用于飞机发动机的涡轮发动机的等容燃烧系统的制作方法

本发明涉及一种等容燃烧系统，也被简称为“cvc”，或者根据汉弗莱(humphrey)循环称之为燃烧，该系统旨在装配于飞机发动机的涡轮机上。

背景技术：

大部分现有涡轮喷气发动机式的飞机发动机的燃烧室都是根据布雷顿(brayton)循环运行，该布雷顿循环是恒压持续燃烧循环。

但是，众所周知，将恒压燃烧系统替换为实施汉弗莱循环的等容燃烧系统，会在比耗量上带来可以达到20％的收益。

通常，汉弗莱循环强制保持一部分循环的物理闭合容量中的负载，并且它诱导脉冲型运转区域的实施。

在实践中，等容燃烧飞机发动机包括压气机、排气管和分别通过喷入阀和喷出阀与压气机及排气管相连的燃烧室。

每个等容燃烧循环都包括有压缩空气和燃料混合物进入燃烧室并凝结的阶段，由控制系统点燃并燃烧该混合物的阶段，和燃烧气体膨胀并喷出的阶段。

阀门是以同步的方式进行控制从而实现汉弗莱循环这三个阶段：它们尤其在燃烧阶段都是关闭的，随后喷出阀的开启允许燃烧气体膨胀并喷出。

在已知的等容燃烧系统中，迄今为止一直在尝试缩小该系统的总体积，尤其是将其整合到飞机机翼的厚度中。

相反地，本发明的目的在于提供一种具有大直径的通常圆柱形的等容燃烧系统结构体系，其可简单地整合到现有涡轮机的结构上。

技术实现要素：

本发明的一个目的是一种飞机涡轮机等容燃烧系统，该系统包括：

-绕着纵轴线平均地分布的几个燃烧室；

-绕着纵轴线延伸的压缩空气歧管，该歧管包括径向地定向的压缩空气排气口，该排气口用于给每个燃烧室供应来自于涡轮机压气机的压缩空气。

-绕着纵轴线方向延伸的排气管，该排气管包括用来接收燃烧室的燃烧气体的径向定向的入口及轴向定向的出口，燃烧室被径向地插入于歧管的出口与排气管的入口之间；

-计时装置，用于计时压缩空气从歧管的出口进入每个燃烧室及燃烧气体从每个燃烧室喷出至排气管。

依此种分布结构，燃烧系统沿纵轴线径向地延伸一小段距离，这方便其整合到现有涡轮机上，在现有涡轮机中可以安装它替代持续燃烧室，也就是在压缩级与涡轮级之间。

本发明还涉及由此限定的一种燃烧系统，其包括带有燃烧室的燃烧体，该燃烧体在每个燃烧室处包括径向定向的压缩空气进气孔，及径向定向的燃烧气体排气孔,及带有用来旋转地驱动该旋转供应装置的装置的旋转供应装置，该旋转供应装置包括：

-与纵轴线同轴的进气环，且设有进气端口，该进气环被径向地插入于歧管的出口与燃烧体之间；

-一个与纵轴线同轴的排气环，且设有排气端口，该排气环被径向地插入于排气管的入口与燃烧体之间。

本发明也涉及由此限定的燃烧系统，其中，歧管的出口延伸围绕着燃烧室，且燃烧室位于围绕排气管的入口。

本发明也涉及由此限定的燃烧系统，其中，排气管的入口延伸围绕着燃烧室，且燃烧室位于围绕着歧管的出口。

本发明也涉及由此限定的燃烧系统，其中，每个燃烧室都包括进气端口和排气端口，且其中每个燃烧室都可绕着轴线旋转地安装，该轴线位于其本身旋转的中心，还包括旋转地驱动燃烧室的装置，每个进气端口在其面向压缩空气歧管的出口时将压缩空气吸入至燃烧室中，每个排气端口在其面向排气管的入口时将燃烧气体排出燃烧室。

本发明也涉及由此限定的燃烧系统，其中，旋转地驱动每个燃烧室的装置均包括绕着纵轴线被旋转地驱动的齿轮，以及对于每个燃烧室而言，与纵轴线径向地间隔并与该齿轮啮合的小齿轮，每个小齿轮均刚性地耦合于对应的燃烧室上。

