涡喷发动机燃料供应系统及涡喷发动的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种涡喷发动机燃料供应系统，包括常规燃料供应子系统，所述常规燃料供应子系统包括燃油储存装置和燃油输送管路，所述燃油储存装置通过所述燃料输送管路可操控性地连通到涡喷发动机的燃烧室，所述涡喷发动机燃料供应系统还包括辅助燃料供应子系统，所述辅助燃料供应子系统包括过氧化氢储存装置和过氧化氢输送管路，所述过氧化氢储存装置通过所述过氧化氢输送管路可操控性地连通到所述涡喷发动机的燃烧室。在此还公开了一种与所述涡喷发动机燃料供应系统配合使用的涡喷发动机。该燃料供应系统特别适于为氧气稀薄的高空环境中侦察机等高空飞行器的涡喷发动机供应燃料。
【专利说明】涡喷发动机燃料供应系统及涡喷发动机
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞行器的发动机，特别是涉及一种涡喷发动机燃料供应系统及涡喷发动机。
【背景技术】
[0002]当今社会中各种中小型飞行器无论是在军事还是民用领域都发挥着相当重要的作用。在军事领域，中小型飞行器具有良好的隐蔽性，特别适合作为侦察和攻击武器。在民用领域，由于中小型飞行器具有结构简单、成本低的优点，在气象观测、环境检测、大地测量、防灾救灾等方面也有着广泛的应用。涡喷发动机是一种依靠完全依赖燃气流产生推力的发动机，具有推重比高、造价低廉、能量密度高等优点，通常用作中小飞行器的动力驱动装置。然而，当飞行器在高空飞行时，由于高空空气稀薄、氧气含量低，容易造成燃油不能充分燃烧，进而导致涡喷发动机的输出动力降低。
【发明内容】
[0003]本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种燃烧效率高、控制方便的涡喷发动机燃料供应系统。
[0004]另一目的是提供一种与该涡喷发动机燃料供应系统配合使用的涡喷发动机。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种涡喷发动机燃料供应系统，包括常规燃料供应子系统，所述常规燃料供应子系统包括燃油储存装置和燃油输送管路，所述燃油储存装置通过所述燃料输送管路可操控性地连通到涡喷发动机的燃烧室，所述涡喷发动机燃料供应系统还包括辅助燃料供应子系统，所述辅助燃料供应子系统包括过氧化氢储存装置和过氧化氢输送管路，所述过氧化氢储存装置通过所述过氧化氢输送管路可操控性地连通到所述涡喷发动机的燃烧室。
[0007]根据优选的实施例，本发明的技术方案还可能包括以下一些技术特征:
[0008]所述过氧化氢储存装置包括过氧化氢储存罐，所述过氧化氢储存罐具有加注口和输出口，所述过氧化氢储存罐上配备有安全阀、压力传感器和液位传感器，所述输出口连接所述过氧化氢输送管路，所述过氧化氢输送管路上设置有截止阀和流量控制阀，所述安全阀、所述压力传感器、所述液位传感器、所述截止阀和所述流量控制阀均连接控制单元。在所述控制单元的控制下，可实现所述过氧化氢储存装置通过所述过氧化氢输送管路可操控性地连通到所述涡喷发动机的燃烧室。
[0009]所述辅助燃料供应子系统还包括增压设备，所述过氧化氢储存装置具有加注口和增压口，所述增压设备可操控地连通到所述增压口，在所述过氧化氢储存装置加注完过氧化氢之后，所述控制单元控制所述增压设备对所述过氧化氢储存装置内增压。
[0010]所述增压设备包括氮气供应装置。
[0011]所述增压口与所述加注口为一共同入口。
[0012]所述过氧化氢输送管路包括位于所述燃烧室内的波浪形管(也可称为蛇形管)。[0013]所述过氧化氢输送管路在进入所述燃烧室前由其主管路分支成两路或更多路，每一路各自具有所述波浪形管，用于使过氧化氢在所述波浪形管内分解产生含水蒸气和氧气的高温混合气，再从所述由波浪形管的出口喷出。
