環(huán)形噴氣式雙轉(zhuǎn)子渦扇航空發(fā)動機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種渦輪航空發(fā)動機，且更具體地涉及一種環(huán)形渦扇航空發(fā)動機的系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空發(fā)動機的研制和發(fā)展是一項涉及空氣動力學(xué)、材料、工程物理、機械、電子、密 封、自動化控制等綜合性系統(tǒng)工程。航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致它具有高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、高負 荷等特點。目前先進燃氣輪機渦輪進口燃氣溫度已經(jīng)超過了 1700°C，并進一步邁向2100°C 甚至更高的溫度。壓氣機增總壓比達到40+的。渦輪葉片葉尖的線速度達到2000公里/ 時而它的葉片有3米多長。如此高溫高負荷下，改善發(fā)動機整體結(jié)構(gòu)是一條重要的發(fā)展方 向。
[0003] 世界上最先進的渦輪發(fā)動機，如遭遇鳥擊，飛鳥被吸入渦輪風(fēng)扇，使得發(fā)動機扇葉 變形或者卡住，致使發(fā)動機停機乃至起火，極易導(dǎo)致飛機失速墜毀。飛機在起飛和降落過程 中最易發(fā)生鳥擊。每年都會有鳥擊事故發(fā)生，有超過十多億美元的直接經(jīng)濟損失。
[0004] 用于航空燃氣渦輪的渦輪葉片由于運行在高溫氣體中。外表面暴露在高溫氣 體內(nèi)，所以為了防止渦輪葉片過熱，要在其內(nèi)側(cè)或內(nèi)部流通冷卻劑，從內(nèi)側(cè)或內(nèi)部對渦輪 葉片進行冷卻。將冷卻劑輸送到渦輪轉(zhuǎn)子葉片或輪葉上是燃氣渦輪機設(shè)計中的一個重 要問題，且因此已提出了實現(xiàn)冷卻劑輸送的許多不同的系統(tǒng)和方法。舉例來說美國專利 No. 5, 226, 785論述了使用導(dǎo)流器和葉輪來輸送葉片冷卻流，而美國專利No. 5, 317, 877論 述了使已抽取空氣穿過換熱，并且穿過環(huán)狀空間將空氣輸送到轉(zhuǎn)子上，其中使用葉輪將空 氣泵送直至渦輪葉片入口。在任何情況，在當(dāng)前的渦輪葉片冷卻系統(tǒng)中，冷卻渦輪葉片所需 的冷卻空氣量均為用于給定機器的總附加氣流的大約30%至40%。因此，渦輪葉片冷卻劑 輸送方法的任何提高都可對機器的性能產(chǎn)生較大的改善。
[0005] 機匣必須有足夠的強度，在高轉(zhuǎn)速時包容任何一個斷裂或脫落的葉片，機匣沒有 發(fā)生較大的破裂和嚴重變形。受外物撞擊損傷（F0D)、高周疲勞（HCF)和低周疲勞（LCF)影 響，不可避免地出現(xiàn)葉片斷裂。因此須對機匣進行可靠性設(shè)計，以避免發(fā)動機受損后的二次 傷害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供了一種大推重比、超高速的航空發(fā)動 機，用以解決推重比小，渦輪發(fā)動機無法進行超高速飛行（當(dāng)飛行馬赫數(shù)大于4(M>4)時， 壓氣機增壓氣流反而是不利的），吸鳥及異物進入對發(fā)動機的影響，渦輪冷卻及機匣強度等 問題。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目標(biāo)，采用如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明提供一種渦扇航空發(fā)動機的核心機，其發(fā)動機本體是空心的渦扇航空發(fā)動 機。結(jié)構(gòu)如附圖所示。由前到后依次為：進氣保護、進口導(dǎo)流葉片、風(fēng)扇、低壓壓氣機、高壓 壓氣機、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪以及適用于本發(fā)明的渦輪葉片冷卻系統(tǒng)。注：渦扇發(fā)動 機結(jié)構(gòu)部分不在進行描述。中心涵道貫通整個渦輪發(fā)動機，風(fēng)扇扇葉向中心延伸。其效果 是防止弓形激波的形成對沖壓發(fā)動的氣動參數(shù)造成破壞。中心涵道后部具有可控喉部用來 控制通過中心涵道氣流的流量。喉部前端的喉式短扇葉用來控制中心涵道氣流旋轉(zhuǎn)以及對 進入中心涵道進氣口的冷卻劑進行過濾。中心涵道進氣口為冷卻劑進氣口，它在短扇葉之 間。進氣口進入的冷卻劑經(jīng)過渦輪軸時再次增壓，泵送給渦輪，對渦輪進行冷卻。隔離段后 端為燃燒室部分（中心涵道排氣部分），是波瓣形噴管。噴管中含有燃油噴嘴，點火器及火 焰穩(wěn)定器等沖壓發(fā)動機所需的必要部件。
