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CN114483304A - 一种新型变循环涡轴发动机结构 - Google Patents

一种新型变循环涡轴发动机结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型变循环涡轴发动机结构，包括发动机外机匣，在发动机外机匣内设置有核心机、外涵道、动力转子和几何可调机构，在发动机外匣上设置有进气口和排气框架，核心机包括风扇转子，在发动机外匣内还安装有风扇导叶，动力转子包括动力涡轮转子和动力涡轮导叶；气流从进气口进入外机匣，风扇转子和风扇导叶将气流分成内外两股气流流动，第一股气流继续经过核心机，第二股气流则通过外涵道，几何可调机构用于将第二股气流与第一股气流进行掺混，且几何可调机构可调节掺混后的气流流通面积，并使掺混后的气流流向动力涡轮导叶，从而推动动力涡轮转子做功，最后气流从排气框架排出；在动力涡轮转子上连接有用于输出动力的传动装置。

Description

一种新型变循环涡轴发动机结构
技术领域
本发明属于涡轴发动机的技术领域，特别涉及一种新型变循环涡轴发动机结构。
背景技术
目前针对变循环燃气涡轮发动机，国内外研究方向主要集中在变循环涡扇发动机上，如附图1所示，是5代VCE的发展概况。第一代的关键构件为VABI，其所具有的典型特征为涵道比可调；第二代的关键构件为CDFS，其所具有的典型特征为复杂多变量调节；第三代的关键构件为CDFS和FADEC，其所具有的典型特征为自适应模态选择阀门；第四代的关键构件为可调面积高压涡轮导向器、单级高负荷跨声速高压涡轮、双级无导叶对转低压涡轮，其所具有的典型特征为可控压比；第五代的关键构件为CDFS和Flade，其所具有的典型特征为自适应循环。但是上述内容中，很少涉及变循环涡轴发动机。目前服役的涡轴发动机横截面形状如附图2所示。由附图可以得知，目前服役的涡轴发动机通常包括后可变面积引射器、第一外涵道、CDFS、第二外涵道、模式选择活门、Flade、第三外涵道。该结构循环且不可调。
根据上述相关技术，发明人认为，该涡轴发动机循环且不可调。导致难以兼顾低速和高速飞行性能的优势。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种新型变循环涡轴发动机结构，其相比现有的涡轴发动机，本发明具有更强的循环调节能力和任务适应性。
一种新型变循环涡轴发动机结构，包括发动机外机匣，在发动机外机匣内设置有核心机、外涵道、动力转子和几何可调机构，在发动机外匣上设置有进气口和排气框架，核心机包括风扇转子，在发动机外匣内还安装有风扇导叶，动力转子包括动力涡轮转子和动力涡轮导叶；气流从进气口进入外机匣，风扇转子和风扇导叶将气流分成内外两股气流流动，第一股气流继续经过核心机，第二股气流则通过外涵道，几何可调机构用于将第二股气流与第一股气流进行掺混，且几何可调机构可调节掺混后的气流流通面积，并使掺混后的气流流向动力涡轮导叶，从而推动动力涡轮转子做功，排气框架用于将气流排出；在动力涡轮转子上连接有传动装置，传动装置用于输出动力。
进一步的，所述的核心机包括两级转子，其分别为高压转子和低压转子，高压转子包括了高压压气机转子和高压涡轮转子及其两者之间的连接轴；风扇转子属于低压转子，且低压转子还包括低压涡轮转子及连接风扇转子和低压涡轮转子之间的连接轴。
进一步的，所述的核心机包括三级及三级以上的转子。
进一步的，所述的核心机包括燃烧室，燃烧室的结构包括直流式、回流式或者三级式。
进一步的，所述的发动机外机匣内通过支板结构连接有压气机静子，压气机静子位于风扇转子与燃烧室之间。
进一步的，所述的压气机静子的压气机导叶和动力涡轮导叶均用于调节气流的流通面积。
进一步的，所述的动力转子为单级转子或双级转子或三级及以上的转子。
进一步的，所述的高压转子为单级转子或双级转子或三级及以上的转子。
进一步的，所述的低压转子为单级转子或双级转子或三级及以上的转子。
进一步的，所述的传动装置为花键或者膜盘。
进一步的，所述的风扇转子为单级转子或双级转子。