[0014]所述辅助燃料供应子系统供应质量百分比浓度大于70%的过氧化氢。
[0015]所述燃烧室内设有与控制单元连接的氧气传感器，所述氧气传感器用以监测所述燃烧室内的氧气浓度，在监测到所述燃烧室内的氧气浓度低于预定值时，所述控制单元控制所述辅助燃料供应子系统向所述燃烧室供应过氧化氢。
[0016]一种用于与所述的涡喷发动机燃料供应系统配合使用的涡喷发动机，包括燃烧室和连通所述燃烧室的常规燃料接收管道，还包括位于所述燃烧室内且出口与所述燃烧室相通的过氧化氢接收管道，所述过氧化氢接收管道用于连接所述涡喷发动机燃料供应系统的辅助燃料供应子系统，来自所述辅助燃料供应子系统的过氧化氢在所述过氧化氢接收管道内受热分解后从所述出口喷出。
[0017]根据优选的实施例，所述过氧化氢接收管道包括波浪形管。
[0018]本发明的有益效果:
[0019]本发明针对涡喷发动机作为高空飞行器动力装置的工况条件，提出一种涡喷发动机燃料供应系统，其具有供应过氧化氢作为发动机辅助燃料的辅助燃料供应子系统，利用燃烧室内的高温环境将过氧化氢加热到分解温度，分解生成的由水蒸气氧气组成的高温混合气体，该高温混合气有助于燃油充分燃烧，可以克服高空中涡喷发动机因空气稀薄而导致的氧气供应不足，使得燃油不能充分燃烧进而导致发动机动力下降的弊端。同时，在另一方面，过氧化氢分解所释放的能量还能够有效增加发动机的动力。
[0020]本发明的燃料供应系统利用涡喷发动机燃烧室内的高温环境，将过氧化氢加热到分解温度，可省去价格昂贵、结构复杂的催化床。
[0021]研究发现，采用质量百分比浓度大于70%的过氧化氢，可获得上佳的辅助效果。
[0022]该燃料供应系统具有输出动力稳定、成本低、系统结构简单、控制方便等优点，特别适合用作侦察机等高空飞行器涡喷发动机的燃料供应系统。
[0023]优选的实施例中，波浪形管的设置可以充分地利用涡喷发动机燃烧室内的温度将过氧化氢加热至分解所需温度，省去催化床，降低生产燃料供应系统的成本。
[0024]优选的实施例中，辅助燃料供应子系统包括增压设备，在过氧化氢储存装置加注完过氧化氢之后，由增压设备向过氧化氢储存装置内增压(例如向过氧化氢储存装置内充入氮气以增压)，此举可以有效地克服工作时过氧化氢在其管路中流动时各种损失，并可以防止工作时出现过氧化氢或其分解气回流现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明涡喷发动机燃料供应系统及涡喷发动机的实施例的结构示意图。【具体实施方式】
[0026]以下结合附图对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0027]参阅图1，根据本发明的实施例，涡喷发动机燃料供应系统包括常规燃料供应子系统和辅助燃料供应子系统，其中，常规燃料供应子系统包括燃油储存装置和燃油输送管路，燃油储存装置通过燃料输送管路可操控性地连通到涡喷发动机16的燃烧室，辅助燃料供应子系统包括过氧化氢储存装置和过氧化氢输送管路，过氧化氢储存装置通过过氧化氢输送管路可操控性地连通到涡喷发动机16的燃烧室。本领域的技术人员容易理解，所述的可操控性是可以在控制单元如电控单元(ECU) 5的控制下实现的，过氧化氢储存装置及过氧化氢输送管路可配备与储存装置的注入或释放、管路的通断、管路流量大小的调整等相关的执行机构，这些执行机构受到控制单元控制。应理解，本发明的燃料供应系统并不限于包含了该控制单元的系统。