本发明还涉及一种包括由此限定的等容燃烧系统的涡轮机。

本发明还涉及一种包括由此限定的涡轮机的涡轮喷气发动机式飞机发动机。

附图说明

图1为根据本发明系统的第一实施方式的侧剖面示意图，该系统包括固定燃烧室，并且该系统整合于具有离心压气机的发动机；

图2为本发明第一或第二实施方式中燃烧室布局的横向截面图；

图3为本发明第一实施方式中进气端口与喷出端口布局的局部放大图；

图4为根据本发明系统的第二实施方式的局部侧剖面示意图，该系统也包括固定燃烧室，并且该系统整合于具有轴流式压气机的发动机；

图5为根据本发明系统的第三实施方式的局部侧剖面示意图，该系统包括旋转燃烧室，并且该系统整合于具有离心式压气机的发动机。

具体实施方式

总的来说，本发明应用于包括压气机和涡轮的涡轮机，该压气机可以是离心式、甚或轴流式，该涡轮可以是径向式、甚或轴向式。

在图1中，装配有如本发明所述的等容燃烧系统的发动机1具有绕着对应于其纵轴线的主轴线ax的总旋转结构。

该发动机包括在此处为离心压气机的其上游的压气机2，以供应等容燃烧系统3使其可从位于该燃烧系统下游的排气管4的入口处喷出燃烧气体。

该压气机2，燃烧系统3和排气管4本身具有旋转结构，同时沿着ax轴线一个接一个地定位，整体被旋转壳体6围绕。

该离心式压气机2从发动机上游端得到空气并沿与纵轴线平行的方向传送。当该空气穿过离心式压气机时，空气沿移动离开轴线ax的离心方向被径向地喷出，在歧管7的入口处被接收，在该入口处它第一次径向行进移动到发动机下游。该空气继续在该歧管7中移动，然后空气沿着径向方向被径向地导向，即导向到轴线ax，，并从歧管7出来，以进入燃烧系统本身3。

当空气在等容燃烧系统3中燃烧后，燃烧气体沿着径向方向被从该燃烧系统3中径向地喷出并被带至排气管4的入口处。在排气管内移动的过程中，气体被调整至平行于ax轴线膨胀。根据保留的结构，这种膨胀可直接被用来产生推力，或驱动图中未示的位于排气管4下游的涡轮。

如图1所示，该燃烧系统3自身具有通常的复曲面结构。该燃烧系统被歧管7的出口围绕，且其环绕排气管4的入口，且该燃烧系统沿着轴线ax在与歧管7的出口与排气管4的入口相同的水平上定位。

该燃烧系统3包括固定燃烧体8，该燃烧体8内具有绕着ax轴线彼此均匀间隔的四个燃烧室11-14。

每个燃烧室11-14均是利用一个或多个壁限定的封闭外壳，但包括在其外周面的进气孔11a-14a，及其内周面上的喷射孔11e-14e。

该些进气孔11a-14a可使歧管7出口处的压缩空气被带入至燃烧室11-14中，反之，该些喷射孔可使燃烧气体排至排气管入口。该些进气与喷射以独立且协调的方式在燃烧体的每个燃烧室11a-14a中进行。

该些气体的吸入和喷射由旋转供给装置16确保和同步，其包括通过沿着燃烧体外表面行进而围绕燃烧体8的进气环17，，且还包括通过沿着燃烧体8内表面行进而被燃烧体18围绕的喷射环18，被燃烧体8包覆于其中并沿燃烧体8内侧面运转。

该进气环17与该喷射环18每个都有以ax轴线为中心的截柱形，并且它们通过在供给装置16的底部19连接在一起。因此，该旋转供给装置16具有通常u形剖面复曲面形状的环槽，并覆盖在燃烧体8的上游端、内表面及外表面上。

该进气环17通过插入在燃烧体8与歧管7出口之间，从而围绕燃烧体8。与之类似的，喷射环18通过插入在燃烧体与排气管4入口之间而被燃烧体8围绕。

如图3所示，进气璧17包括一系列四个被称为17a的进气孔或端口，均匀地沿着该进气壁分布，即绕着ax轴线均匀地分布。

与此相同的，该喷射璧18包括沿着该壁均匀地分布的四个喷射孔或端口18e，即ax旋转轴上。

在使用中，该供给装置16绕着ax轴线被驱动旋转，用以使不同燃烧室内的气体依顺序进入和喷出。

更特别的是，当供给装置16的端口17a至少有一部分面向燃烧室11的进气孔11a时，来自压气机的压缩空气通过歧管7的出口被带入至燃烧室11中。

因为供给装置16继续旋转，端口17a与进气孔11a逐渐分开直到进气孔11a最后关闭。在这种情况下，喷射孔11e同样被喷射壁18的侧壁关闭，由此，燃料可以通过如图1所示的喷油嘴21被喷入燃烧室11中。燃料被喷入后，利用火花塞22或其他任何点火控制系统触发密闭燃烧室内的燃烧。

