用于混纯电动飞行器的可调涵道比风扇及航空发动机的制作方法

1.本公开涉及航空发动机技术领域，尤其涉及用于混纯电动飞行器的可调涵道比风扇及航空发动机。


背景技术：

2.传统发动机涵道比固定不可调，不能根据发动机的实时工作状态进行调整，限制了发动机的输出效率。因此有必要提出一种涵道比可调的航空发动机，以根据实际情况选择不同模式以不同的涵道比飞行，从而提升航空发动机的效率。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种用于混纯电动飞行器的可调涵道比风扇及航空发动机。
4.根据本公开的一个方面，用于混纯电动飞行器的可调涵道比风扇，包括：内涵道风扇、套在所述内涵道风扇外的外涵道风扇；
5.内涵道风扇包括环形的内涵道定子、置于内涵道定子内的内涵道转子以及设置在内涵道定子和内涵道转子之间的第一磁悬浮结构；内涵道转子通过第一磁悬浮结构悬空地置于内涵道定子内并转动设置；
6.外涵道风扇包括环套在内涵道定子外的外涵道转子、环套在外涵道转子外的外涵道定子、以及设置在外涵道定子和外涵道转子之间的第二磁悬浮结构；外涵道转子通过第二磁悬浮结构悬空地置于外涵道定子和内涵道定子之间并转动设置。
7.根据本公开的至少一个实施方式，所述内涵道转子的至少一端设有用于整流的导流叶片，内涵道转子两端的导流叶片相对内涵道定子均固定设置。
8.根据本公开的至少一个实施方式，还包括：环套在所述内涵道定子外的风扇套圈；风扇套圈与内涵道定子固定连接；外涵道转子环套在风扇套圈外，并相对风扇套圈转动设置。
9.根据本公开的至少一个实施方式，所述外涵道转子包括环套在风扇套圈外的转子内环及多个沿周向均布在转子内环外圆面的叶片；转子内环相对风扇套圈转动设置；风扇套圈的至少一端边缘沿径向延伸并形成环状的挡圈，挡圈的外径大于转子内环的内径，挡圈的内径小于内涵道定子的外径。
10.根据本公开的至少一个实施方式，所述第一磁悬浮结构包括内涵道轴向绕组、内涵道径向绕组、与所述内涵道轴向绕组对应匹配的内涵道轴向永磁体和与所述径向绕组对应匹配的内涵道径向永磁体；
11.所述内涵道定子的两端均向内延伸并形成第一环形凸边；所述内涵道轴向绕组分别设置在两个所述第一环形凸边朝向内涵道转子的一侧；所述内涵道轴向永磁体分别设置在所述内涵道转子的两端；
12.所述内涵道定子的内圆面沿周向均匀排布有多个所述内涵道径向绕组；所述内涵
道转子的外圆面对应多个内涵道径向绕组分别设有多个所述内涵道径向永磁体。
13.根据本公开的至少一个实施方式，每个所述内涵道径向绕组均包括沿轴向排布的内涵道径向悬浮绕组和至少一个内涵道径向推进绕组；所述内涵道径向悬浮绕组用于使所述内涵道转子悬空的置于所述内涵道定子内；
14.所述内涵道径向推进绕组用于驱动所述内涵道转子旋转。
15.根据本公开的至少一个实施方式，所述第二磁悬浮结构包括外涵道轴向绕组、外涵道径向绕组、与所述外涵道轴向绕组对应匹配的外涵道轴向永磁体和与所述外涵道径向绕组对应匹配的外涵道径向永磁体；
16.所述外涵道定子的两端均向内延伸并形成第二环形凸边；所述外涵道轴向绕组分别设置在两个所述第二环形凸边朝向所述外涵道转子的一侧；所述外涵道轴向永磁体分别设置在所述外涵道转子两端；
17.所述外涵道定子的内圆面沿周向均匀排布有多个所述外涵道径向绕组；所述外涵道转子的外圆面对应多个所述外涵道径向绕组分别设有多个所述外涵道径向永磁体。
18.用于混纯电动飞行器的航空发动机，包括：沿轴向依次排布并连通的进气道、可调涵道比风扇、压气机、燃烧室、发电系统和尾喷管；
19.所述可调涵道比风扇为前述任一项所述的用于混纯电动飞行器的可调涵道比风扇。
20.根据本公开的至少一个实施方式，所述压气机和所述发电系统均包括外壳和转子；
21.所述外壳与所述转子之间设置有第三磁悬浮结构；
22.所述压气机的转子为压气机叶片；
23.所述发电系统的转子为涡轮。
24.根据本公开的至少一个实施方式，所述涡轮包括动力涡轮和自由涡轮；
25.所述动力涡轮位于所述燃烧室和所述自由涡轮之间；
26.所述动力涡轮与所述压气机同轴连接。
27.本公开的有益效果是：
28.(1)内涵道风扇和外涵道风扇各自独立工作，当外涵道风扇不工作时，就是通气管道；当外涵道风扇工作的时候，就形成了大涵道比的涵道风扇，从而实现涵道比可调的功能，将空气进行初步压缩，提供推力，增大航空发动机整体效率；
29.(2)本公开通过可调涵道比风扇实现航空发动机的涵道比可调，不仅能达到更高的效率，还能给航空发动机提供更大量的空气；并为飞机整体结构和发动机结构一体化提供了一个新型发动机结构。
