寬飛行包線飛行器渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種寬飛行包線飛行器渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，所述組合發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，解決此類發(fā)動(dòng)機(jī)流道共用少、死重多、超聲速燃燒難實(shí)現(xiàn)等問題；在發(fā)動(dòng)機(jī)方面，將風(fēng)扇轉(zhuǎn)子設(shè)置在低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間并減速傳動(dòng)、燃?xì)忸A(yù)冷等設(shè)計(jì)結(jié)合利用，大幅提升發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能；本實(shí)用新型整合了渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在各自適用飛行范圍內(nèi)的優(yōu)勢(shì),使其具有可常規(guī)起降、重復(fù)使用、可靠性高、低速性能好、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)低等優(yōu)點(diǎn),具有很好的工程應(yīng)用前景。
【專利說明】寬飛行包線飛行器渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，圍繞著未來戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展的各種可能性，人們進(jìn)行了廣泛的探索。主要方向 之一有：更快的飛行速度，更高的飛行高度和無人化控制。要求其能夠兼顧在各種高度、 各種姿態(tài)下的飛行性能。更加注重超遠(yuǎn)程打擊能力，突出超高速飛行，并進(jìn)一步強(qiáng)化現(xiàn)代戰(zhàn) 斗機(jī)在中低空的亞聲速機(jī)動(dòng)性和超聲速機(jī)動(dòng)性。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)既可以在天空中工作，也可以 在太空中工作，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)極為重要。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠根據(jù)飛行環(huán)境、自主地改變工作 結(jié)構(gòu)、優(yōu)化飛行性能的寬飛行包線飛行器渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：寬飛行包線飛行器渦輪基組合 循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，在低速模態(tài)或高速模態(tài)下工作或相互轉(zhuǎn)換，包括渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和雙模態(tài)沖壓發(fā) 動(dòng)機(jī)；
[0005] 所述雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)包括設(shè)有外涵道進(jìn)氣口的外涵道，所述外涵道的前端為外 涵進(jìn)氣道；所述外涵進(jìn)氣道的內(nèi)表面設(shè)有燃料噴注口；
[0006] 所述渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在所述外涵道內(nèi)，包括設(shè)有內(nèi)涵道進(jìn)氣口的內(nèi)涵進(jìn)氣道，所 述內(nèi)涵進(jìn)氣道內(nèi)安裝有低壓壓氣機(jī)，所述內(nèi)涵道進(jìn)氣口位于所述外涵進(jìn)氣道內(nèi)，所述內(nèi)涵 道進(jìn)氣口為分瓣且可以完全關(guān)閉的錐形罩殼，所述錐形罩殼關(guān)閉后外形為一個(gè)尖部向前的 錐體；所述內(nèi)涵進(jìn)氣道后設(shè)有風(fēng)扇轉(zhuǎn)子，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子包括風(fēng)扇葉片、風(fēng)扇葉柄和轉(zhuǎn)子體， 所述風(fēng)扇葉片位于所述外涵道內(nèi)；位于所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子后的所述外涵道內(nèi)設(shè)有主內(nèi)涵道，所 述主內(nèi)涵道內(nèi)安裝有高壓壓氣機(jī)，所述高壓壓氣機(jī)后的所述主內(nèi)涵道內(nèi)設(shè)有預(yù)壓室，所述 預(yù)壓室之后設(shè)有內(nèi)涵燃燒室，所述內(nèi)涵燃燒室內(nèi)設(shè)有燃料噴注口；所述內(nèi)涵燃燒室后設(shè)有 一級(jí)高壓渦輪，所述高壓渦輪與所述高壓壓氣機(jī)通過高壓轉(zhuǎn)子軸固定連接；所述高壓渦輪 后設(shè)有兩級(jí)低壓渦輪，所述低壓渦輪轉(zhuǎn)向與高壓渦輪相反；所述低壓渦輪與低壓壓氣機(jī)通 過低壓轉(zhuǎn)子軸固定連接，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子通過風(fēng)扇變速裝置與所述低壓轉(zhuǎn)子軸連接；所述高 壓轉(zhuǎn)子軸為空心軸且套裝在所述低壓轉(zhuǎn)子軸外，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子安裝在所述低壓轉(zhuǎn)子軸上；
