微小型分体式涡喷驱动压气机的制作方法
【专利摘要】本发明公开的微小型分体式涡喷驱动压气机，属于一种航空动力装置，可作为超轻型翼尖喷气式旋翼飞行器的动力系统的压缩气源。其主要结构包括前螺母、进气道、前端盖、离心式叶轮、径向扩压器、双通道式蜗壳收集器、后端盖、压气机轴、轴套、轴承等。它通过联轴器与一台改装的微型涡喷发动机相连，由涡喷发动机进行驱动，来持续获得所需要的压缩空气。其核心在于：压气机可以独立进行设计，飞行器用气来自压气机的气流通道与涡喷发动机气流通道相互独立，而使发动机的运行较少受到干扰，大大减小了对发动机工作稳定性的影响，同时对发动机本体所做的适应性改装也比较简单，从而提高了安全性和可靠性。此外发动机单元与压气机单元可以单独更换，大大方便了修理和使用维护。
【专利说明】
微小型分体式涡喷驱动压气机
技术领域
[0001]本发明涉及一种微小型航空动力装置，可作为超轻型翼尖喷气式旋翼飞行器的动力系统的压缩气源。确切地说是用一台改装的微型涡喷发动机驱动本专利描述的压气机，由压气机提供飞行器旋翼所需的压缩空气，从而推动旋翼旋转。由于压气机与涡喷发动机单元相对独立，仅通过联轴器相互连接，故称为分体式涡喷驱动压气机。
【背景技术】
[0002]限于超轻型旋翼飞行器对于重量的苛刻要求，采用翼尖喷气带动旋翼旋转的方式受到关注。由于要利用压缩空气在旋翼翼尖喷出产生的反作用力来推动旋翼旋转，这就必须考虑一种空气压缩装置，能够持续稳定地提供所需的压缩空气。基于这一要求，本专利设计了一种由改装的微型涡喷发动机驱动的压气机，该压气机能够提供满足飞行器所需的压力、温度和流量要求的压缩空气。本专利采用的分体式结构方式，可以在微型涡喷发动机上做较小的改动，增加一个压气机单元，即可满足需求。这种结构方式由于飞行器用气来自压气机的气流通道与涡喷发动机气流通道相互独立，而使发动机的运行较少受到干扰，从而提高了安全性和可靠性。此外发动机单元与压气机单元可以单独更换，大大方便了修理和使用维护。
【发明内容】
[0003]与传统的电驱动或其它动力驱动的压气机不同，本专利提供一种能持续稳定地产生压缩空气的微小型压气机，它由一台经过改装的微型涡喷发动机驱动，可作为翼尖喷气式超轻型旋翼飞行器的压缩气源。它要求提供较大流量和较高压力的压缩空气，并能够在50000?250000rpm的转速范围内稳定工作。
[0004]本专利采用飞行器用气和涡喷发动机用气相互分离的方式，提出一种独特的压气机结构，并通过改装涡喷发动机主轴和尾喷口，由单独设计的联轴器将发动机与压气机相连。
[0005]为解决上述问题，本专利所采用的技术方案如下:
[0006]—种微小型压气机，主要构件包括前螺母、进气道、前端盖、离心式叶轮、径向扩压器、双通道式蜗壳收集器、后端盖、压气机轴、轴套、轴承等。压气机轴通过轴承支撑在轴套内，轴套安装边与径向扩压器相连。离心式叶轮安装在压气机轴上，后端靠在轴承内钢套上，前段则由前螺母压紧。径向扩压器与双通道式蜗壳收集器的后安装边连接在一起，蜗壳收集器的前安装边则与前端盖的大安装边相连。进气道后端则与前端盖的小安装边相连。后端盖前安装边与径向扩压器连接，后端则支撑在联轴器上。以上结构构成了压气机的主体。
[0007]为适应高速旋转和承受一定轴向力的要求，压气机轴承采用陶瓷球轴承。
[0008]双通道式蜗壳收集器可以在两侧得到流量基本相同两股气流。
[0009]为增大涡喷发动机的轴输出功，对发动机的尾喷口进行了改装设计，增大了涡轮落压比。同时为了通过联轴器与压气机相连，对发动机主轴做了改装设计。
[0010]考虑到涡喷发动机的起动问题，在压气机前端还需串联一个起动电机，并由一个支架固定在压气机上。
[0011 ]工作时，由起动电机带动压气机和涡喷发动机一起转动，当达到一定转速时，发动机进入正常工作状态，起动电机与压气机脱开。发动机产生的能量主要用于驱动压气机产生压缩空气。
[0012]本专利的微小型分体式涡喷驱动压气机，可以提供压力为0.25?0.45兆帕、流量为0.25?2.0公斤、温度为70?200°C的压缩空气。
【附图说明】
[0013]图1是本专利的微小型分体式涡喷驱动压气机与微型涡喷发动机及起动电机连接方式示意图。
[0014]图2是本专利的微小型分体式涡喷驱动压气机的剖视图。
[0015]图3是本专利的微小型分体式涡喷驱动压气机的前轴侧剖视图。
[0016]图4是本专利的微小型分体式涡喷驱动压气机的后轴侧剖视图。
[0017]图5是本专利的微小型分体式涡喷驱动压气机的离心叶轮和径向扩压器轴侧图。
