一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机的制作方法

本发明涉及航空涡轮发动机领域，具体为一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机。

背景技术：

涡轮喷气发动机是当代航空器的主要动力，按结构主要可以分为涡喷、涡扇、涡轴和涡桨发动机四类，多用于客机、运输机、战斗机、巡航导弹等；微小型涡轮发动机是指推力在数百公斤的涡喷、涡扇发动机以及功率在数百千瓦的涡轴、涡桨发动机。其中，微小型涡桨发动机主要用于航模、巡航弹、运动飞机、教练机、无人机等平台，其相对于涡喷、涡扇发动机具备推进效率高、耗油率低的优势。常规的微小型涡桨发动机多是在微小型涡喷发动机上进行改型得来的，由于微小型涡喷发动机尺寸较小，难以采用大型涡桨发动机的轴套轴前输出结构，多是使用后输出轴结构，由于转速较高，多采用减速器等装置进行减速，再与工作转速较低的螺旋桨相连，从而驱动螺旋桨产生推力。由于涡轴发动机与涡桨发动机具有很高的通用性与结构相似性，一般微小型涡桨发动机通过适应性改进也能作为微小型涡轴发动机使用。

公开号cn108518283a的发明专利提出了一种新型微小型涡轴发动机，其采用了后输出轴的结构布局，使得核心机轴与动力涡轮轴之间不存在机械干涉，避免了在微小型涡轮发动机上采用轴套轴的设计与制造问题，该构型是现有微小型涡桨发动机或微小型涡轴发动机的常用构型。

但是，传统的微小型涡桨发动机的主要缺点在于浪费了尾喷管的推力，导致可用功率降低；所采用的自由涡轮式后输出结构极大增加了涡桨发动机长度，增大了其安装体积及质量；尾喷管排出的高温尾气带来了螺旋桨进气的压力、温度畸变，影响螺旋桨工作稳定性和性能。为此，现提供一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机。

技术实现要素：

发明目的：现有技术较少有关于微小型涡桨发动机的技术方案，同时具有以下问题：1、自由涡轮后输出式内涵喷管布置困难，导致推力损失，发动机长度过长，体积过大；2、轴套轴前输出结构难以在微小型涡桨发动机中实现，技术难度，研发成本高；3、固定涡轮式微小型涡轮发动机存在固有缺陷，性能不佳。

本发明提出了一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机，将喷管可以布置于螺旋桨之后，保存内涵推力，避免喷管排出的高温气体与螺旋桨前来流空气产生干涉，保证螺旋桨的正常工作，可以有效解决上述方案中的问题，具备良好的改型设计潜力。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机，包括核心机、中介机匣、发动机低压部分，所述中介机匣两端分别与核心机、发动机低压部分连接，所述发动机低压部分包括一体化涡轮螺旋桨，所述一体化涡轮螺旋桨远离中介机匣的一侧设置有内涵喷管。

作为本发明再进一步的方案：所述核心机包括发动机机匣，所述发动机机匣内部设置有燃烧室，所述燃烧室内部设置有转子轴，所述转子轴一端固定连接有压气机，转子轴远离压气机的一端固定连接有涡轮。

作为本发明再进一步的方案：所述一体化涡轮螺旋桨中心贯穿连接有低压转子轴，所述低压转子轴朝向中介机匣的一侧转动连接有低压转子轴前轴承，低压转子轴朝向内涵喷管的一侧转动连接有低压转子轴后轴承。

作为本发明再进一步的方案：所述一体化涡轮螺旋桨包括低压涡轮盘，所述低压涡轮盘外围表面固定连接有若干低压涡轮叶片，所述低压涡轮叶片远离低压涡轮盘的一端固定连接有低压涡轮叶冠，所述低压涡轮叶冠外围周向均布有若干叶尖螺旋桨。

作为本发明再进一步的方案：所述中介机匣内部设置有低压转子进气罩，所述低压转子进气罩与中介机匣内壁之间设置有低压涡轮前支撑板，所述低压涡轮前支撑板内外两侧分别与低压转子进气罩、中介机匣内壁密封连接。