通过上述技术方案，其能够使该涡轴发动机循环可调。在对于需要同时兼顾低速和高速飞行性能的时候，本新型变循环涡轴发动机具有良好的优势。其相比现有的涡轴发动机，本发明具有更强的循环调节能力和任务适应性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了背景技术中5代VCE的发展概况。
图2示出了背景技术中涡轴发动机的结构。
图3示出了本申请中发动机外机匣的剖面示意图。
附图标记：01、高压转子；011、高压压气机转子；012、高压涡轮转子；02、低压转子；021、风扇转子；022、低压涡轮转子；03、动力转子；032、动力涡轮转子；033、花键；04、燃烧室；111、压气机静子；112、高压涡轮静子；121、风扇导叶；122、低压涡轮静子；132、动力涡轮导叶；151、进气组件；152、支板；153、几何可调机构；154、排气框架；155、进气口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图3，一种新型变循环涡轴发动机结构，其包括发动机外匣，发动机外匣上设置有进气口155和出气口。在进气口155处安装有进气组件151在发动机外机匣的出气口处安装有排气框架154。该新型变循环涡轴发动机结构为三转子结构，其分别为高压转子01、低压转子02和动力转子03。高压转子01包括了高压压气机转子011和高压涡轮转子012及其两者之间的连接轴；低压转子02包括风扇转子021和低压涡轮转子022及两者之间的连接轴；动力转子03包括动力涡轮转子032及动力涡轮输出轴。
参照图3，在发动机外机匣内设置有核心机，高压转子01和低压转子02为核心机的两级转子，动力转子03也设置在发动机外机匣内。在发动机外机匣内还设置有外涵道、几何可调机构153和动力涡轮导叶132。
参照图3，风扇转子021的位置与进气组件151位置相邻，在风扇转子021的后端处安装有风扇导叶121。在风扇导叶121的后端处采用支板152结构安装有压气机静子111，且压气机静子111与发动机外机匣相连。在压气机静子111后侧连接有燃烧室04，燃烧室04的结构有三种，其可以选用直流式、回流式或者三级式中的任意一种。在燃烧室04的后端安装有高压涡轮静子112，高压涡轮转子012安装在高压涡轮静子112的后端处，在高压涡轮转子012的后端处布置有低压涡轮静子122，低压涡轮转子022位于低压涡轮静子122的后端处。在低压涡轮转子022的后端处安装有支板152，动力涡轮导叶132安装在支板152后端处，且支板152和动力涡轮导叶132将离心机涡轮后端内外流道进行相连接。几何可调机构153安装在纸板和动力涡轮导叶132之间，并可控制气流流通面积。动力涡轮转子032位于动力涡轮导叶132后侧，排气框架154位于动力涡轮转子032后侧。在动力涡轮转子032上连接有用于输出动力的传动装置。传动装置为花键033或者膜盘。
当气流从进气口155进入外机匣后，风扇转子021和风扇导叶121将气流分成内外两股气流流动，第一股气流继续经过核心机，第二股气流则流入外涵道内。第二股气流在通过外涵道后，在几何可调机构153的引导下，第二股气流与第一股气流会汇合并进行掺混。通过操作几何可调机构153的位置，从而能够使几何可调机构153来调节掺混后的气流流通面积，即流道的横截面面积。掺混后的气流在经过几何可调机构153之后，流向动力涡轮导叶132，从而推动动力涡轮转子032做功，将气流的内能转换为机械能，带动传动装置输出动力。最后气流从排气框架154排出。当操纵几何可调机构153，使流道的横截面面积增加后，通过几何可调机构153处的气流流速会减慢。当操纵几何可调机构153，使流道的横截面面积减小后，通过几何可调机构153处的气流流速会加快。通过这样的设置，从而能够达到使推动动力涡轮转子032变化的作用。
核心机也可以使用更多级数的转子，如三级转子或者四级转子等。而动力转子03可以根据实际情况，来使用更多级数的转子，如双级转子或者三极转子。同样的，高压涡轮可以根据实际情况，来使用更多级数的转子，如双级转子或者三极转子。低压涡轮也可以根据实际情况，来使用更多级数的转子，如双级转子或者三极转子。风扇转子021也可以根据实际情况，来使用更多级数的转子，如双级转子或者三极转子。