30.(3)本公开通过磁悬浮风扇方案，使机械能转化为电能。不仅能为电池系统提供了部分能源，还可以采用多级磁悬浮风扇增大推力或者空气流量使得能量使用效率更高。
附图说明
31.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
32.图1是根据本公开的实施方式的用于混纯电动飞行器的航空发动机的示意图。
33.图2是图1所示的用于混纯电动飞行器的航空发动机中可调涵道比风扇的结构示意图。
34.图3是图2所示的用于混纯电动飞行器的可调涵道比风扇的正面图；
35.图4是图2所示的用于混纯电动飞行器的可调涵道比风扇中风扇套圈的结构示意图。
36.附图标记：100-可调涵道比风扇；110-风扇套圈；111-挡圈；120-外涵道风扇；121-外涵道定子；122-外涵道转子；123-转子内环；124-外涵道径向绕组；125-叶片；126-外涵道轴向绕组；127-外涵道轴向永磁体；128-外涵道径向永磁体；129-第二环形凸边；130-内涵道风扇；131-内涵道定子；132-导流叶片；133-内涵道转子；134-内涵道轴向永磁体；135-内涵道轴向绕组；136-内涵道径向悬浮绕组；137-内涵道径向推进绕组；138-内涵道径向永磁体；139-第一环形凸边；200-压气机；300-燃烧室；400-发电系统；401-动力涡轮；402-自由涡轮。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
39.如图2和3所示，根据本公开的第一实施方式，提供了用于混纯电动飞行器的可调涵道比风扇100，包括：内涵道风扇130、套在所述内涵道风扇130外的外涵道风扇120；
40.内涵道风扇130包括环形的内涵道定子131、置于内涵道定子131内的内涵道转子133以及设置在内涵道定子131和内涵道转子133之间的第一磁悬浮结构；内涵道转子133通过第一磁悬浮结构悬空地置于内涵道定子131内并转动设置；
41.外涵道风扇120包括环套在内涵道定子131外的外涵道转子122、环套在外涵道转子122外的外涵道定子121、以及设置在外涵道定子121和外涵道转子122之间的第二磁悬浮结构；外涵道转子122通过第二磁悬浮结构悬空地置于外涵道定子121和内涵道定子131之间并转动设置。
42.内涵道风扇130和外涵道风扇120各自独立工作，当外涵道风扇120不工作的时候，就是普通的通气管道；当外涵道风扇120工作的时候，就形成了大涵道比的涵道风扇，实现了涵道比可调的功能，将空气进行初步压缩，提供推力。
43.根据本公开的一个实施方式，内涵道转子133的至少一端设有用于整流的导流叶片132125，内涵道转子133两端的导流叶片132125相对内涵道定子131均固定设置。如图3所示，导流叶片132125呈“十”字型，导流叶片132125固定，即导流叶片132125不跟随内涵道转子133旋转，导流叶片132125的作用是对空气进行整流。
44.根据本公开的一个实施方式，还包括：环套在内涵道定子131外的风扇套圈110；风扇套圈110与内涵道定子131固定连接；外涵道转子122环套在风扇套圈110外，并相对风扇套圈110转动设置。风扇套圈110的作用有三个，分别为：1、固定内涵道风扇130和外涵道风
扇120的相对位置；2、作为内涵道风扇130和外涵道风扇120之间的缓冲结构；3、是本公开与航空发动机之间的连接结构，即通过风扇套圈110将本公开固定至发动机壳体。
45.根据本公开的一个实施方式，如图2和4所示，外涵道转子122包括环套在风扇套圈110外的转子内环123及多个沿周向均布在转子内环123外圆面的叶片125；转子内环123相对风扇套圈110转动设置；风扇套圈110的至少一端边缘沿径向延伸并形成环状的挡圈111，挡圈111的外径大于转子内环123的内径，挡圈111的内径小于内涵道定子131的外径。