作为本发明再进一步的方案：所述低压转子轴前轴承两侧固定连接有低压转子轴前支撑杆，所述低压转子轴前支撑杆远离低压转子轴前轴承的一端与低压转子进气罩内壁固定连接。

作为本发明再进一步的方案：所述低压转子轴后轴承两侧固定连接有低压转子轴后支撑杆，所述低压转子轴后支撑杆远离低压转子轴后轴承的一端固定连接有低压涡轮排气锥。

作为本发明再进一步的方案：所述低压涡轮排气锥外侧壁固定设置有低压涡轮后支撑板，所述低压涡轮后支撑板内外两侧分别与低压涡轮排气锥、内涵喷管内壁密封连接。

作为本发明再进一步的方案：所述低压涡轮盘中心与低压转子轴贯穿连接。

作为本发明再进一步的方案：所述低压转子轴后轴承与低压转子轴前轴承对称设置在低压涡轮盘两侧。

本发明的有益效果是：

1、通过破除传统涡桨发动机“轴套轴”的结构设计，采用低压转子与高压转子分开放置的方式，即涡轮与一体化涡轮螺旋桨，使得微小型涡桨发动机具备研制的可行性，具备良好的改型设计潜力；

2、通过后置叶尖螺旋桨与低压涡轮的组合设计，保证了喷管可以正常布置，令内涵推力得以保留，该设计也保证了内涵排气不会流入后置的螺旋桨，避免了喷管排出的高温气体与螺旋桨前来流空气产生干涉，令螺旋桨得以正常的工作；

3、通过低压涡轮与叶尖螺旋桨组合设计，缩短了发动机长度，减轻发动机质量，降低了结构复杂性。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机整体结构示意图；

图2为一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机核心机结构示意图；

图3为一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机一体化涡轮螺旋桨剖面图；

图4为一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机一体化涡轮螺旋桨剖面图a；

图5为一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机一体化涡轮螺旋桨剖面图b。

图中：1、核心机；2、中介机匣；3、一体化涡轮螺旋桨；4、内涵喷管；5、低压涡轮后支撑板；6、低压涡轮排气锥；7、低压转子轴后轴承；8、低压转子轴后支撑杆；9、低压转子轴前支撑杆；10、低压涡轮前支撑板；11、低压转子轴前轴承；12、低压转子轴；13、低压转子进气罩；14、发动机低压部分；15、压气机；16、发动机机匣；17、燃烧室；18、转子轴；19、涡轮；20、低压涡轮盘；21、低压涡轮叶片；22、低压涡轮叶冠；23、叶尖螺旋桨。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

结合图1和图3所示一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机整体结构示意图，在现有涡桨发动机技术中，尾喷管布设在输出结构前，导致推力损失，可用功降低，同时尾喷管排出的高温尾气带来了螺旋桨进气的压力、温度畸变，影响螺旋桨工作稳定性和性能。为减少推力损失，提高功率，本发明采用核心机1、中介机匣2、发动机低压部分14的设置，中介机匣2两端分别与核心机1、发动机低压部分14连接，发动机低压部分14包括一体化涡轮螺旋桨3，一体化涡轮螺旋桨3远离中介机匣2的一侧设置有内涵喷管4，将内涵喷管4布设在一体化涡轮螺旋桨3之后，有效提高燃气推力利用。

参照图2所示一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机核心机1结构示意图，核心机1由压气机15、发动机机匣16、燃烧室17、转子轴18、涡轮19组成，该部分可以是常规的微小型涡喷发动机卸掉尾喷管后剩余的部分，该核心机1主要作为燃气发生器提供高温高压的燃气工质，为现有常规技术。

参照图3所示一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机低压部分14结构示意图，中介机匣2一端端面与核心机1固定连接，中介机匣2内部通过低压涡轮前支撑板10固定连接有低压转子进气罩13，低压涡轮前支撑板10为环形结构，内外两侧分别与低压转子进气罩13、中介机匣2密封连接，低压转子进气罩13内壁通过低压转子轴前支撑杆9与低压转子轴前轴承11固定连接，一体化涡轮螺旋桨3远离中介机匣2的一侧设置有内涵喷管4，内涵喷管4内壁通过低压涡轮后支撑板5与低压涡轮排气锥6固定连接，低压涡轮排气锥6内壁通过低压转子轴后支撑杆8与低压转子轴后轴承7固定连接，低压转子轴前轴承11和低压转子轴后轴承7对称分布在一体化涡轮螺旋桨3两侧，低压转子轴12依次贯穿低压转子轴前轴承11、一体化涡轮螺旋桨3、低压转子轴后轴承7。

