一种无需高温燃气涡轮的涡轮喷气发动机及航空器的制作方法

1.本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种无需高温燃气涡轮的涡轮喷气发动机及航空器。


背景技术：

2.航空器(飞机、火箭等)起飞时，内置电池给电动机供电，带动涡轮压气机旋转，从而将压缩空气送入燃烧室，同时向燃烧室内喷入燃油，燃油在燃烧室内燃烧，产生的高温高压气流经喷气口喷出，推动航空器起飞。
3.由于电池容量有限，导致高负荷运转时间较短；而且长时间飞行后导致送入到燃烧室的压缩空气减少，影响燃烧效率或热效率。
4.此外，现有的某些航空发动机结构复杂，在燃烧室内设有涡轮等转动件，受转动件的材质影响，燃烧室内温度不能高于转动件及其附属件的使用温度，导致温度受限，影响喷气速度和推力。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种无需高温燃气涡轮的涡轮喷气发动机及航空器，以解决上述的一个或多个技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.本发明第一方面提供了一种无需高温燃气涡轮的涡轮喷气发动机，包括风轮、多级涡轮压气机、燃烧室和喷气口；所述风轮设置于机体的头端，在风力作用下转动，用于提供多级涡轮压气机工作时所需的全部或部分能量；所述多级涡轮压气机设置于机体内，在风轮提供的能量或者风轮提供的能量和机体内存储的电能的综合作用下压缩空气，并将压缩空气送入燃烧室；所述燃烧室设置于机体内并位于多级涡轮压气机的后侧，混合燃油和压缩空气并燃烧产生高温高压气体；所述喷气口设置于燃烧室后侧，将燃烧室产生的高温高压气体向后喷出、推动航空器前行。
8.进一步地，所述风轮呈伞形或锥面形，大端朝后设置，风轮旋转时在垂直于飞行方向的平面的投影面积不大于机体头端在在垂直于飞行方向的平面的投影面积。
9.进一步地，还包括发电机、电池和电动机；所述发电机与风轮传动连接，在风轮的带动下发电；所述电池分别与发动机和电动机电路连接，接收、存储发动机发的电，并向电动机供电；所述电动机与多级涡轮压气机传动连接，将电能转化为机械能并驱动多级涡轮压气机工作向燃烧室供压缩空气。
10.进一步地，还包括调压整流器或调压整流电路板，所述调压整流器或调压整流电路板串接于发电机和电池之间的电路上。
11.进一步地，还包括变频调压器或变频调压电路板，所述变频调压器或变频调压电路板串接于电池和电动机之间的电路上。
12.进一步地，还包括加速变速箱，所述加速变速箱的输入轴与风轮的转轴连接，加速
变速箱的输出轴与多级涡轮压气机的转轴连接。
13.本发明第二方面提供了一种航空器，使用如本发明提一方面所述的无需高温燃气涡轮的涡轮喷气发动机。
14.本发明具有如下优点：
15.航空器高速飞行时，安装在机体头端的风轮在高速空气的作用下高速转动。一方面，风轮带动发电机发电，为电池充电，使电池保持电量能够高负荷长时间工作，电池为电动机供电，电动机带动多级涡轮压气机转动，为燃烧室提供充足的压缩空气；另一方面，当风轮转速足够高时，通过加速变速箱的提速后，直接带动多级涡轮压气机转动，为燃烧室提供充足的压缩空气，此种情况适用于高度或超高速航空器(例如火箭、导弹等)。该发动机结构简单，在燃烧室内不再设置涡轮等转动件及其附属件，燃烧温度可以控制的较高，进而提高喷气速度、推力以及多级涡轮压气机的效率；只对燃烧室的材料有要求，对其它部件的材料要求降低，成本低。风轮呈伞形，与航空器头部结构相契合，将一部分飞行阻力转化为机械能(之后转化为电能或机械能直接被利用)，整体上提高航空器的能量利用率，有利于降低油耗、增加航程。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
17.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
18.图1为本发明实施例提供的一种无需高温燃气涡轮的涡轮喷气发动机的风轮与航空器的机身的安装位置示意图；
19.图2为本发明实施例提供的一种无需高温燃气涡轮的涡轮喷气发动机的示意图；
20.图3为本发明实施例提供的另一种无需高温燃气涡轮的涡轮喷气发动机的示意图。
21.图中：1-机体，2-风轮，3-多级涡轮压气机，4-燃烧室，5-喷气口，6-发电机，7-调压整流电路板，8-电池，9-变频调压电路板，10-电动机，11-加速变速箱。
具体实施方式
22.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
23.本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术
