航空喷气式发动机喷出发动机外的燃气动能再利用技术的制作方法

本发明涉及航空喷气式发动机技术领域。特别是喷气式发动机尾部喷出发动机外的燃气动能再利用技术。

二、技术背景

目前现有航空喷气发动机一共有五个主要部件，如图1(示意图)。从前到后分别是：进气道①，压缩机②，燃烧室③，燃气涡轮④，尾喷管⑤。目前航空喷气式发动机的工作原理是：气流从进气道①进入；经过压缩机②，压缩后的气体高速流入燃烧室③；在燃烧室喷油嘴把航空煤油雾化喷出，点火装置将高压空气和油雾混合气点燃，经过燃烧后的气体达到高温、高压，冲击燃气涡轮④，带动涡轮转动；(由于涡轮轴与压缩机轴为同轴，涡轮④又带动压缩机②转动，所以燃气涡轮是带动发动机继续工作的一个部件，简单来说就是拥有续航能力的部件)。然后高温、高压气流经过尾喷管⑤，从喷气口高速喷出。喷出的高速高压气流根据反作用力推动飞行器向前运动。飞行器在大气层中向前运动，通过机翼飞行器获得向上的升力，飞行器才实现了飞行。

从现有喷气式发动机的工作原理中，我们可以看出，从发动机尾喷管喷出的高温、高压、高速气流只是获得反作用力，使推动飞行器向前运动，而无其他作用就白白浪费掉了。也就是说喷气式发动机喷出发动机外的燃气动能没有充分利用就损失掉了。

三、

技术实现要素：

为了克服上述现有技术问题的不足，充分利用喷气式发动机喷出发动机外的燃气动能，本发明提供一种使喷气式发动机喷出发动机外的燃气动能再利用技术。

本发明采取的技术方案是：本发明是在现有喷气式发动机的基础上改进而成的喷气式发动机。如图2(示意图)。图2中，进气道①，压缩机②，燃烧室③，燃气涡轮④，尾喷管⑤，导流管⑥，升力板⑦，推拉杆⑧。改进后的喷气式发动机是将现有发动机尾喷管出口改造，尾喷管出口改造成长方形或椭圆形。然后再在尾喷管出口的后方接出一个导流管，再在导流管的后方接一个升力板，升力板又有推拉杆一端加固、调控。推拉杆的另一端固定在喷气式发动机上或飞行器机体上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的喷气式发动机，发动机向前的推力没有改变。本发明是利用了现有喷气式发动机喷出发动机外的燃气动能，通过该燃气动能使升力板上表面形成了近似真空状态，而升力板下面有大气压压强，大气压强作用在升力板上，使飞行器额外获得了几吨的向上升力。从而提高了现有喷气式发动机的工作效率。

本发明由于利用了大气压强。大气压强越大，飞行器额外获得的升力越大。飞行器飞行高度越低，大气压强就越大。所以本发明更适用于中低空或超低空飞行的军用飞机、巡航导弹和舰载机起飞。可以增加飞机、巡航导弹的载弹量或作战半径。因为飞行器额外获得了较大的升力，所以有利于航母舰载机起飞。因为飞行器额外获得了较大的升力，所以使原本因起飞升力不够的飞机，可以在航母舰上起飞。

四、附图说明

图1是现有喷气式发动机主要部件示意图。①是进气道，②是压缩机，③是燃烧室，④是燃气涡轮，⑤是尾喷管。喷气式发动机工作时，气流吸入进气道①；经过压缩机②，压缩后的气体高速流入燃烧室③；在燃烧室喷油嘴把航空煤油雾化喷出，点火装置将高压空气和油雾混合气点燃，经过燃烧后的气体达到高温、高压，冲击燃气涡轮④，带动涡轮转动(由于涡轮轴与压缩机轴为同轴，涡轮④又带动压缩机②转动，所以燃气涡轮是带动发动机继续工作的一个部件，简单来说就是拥有续航能力的部件)。然后高温、高压气流经过尾喷管⑤管口高速喷出。箭头表示从尾喷管⑤高速喷出的气体。