[0007] 所述低壓渦輪后的所述主內(nèi)涵道設(shè)有主內(nèi)涵道排氣口，所述主內(nèi)涵道排氣口設(shè)有 可調(diào)大小且能夠完全關(guān)閉的排氣調(diào)節(jié)片；所述主內(nèi)涵道排氣口位于所述外涵道內(nèi)；所述矢 量噴口和所述主內(nèi)涵道排氣口之間設(shè)有作為加力燃燒室的外涵道延長(zhǎng)段；
[0008] 所述主內(nèi)涵道外的所述外涵道的空間設(shè)置為外涵燃燒室。
[0009] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述外涵道進(jìn)氣口設(shè)有可以上下偏轉(zhuǎn)一定角度的下唇口。
[0010] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述還原劑燃料箱內(nèi)裝有液態(tài)氫或液態(tài)碳?xì)浠衔?，所?氧化劑燃料箱內(nèi)裝有液態(tài)氧。 toon] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，整個(gè)所述外涵道內(nèi)壁設(shè)有熱交換器，所述熱交換器兼做與 所述燃料噴注口連接的燃料供給管路；
[0012] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述風(fēng)扇變速裝置包括轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述低壓轉(zhuǎn)子軸上的中 心齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述中心齒輪上的行星齒輪，所述行星齒輪外安裝有齒圈，所述齒圈固 定連接有轉(zhuǎn)子體，所述轉(zhuǎn)子體外周固定安裝有所述風(fēng)扇葉柄，所述轉(zhuǎn)子體轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述 低壓轉(zhuǎn)子軸上；所述中心齒輪與所述低壓轉(zhuǎn)子軸之間安裝有離合器。
[0013] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述風(fēng)扇葉片為可變距葉片。
[0014] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述高壓壓氣機(jī)為四級(jí)軸流式整體葉盤結(jié)構(gòu)。
[0015] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述主內(nèi)涵道的進(jìn)氣口處設(shè)有可以調(diào)節(jié)張開大小的導(dǎo)流 片。
[0016] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述預(yù)壓室內(nèi)設(shè)有熱交換器，所述熱交換器兼做與所述燃 料噴注口連接的燃料供給管路。
[0017] 由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型結(jié)合渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，解 決此類發(fā)動(dòng)機(jī)流道共用少、死重多、超聲速燃燒難實(shí)現(xiàn)等問題；在發(fā)動(dòng)機(jī)方面，將風(fēng)扇轉(zhuǎn)子 設(shè)置在低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間并減速傳動(dòng)、燃?xì)忸A(yù)冷等設(shè)計(jì)結(jié)合利用，大幅提升發(fā) 動(dòng)機(jī)的整體性能；本實(shí)用新型整合了渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在各自適用飛行范圍 內(nèi)的優(yōu)勢(shì)，使其具有可常規(guī)起降、重復(fù)使用、可靠性高、低速性能好、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)低等優(yōu)點(diǎn)，具 有很好的工程應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例組合發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0019] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例組合發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0020] 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0021] 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例風(fēng)扇葉片的工作原理圖；
[0022] 圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例低壓壓氣機(jī)的工作原理圖一；
[0023] 圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例低壓壓氣機(jī)的工作原理圖二；
[0024] 圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例組合發(fā)動(dòng)機(jī)在渦扇模態(tài)下的工作原理圖；
[0025] 圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例組合發(fā)動(dòng)機(jī)在渦噴模態(tài)下的工作原理圖；
[0026] 圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例組合發(fā)動(dòng)機(jī)超聲速燃燒沖壓模態(tài)的工作原理圖；
