涡轮发动机的制作方法

本实用新型涉及发动机技术领域，尤其涉及一种涡轮发动机。

背景技术：

推重比(推力与发动机重量的比)和耗油率是衡量航空燃气涡轮发动机的重要指标，它们分别决定了飞行器的机动性和作战半径(或航程)。由于当前材料和工艺水平的限制，涡轮基推进方式的增温比和增压比等循环参数很难进一步提升，导致系统推力难以继续增大，使用加力燃烧室等方式虽然可以使发动机的推力性能得到显著提升，但使得发动机的耗油率大大增加，从而使得飞行器的作战半径和留空时间显著减小。因此，对于涡轮基推进方式提高推重比的重要途径是减重。循环热效率是决定发动机耗油率的关键因素。因此，提出一种紧凑、轻质、高效的发动机结构形式是进一步提升航空燃气涡轮发动机的推重比的希望所在。

技术实现要素：

鉴于背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种涡轮发动机，其结构紧凑、燃烧效率高，显著提升了发动机的推重比。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种涡轮发动机，其包括：第一壳体，具有进气口，进气口连通外部大气；第二壳体，具有排气口；第三壳体，固定连接于第一壳体和第二壳体且连通于第一壳体和第二壳体；中心体，设置于第三壳体内，且中心体的外壁面与第三壳体的内壁面形成旋转爆震燃烧室，旋转爆震燃烧室连通于第一壳体的进气口以接收外部的空气；油路组件，受控连通于旋转爆震燃烧室，以向旋转爆震燃烧室提供燃料)；点火器，固定设置于第三壳体上，用于对进入旋转爆震燃烧室内的燃料和空气形成的燃气进行点火，进而燃气旋转爆震燃烧；压气机，设置于第一壳体内，对经由进气口进入第一壳体内的空气进行压缩处理；涡轮机，设置于第二壳体内，且在第二壳体内的气体的驱动下旋转运动；以及主轴，用于连接压气机和涡轮机，以使涡轮机带动压气机运动，从而实现对空气的压缩处理。

本实用新型的有益效果如下：

在根据本实用新型的涡轮发动机中，由于集成了连续旋转爆震技术和由压气机、主轴以及涡轮机组成的叶轮机械系统，从第一壳体的进气口进入的空气在流动至旋转爆震燃烧室之前，首先在叶轮机械系统的作用下被压缩，则空气的温度和压力相应地显著升高，从而增强了旋转爆震燃烧室内的旋转爆震燃烧过程，大大提高了燃烧效率，降低了发动机的耗油率。此外，基于连续旋转爆震技术的运用，相应减少了压气机和涡轮机的级数，从而减轻了涡轮发动机的整体结构质量，提升了发动机的推重比；而基于叶轮机械系统的设置，使得涡轮发动机中无需加力燃烧室部件，涡轮发动机的整体结构更紧凑，从而改善了涡轮发动机的整体性能。