因为供给装置16继续绕着轴线ax旋转，喷射端口18e逐渐面向燃烧室11的喷射孔11e，并使燃烧气体通过排气管4的入口排出到排气管4中，并以此产生推力或驱动涡轮。

因为供给装置16继续旋转，一个新的端口17a开始对齐进气孔11a处，并使新的压缩空气开始被吸入其中。

需注意的是，压缩空气被吸入的起始阶段，气体喷射是一直持续的，因为当吸入和喷射端口同时打开时存在有一个重叠部分。这个重叠部分可使燃烧气体被冲走。

另一方面，关于燃烧室11循环的描述同样适用于其它燃烧室12-14。

如图1所示，歧管7由两个旋转壁限定，即，内壁23及外壁24，该歧管的内空间因此而具有以ax轴线为中心的复曲面形状。内壁23如图1实施例中所示，可以与旋转供给装置16固定或刚性一体以使其与供给装置同步旋转。

外壁24在此处被例如，刚性地紧固于壳体6上。其包括内周缘，位于相反旋转的面向给供给装置16供空气的环。环形密封件27，其被插入至外壁24的内缘供给壁17的外表面之间，以确保使用中的发动机，当供给装置16相对于外侧壁24的内缘旋转时此连接处的满意密封。

排气管4自身由外旋壁28与内旋壁29限定，该排气管4自身绕着ax纵轴具有复曲面结构。

内旋壁29在此为固定设置。其包括外周缘，该外周缘面向它所沿着其移动的喷射环。密封件31被插入至外周缘与喷射环18内表面之间，以确保使用中的发动机，当旋转供给装置16旋转时，这两个元件连接处的满意密封。

该外旋壁28也为固定设置，且其包括紧固于也固定设置的燃烧体8内部的外周边缘。

旋转供给装置与燃烧体的密封最好是采用四个环形密封件。

通过沿ax纵轴线，两个环形密封件32设置于进气端口17a与进气孔11a-14a的两边，两个环形密封件32被插入至旋转的吸入环17的内表面与固定设置的燃烧体8的外表面之间。这两个密封件目的均是为了限制或消除在空气到达相应进气孔之前发生泄漏的被进气端口17a带入的空气的量。

类似的，通过沿ax纵轴线，另外两个环形密封件33也设置于喷射端口18e与喷射孔11e-14e的两边，并被插入至旋转的喷射环18的外表面与固定设置的燃烧体8的内表面之间。

如本发明所述，穿过燃烧室的压缩气体与燃烧气体气流是径向移动，即垂直于ax轴线。

在图1所示实施例中，该气流是适合离心压气机结构的呈指向轴线的径向的，也就是说即使传送的径向压缩空气流远离了轴线，该偏移气流也会被重新导向轴线以进行燃烧。

本发明也同样适用于如图4实施例所述的轴流式压气机发动机结构，不同于图1中的实施例，气流可通过离心的方式被定向而穿过燃烧室。

在图4所述的实施例中，发动机41包括图未示的轴流式压气机，其输送轴向歧管42中的压缩空气，该歧管42由固定设置的圆柱内壁43与外旋转壁44限定。

该压缩空气首先纵向进入该歧管42中，然后在其中径向偏移，从而使压缩空气可沿着离心径向方向排出该歧管，以便进入围绕该歧管42出口的等容燃烧系统46中。

该燃烧气体随后沿径向方向从系统46中径向地排出，并进入由内旋转壁48与外旋转壁49限定的排气管47的入口。该排气管具有复曲面形状，其入口围绕燃烧系统系统46，且其内壁与外壁均为固定设置。

被径向带入该排气管47中的该燃烧气体的轨迹被调整为沿纵向运动，因此该些气体会沿ax方向膨胀以便提供给图未示的涡轮或直接地产生纵向方向的推力。

等容燃烧系统46与图1、3所述实施例中的燃烧系统很相似。其包括相同于燃烧体8的燃烧体51，且其包括沿ax轴选均匀分布的几个燃烧室。

类似于图1中的实施例的供给装置16，气体也是通过旋转供给装置52同步进气与喷射，该供给装置同样具有一部分覆盖燃烧体，且其剖面呈u形的复曲面环槽。

但是，该供给装置52在此，相反于图1，是在上游被定向，也就是说它将燃烧体下游表面及燃烧体内与外周表面全部覆盖。

该旋转供给装置52同样包括外环53及圆柱形内环54。因此，供给装置52的整体结构与供给装置16相同，但装配有进气端口的内环54组成了吸入环，且装配有喷射端口的外环53组成了排气环。

类似的，进气孔位于燃烧体51的内圆柱形壁上，且喷射孔形成在该燃烧体51的外壁上。

该另外发动机41的运行与发动机1类似：进气与排气同样由环绕于燃烧体的环形旋转供应装置同步，但气体被带入和喷出的轨迹是离心而非径向的。

旋转供给装置52与燃烧体51间的密封也最好是采用四个环形密封件。

通过沿ax纵轴线，两个环形密封件设置于进气端口与进气孔的两边，两个环形密封件被插入至旋转的吸入环的外表面与固定设置的燃烧体的内表面之间。这两个密封件目的均是为了限制或消除在空气到达相应进气孔之前发生泄漏的被进气端口带入的空气的量。