除了使用几何可调机构153来调节掺混后的气流流通面积之外，还可以用压气机静子111所相邻的压气机导叶来调节掺混后的气流流通面积，或者使用几何可调机构153后侧的动力涡轮导叶132结构来调节掺混后的气流流通面积。
通过这样的设置，本新型变循环涡轴发动机结构通过操控几何可调机构153，从而调节掺混后的气流流通面积，当掺混后的气流流通面积减小时，由于流道横截面减小而流量不变，会增加气流的流动速度，气流的流动速度快后，在推动动力涡轮转子032做功时，动力涡轮转子032的转动的速度也就越快，输出给外界的机械能也就越高。而当掺混后的气流流通面积增加时，由于流道横截面增大而流量不变，会减缓气流的流动速度，气流的流动速度快后，在推动动力涡轮转子032做功时，动力涡轮转子032的转动的速度也就越快，输出给外界的机械能也就越高。其能够使该涡轴发动机循环可调。在对于需要同时兼顾低速和高速飞行性能的时候，本新型变循环涡轴发动机具有良好的优势。其相比现有的涡轴发动机，本发明具有更强的循环调节能力和任务适应性。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种新型变循环涡轴发动机结构，其特征在于，包括发动机外机匣，在发动机外机匣内设置有核心机、外涵道、动力转子(03)和几何可调机构(153)，在发动机外匣上设置有进气口(155)和排气框架(154)，核心机包括风扇转子(021)，在发动机外匣内还安装有风扇导叶(121)，动力转子(03)包括动力涡轮转子(032)和动力涡轮导叶(132)；气流从进气口(155)进入外机匣，风扇转子(021)和风扇导叶(121)将气流分成内外两股气流流动，第一股气流继续经过核心机，第二股气流则通过外涵道，几何可调机构(153)用于将第二股气流与第一股气流进行掺混，且几何可调机构(153)可调节掺混后的气流流通面积，并使掺混后的气流流向动力涡轮导叶(132)，从而推动动力涡轮转子(032)做功，排气框架(154)用于将气流排出；在动力涡轮转子(032)上连接有传动装置，传动装置用于输出动力。
2.根据权利要求1所述的一种新型变循环涡轴发动机结构，其特征在于，所述的核心机包括两级转子，其分别为高压转子(01)和低压转子(02)，高压转子(01)包括了高压压气机转子(011)和高压涡轮转子(012)及其两者之间的连接轴；风扇转子(021)属于低压转子(02)，且低压转子(02)还包括低压涡轮转子(022)及连接风扇转子(021)和低压涡轮转子(022)之间的连接轴。
3.根据权利要求1所述的一种新型变循环涡轴发动机结构，其特征在于，所述的核心机包括三级及三级以上的转子。
4.根据权利要求2或3所述的一种新型变循环涡轴发动机结构，其特征在于，所述的核心机包括燃烧室(04)，燃烧室(04)的结构包括直流式、回流式或者三级式。
5.根据权利要求4所述的一种新型变循环涡轴发动机结构，其特征在于，所述的发动机外机匣内通过支板(152)结构连接有压气机静子(111)，压气机静子(111)位于风扇转子(021)与燃烧室(04)之间。
6.根据权利要求5所述的一种新型变循环涡轴发动机结构，其特征在于，所述的压气机静子(111)的压气机导叶和动力涡轮导叶(132)均用于调节气流的流通面积。
7.根据权利要求1所述的一种新型变循环涡轴发动机结构，其特征在于，所述的动力转子(03)为单级转子或双级转子或三级及以上的转子。
8.根据权利要求2所述的一种新型变循环涡轴发动机结构，其特征在于，所述的高压转子(01)为单级转子或双级转子或三级及以上的转子。
9.根据权利要求2所述的一种新型变循环涡轴发动机结构，其特征在于，所述的低压转子(02)为单级转子或双级转子或三级及以上的转子。
10.根据权利要求1所述的一种新型变循环涡轴发动机结构，其特征在于，所述的传动装置为花键(033)或者膜盘。
11.根据权利要求1所述的一种新型变循环涡轴发动机结构，其特征在于，所述的风扇转子(021)为单级转子或双级转子。
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