组合式喷气发动机的制作方法

文档序号:5235457阅读:477来源:国知局
专利名称:组合式喷气发动机的制作方法
1此项发明可应用于航空、船舶等领域。
2对此项发明有参考作用的技术是航空喷气发动机技术。主要参考资料为有关航空燃气轮机原理的各种资料。
3此项发明的目的在于参考现有航空喷气发动机的原理,取消位于燃烧室后部的动力涡轮,取消由动力涡轮带动的为燃烧室供气的空气压缩机,而构建一个仅由燃烧室、外动力源、外动力源带动的空气压缩装置组合而成的喷气发动机。这种组合式喷气发动机较现有发动机相比,具有结构简化、燃烧室温度高、燃料燃烧效率高、工作稳定性和可靠性高等多种优点,并且可以利用为压气机提供动力的动力源向其它机械提供动力。
4这种组合式喷气发动机的工作原理是构成组合式喷气发动机的外动力源,带动空气压缩装置工作,将从发动机进气道吸入的空气加压加速,产生的高压高速气流进入燃烧室,与注油咀注入的雾状燃油混合、燃烧,空气受热膨胀,从尾喷管高速喷出,产生反作用力。
组合式喷气发动机的外动力源,可以是一台或多台电动机、内燃机、燃气轮机、涡轮轴发动机或其它可提供动力的机械。在组合式喷气发动机中,外动力源的工作不依赖于发动机其他部分正常工作与否,它可以始终稳定的向压气机提供动力。这与其他喷气发动机是不同的。在其他喷气发动机中,压气机的动力来自于动力涡轮,它稳定工作是依赖于燃烧室稳定工作的。
组合式喷气发动机的空气压缩装置,可以为燃烧室提供高压高速的空气。它的工作方式,可以与其它喷气发动机一样,采取涡轮增压方式,也可以根据不同的实际情况和用途,采取离心式增压、气瓶增压等多种工作方式。
在其它喷气发动机中,利用动力涡轮带动压气机工作,因此,必须解决高温下动力涡轮的防热、传动、强度等一系列技术问题,这大大增加了发动机的设计难度和制造难度,使发动机必须采用一系列特殊的材料制造。这些因素大大增加了发动机的制造成本。在组合式喷气发动机中,使用外动力源,带动压气机工作,取消了动力涡轮和传动装置,发动机中不存在高温下的运动部件,彻底解决了以上的问题。因此组合式喷气发动机不需采用高成本的耐热材料,大大降低了发动机的制造成本和制造难度。虽然,增加了外动力源,但由于外动力源的功率有限,因此成本并不高。与其它喷气发动机相比,组合式喷气发动机的成本有明显的降低。
与同等推力的其它喷气发动机相比,组合式喷气发动机取消了动力涡轮和传动装置,添加了外动力源。由于外动力源的功率、尺寸有限,与动力涡轮和传动装置相比,重量并不大很多,甚至可以相仿。因此,组合式发动机的重量较其它喷气发动机相比并无很大增加。而且由于采用了外动力压气机,可能会给飞行器带来更好的综合效能。
5与其它各种发动机相比,这种组合式发动机的优点在于☆在其它喷气发动机中,压气机的动力是由动力涡轮提供的;而组合式喷气发动机取消了动力涡轮、传动装置等在高温中工作的转动部件,因此简化了发动机结构,降低了成本,提高了可靠性,延长了使用寿命。
☆在其它种类的喷气发动机中,由于制造动力涡轮的材料在高温下的机械性能下降,限制了燃烧室温度的提高。而在组合式喷气发动机中,由于取消了动力涡轮,因此可以大幅度提高燃烧室温度,由此提高发动机的热效率。因此,组合式喷气发动机的热效率比其它喷气发动机有很大提高。
☆组合式喷气发动机的外动力源,不仅仅可以带动空气压缩装置。在使用中,外动力源还可用于其他用途,比如带动发电机为飞行器提供电力,带动水上飞机的水中螺旋桨等,实现一机多用,取消了专用动力源,减轻了死重。
☆在其它喷气发动机中,压气机的动力是由动力涡轮提供的,动力涡轮的动力来自于燃烧室的平稳燃烧,而燃烧室的正常工作又依赖于压气机的正常工作。因此他们构成了一个相互依赖的循环。这种设计固然有其优点,但压气机、燃烧室、动力涡轮中一旦有一个环节出了问题,其稳定工作状态就会遭到破坏。即使三者工作正常,由于相互匹配的需要,其工作状态的调整范围也是有限的。在组合式喷气发动机中,采用外动力带动压气机,这样就从根本上克服了各部件间相互依赖带来的一些问题,发动机的工作范围将会有大幅度扩展,其可靠性和工作稳定性也将会有很大提高。
☆组合式喷气发动机不依靠螺旋桨工作,它是一种喷气发动机,因此与涡轮螺旋桨发动机和活塞发动机相比,它具有喷气发动机的所有优点,同时它又兼有结构简单,成本低,维护方便的优点,重量远比涡轮螺旋桨发动机和活塞发动机轻,综合效能较这两种发动机也有很大提高。
☆组合式喷气发动机的外动力源或空气压缩装置,并不一定要与燃烧室布置在一起,而是可以根据不同的用途和不同的限制条件,分开布置,组成分离的动力网。比如,1.可以只用一台外动力源同时带动多台空气压缩装置,为多台燃烧室提供高速高压气体;2.也可以用一台外动力源带动一台空气压缩装置,为多台燃烧室提供高速高压气体;3.也可以用外动力源带动发电机,传送电力到一台或多台电动机,由它们带动相应的燃烧室工作。当然还可以有其他的形式。这种可分离布置,组成分离动力网的特性,是任何其他喷气发动机都不能实现的。这种性能可以使其灵活的适用于各种不同情况的飞行器。这种性能如