[0027] 圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例組合發(fā)動(dòng)機(jī)亞聲速燃燒沖壓模態(tài)的工作原理圖；
[0028] 圖中：1-雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)；2-渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)；3-外涵道進(jìn)氣口；31-下唇口； 32-外涵道延長(zhǎng)段；33-外涵進(jìn)氣道；4-矢量噴口；124-外涵燃燒室；12-外涵道；13-燃 料噴注口；141-內(nèi)涵道進(jìn)氣口；14-內(nèi)涵進(jìn)氣道；15-低壓壓氣機(jī)；16-錐形罩殼；17-風(fēng)扇 轉(zhuǎn)子；171-風(fēng)扇葉片；172-風(fēng)扇葉柄；173-轉(zhuǎn)子體；18-主內(nèi)涵道；181-主內(nèi)涵道排氣口； 182-排氣調(diào)節(jié)片；19-高壓壓氣機(jī)；20-預(yù)壓室；21-內(nèi)涵燃燒室；22-高壓渦輪；221-高壓 轉(zhuǎn)子軸；23-低壓渦輪；231-低壓轉(zhuǎn)子軸；25-熱交換器；26-燃料供給管路；27-中心齒輪； 28-行星齒輪；29-齒圈；30-離合器；31-導(dǎo)流片。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照【專利附圖】

【附圖說明】 本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0030] 本實(shí)用新型的發(fā)動(dòng)機(jī)分為渦扇模態(tài)、渦噴模態(tài)、亞聲速燃燒沖壓模態(tài)和超聲速燃 燒沖壓模態(tài)(后兩者可合稱為"雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)")。
[0031] 如圖1所示，基于本實(shí)施例對(duì)低速大推力和高超聲速動(dòng)力同時(shí)要求，本實(shí)施例的 組合發(fā)動(dòng)機(jī)被設(shè)計(jì)為串聯(lián)式渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。組合發(fā)動(dòng)機(jī)在亞聲速提供較大推力的 同時(shí)，也能夠在高超聲速飛行時(shí)提供飛行動(dòng)力，而且能夠自主從亞聲速過渡至高超聲速。本 實(shí)施例的組合發(fā)動(dòng)機(jī)在不同速度區(qū)間內(nèi)，分別以四種不同的模態(tài)工作，分別是：渦扇模態(tài)， v e [0Ma，0· 8Ma];渦噴模態(tài)，v e [0· 8Ma，3Ma];亞聲速燃燒沖壓模態(tài)，v e [3Ma，5Ma];超 聲速燃燒沖壓模態(tài)，v e [5Ma，15Ma]。
[0032] 如圖2所示，組合發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)可以看做一個(gè)非常規(guī)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)2,高壓壓氣 機(jī)19為四級(jí)軸流式、整體葉盤結(jié)構(gòu)。核心機(jī)處于風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17之后的進(jìn)氣處稱為主內(nèi)涵道 18的進(jìn)氣口，這里安裝有可以調(diào)節(jié)張開大小的導(dǎo)流片31。這個(gè)導(dǎo)流片31稱為流量比調(diào)節(jié) 片，它的張開大小可以調(diào)節(jié)內(nèi)外涵的流量比，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在渦扇模態(tài)根據(jù)飛行器不同的 速度和需求改變流量比，改善渦扇模態(tài)的適應(yīng)性能。
[0033] 高壓壓氣機(jī)19后為預(yù)壓室20,預(yù)壓室20就是一個(gè)中空的空間，之內(nèi)設(shè)有熱交換器 25,所述熱交換器25兼做與所述燃料噴注口 13連接的燃料供給管路26?？諝庠诹鹘?jīng)預(yù)壓 室20后被熱交換器25預(yù)冷，溫度下降繼續(xù)增壓，從而分擔(dān)部分壓氣機(jī)的工作。這使得高壓 壓氣機(jī)19的級(jí)數(shù)可以設(shè)計(jì)的更少，從而增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)效率，增加推重比。
[0034] 預(yù)壓室20之后接內(nèi)涵燃燒室21，空氣在此與預(yù)熱汽化的燃料混合后燃燒。內(nèi)涵燃 燒室21后為一級(jí)高壓渦輪22,高壓渦輪22與高壓壓氣機(jī)19通過高壓轉(zhuǎn)子軸221固定連接 形成的轉(zhuǎn)子稱為高壓轉(zhuǎn)子。高壓渦輪22后為兩級(jí)低壓渦輪23,轉(zhuǎn)向與高壓渦輪22相反。 低壓渦輪23與低壓壓氣機(jī)15和風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17聯(lián)動(dòng)，低壓渦輪23與低壓壓氣機(jī)15 (不包括 風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17)通過低壓轉(zhuǎn)子軸231固定連接后形成的轉(zhuǎn)子稱為低壓轉(zhuǎn)子。