内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
24.如图1至3所示，本实施例提供了一种无需高温燃气涡轮的涡轮喷气发动机及航空器，该发动机应用在航空器(在大气层内飞行的需要用空气助燃飞机、火箭、导弹等)上，该发动机并非没有涡轮结构的部件，是燃烧室内没有高温燃气涡轮，但燃烧室的进气通道前具有涡轮增压的气压机。
25.该发动机包括风轮2、多级涡轮压气机3、燃烧室4和喷气口5。所述风轮2可转动的设置于机体1的头端，旋转轴沿机体1的前后方向设置，风轮2在风力(相对于航空器来说是空气阻力)作用下转动，将航空器飞行过程中的部分阻力转化为机械能，该机械能经过转化或转换后提供给多级涡轮压气机3，这是多级涡轮压气机3工作时所需的全部或部分能量(多级涡轮压气机3的能量来源也可能是机体1内携带的电池8，这在背景技术中已经进行了介绍，但电池8容量小，不能长时间高负荷输出电能)。所述多级涡轮压气机3设置于机体1内，在风轮2提供的能量或者风轮2提供的能量和机体1内存储的电能的综合作用下压缩空气，并将压缩空气送入燃烧室4。所述燃烧室4设置于机体1内并位于多级涡轮压气机3的后侧，混合燃油和压缩空气并燃烧产生高温高压气体。所述喷气口5设置于燃烧室4后侧，将燃烧室4产生的高温高压气体向后喷出、推动航空器前行。
26.采用本实施例提供的发动机，不需要在燃烧室4内设置涡轮等转动件及其附属件，不仅结构简单，而且燃烧温度可以控制的较高，进而提高喷气速度、推力以及多级涡轮压气机3的效率；由于燃烧室4内没有涡轮等转动件，只对燃烧室4的材料有要求，对其它部件的材料要求降低，整体上降低了高性能材料的使用，制造成本低。
27.在本实施例中，如图1所示，所述风轮2呈伞形或锥面形，大端朝后设置，风轮2旋转时在垂直于飞行方向的平面的投影面积不大于机体1头端在在垂直于飞行方向的平面的投影面积。
28.需要说明的是，如图1所示结构为无外启动电力系统，所以需要用飞机或电磁轨道加速起动，使其速度达到一定高度时才可以正常飞行。
29.采用本实施例提供的发动机，伞形风轮2与航空器头部结构更加契合，将一部分飞行阻力转化为机械能(之后转化为电能或机械能直接被利用)，相当于回收了部分能量，整体上提高航空器的能量利用率，有利于降低油耗、增加航程；将迎面风转化为动能的同时，伞形风轮2还具有使迎面风分向周边从而偏离飞行器的功能，即转动的风轮2对迎面风产生了离心效果，部分迎风阻力推动风轮转动，转动的风轮又将迎面风分散到航空器四周，总阻力稍有增加，但回收的部分能力能大幅提高燃烧效率及能量利用率；尤其是风轮2旋转时在垂直于飞行方向的平面的投影面积不大于机体1头端在在垂直于飞行方向的平面的投影面积，如此设置，不会增大航空器的整体阻力，但却将部分阻力进行回收利用。
30.风轮2将部分阻力转化为机械能，之后转化为电能为电池8充电，以保证电池8能够长时间高负荷输出，因此，该发动机还包括发电机6、电池8、电动机10、调压整流器或调压整流电路板7、变频调压器或变频调压电路板9。如图2所示，所述发电机6与风轮2传动连接，在风轮2的带动下发电。所述电池8分别与发动机和电动机10电路连接，接收、存储发动机发的电，并向电动机10供电。所述电动机10与多级涡轮压气机3传动连接，将电能转化为机械能并驱动多级涡轮压气机3工作向燃烧室4供压缩空气。所述调压整流器或调压整流电路板7串接于发电机6和电池8之间的充电电路上。所述变频调压器或变频调压电路板9串接于电
池8和电动机10之间的放电电路上。
31.采用本实施例提供的发动机，风轮2带动发电机6发电，为电池8充电，使电池8保持电量能够高负荷长时间工作，电池8为电动机10供电，电动机10带动多级涡轮压气机3转动，为燃烧室4提供充足的压缩空气。
32.风轮2将部分阻力转化为机械能，当风轮2转速足够高时(此情形多出现在高速或超高速航空器上，由于飞行速度快，气流相对速度也快，是风轮2转速快)，可以利用风轮2转化的机械能直接带动多级涡轮压气机3工作，因此该发动机还包括加速变速箱。如图3所示，所述加速变速箱的输入轴与风轮2的转轴连接，加速变速箱的输出轴与多级涡轮压气机3的转轴连接。
33.采用本实施例提供的发动机，高速转动的风轮2经加速变速箱提速后，直接带动多级涡轮压气机3转动，为燃烧室4提供充足的压缩空气。多应用在火箭、导弹上，不再设置发电机6及相关的充电电路。
34.若电池8容量足够大，可以利用电池8持续为电动机10供电，带动多级涡轮压气机3工作，此种情况可不设置风轮2、发电机6以及充电电路，但依旧不需要燃烧室4中设置涡轮，结构上更加简单。
35.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。