图2是本发明的喷气式发动机主要部件示意图。①是进气道，②是压缩机，③是燃烧室，④是燃气涡轮，⑤是尾喷管，⑥是导流管，⑦是升力板，⑧推拉杆。

本发明喷气式发动机是在现有喷气式发动机尾喷管⑤的后方接出一个导流管⑥，然后再在导流管⑥的后方接一个升力板⑦，升力板⑦又有推拉杆⑧一端加固、调控。推拉杆⑧的另一端固定在喷气发动机上或飞行器机体上。(因喷气式发动机型号不同或飞行器机体不同，所以推拉杆⑧另一端的位置不定。)

图2中的箭头，代表气体从尾喷管⑤高速喷出后，经过导流管⑥导流，气体汇成一个方向从升力板⑦上面高速流过。

导流管、升力板形状：

喷气式发动机的尾喷管⑤气流出口是圆形，导流管就是圆形，升力板就是半圆形。尾喷管是长方形，导流管就是长方形，升力板就是接近u形。尾喷管⑤是椭圆形，导流管⑥就是椭圆形，升力板⑦就是半椭圆形。导流管⑥与尾喷管⑤连接的地方，其形状根据尾喷管⑤出口的形状、大小而定。升力板⑦后端形状根据喷气发动机大小需要而定。

导流管⑥与尾喷管⑤的连接是固定连接。

升力板⑦与导流管⑥的连接可以是固定式，也可以是活动式。升力板⑦加推拉杆⑧就组合成转角活动可调式升力板。图中虚线是推拉杆在调节过程中升力板转角的某一位置。图中推拉杆⑧是在升力板上方两侧的位置加固升力板，也可以在升力板的下方位置加固升力板。

推拉杆⑧的作用：一是加固升力板。二是当飞行器发动机是两台或多台时，每块升力板的升力会有微小差别。升力板可以活动调节，就可以调节升力板上获得的升力，使得飞行器升力达到平衡。

导流管⑥、升力板⑦、推拉杆⑧还可以不与喷气式发动机一体制作，而是与飞行器机体一起制作。

五、下面结合附图对本发明进一步说明

大家知道，我们将一张纸条贴在人的下嘴唇，用力吹，纸条就会飘起来。伯努利原理最为著名的推论就是：“等高流体流动时，流速大，压强就小。流速小，压强就大”。我们用嘴吹纸条，纸条上面气体流速快，压强就小，作用在纸条上的压力就小；纸条下面气体流速慢，压强就大，作用在纸条上的压力就大；纸条上下两面的压力差作用，纸条就飘起来了。

本发明就是利用了伯努利原理。本发明的喷气式发动机就是在现有喷气发动机尾喷管⑤的后部增加了导流管⑥、升力板⑦和推拉杆⑧。

导流管⑥的作用，是将尾喷管⑤喷出的高温、高压、高速气体方向进行导流，让气体按一个方向喷出。

在导流管⑥的后部增加升力板⑦，其作用是将导流管⑥喷出的高速气体与大气气体局部隔离开，让喷气式发动机从导流管⑥喷出的高速气体经过升力板⑦的上面喷出。因为喷气式发动机从导流管⑥喷出的气体速度要远远大于飞行器的飞行速度，也就是升力板⑦上面气体的流速要远远大于升力板⑦下面气体的流速。根据伯努利“等高流体流动时，流速大，压强就小。流速小，压强就大”这一原理，可以肯定气体作用在升力板⑦上表面的压强要比升力板⑦下面的压强小。升力板⑦上下两面的气体压强差，作用在一定面积的升力板⑦上，升力板就获得了向上的升力。

本发明的喷气式发动机，发动机向前的推力没有改变。本发明是利用了现有喷气式发动机喷出发动机外的燃气动能，通过该燃气动能使升力板上表面形成了近似真空状态，而升力板下面有大气压压强，大气压强作用在一定面积的升力板上，飞行器就额外获得了向上的升力。

推拉杆⑧的作用：一是固定升力板，并给升力板⑦以支撑。二是可以调节升力板角度，控制升力板⑦与导流管喷出气流的距离或者调整升力板的有效面积，达到调控升力板升力大小的目的。