這種高、低壓轉(zhuǎn)子 對(duì)轉(zhuǎn)的工作方式，可使飛行器機(jī)動(dòng)飛行時(shí)作用于兩個(gè)轉(zhuǎn)子上的陀螺力矩大部分抵消，減小 對(duì)飛行器的力矩負(fù)荷，增強(qiáng)飛行器的操控性；另外這種結(jié)構(gòu)使裝于兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的中間軸 承內(nèi)外環(huán)轉(zhuǎn)向相反，降低了保持架與轉(zhuǎn)子組合體相對(duì)內(nèi)外環(huán)的轉(zhuǎn)速，對(duì)軸承的工作有利；而 且高、低壓轉(zhuǎn)子對(duì)轉(zhuǎn)也可以省去高壓渦輪22、低壓渦輪23之間的燃?xì)鈱?dǎo)向葉片。而將低壓 渦輪23設(shè)計(jì)為二級(jí)是考慮到低壓渦輪23除了要帶動(dòng)低壓壓氣機(jī)15外還要帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子 17,其負(fù)荷比較大。設(shè)計(jì)為二級(jí)雖會(huì)增加結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和重量，但減少了單級(jí)渦輪的負(fù)荷， 提高渦輪效率，從而為低壓壓氣機(jī)15和風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17輸出更高功率。在渦輪之后為主內(nèi)涵道 排氣口 181，所述主內(nèi)涵道排氣口 181處設(shè)有排氣調(diào)節(jié)片182,它可調(diào)大小且能夠完全關(guān)閉， 它的作用除了調(diào)節(jié)核心機(jī)排氣，還可以在亞聲速燃燒沖壓模態(tài)和超聲速燃燒沖壓模態(tài)與外 涵道12形成較平滑過渡，燃燒排氣將在此進(jìn)行第一次膨脹。
[0035] 本實(shí)施例的組合發(fā)動(dòng)機(jī)采用了處于低壓壓氣機(jī)15與高壓壓氣機(jī)19之間安裝風(fēng)扇 轉(zhuǎn)子17的方案，在增加渦扇模態(tài)和渦噴模態(tài)推力效率的同時(shí)，能夠更好適應(yīng)亞聲速燃燒沖 壓模態(tài)和超聲速燃燒沖壓模態(tài)。
[0036] 如圖3和圖4所示，本實(shí)施例的風(fēng)扇葉片171是可變距的，可變距風(fēng)扇葉片171設(shè) 計(jì)除了可在渦扇模態(tài)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的增壓比之外，還可以更好的適應(yīng)其它模態(tài)對(duì)外涵道12通 透性和阻力需求。風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17包括風(fēng)扇葉片171、風(fēng)扇葉柄172和轉(zhuǎn)子體173三部分，一部 分是位于內(nèi)涵道的風(fēng)扇葉柄172,它較為纖細(xì)，只起支撐作用；處在外涵道12的部分才是風(fēng) 扇葉片171，因此風(fēng)扇只給外涵道12空氣增壓。
[0037] 風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17通過風(fēng)扇變速裝置與低壓轉(zhuǎn)子軸231聯(lián)動(dòng)，而且這種聯(lián)動(dòng)是可以通過 離合器30斷開的。在渦扇模態(tài)時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17受低壓轉(zhuǎn)子軸231驅(qū)動(dòng)，風(fēng)扇葉片171對(duì)外 涵道12空氣增壓；而在渦噴模態(tài)、亞聲速燃燒沖壓模態(tài)和超聲速燃燒沖壓模態(tài)這三個(gè)模態(tài) 時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17將與低壓轉(zhuǎn)子軸231斷開聯(lián)動(dòng)，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)扇葉片171變距調(diào)為順漿 位置，風(fēng)扇葉片171與來流平行，使風(fēng)扇葉片171阻力盡量降低。風(fēng)扇葉片171的可變距體 現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)對(duì)不同模態(tài)的兼顧，滿足了本實(shí)施例寬飛行包線的需求。
[0038] 本實(shí)施例中，所述風(fēng)扇變速裝置包括轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述低壓轉(zhuǎn)子軸231上的中心齒 輪27,轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述中心齒輪27上的行星齒輪28,所述行星齒輪28外安裝有齒圈29， 所述齒圈29固定連接有轉(zhuǎn)子體173,所述轉(zhuǎn)子體173外周固定安裝有所述風(fēng)扇葉柄172,所 述轉(zhuǎn)子體173轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述低壓轉(zhuǎn)子軸231上；所述中心齒輪27與所述低壓轉(zhuǎn)子軸231 之間安裝有離合器30。
[0039] 如圖5和圖6所示，為了減少阻力及增加空氣流量，處于發(fā)動(dòng)機(jī)最前部的低壓壓氣 機(jī)15被設(shè)計(jì)成三級(jí)軸流式壓氣機(jī)，整體葉盤結(jié)構(gòu)。低壓壓氣機(jī)15有著獨(dú)立的進(jìn)氣道，稱為 內(nèi)涵進(jìn)氣道14。內(nèi)涵進(jìn)氣道14處于外涵進(jìn)氣道33內(nèi)，其截面為圓形且可以完全關(guān)閉，關(guān)閉 后外形為一個(gè)指向前的錐體，可以在亞聲速燃燒沖壓模態(tài)和超聲速燃燒沖壓模態(tài)對(duì)外涵道 12進(jìn)氣起壓縮作用。