[0028]本发明的实施例中，作为辅助燃料的过氧化氢优选采用高浓度过氧化氢(hightest peroxide，简称HTP)。所用HTP的质量百分比浓度优选大于70%。
[0029]在具体的实施例中，该燃料供应系统可分为常规燃料供应子系统、辅助燃料供应子系统、传感检测与控制子系统等组成部分。
[0030]如图1所示，优选地，常规燃料供应子系统包括燃油加注口 10、燃油储存罐9、燃油输送泵7、燃油截止阀6、燃油流量控制阀12等组成部分。当涡喷发动机16燃烧室内的氧气浓度充足时，由常规燃料供应子系统为涡喷发动机16提供燃料。燃油由燃油储存罐9经燃油截止阀6、燃油输送泵7、燃油流量控制阀12分为若干路图中只示出了两路进入涡喷发动机16燃烧室内。燃油在燃油蒸发管15、18内蒸发雾化后与燃烧室内的空气充分混合燃烧。燃油储存罐9内所储存燃油由燃油加注口 10加注。常规燃料供应系统正常工作时，燃油截止阀6保持常通状态，当加注燃油或检修常规燃料供应系统时，则关闭燃油截止阀6。
[0031]如图1所示，在优选的实施例中，辅助燃料供应子系统包括过氧化氢加注/增压口
2、安全阀3、过氧化氢储存罐1、过氧化氢截止阀21、过氧化氢流量控制阀20、波浪形管14、17(蛇形管)等组成部分。当氧气传感器13、19检测燃烧室内氧气浓度低于燃油完全燃烧所需氧气浓度时，过氧化氢流量控制阀20导通。HTP经过氧化氢截止阀21、过氧化氢流量控制阀20分两路进入涡喷发动机16的燃烧室内的波浪形管14、17中。HTP在波浪形管14、17中与燃烧室的高温环境进行充分的热量交换，最终达到HTP分解所需温度。HTP分解反应所产生的由水蒸气和氧气组成的高温混合气最终由波浪形管14、17的出口喷出，HTP分解所释放出的能量可弥补常规燃油不能充分燃烧造成发动机推力下降，并且HTP分解产生的高温混合气体提高了涡喷发动机燃烧室内的氧气浓度，有助于常规燃油的充分燃烧，提高燃烧效率和增加发动机动力。过氧化氢储存罐I内所储存的HTP由过氧化氢加注/增压口 2加注。过氧化氢加注/增压口 2后设有安全阀3。HTP在加注完成之后，由高压氮气瓶通过过氧化氢燃料加注/增压口 2向过氧化氢储存罐内充入氮气增压，以克服工作时HTP在其管路中流动时各种损失，并可以防止工作时出现HTP或其分解气回流现象。辅助燃料供应子系统正常工作时，过氧化氢截止阀21保持常通状态；当加注HTP或检修辅助燃料供应系统时，则关闭过氧化氢截止阀21。
[0032]如图1所示，在优选的实施例中，传感检测与控制子系统包括燃油压力传感器11、HTP压力传感器4、液位传感器8、22、电控单元E⑶5、氧传感器13、19等组成部分。燃油压力传感器11用来监测燃油储存罐9内的压力、HTP压力传感器4用来监测过氧化氢储存罐内的压力。如燃油储存罐9或过氧化氢储存罐I内的压力超出正常范围，电控单元ECU5发出报警提示信息。燃油储存罐9和过氧化氢储存罐I内分别设有液位传感器8、22，监测燃油和HTP的含量。当燃油或HTP的含量低于下限值时，电控单元ECU5发出报警提示信息。涡喷发动机16燃烧室内设有氧传感器13、19，以监测燃烧室内的氧气浓度情况。若氧气浓度低于燃油完全燃烧所需浓度，则电控单元ECU控制HTP流量控制阀20导通，HTP作为辅助燃料进入涡喷发动机16燃烧室内。
[0033]参阅图1，根据本发明的另一些实施例，一种与涡喷发动机燃料供应系统配合使用的涡喷发动机16，包括外壳、涡轮、燃烧室、连通燃烧室的常规燃料接收管道，以及位于燃烧室内且出口与燃烧室相通的过氧化氢接收管道。常规燃料接收管道可以包括燃油接收管和与燃油接收管相连的燃油蒸发管15、18。过氧化氢接收管道用于连接涡喷发动机燃料供应系统的辅助燃料供应子系统，来自辅助燃料供应子系统的过氧化氢在过氧化氢接收管道内受燃烧室内的高温分解后，产生的高温混合气从管道出口喷出。根据优选的实施例，过氧化氢接收管道包括波浪形管14、17，其作用如前文所述。应理解，在涡喷发动机实施例中所提到的辅助燃料供应子系统与前文某些具体实施例所说的辅助燃料供应子系统并不完全相同，在涡喷发动机实施例中所提到的辅助燃料供应子系统并不包括固定安装在涡喷发动机16内部的部件，这些部件例如燃烧器内的波浪形管14、17，在涡喷发动机的实施例中是视作润喷发动机16的一部分。
