用于将单一复合叶轮的燃气涡轮发动机固定到飞机上。
工作原理：本发明将离心压气机叶片的外缘径向通道与空心涡轮叶片光滑连接共同组成一个具有压气和膨胀做功双重功能的复合叶轮，环形旋流式燃烧室将离心压气机叶片出口气流的圆周速度在环形旋流式燃烧室中继续保持并驱动空心涡轮叶片，主轴与复合叶轮固定连接，启动电机通过离合器与主轴连接，主轴通过轴承安装在轴套内，整流支架与环形机壳组件相连，环形旋流式燃烧室位于环形机壳组件内，尾锥体位于复合叶轮的后部，尾喷管与环形机壳组件相连成一个整体，环形机壳组件上安装有卡箍，用于把单一复合叶轮的燃气涡轮发动机固定在飞机上。
本发明具有的优点：一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机的转子能有效简化结构，减轻重量，减少成本，提高转子机械转动性能，同时还能有效地利用压缩气流对涡轮叶轮进行冷却降温，从而为提高涡轮前温度或降低涡轮材料要求创造了条件，有利于进一步提高发动机性能和寿命。
附图说明
图1是本发明一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机结构示意图。
图2是本发明一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机结构原理示意图。
图3是本发明一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机中复合叶轮结构示意图。附图标记说明:1、启动电机2、离合器3、主轴4、轴承5、整流支架6、离心压气机叶片7、空心涡轮叶片8、环形旋流式燃烧室9、环形机壳组件 10、尾锥体11、尾喷管Ⅰ、低温空气Ⅱ、高温空气Ⅲ、高温燃气Ⅳ、低温燃气A、空心涡轮外通道B、空心涡轮叶片内通道C、离心压气机叶轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参照图1、2、3所示，一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机，包括启动电机(1)、离合器(2)、主轴(3)、轴承(4)、整流支架(5)、离心压气机叶片(6)、空心涡轮叶片(7)、环形旋流式燃烧室(8)、环形机壳组件(9)、尾锥体(10)、尾喷管(11)，离心压气机叶片(6)的外缘径向通道与空心涡轮叶片(7)光滑连接共同组成一个具有压气和膨胀做功双重功能的复合叶轮，启动电机(1)通过离合器 (2)与主轴(3)一端相连，主轴(3)的另一端与复合叶轮中的离心压气机叶片(6) 固定连接，所述启动电机(1)右侧外表面均匀连接三个连接杆的一端，连接杆另一端与整流支架(5)固定连接,离合器(2)、主轴(3)、轴承(4)设在轴套内，主轴 (3)两端套设轴承(4)，轴套外表面均匀设有三个整流支架(5)，轴套外表面与整流支架(5)一端焊接，且整流支架(5)另一端与环形机壳组件(9)固定连接,环形旋流式燃烧室(8)位于环形机壳组件(9)内，环形机壳组件(9)内圈与环形旋流式燃烧室(8)内圈相连，所述环形旋流式燃烧室(8)将离心压气机叶片(6)出口气流的圆周速度在环形旋流式燃烧室(8)中继续保持并燃烧加热加速后直接驱动空心涡轮叶片(7)，空心涡轮叶片(7)转动带动离心压气机叶片(6)转动，环形机壳组件(9)右侧面与尾喷管(11)固定连接，尾锥体(10)位于离心压气机叶片(6) 后部，且与尾喷管(11)相连为一个整体，所述环形机壳组件(9)上设有卡箍,用于将单一复合叶轮的燃气涡轮发动机固定到飞机上。
离心压气机叶片(6)和空心涡轮叶片(7)采用3D打印加工技术做成一体,经离心压气机叶轮(D)压缩后的低温空气(Ⅰ)通过空心涡轮叶片内通道(B)继续离心压缩扩压，同时对空心涡轮叶片(7)可有效进行冷却降温；启动电机(1)通过离合器(2)与主轴(3)相连，两个轴承(4)用来支撑主轴(3)并与整流支架(5)固定连接，整流支架(5)与环形机壳组件(9)相联，环形旋流燃烧室(8)位于机壳组件9内，通过涡轮空心通道(B)的压缩高温空气(Ⅱ)在环形旋流燃烧室(8)内旋流燃烧，燃烧后高速、高温燃气(Ⅲ)经过空心涡轮外通道(A)膨胀做功，驱动复合叶轮旋转，尾锥体(10)固定在复合叶轮的尾部，尾喷管(11)与环形机壳组件(9)相连，使通过空心涡轮叶片(7)后的低温燃气(Ⅳ)经尾喷管(10)高速喷出。
不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机，其特征在于，离心压气机叶片(6)的外缘径向通道与空心涡轮叶片(7)光滑连接共同组成一个具有压气和膨胀做功双重功能的复合叶轮，环形旋流燃烧室(8)将离心压气机出口气流的圆周速度在燃烧室继续保持并燃烧加热加速后直接驱动空心涡轮叶片(7)。
2.根据权利要求1所述的一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机，其特征在于，单一复合叶轮的燃气涡轮发动机包括启动电机(1)、离合器(2)、主轴(3)、轴承(4)、整流支架(5)、离心压气机叶片(6)与空心涡轮叶片(7)光滑连接为一体的复合叶轮、环形旋流式燃烧室(8)、环形机壳组件(9)、尾锥体(10)、尾喷管(11)，启动电机(1)通过离合器(2)与主轴(3)一端相连,主轴(3)另一端与复合叶轮中的离心压气机叶片(6)固定连接，主轴(3)两侧套设轴承(4),环形旋流式燃烧室(8)位于环形机壳组件(9)内，环形机壳组件(9)右侧面与尾喷管(11)固定连接，尾锥体(10)位于离心压气机叶片(6)后部，且与尾喷管(11)相连为一个整体。
3.根据权利要求1所述的一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述离合器(2)、主轴(3)、轴承(4)分布在轴套内，轴套外表面均匀设有三个整流支架(5)，轴套外表面与整流支架(5)一端焊接，且整流支架(5)另一端与环形机壳组件(9)固定连接。
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