[0040] 如圖1所示，外涵道12的進(jìn)氣道稱為外涵進(jìn)氣道33,它的前半部分承擔(dān)著主內(nèi)涵 道18和外涵道12的所有進(jìn)氣，后部包攏著內(nèi)涵進(jìn)氣道14。本實(shí)施例中，外涵道進(jìn)氣口 3的 下唇口 31可以上下偏轉(zhuǎn)一定的角度，用來調(diào)節(jié)進(jìn)氣。外涵進(jìn)氣道33稍稍向上傾斜，這是整 體設(shè)計(jì)統(tǒng)籌兼顧的結(jié)果，會(huì)使飛行器的阻力有所增加，但也使進(jìn)氣道對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片有一定 遮蔽作用，有利于隱身。
[0041] 外涵道12后部設(shè)有長(zhǎng)于主內(nèi)涵道18的核心機(jī)的外涵道延長(zhǎng)段32,使核心機(jī)排氣 與外涵道12排氣通過外涵道延長(zhǎng)段32混合再排出。這種外涵道延長(zhǎng)段32混排方式使得 組合發(fā)動(dòng)機(jī)在渦扇模態(tài)和渦噴模態(tài)時(shí)，主內(nèi)涵道18、外涵道12氣流可在噴出前再次做能量 交換，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率；外涵道延長(zhǎng)段32具有加力燃燒室的功能并方便安裝矢量噴口 4。
[0042] 外涵道12除了在后部的加力燃燒室外，在其中部，起于風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17直至主內(nèi)涵道 排氣口這一段為外涵道12獨(dú)立的燃燒室，稱為外涵燃燒室124。這個(gè)燃燒室作為雙模態(tài)沖 壓發(fā)動(dòng)機(jī)1的主燃燒室。
[0043] 本實(shí)施例的組合發(fā)動(dòng)機(jī)使用液態(tài)氫或液態(tài)碳?xì)浠衔?、液態(tài)氧作為燃料，同時(shí)作 為熱交換劑。在內(nèi)涵燃燒室21內(nèi)和外涵進(jìn)氣道33壁面設(shè)燃料噴注口 13。
[0044] 在本實(shí)施例，整個(gè)外涵道12內(nèi)壁、預(yù)壓室20內(nèi)和燃料噴注口 13處設(shè)有熱交換器 25。其中外涵道12內(nèi)壁的熱交換器25分為前后獨(dú)立的兩個(gè)部分，分界處在風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17附 近。
[0045] 熱交換器25的設(shè)置可以提前預(yù)冷進(jìn)氣，增加進(jìn)氣的壓縮效率；也能夠?qū)θ剂蠂娮?口 13起熱防護(hù)作用。而使用燃料作為熱交換劑可以減小熱交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)重量和復(fù)雜度， 簡(jiǎn)化管道布置；也使燃料提前預(yù)熱汽化，對(duì)燃燒更加有利。
[0046] 組合發(fā)動(dòng)機(jī)不同模態(tài)時(shí)的工作方式及模態(tài)間變換方式：
[0047] 1.渦扇模態(tài)
[0048] 如圖7所示，此時(shí)外涵進(jìn)氣道33和內(nèi)涵進(jìn)氣道14都開啟且張開較大，主內(nèi)涵道排 氣口打開。此時(shí)風(fēng)扇處于渦扇模態(tài)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17通過低壓轉(zhuǎn)子-風(fēng)扇減速傳動(dòng)系統(tǒng)受低壓 轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)，風(fēng)扇葉片171對(duì)外涵道12空氣增壓。在預(yù)壓室20內(nèi)和燃料噴注口 13處的熱交 換器25開啟，燃料先流過預(yù)壓室20內(nèi)的熱交換器25,再流過燃料噴注口 13處的熱交換器 25,最后注入燃燒室并與空氣混合。
[0049] 在內(nèi)涵道，空氣經(jīng)外涵進(jìn)氣道33前半部分流入內(nèi)涵進(jìn)氣道14,再流入低壓壓氣機(jī) 15。低壓壓氣機(jī)15受低壓渦輪23驅(qū)動(dòng)，對(duì)空氣增壓。由于組合發(fā)動(dòng)機(jī)采用中間風(fēng)扇的設(shè) 計(jì)，因此低壓壓氣機(jī)15不會(huì)受到風(fēng)扇的不利干擾。大部分被低壓壓氣機(jī)15增壓的空氣會(huì) 流過風(fēng)扇葉片171的風(fēng)扇葉柄172進(jìn)入核心機(jī)；而有少部分會(huì)從風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17處溢出至外涵 道12,可以增加外涵道12排氣的壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率，其效果類似于美國為第六代戰(zhàn) 機(jī)研制的變循環(huán)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的"中間涵道"。
[0050] 高壓壓氣機(jī)19被高壓渦輪22驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)進(jìn)入核心機(jī)的被低壓壓氣機(jī)15增壓的 高壓空氣再次增壓。之后空氣被排入預(yù)壓室20。在預(yù)壓室20內(nèi)，被增壓而溫度上升的高壓 氣流流過熱交換器25,與低溫燃料做熱交換。燃料升溫，氣流降溫。氣流的降溫會(huì)再次提高 壓縮效率，準(zhǔn)備用作燃燒。