[0018]图6是本专利的微小型分体式涡喷驱动压气机的双通道式蜗壳收集器轴侧图。
[0019]图中:1.起动电机，2.起动电机支架，3.压气机，4.微型涡喷发动机，5.前螺母，6.离心叶轮，7.轴套，8.压气机轴，9.联轴器，10.后端盖，11.双通道式蜗壳收集器，12.前端盖，13.径向扩压器，14.进气道，15.轴承。
【具体实施方式】
[0020]下面，结合附图以及【具体实施方式】，对本专利做进一步描述，以便更清楚地理解本发明所要求保护的技术思路。
[0021]如图1所示，为本专利的微小型分体式涡喷驱动压气机与微型涡喷发动机和起动电机的连接示意图。起动电机1、压气机3和发动机4采用串联的方式，起动电机通过支架2固定在压气机上。
[0022]图2是本专利描述压气机的结构主示意图，压气机主要构件包括前螺母5、进气道14、前端盖12、离心式叶轮6、径向扩压器13、双通道式蜗壳收集器11、后端盖10、压气机轴8、轴套7、轴承15、联轴器9等。压气机轴通过轴承支撑在轴套内，轴套安装边与径向扩压器相连。离心式叶轮安装在压气机轴上，后端靠在轴承内钢套上，前段则由前螺母压紧。径向扩压器与双通道式蜗壳收集器的后安装边连接在一起，蜗壳收集器的前安装边则与前端盖的大安装边相连。进气道后端则与前端盖的小安装边相连。后端盖前安装边与径向扩压器连接，后端则支撑在轴套上。
[0023]应根据飞行器所需压缩空气的流量和压力来确定压气机的详细设计方案，并需要与使用的微型涡喷发动机进行匹配设计。
[0024]通常情况下，离心式叶轮可以达到4.0的增压比，如果进行优化设计，增压比可提高到6.0以上。采用径向扩压器的作用一是导流，二是可以进一步提高空气压力，并且气流在进入蜗壳收集器之前不发生大的转折，尽量减小了流动损失。双通道式蜗壳收集器与传统的单通道蜗壳收集器有很大不同，它采用了渐开线式流道设计，目的是较为均匀收集沿径向向四周流出的空气，尽可能降低压力波动，并且在对称方向得到流量基本相同的两股气流。
[0025]为了与压气机进行匹配，需要对微型涡喷发动机进行较少量的改装设计。普通的微型涡喷发动机的主要作用是提供气流喷射产生的推力，通过改装设计尾喷口来提高涡轮落压比，并且不影响发动机气流的畅通，尽可能将发动机产生的能量转化为轴输出能量。此外为了与压气机连接，重新设计了发动机主轴。关于微型涡喷发动机的改装设计不在此专利中详细描述。
[0026]微小型分体式涡喷驱动压气机的工作原理如下:首先由起动电机带动压气机和微型涡喷发动机一起转动，当达到一定转速时，发动机进入正常工作状态，起动电机与压气机脱开，压气机由发动机轴驱动，与发动机同步运转。离心叶轮转动时，吸入前方空气进行压缩，压缩空气经由径向扩压器和双通道式蜗壳收集器排出。
[0027]上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明的保护范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所作的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
【主权项】
1.一种微小型分体式涡喷驱动压气机，其特征在于:主要构件包括前螺母、进气道、前端盖、离心式叶轮、径向扩压器、双通道式蜗壳收集器、后端盖、压气机轴、轴套、轴承等。2.如权利要求1所述的微小型分体式涡喷驱动压气机，其特征在于:压气机轴通过轴承支撑在轴套内，轴套安装边与径向扩压器相连。离心式叶轮安装在压气机轴上，后端靠在轴承内钢套上，前段则由前螺母压紧。径向扩压器与双通道式蜗壳收集器的后安装边连接在一起，蜗壳收集器的前安装边则与前端盖的大安装边相连。进气道后端则与前端盖的小安装边相连。后端盖前安装边与径向扩压器连接，后端则支撑在联轴器上。3.如权利要求1所述的微小型分体式涡喷驱动压气机，其特征在于:压气机独立进行设计，压气机的气流通道与涡喷发动机气流通道相互独立。4.如权利要求1所述的微小型分体式涡喷驱动压气机，其特征在于:专门设计的双通道式蜗壳收集器可以在两侧得到流量基本相同两股气流。
【文档编号】F04D29/42GK105927559SQ201510192073
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2015年4月22日
【发明人】张新宇, 其他发明人请求不公开姓名
【申请人】张澄宇, 张新宇