附图说明

图1是根据本实用新型的涡轮发动机的整体结构示意图，其中箭头表示涡轮发动机内的气体的流动方向；

图2是图1中的油路组件与中心体的连接结构示意图；

图3是图1中的中心体上的燃料喷口的周向分布示意图；

图4是图1中的点火器的周向位置示意图；

图5是沿图1中A-A线切分后的剖面图，示意出了第一壳体与第三壳体的安装关系。

其中，附图标记说明如下：

11第一壳体 r14后体

111第一收容腔 15油路组件

112第二收容腔 151供油管路

M11旋转爆震燃烧室 152喷嘴

C11进气口 16点火器

12第二壳体 17压气机

C12排气口 18涡轮机

13第三壳体 19主轴

131第一气流通道 20喷管组件

132第二气流通道 201外壳

133混合气流通道 202中心锥体

14中心体 203调节机构

141预蒸发室 2031气缸

142燃料喷口 2032伸缩杆

f14前体 C20尾气喷口

h14环体

具体实施方式

下面参照附图来详细说明根据本实用新型的涡轮发动机。

参照图1至图5，根据本实用新型的涡轮发动机包括：第一壳体11，具有进气口C11，进气口C11连通外部大气；第二壳体12，具有排气口C12；第三壳体13，固定连接于第一壳体11和第二壳体12且连通于第一壳体11和第二壳体12；中心体14，设置于第三壳体13内，且中心体14的外壁面与第三壳体13的内壁面形成旋转爆震燃烧室M11，旋转爆震燃烧室M11连通于第一壳体11的进气口C11以接收外部的空气；油路组件15，受控连通于旋转爆震燃烧室M11，以向旋转爆震燃烧室M11提供燃料(即燃油)；点火器16，固定设置于第三壳体13上，用于对进入旋转爆震燃烧室M11内的燃料和空气形成的燃气进行点火，进而燃气旋转爆震燃烧；压气机17，设置于第一壳体11内，对经由进气口C11进入第一壳体11内的空气进行压缩处理；涡轮机18，设置于第二壳体12内，且在第二壳体12内的气体的驱动下旋转运动；以及主轴19，用于连接压气机17和涡轮机18，以使涡轮机18带动压气机17运动，从而实现对空气的压缩处理。

在根据本实用新型的涡轮发动机中，由于集成了连续旋转爆震技术和由压气机17、主轴19以及涡轮机18组成的叶轮机械系统，从第一壳体11的进气口C11进入的空气在流动至旋转爆震燃烧室M11之前，首先在叶轮机械系统的作用下被压缩，则空气的温度和压力相应地显著升高，从而增强了旋转爆震燃烧室M11内的旋转爆震燃烧过程，大大提高了燃烧效率，降低了发动机的耗油率。此外，基于连续旋转爆震技术的运用，相应减少了压气机17和涡轮机18的级数，从而减轻了涡轮发动机的整体结构质量，提升了发动机的推重比；而基于叶轮机械系统的设置，使得涡轮发动机中无需加力燃烧室部件，涡轮发动机的整体结构更紧凑，从而改善了涡轮发动机的整体性能。

根据本实用新型的涡轮发动机，在一实施例中，参照图1，第三壳体13形成有：第一气流通道131，收容中心体14并连通第一壳体11，且旋转爆震燃烧室M11形成于第一气流通道131内；第二气流通道132，连通第一壳体11；以及混合气流通道133，供第一气流通道131内的旋转爆震燃烧后的气体与第二气流通道132内的空气混合。这里，经由进气口C11进入第一壳体11内的空气，一部分(作为氧化剂)进入第三壳体13的第一气流通道131内，而另一部分进入第三壳体13的第二气流通道132内。进入第一气流通道131内的空气流动至旋转爆震燃烧室M11中并与油路组件15供入的燃料充分掺混，进而旋转爆震燃烧，燃烧后的气体流入混合气流通道133中。进入第二气流通道132内的空气，未参与旋转爆震燃烧，直接流动至混合气流通道133中与从第一气流通道131流入的气体混合。

在根据本实用新型的涡轮发动机中，第一壳体11与第三壳体13的安装位置处(即图1中A-A线对应的安装端面)设置有调节机构(未示出)，用于调节进入第一气流通道131和第二气流通道132的空气流量。这里，调节机构基于涡轮发动机的不同工作需求，直接改变第一气流通道131和第二气流通道132的面积比，从而调节进入第一气流通道131和第二气流通道132的空气流量。

根据本实用新型的涡轮发动机，在一实施例中，参照图1，中心体14可包括：前体f14；环体h14，与第三壳体13的与环体h14对应的部分形成旋转爆震燃烧室M11(即环形燃烧腔)；以及后体r14。

在该实施例中，进一步参照图1和图2，中心体14的前体f14可为纺锤形，纺锤形的前体f14的外表面与对应的第三壳体13的内表面形成的部分为先减缩后扩张式通道，可防止在旋转爆震燃烧室M11内形成的爆震波回传至第一壳体11内，从而避免了爆震波对压气机17的影响。