[0051] 預(yù)壓室20也是用來增壓空氣的，其分擔(dān)了一部分壓氣機(jī)增壓空氣的任務(wù)，因而高 壓壓氣機(jī)19的級(jí)數(shù)可以設(shè)計(jì)的更少。因此組合發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)19只有四級(jí)轉(zhuǎn)子葉 片，減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和重量，縮短了尺寸，減小了高壓轉(zhuǎn)子的啟動(dòng)慣性。而較少 的壓氣機(jī)級(jí)數(shù)也就意味著渦輪更小的負(fù)荷，對(duì)燃?xì)獾哪芰肯囊簿透?，燃?xì)饪梢员Ａ舾?多能量用以驅(qū)動(dòng)低壓轉(zhuǎn)子以及最后噴出形成推力，間接提高了低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)推 力。而且預(yù)壓室20這個(gè)介于燃燒室和壓氣機(jī)之間的中空空間，可以起到一定的抑制發(fā)動(dòng)機(jī) 喘振的效果。
[0052] 燃料在內(nèi)涵燃燒室21內(nèi)燃燒后，燃?xì)庖来瘟鬟^并驅(qū)動(dòng)高壓渦輪22和低壓渦輪23 轉(zhuǎn)動(dòng)。之后燃?xì)饨?jīng)主內(nèi)涵道排氣口排入外涵道12后部，在那里將與外涵道12排氣混合最 后由矢量噴口 4排出。
[0053] 在外涵道12,空氣經(jīng)外涵進(jìn)氣道33進(jìn)入外涵道12。之后空氣經(jīng)風(fēng)扇增壓并與部 分從內(nèi)涵溢出的由低壓壓氣機(jī)15增壓的空氣混合，而后從核心機(jī)外流過并冷卻核心機(jī)。最 后與核心機(jī)排氣混合，由矢量噴口 4噴出。與現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)相比，組合發(fā)動(dòng)機(jī)的 涵道比較大，擁有更高的效率或更大的推力；同時(shí)這也是為雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)1預(yù)留足夠 的空間。
[0054] 如圖7所示，燃料依次流入預(yù)壓室20內(nèi)的熱交換器25和燃料噴注口 13 (外置管 道未給出），最后在內(nèi)涵燃燒室21內(nèi)注入壓縮空氣。
[0055] 2.渦噴模態(tài)
[0056] 如圖8所示，此時(shí)外涵道進(jìn)氣口 3張開較小，內(nèi)涵道進(jìn)氣口 141的錐形罩殼16張 開較大。所述風(fēng)扇變速裝置的離合器30斷開，所述低壓轉(zhuǎn)子軸231空轉(zhuǎn)，所述中心齒輪27 不動(dòng)，從而使風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17與低壓轉(zhuǎn)子斷開聯(lián)動(dòng)。此時(shí)低壓渦輪23只用來驅(qū)動(dòng)低壓壓氣機(jī) 15,低壓壓氣機(jī)15轉(zhuǎn)速上升，滿足了渦噴模態(tài)對(duì)壓氣機(jī)高效率的需求。此時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17停 轉(zhuǎn)，風(fēng)扇葉片171變距，葉片平行于來流，盡量降低風(fēng)扇阻力。其它部件的工作模態(tài)與渦扇 模態(tài)時(shí)相似。
[0057] 空氣經(jīng)內(nèi)涵道進(jìn)氣口 141和內(nèi)涵進(jìn)氣道14進(jìn)入低壓壓氣機(jī)15,由低壓壓氣機(jī)15 增壓后大部分空氣經(jīng)風(fēng)扇葉片171的風(fēng)扇葉柄172流入核心機(jī)，而一少部分空氣會(huì)溢出至 外涵道12,冷卻核心機(jī)的同時(shí)增加外涵道12氣流壓力，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。流入核心機(jī)的空 氣再依次流過高壓壓氣機(jī)19、預(yù)壓室20、內(nèi)涵燃燒室21和高壓渦輪22,核心機(jī)的工作方式 與渦扇時(shí)相同。
[0058] 由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17與低壓轉(zhuǎn)子斷開聯(lián)動(dòng)，使得低壓渦輪23的負(fù)荷減小，轉(zhuǎn)速提升， 從而提高低壓壓氣機(jī)15的增壓比，適應(yīng)了渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)2對(duì)壓氣機(jī)高效率的要求。
[0059] 3.超聲速燃燒沖壓模態(tài)
[0060] 因?yàn)殡p模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)1中的大部分設(shè)計(jì)點(diǎn)是為了滿足超聲速燃燒沖壓模態(tài)，所 以本說明書把超聲速燃燒沖壓模態(tài)放在亞聲速燃燒沖壓模態(tài)之前敘述。
[0061] 在超聲速燃燒沖壓模態(tài)時(shí)，內(nèi)涵道進(jìn)氣口 141的錐形罩殼16完全關(guān)閉，形成一個(gè) 指向前的錐體。外涵進(jìn)氣道33的進(jìn)氣口張開較大，主內(nèi)涵道排氣口完全關(guān)閉，形成一個(gè)指 向后的錐體。風(fēng)扇葉片171仍平行于來流，盡量降低風(fēng)扇葉片171的阻力。在本模態(tài)中整 個(gè)外涵道12內(nèi)壁和燃料噴注口 13處的熱交換器25開啟。
[0062] 空氣由外部進(jìn)入外涵進(jìn)氣道33,并在外涵進(jìn)氣道33中的一系列激波串的作用下 繼續(xù)減速增壓。前文中提到，進(jìn)氣道稍微向上傾斜，這勢(shì)必會(huì)增加阻力。但是進(jìn)氣口前端產(chǎn) 生的第一道激波使其后的氣流流向稍向上偏轉(zhuǎn)，向上傾斜的進(jìn)氣道實(shí)際上正好適應(yīng)了氣流 的流向。