为了增加升力板的升力，应增加升力板的有效面积。可以将尾喷管出口改成长方形或椭圆形。但是也可以保持现有发动机尾喷管的形状不变。

飞行器发动机增加了升力板，飞行器现有的平衡就被打破了。为了使飞行器达到平衡，需在飞行器的前部安装小翼进行调控。

喷气式发动机增加升力板后，若应用在战斗机上，升力板还起到了遮挡尾喷管红外线的作用。

喷气式发动机尾部增加升力板这一工作原理，不仅适用于飞机，而且同样使用于巡航导弹。巡航导弹的尾部增加升力板，同样可增加巡航导弹的射程或弹体重量。

六、本发明的喷气式发动机增加升力板后能额外获得多大的升力呢？

设定升力板是增加在飞机喷气式发动机上，技术参数设定是：

1、喷气式发动机导流管喷出的气体温度是1726度(绝对温度2000k)；

2、燃烧室气体压强是10个大气压：

3、发动机导流管喷出的气体流速是300m/s；

4、飞机在海平面，海拔高度是0m；

5、升力板厚度忽略不计。

6、飞机起飞时的速度是113m/s；(f16战机起飞速度是407公里/小时)

7、升力板面积为s＝0.8m²。

8、升力板的升力为f(n)

计算过程用到伯努利方程，p1+1/2ρ1v²+ρ1gh1＝p2+1/2ρ2v2²+ρ2gh2

式中字母代表的含义是：

p1为升力板下方流动气体的作用在升力板下面的压强；

ρ1为升力板下方流动气体的质量；

v1为升力板下方气体的流动速度；

h1为升力板下平面海拔高度；

g是重力加速度。

p2为升力板上方喷气发动机导流管喷出的气体作用在升力板上面的压强；

ρ2为升力板上方喷气发动机导流管喷出的气体质量；

v2为升力板上方喷气发动机导流管喷出的气流速度；

h2为升力板上平面海拔高度。

根据以上设定，查找对应表得发动机燃烧室喷出的气体密度为1.76kg/m³。飞机海拔高度为0m时的空气密度是1.29kg/m³

伯努利方程，p1+1/2ρ1v1²+ρ1gh1＝p2+1/2ρ2v2²+ρ2gh2

由于飞机起飞的海拔高度还是可以看作0m，所以升力板海拔高度是0m。所以方程可写为：

p1-p2＝1/2ρ2v2²-1/2ρ1v1²

代入上述设定数值

p1-p2＝1/2×1.76×300²-1/2×1.29×113²＝79200-8236＝70964(n/m²)≈7241kg/m²

p1-p2是气体作用在升力板下、上两面的压强差。

作用在0.8m²升力板上的升力就是

f＝(p1-p2)×s＝70964×0.8＝56771(n)≈5793kg＝5.793吨

通过以上计算可以看出，导流管喷出的高压、高速气体经过本发明增加的升力板利用，飞机就可以额外获得5.793吨的升力。如果是双发发动机飞机，通过增加升力板，就可额外获得5.793吨×2＝11.586吨的起飞升力。

七本发明为什么更适合战斗机、低速巡航导弹和舰载机起飞。

从伯努利方程可以看出，p1-p2是气体作用在升力板下、上两面的压强差。作用在升力板上就是升力。该压强差是会随着飞机高度(主要是空气压强、空气密度)、飞机飞行速度以及发动机喷出的气体速度变化而变化。飞机飞行海拔高度越高空气压强越低，空气密度也越小，飞机速度越快，升力板上获得的升力就会越小。反之，飞机海拔高度越低，空气压强就越大；空气密度也就越大，飞机飞行速度越慢，升力板上获得的升力就越大。军用飞机突防时主要是在中低空或超低空飞行，所以升力板上额外获得的升力就大，就可以增加飞机或巡航导弹的载弹量或作战半径。舰载机就是在接近海平面高度上起飞，因此升力板上获得的升力最大，有助于舰载机的起飞。