结合图4和图5所示一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机一体化涡轮螺旋桨3剖面图，一体化涡轮螺旋桨3由低压涡轮盘20、低压涡轮叶片21、低压涡轮叶冠22、叶尖螺旋桨23组成，叶尖螺旋桨23等距分布于低压涡轮叶冠22外侧，且叶尖螺旋桨23根部与低压涡轮叶冠22固定连接，低压涡轮叶冠22为环形结构且内壁等距连接有若干低压涡轮叶片21，低压涡轮叶片21远离低压涡轮叶冠22的一端固定在低压涡轮盘20上，低压涡轮盘20中心贯穿连接低压转子轴12，可在燃气工质冲击低压涡轮叶片21后，带动一体化涡轮螺旋桨3旋转，燃气工质经低压涡轮叶片21降压膨胀后由内涵喷管4排出，产生内涵推力，同时旋转的叶尖螺旋桨23吸入前方自由来流空气，加速排出，产生推力。

本发明现提供一种具有新型喷管布局的微小型涡桨发动机，包括核心机1、中介机匣2、发动机低压部分14，所述中介机匣2两端分别与核心机1、发动机低压部分14连接，所述发动机低压部分14包括一体化涡轮螺旋桨3，所述一体化涡轮螺旋桨3远离中介机匣2的一侧设置有内涵喷管4。

所述核心机1包括发动机机匣16，所述发动机机匣16内部设置有燃烧室17，所述燃烧室17内部设置有转子轴18，所述转子轴18一端固定连接有压气机15，转子轴18远离压气机15的一端固定连接有涡轮19。

所述一体化涡轮螺旋桨3中心贯穿连接有低压转子轴12，所述低压转子轴12朝向中介机匣2的一侧转动连接有低压转子轴前轴承11，低压转子轴12朝向内涵喷管4的一侧转动连接有低压转子轴后轴承7。

所述一体化涡轮螺旋桨3包括低压涡轮盘20，所述低压涡轮盘20外围表面固定连接有若干低压涡轮叶片21，所述低压涡轮叶片21远离低压涡轮盘20的一端固定连接有低压涡轮叶冠22，所述低压涡轮叶冠22外围周向均布有若干叶尖螺旋桨23。

所述中介机匣2内部设置有低压转子进气罩13，所述低压转子进气罩13与中介机匣2内壁之间设置有低压涡轮前支撑板10，所述低压涡轮前支撑板10内外两侧分别与低压转子进气罩13、中介机匣2内壁密封连接。

所述低压转子轴前轴承11两侧固定连接有低压转子轴前支撑杆9，所述低压转子轴前支撑杆9远离低压转子轴前轴承11的一端与低压转子进气罩13内壁固定连接。

所述低压转子轴后轴承7两侧固定连接有低压转子轴后支撑杆8，所述低压转子轴后支撑杆8远离低压转子轴后轴承7的一端固定连接有低压涡轮排气锥6。

所述低压涡轮排气锥6外侧壁固定设置有低压涡轮后支撑板5，所述低压涡轮后支撑板5内外两侧分别与低压涡轮排气锥6、内涵喷管4内壁密封连接。

所述低压涡轮盘20中心与低压转子轴12贯穿连接。

所述低压转子轴后轴承7与低压转子轴前轴承11对称设置在低压涡轮盘20两侧。

工作原理：

核心机1经进气锥吸入来流空气，通过压气机15压缩后，在燃烧室17内燃烧加热、膨胀后，燃气通过涡轮19压缩后，产生高温高压高速的燃气工质，燃气工质通过低压转子进气罩13和中介机匣2构成的流道流入低压涡轮叶片21，驱动低压涡轮叶片21旋转，即带动整个一体化涡轮螺旋桨3旋转，燃气工质经低压涡轮叶片21降压膨胀后由内涵喷管4排出，产生内涵推力；同时旋转的叶尖螺旋桨23吸入前方自由来流空气，加速排出，产生推力。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。