[0063] 進(jìn)氣流過外涵進(jìn)氣道33后與燃料混合再流過風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17,風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17后為外涵 燃燒室124。外涵燃燒室124起于風(fēng)扇轉(zhuǎn)子17止于主內(nèi)涵到排氣口，可見其長(zhǎng)度十分大，本 實(shí)施例以長(zhǎng)燃燒室的方式保證超聲速下充分的燃燒。但其帶來的問題是需要冷卻的面積也 十分大，這個(gè)問題通過此處內(nèi)壁內(nèi)流過的起冷卻作用的燃料來解決。
[0064] 由于組合發(fā)動(dòng)機(jī)采用中間風(fēng)扇設(shè)計(jì)，內(nèi)涵在風(fēng)扇處"斷開"，使風(fēng)扇處的內(nèi)外涵道 12是相通的。因此在內(nèi)涵外壁的附面層會(huì)在風(fēng)扇處脫離壁面被卷入外涵道12氣流。而且 外涵道12的高速氣流會(huì)通過引射作用抽吸內(nèi)涵中的空氣。內(nèi)涵的氣壓會(huì)因?yàn)橐渥饔眠h(yuǎn) 低于外涵道12,甚至成為類中空狀態(tài)。這會(huì)在風(fēng)扇處形成橫向壓力梯度，使外涵道12氣流 有向中間靠攏的趨勢(shì)。同時(shí)風(fēng)扇也起到一定的渦流發(fā)生器的作用，這種兩種作用相產(chǎn)生十 分復(fù)雜的氣動(dòng)耦合，使風(fēng)扇后形成強(qiáng)度較高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的渦流。內(nèi)涵外壁的附面層一定會(huì) 被卷入渦流，外涵道12內(nèi)壁的渦流也很有可能被卷入。研究表明，當(dāng)燃料充分預(yù)混時(shí)，在高 溫高壓的附面層中會(huì)提前發(fā)生燃燒。已經(jīng)發(fā)生燃燒的附面層卷入渦流后，會(huì)迅速引起其它 預(yù)混燃?xì)獾娜紵?，從而點(diǎn)燃外涵燃燒室124。中間風(fēng)扇的特殊設(shè)計(jì)構(gòu)型，使組合發(fā)動(dòng)機(jī)通過 形成渦流并將預(yù)燃附面層卷入的方式擴(kuò)散和維持火焰，解決了超聲速燃燒點(diǎn)火、火焰擴(kuò)散 和維持火焰難的問題。
[0065] 4.亞聲速燃燒沖壓模態(tài)
[0066] 如圖10所不，發(fā)動(dòng)機(jī)在亞聲速燃燒沖壓模態(tài)時(shí)的工作方式與超聲速燃燒沖壓模 態(tài)時(shí)的工作方式相同，只是在外涵燃燒室124內(nèi)發(fā)生的是亞聲速燃燒，超聲速氣流在外涵 進(jìn)氣道33內(nèi)便減速擴(kuò)壓至亞聲速。
[0067] 此時(shí)外涵進(jìn)氣道33的進(jìn)氣口張開較小，矢量噴口 4調(diào)節(jié)為收縮擴(kuò)張噴口，其它可 調(diào)部件的工作狀態(tài)與超聲速燃燒沖壓模態(tài)時(shí)相同。
[0068] 來流在外涵進(jìn)氣道33內(nèi)減速增壓至亞聲速并與燃料混合，再經(jīng)外涵燃燒室124燃 燒后通過收縮擴(kuò)張噴口加速至超聲速噴出。
[0069] 本實(shí)施例的組合發(fā)動(dòng)機(jī)將變距風(fēng)扇、中間風(fēng)扇、低壓轉(zhuǎn)子-風(fēng)扇減速傳動(dòng)系統(tǒng)、燃 氣預(yù)冷等設(shè)計(jì)相結(jié)合，在實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行動(dòng)力的同時(shí)，在低速也獲得了大推力、大推重 t匕。通過優(yōu)化各部件各流道的設(shè)計(jì)，解決了渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)流道共用少、死重多等問 題。通過中間風(fēng)扇設(shè)計(jì)提高了渦扇和渦噴模態(tài)的推力效率，并解決了超聲速燃燒沖壓模態(tài) 發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、維持火焰難的問題。組合發(fā)動(dòng)機(jī)滿足了本實(shí)施例飛行器寬速度包線的動(dòng)力需 求，使其在所有速度下都擁有強(qiáng)勁的心臟。
[0070] 本實(shí)用新型將燃?xì)忸A(yù)冷、減速傳動(dòng)、中間風(fēng)扇等設(shè)計(jì)融入組合發(fā)動(dòng)機(jī)的渦扇模態(tài)， 通過進(jìn)一步優(yōu)化細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和推重比，從而保證了本實(shí)用新型作為一 款戰(zhàn)斗機(jī)的高動(dòng)力需求。利用中間風(fēng)扇設(shè)計(jì)的特殊內(nèi)涵構(gòu)型，解決了雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)1 超燃時(shí)點(diǎn)火難的問題。進(jìn)一步優(yōu)化組合發(fā)動(dòng)機(jī)各部件、各涵道的功用，使其滿足高超聲速動(dòng) 力需求的同時(shí)，擁有較高效率。
[0071] 如上所述，已經(jīng)在上面具體地描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，但是本實(shí)用新型不限 于此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求或其它因素進(jìn)行各種修改、組合、子 組合或者替換，而它們?cè)谒綑?quán)利要求及其等效物的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 寬飛行包線飛行器渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，在低速模態(tài)或高速模態(tài)下工作或相互轉(zhuǎn) 換，其特征在于：包括渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)； 