类似的，通过沿ax纵轴线，另外两个环形密封件也设置于喷射端口与喷射孔的两边，并被插入至旋转的喷射环的内表面与固定设置的燃烧体的外表面之间。

作为补充方式，当供给装置旋转时，环形密封件被插入至歧管42内壁43的外缘与供给环内面之间，以确保此连接的满意密封。

另一个环形密封件被插入至排气管47内壁48的内缘与喷射环外表面之间，以确保旋转供应装置旋转时这两个元件连接的密封。

如图1至4所示的实施方式，燃烧体是固定设置的，且每个燃烧室的进气与排气都是有旋转供应装置进行同步的，这些进气与排气也都是沿着径向地定向的轨迹发生的。

但本发明也涉及一种结构，其中每个燃烧室提供旋转并旋转地驱动，以同步空气吸入和燃烧气体排出。

如图5所示实施例，该方案也被应用在具有离心压气机的发动机61上，因此该发动机61具有与图1所示发动机相同的结构。

图5所示的类似于图1发动机包括其上游的离心压气机2，以供等容燃烧系统62从下游端的排气管4的入口处将燃烧气体喷出。

压气机2、燃烧系统62及排气管4本身具有旋转结构，同时沿着ax轴线一个接一个地分布，整体被壳体6围绕。

压气机2沿离心方向输送其径向地排出的空气，空气在歧管7的入口处被接收并在此它首先沿纵向方向运动至下游，然后被径向地调整至沿径向方向从歧管7出口处进入系统62中。

在系统62中燃烧后，气体在排出管4入口处沿着被带入的径向方向被径向地喷出，然后被调整至平行于ax轴线膨胀。

燃烧系统62设置于被歧管7排气口围绕和围绕排气管4进气口的通常的复曲面结构中，该燃烧系统沿着轴线ax在与歧管7的出口与排气管4的入口相同的水平上定位。

该等容燃烧系统此处还包括几个不同的燃烧室，例如，在本实施例中有四个，围绕ax轴线均匀分布，其中一个燃烧室在附图中的附图标记为63。

燃烧室63被固定设置的外壳64围绕，燃烧室可旋转地设置于其中并能够围绕与ax轴线径向地间隔的纵向旋转轴线ar枢转。

发动机还装配有旋转地驱动每个燃烧室内护罩的装置。该些驱动装置均为齿轮传动系66，例如，在本实施例中该齿轮传动系包括以ax轴线为中心的大直径主轮67，且每个燃烧室都固定设置有由该主轮驱动的小齿轮68，并且其本身例如，通过紧固于其上，驱动它所啮合的燃烧室。

该固定设置的外壳64包括位于距ax旋转轴线最远的外壳区域上的进气孔69，因此该进气孔面向歧管7的出口处。类似的，该固定设置的外壳64还包括喷射孔71，该喷射孔相反地位于离轴线ax其最近的区域，并直接通向排气管4的进气孔。该些进、排气孔有利地沿ax轴线彼此间隔。

作为补充方式，旋转燃烧室63包括进气端口与排气端口，分别沿ax轴线设置于进气孔69与喷射孔71上。该些端口绕着ar轴线可以彼此间隔，以此优化吸入压缩空气与喷出燃烧气体的时间。

因此，在燃烧室63绕着其ar轴线旋转的过程中，当进气端口面向孔69时，压缩空气由歧管7的出口被带入至燃烧室中。当进气端口不再面向孔69时，燃烧室63完全关闭，此时喷入燃料并由点火控制器或实施例中的火花塞点燃。

然后，燃烧室63的旋转运动使得喷射端口处于面向排气口71的位置，以此使得燃烧气体被喷射至排气管4的入口中并产生膨胀，从而驱动涡轮或产生推力。

通过使得该些进、排气端口沿着ar轴线彼此间隔，它们可以绕着沿ar轴线定位在相同的水平上，以使得当进气端口面向孔69时，排气端口被其余的外壳部分封闭。同理，当排气端口面向孔71时，进气端口在该区域被其余的外壳部分封闭。在这种情况下，该些进、排气孔也间隔有适当距离并沿ax轴线设置。

需要理解的是，其他燃烧室的运行与燃烧室63相同，不同的燃烧室均可将燃烧气体输送至排气管4的入口处。

在已说明的实施例中，本发明适用于飞机发动机的涡轮机，但本发明也适用于不同设备的涡轮机，诸如，尤其例如陆地上的发电装置等。