根据本实用新型的涡轮发动机，在一实施例中，参照图1，压气机17可为两组。第一壳体11可具有：第一收容腔111，收容一组压气机17并连通于第一气流通道131；以及第二收容腔112，收容另一组压气机17并连通于第一收容腔111和第二气流通道132。这里，第一收容腔111内的压气机17对进入壳体的全部空气进行增压，而第二收容腔112内的压气机17对经由第一收容腔111内的压气机17增压后的但未进入旋转爆震燃烧室M11的空气进行二次增压，以使流入第二气流通道132内的空气为高压空气。第二气流通道132内的高压空气与第一气流通道131内的旋转爆震燃烧后的气体在混合气流通道133内混合后进入第二壳体12中以用于驱动涡轮机18，涡轮机18经由主轴19带动压气机17运动，从而实现压气机17对空气的压缩处理。

在根据本实用新型的涡轮发动机中，参照图1和图3，中心体14的内部中空以形成预蒸发室141。中心体14设置有：多个燃料喷口142，周向均匀分布在中心体14的前体f14，且各燃料喷口142均连通于旋转爆震燃烧室M11。其中，油路组件15连通于预蒸发室141，经由油路组件15供入的燃料在预蒸发室141中进行蒸发处理，然后经由各燃料喷口142进入旋转爆震燃烧室M11。在这里补充说明的是，多个燃料喷口142沿中心体14的前体f14的周向分布，可使燃料进入旋转爆震燃烧室M11的方向与进入旋转爆震燃烧室M11的空气的流动方向呈90°，有助于燃料与空气充分掺混。

在根据本实用新型的涡轮发动机中，参照图1，油路组件15可包括：供油管路151，固定连接于中心体14的前体f14并连通于预蒸发室141；以及喷嘴152，设置于供油管路151的与中心体14连接的位置，以使供油管路151中的燃料经由喷嘴152进入预蒸发室141。在这里补充说明的是，预蒸发室141内的喷嘴152上安装有雾化喷头，雾化喷头使从喷嘴152流出的燃油被雾化，进而被雾化后的燃油储存在预蒸发室141内并借助爆震燃烧室M11的高温环境蒸发为气态，然后经由各燃料喷口142进入旋转爆震燃烧室M11中。

在根据本实用新型的涡轮发动机中，在一实施例中，供油管路151与中心体14的前体f14螺纹连接。但不仅限如此，还可采用其它的连接方式。

在根据本实用新型的涡轮发动机中，在一实施例中，参照图1，涡轮发动机还可包括：喷管组件20，连通于第二壳体12的排气口C12，以排出第二壳体12内的气体。其中，经由第二壳体12的排气口C12排出的气体仍具有较高的温度和压力，可在喷管组件20中继续膨胀加速。

在该实施例中，参照图1，喷管组件20可包括：外壳201，转动连接于第二壳体12；中心锥体202，收容于外壳201内，中心锥体202的外壁面与外壳201的内壁面形成尾气喷口C20；以及调节机构203，用于调整外壳201相对第二壳体12的位置以调节尾气喷口C20的大小。这里，尾气喷口C20的大小可基于涡轮发动机的不同工作状态进行适应性调整。

在该实施例中，进一步参照图1，调节机构203可包括：气缸2031，固定于第二壳体12；以及伸缩杆2032，固定于外壳201。

在根据本实用新型的涡轮发动机中，外壳201可通过轴承转动连接于第二壳体12。

在根据本实用新型的涡轮发动机中，第一壳体11可螺栓连接于第三壳体13，第二壳体12螺栓连接于第三壳体13。主轴19可通过轴承转动连接于第一壳体11和第二壳体12。

在根据本实用新型的涡轮发动机中，第一壳体11的与压气机17的叶片对应的部分可设置有扩压器(未示出)，第二壳体12的与涡轮机18的叶片对应的部分可设置有导向器(未示出)。

最后补充说明的是，本实用新型的涡轮发动机与常规的涡轮发动机相比，由于采用了连续旋转爆震技术，其具有自增压特性，在同等燃烧加热量的条件下熵增最小，增大了发动机的循环热效率，从而使得发动机的推重比和油耗性能显著提升。当本实用新型的涡轮发动机用于航空航天飞行器中时，可改善飞行器的机动性、扩展飞行包线，有助于夺取制空权。此外，本实用新型的涡轮发动机还可用于民航客机或大型舰艇中。