图1所示。
6这种组合式发动机可作为水上飞机的动力。
如图2所示,这是一台用于水上飞机的组合式喷气发动机。图中各部分的名称和用途如图所示。
假设应用此发动机的飞机有以下几个工作状态水上滑行状态、起飞/加速状态、低亚音速巡航状态、着陆/减速状态。考虑到飞机的性能和耗油率,不同状态对飞机的动力装置有如下要求水上滑行状态直接带动船用螺旋桨工作。
起飞/加速状态推力大,加速性能好。
低亚速巡航状态推力较小,耗油率低。
着陆/减速状态产生反方向推力。在传统航空发动机中,没有一种可以同时较好的满足以上四种工作状态。但是,采用组合式喷气发动机,就可以同时满足以上要求。其工作过程分别如下水上滑行状态压气机和燃烧室不工作,由带动压气机的外动力源驱动水中螺旋桨,推动飞机在水中滑行。
起飞/加速状态动力机带动压气机工作,吸入空气进行加压加速后送入燃烧室,注油咀注入全量燃油,燃油完全燃烧,空气中的氧气完全消耗,燃烧室温度达到最高,产生的高温燃气从尾喷管喷出,产生很大推力。
低亚音速巡航状态动力机带动压气机工作,吸入空气进行压缩后送入燃烧室,注油咀注入少量燃油,燃烧室内进行贫油燃烧,产生较小推力。此时发动机的耗油率远远低于同等工作条件下的常规喷气发动机。
着陆/减速状态动力机带动压气机反转,空气被从尾喷管吸入燃烧室,注油咀不注入燃油,空气经由压气机加速直接从进气道喷出,产生反向推力。由于发动机是被设计成正向工作的,因此此时反向吸气的效率较低。但是,这种方法可以方便的实现反推力。
在飞机飞行过程中,作动力机用的内燃机可以带动发电机,为飞机上的用电器供电。
水上飞机一般在较低的速度下飞行,因此水上飞机通常选用活塞螺旋桨发动机作为动力。在起飞和降落时,螺旋桨很容易被浪花打中而造成折断,因此水上飞机在海况条件不好时就无法起飞。但是应用这种组合式喷气发动机后,取消了螺旋桨,通过压气机风扇的设计可以防止海水侵入发动机内部(这种技术已被一般喷气发动机采用)。同时在水上飞机作巡航飞行时,由于发动机采取贫油燃烧,其耗油率并不比活塞发动机高很多,远比其它喷气发动机低。
权利要求
这项发明的技术特征包括1由外动力源、空气压缩装置、燃烧室及其它附属设备,构成组合式喷气发动机。2使用电动机、内燃机、燃气轮机、涡轮轴发动机或其他动力源,带动空气压缩装置工作。3空气压缩装置可以采用各种工作原理,它产生高压、高速气流,提供给燃烧室工作。4如果需要,带动空气压缩装置的动力源可在空气压缩装置工作或不工作时,为其它机械提供动力。5由于取消了为空气压缩装置提供动力的动力涡轮,从而大大提高燃烧室的温度,由此可以提高发动机的热效率;降低制造成本,降低制造难度;减轻重量;增加可靠性和使用寿命。6由于有外动力源向空气压缩装置提供动力,保证空气压缩装置稳定工作,使发动机的工作范围阔宽。本项发明要求保护的范围包括1在某种喷射气体产生推力的发动机中,由电动机、内燃机、燃气轮机、涡轮轴发动机或其他动力源带动空气压缩装置,为燃烧室提供高压、高速气流,保证燃烧室工作。采用这一原理的发动机,属于本发明范围,应受到法律保护。2带动空气压缩装置的动力源可在空气压缩装置工作或不工作时,为其它机械提供动力。采用这种做法的发动机,属于本发明范围,应受到法律保护。3由一台或多台外动力机、空气压缩装置、燃烧室和其它机构构成的组合式整体动力系统。比如用一台外动力源同时带动多台空气压缩装置,为多台燃烧室提供高速高压气体;也可以用一台外动力源带动一台空气压缩装置,为多台燃烧室提供高速高压气体;也可以用外动力源带动发电机,传送电力到一台或多台电动机,由它们带动相应的燃烧室工作。当然,还可以有其他的形式。采用这一原理,可构成动力网的发动机,属于本发明范围,应受到法律保护。
全文摘要
此项发明可应用于航空、船舶等领域。此项发明的主要技术特征是:将外动力源、由外动力源带动的空气压缩装置和燃烧室组合成组合式喷气发动机,利用外动力源带动空气压缩装置,空气压缩装置为燃烧室提供可使其稳定工作的高速高压气流。此项发明可用于各类航空飞行器、气垫船等,尤其适用于作水上飞机的动力。
文档编号F02K3/00GK1212324SQ9711659
公开日1999年3月31日 申请日期1997年9月19日 优先权日1997年9月19日
发明者王飞欣, 何海江 申请人:何海江, 王飞欣
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