[0034]以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种涡喷发动机燃料供应系统，包括常规燃料供应子系统，所述常规燃料供应子系统包括燃油储存装置和燃油输送管路，所述燃油储存装置通过所述燃料输送管路可操控性地连通到涡喷发动机的燃烧室，其特征在于，所述涡喷发动机燃料供应系统还包括辅助燃料供应子系统，所述辅助燃料供应子系统包括过氧化氢储存装置和过氧化氢输送管路，所述过氧化氢储存装置通过所述过氧化氢输送管路可操控性地连通到所述涡喷发动机的燃烧室。
2.如权利要求1所述的涡喷发动机燃料供应系统，其特征在于，所述过氧化氢储存装置包括过氧化氢储存罐，所述过氧化氢储存罐具有加注口和输出口，所述过氧化氢储存罐上配备有安全阀、压力传感器和液位传感器，所述输出口连接所述过氧化氢输送管路，所述过氧化氢输送管路上设置有截止阀和流量控制阀，所述安全阀、所述压力传感器、所述液位传感器、所述截止阀和所述流量控制阀均连接控制单元。
3.如权利要求1所述的涡喷发动机燃料供应系统，其特征在于，所述辅助燃料供应子系统还包括增压设备，所述过氧化氢储存装置具有加注口和增压口，所述增压设备可操控地连通到所述增压口，在所述过氧化氢储存装置加注完过氧化氢之后，所述控制单元控制所述增压设备对所述过氧化氢储存装置内增压，优选地，所述增压口与所述加注口为一共同入口。
4.如权利要求3所述的涡喷发动机燃料供应系统，其特征在于，所述增压设备包括氮气供应装置。
5.如权利要求1至4任一项所述的涡喷发动机燃料供应系统，其特征在于，所述过氧化氢输送管路包括位于所述燃烧室内的波浪形管。
6.如权利要求5任一项所述的涡喷发动机燃料供应系统，其特征在于，所述过氧化氢输送管路在进入所述燃烧室前由其主管路分支成两路或更多路，每一路各自具有所述波浪形管，用于使过氧化氢在所述波浪形管内分解产生含水蒸气和氧气的高温混合气，再从所述由波浪形管的出口喷出。
7.如权利要求1至4任一项所述的涡喷发动机燃料供应系统，其特征在于，所述辅助燃料供应子系统供应质量百分比浓度大于70%的过氧化氢。
8.如权利要求1至4任一项所述的涡喷发动机燃料供应系统，其特征在于，所述燃烧室内设有与控制单元连接的氧气传感器，所述氧气传感器用以监测所述燃烧室内的氧气浓度，在监测到所述燃烧室内的氧气浓度低于预定值时，所述控制单元控制所述辅助燃料供应子系统向所述燃烧室供应过氧化氢。
9.一种用于与权利要求1所述的涡喷发动机燃料供应系统配合使用的涡喷发动机，包括燃烧室和连通所述燃烧室的常规燃料接收管道，其特征在于，所述涡喷发动机还包括位于所述燃烧室内且出口与所述燃烧室相通的过氧化氢接收管道，所述过氧化氢接收管道用于连接所述涡喷发动机燃料供应系统的辅助燃料供应子系统，来自所述辅助燃料供应子系统的过氧化氢在所述过氧化氢接收管道内受热分解后从所述出口喷出。
10.如权利要求9所述的涡喷发动机，其特征在于，所述过氧化氢接收管道包括波浪形管。
【文档编号】F02C7/22GK103993961SQ201410193852
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】夏必忠, 任世远, 田勇 申请人:清华大学深圳研究生院