[0008] 風(fēng)扇外緣及渦輪輪緣裝有滾動軸承或磁力軸承與電磁裝置。風(fēng)扇、渦輪可以使用 帶冠輪盤，輪盤外徑使用滾動軸承或磁力軸承進行支撐，對離心力進行抑制可以有效改善 材料的剛性要求。但是相應(yīng)加大了軸承的可靠性和精密性。使轉(zhuǎn)子對葉片的拉力變?yōu)閷L 動軸承或磁力軸承的壓力。改善風(fēng)扇設(shè)計氣動參數(shù)。減少離心力對榫頭榫槽的剛性要求， 也改善了在發(fā)生FOD、HCF、LCF對機匣包容性的破壞。
[0009] 中心涵道入口（即沖壓發(fā)動機進氣口處）有風(fēng)扇扇葉向中心延伸，喉式短扇葉為 尾端收口形葉片。注：若旋轉(zhuǎn)方向為順時針則喉式短扇葉為逆時針制造。風(fēng)扇扇葉向中心 延伸其效果是防止弓形激波的形成，尾端喉式短扇葉增加冷卻劑進口壓力。由于實際氣流 的黏性會導(dǎo)致進入氣體旋轉(zhuǎn)，可在中心涵道表壁形成氣膜，以隔絕氣動加熱。
[0010] 可控喉部是控制喉部開口部分氣流通過面積大小的部件?？煽睾聿渴欠譃閿U壓段 與隔離段，其效果是擴壓段對中心涵道進行擴壓，隔離段在啟動沖壓發(fā)動機時的隔離，不使 用沖壓發(fā)動機時對渦輪發(fā)動機排氣進行冷卻。
[0011] 喉式短扇葉構(gòu)造成用以清潔抽取空氣的清潔裝置。其效果是對進入的異物，清潔 裝置要對其進行過濾。利用離心力將水、冰等物通過短扇葉剝離進氣口，如進入冷卻系統(tǒng)， 區(qū)域溫度過低，膨脹差異對渦輪易造成不可逆的損傷。
[0012] 尾部壓氣機具有進氣閥門對所進入的已濾空氣進行控制，而排氣口也存在閥門對 空氣流量進行控制。其效果當(dāng)采用沖壓發(fā)動機工作時，渦輪發(fā)動機不工作時，減少空氣損 失。
[0013] 低壓轉(zhuǎn)子軸尾部具有壓氣扇葉和氣室與尾錐組成尾部壓氣機結(jié)構(gòu)。其效果是對進 入的空氣進行增壓，氣室可存少量高壓空氣，維持壓力平穩(wěn)，為渦輪冷卻提供冷卻劑。
[0014] 渦輪冷媒排放系統(tǒng)，有氣室、渦輪盤傾斜氣孔、閥門。其效果是從渦輪冷卻后排出 的氣體有釋放空間?？纱罅恳肜鋮s空氣對渦輪進行冷卻。冷卻后氣體排出到外涵道或尾 錐排氣，當(dāng)壓力達到一定值時可引入到空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中。而沖壓發(fā)動機工作時，閥門是關(guān)閉 的，減少擴壓損失。
[0015] 前端風(fēng)扇外緣及渦輪輪緣裝有磁力軸承或滾動軸承與機匣上軸套組成配對，軸套 布有電路，產(chǎn)生高頻電壓。其效果是用來檢測與控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速。如設(shè)計合理，可以用來發(fā) 電。
[0016] 喉部前端喉式短扇葉，葉身為網(wǎng)狀結(jié)，葉片高度小于中心涵道直徑的10%，且高度 向后端增高。其效果是改善中心涵道氣流轉(zhuǎn)速，剝離異物從收口排出，保持進氣口清潔。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的環(huán)形噴氣式雙轉(zhuǎn)子渦扇航空發(fā)動機整體結(jié)構(gòu)示意圖
[0018] 圖2是本發(fā)動機風(fēng)扇正視圖
[0019] 圖3是本發(fā)動機渦輪及冷卻進口剖面圖
[0020] 附圖標(biāo)記說明
[0021] 1進氣保護，2進氣導(dǎo)流葉，3風(fēng)扇，4外涵道，5中心涵道，6低壓壓氣機，7高壓壓氣 機，8環(huán)形燃燒室，9高壓渦輪，10低壓渦輪，11喉式短扇葉，12中心涵道進氣口，13尾錐，14 排氣整流（或加力燃燒室），15可控喉部，16磁力軸承，17波瓣形噴管，18傾斜氣孔，19尾 部壓氣機。