所述雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)包括設(shè)有外涵道進(jìn)氣口的外涵道，所述外涵道的前端為外涵進(jìn) 氣道；所述外涵進(jìn)氣道的內(nèi)表面設(shè)有燃料噴注口； 所述渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在所述外涵道內(nèi)，包括設(shè)有內(nèi)涵道進(jìn)氣口的內(nèi)涵進(jìn)氣道，所述內(nèi) 涵進(jìn)氣道內(nèi)安裝有低壓壓氣機(jī)，所述內(nèi)涵道進(jìn)氣口位于所述外涵進(jìn)氣道內(nèi)，所述內(nèi)涵道進(jìn) 氣口為分瓣且可以完全關(guān)閉的錐形罩殼，所述錐形罩殼關(guān)閉后外形為一個(gè)尖部向前的錐 體；所述內(nèi)涵進(jìn)氣道后設(shè)有風(fēng)扇轉(zhuǎn)子，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子包括風(fēng)扇葉片、風(fēng)扇葉柄和轉(zhuǎn)子體，所 述風(fēng)扇葉片位于所述外涵道內(nèi)；位于所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子后的所述外涵道內(nèi)設(shè)有主內(nèi)涵道，所述 主內(nèi)涵道內(nèi)安裝有高壓壓氣機(jī)，所述高壓壓氣機(jī)后的所述主內(nèi)涵道內(nèi)設(shè)有預(yù)壓室，所述預(yù) 壓室之后設(shè)有內(nèi)涵燃燒室，所述內(nèi)涵燃燒室內(nèi)設(shè)有燃料噴注口；所述內(nèi)涵燃燒室后設(shè)有一 級(jí)高壓渦輪，所述高壓渦輪與所述高壓壓氣機(jī)通過高壓轉(zhuǎn)子軸固定連接；所述高壓渦輪后 設(shè)有兩級(jí)低壓渦輪，所述低壓渦輪轉(zhuǎn)向與高壓渦輪相反；所述低壓渦輪與低壓壓氣機(jī)通過 低壓轉(zhuǎn)子軸固定連接，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子通過風(fēng)扇變速裝置與所述低壓轉(zhuǎn)子軸連接；所述高壓 轉(zhuǎn)子軸為空心軸且套裝在所述低壓轉(zhuǎn)子軸外，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子安裝在所述低壓轉(zhuǎn)子軸上； 所述低壓渦輪后的所述主內(nèi)涵道設(shè)有主內(nèi)涵道排氣口，所述主內(nèi)涵道排氣口設(shè)有可調(diào) 大小且能夠完全關(guān)閉的排氣調(diào)節(jié)片；所述主內(nèi)涵道排氣口位于所述外涵道內(nèi)；矢量噴口和 所述主內(nèi)涵道排氣口之間設(shè)有作為加力燃燒室的外涵道延長(zhǎng)段； 所述主內(nèi)涵道外的所述外涵道的空間設(shè)置為外涵燃燒室。
2. 如權(quán)利要求1所述的寬飛行包線飛行器渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于：所述 外涵道進(jìn)氣口設(shè)有可以上下偏轉(zhuǎn)一定角度的下唇口。
3. 如權(quán)利要求1所述的寬飛行包線飛行器渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于：整個(gè) 所述外涵道內(nèi)壁設(shè)有熱交換器，所述熱交換器兼做與所述燃料噴注口連接的燃料供給管 路。
4. 如權(quán)利要求1所述的寬飛行包線飛行器渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于：所述 風(fēng)扇變速裝置包括轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述低壓轉(zhuǎn)子軸上的中心齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述中心齒輪上 的行星齒輪，所述行星齒輪外安裝有齒圈，所述齒圈固定連接有轉(zhuǎn)子體，所述轉(zhuǎn)子體外周 固定安裝有所述風(fēng)扇葉柄，所述轉(zhuǎn)子體轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述低壓轉(zhuǎn)子軸上；所述中心齒輪與所 述低壓轉(zhuǎn)子軸之間安裝有離合器。
5. 如權(quán)利要求1所述的寬飛行包線飛行器渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于：所述 風(fēng)扇葉片為可變距葉片。
6. 如權(quán)利要求1所述的寬飛行包線飛行器渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于：所述 高壓壓氣機(jī)為四級(jí)軸流式整體葉盤結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求1所述的寬飛行包線飛行器渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于：所述 主內(nèi)涵道的進(jìn)氣口處設(shè)有可以調(diào)節(jié)張開大小的導(dǎo)流片。
8. 如權(quán)利要求1所述的寬飛行包線飛行器渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于：所述 預(yù)壓室內(nèi)設(shè)有熱交換器，所述熱交換器兼做與所述燃料噴注口連接的燃料供給管路。
【文檔編號(hào)】F02K7/16GK203906119SQ201420151145
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】馮加偉 申請(qǐng)人:馮加偉