46.第一磁悬浮结构和第二磁悬浮结构均可采用现有技术中的磁悬浮结构实现。例如公开号为cn112722242a，名称为一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇的中国发明专利申请所提到的定子和转子风扇之间的线圈永磁体结构。具体地，根据本公开的一个实施方式，内涵道定子131的两端均向内延伸并形成第一环形凸边139；第一环形凸边139朝向内涵道转子133的一侧均绕设有内涵道轴向绕组135；内涵道转子133两端对应内涵道轴向绕组135均设有内涵道轴向永磁体134；内涵道定子131的内圆面沿周向均匀排布有多个内涵道径向绕组；内涵道转子133的外圆面对应多个内涵道径向绕组分别设有多个内涵道径向永磁体138；内涵道轴向绕组135、内涵道轴向永磁体134、多个内涵道径向绕组和多个内涵道径向永磁体138为第一磁悬浮结构。内涵道径向绕组既可使内涵道转子133处于悬浮状态，同时也可驱动内涵道转子133旋转。
47.根据本公开的一个实施方式，每个内涵道径向绕组均包括沿轴向排布的内涵道径向悬浮绕组136和至少一个内涵道径向推进绕组137；内涵道径向悬浮绕组136用于使内涵道转子133悬空的置于内涵道定子131内；
48.内涵道径向推进绕组137用于驱动内涵道转子133旋转。
49.在本实施方式中，如图2所示，内涵道径向推进绕组137设置有两个；内涵道径向悬浮绕组136位于两个内涵道径向推进绕组137之间。
50.根据本公开的一个实施方式，外涵道定子121的两端均向内延伸并形成第二环形凸边129；第二环形凸边129朝向外涵道转子122的一侧均绕设有外涵道轴向绕组126；外涵道转子122两端对应外涵道轴向绕组126均设有外涵道轴向永磁体127；外涵道定子121的内圆面沿周向均匀排布有多个外涵道径向绕组124；外涵道转子122的外圆面对应多个外涵道径向绕组124分别设有多个外涵道径向永磁体128；外涵道轴向绕组126、外涵道轴向永磁体127、多个外涵道径向绕组124和多个外涵道径向永磁体128为第二磁悬浮结构。
51.与内涵道径向绕组类似，外涵道径向绕组124既可使外涵道转子122处于悬浮状态，同时也可驱动外涵道转子122旋转。
52.如图1所示，本公开还提供一种用于混纯电动飞行器的航空发动机，包括：沿轴向依次排布并连通的进气道、可调涵道比风扇100、压气机200、燃烧室300、发电系统400和尾喷管；
53.可调涵道比风扇100为前述任一项的用于混纯电动飞行器的可调涵道比风扇100。
54.压气机200布置在本公开与燃烧室300之间，用于提高进口空气压力；燃烧室300布置在压气机200和涡轮之间，并与燃料供应装置相通，用于燃烧燃料，产生膨胀气体。尾喷管布置在发电系统400之后，排出尾气，提供推力；燃料供应装置可包括通过燃油管路一次连通的油箱、增压泵、燃料计量阀和燃料分配器，燃料分配器的出口和燃烧室300的进油口连通，增压泵、燃料计量阀均与发动机控制器通信连接。增压泵布置在油箱和燃料计量阀之
间，用于驱动液态燃料流动，燃料分配器布置在燃料计量阀和燃烧室300之间，用于分配燃料量；转速传感器布置在内外涵道风扇120、发电系统400的转子上，用于测量上述各部件的转速，并将转速传递给发动机控制器；温度传感器布置于各级推进单元定子之内，并将温度信号传递给发动机控制器；蓄电池组与电流母线相连接，由发动机控制器通过控制电池管理系统来进行蓄电池组的充放电状态控制以及热管理控制等；发动机控制器与压力传感器、转速传感器、温度传感器、增压泵、燃料计量阀、各推进单元(涵道比可调风扇、发电系统400)定子、电池组通信连接，用于接收并处理各传感器信号，并控制各推进单元、燃料计量阀的动作。这与公开号为cn113086219a，名称为用于飞行器的无轴电发动机、控制方法、一种飞行器的中国发明专利申请是一致的。
55.压气机200和发电系统400均可采用公开号为cn113086219a，名称为用于飞行器的无轴电发动机、控制方法、一种飞行器的中国发明专利申请中的磁悬浮转动机构实现，具体地，根据本公开的一个实施方式，压气机200和发电系统400均包括外壳和转子；外壳与转子之间设置有第三磁悬浮结构；压气机200的转子为压气机叶片；发电系统400的转子为涡轮。第三磁悬浮结构可与第一磁悬浮结构或第二磁悬浮结构相同。
56.根据本公开的一个实施方式，涡轮包括动力涡轮401和自由涡轮402；
57.动力涡轮401位于燃烧室300和自由涡轮402之间；
58.动力涡轮401与压气机200同轴连接。
59.动力涡轮401布置在燃烧室300和自由涡轮402之间，用于燃气膨胀做功，带动压气机200旋转，自由涡轮402被膨胀燃气带动进行发电。即发电系统400既可以做推进，又可以发电。发电系统400有两种模式：1.推进模式：一般在起飞或者降落时，由控制中心选择对应的工况模式，燃烧气体和储能系统提供动力使得转子完全提供推力；2.供电模式：在平飞稳定状态时，提供飞机用电器部分电力以及为蓄电池充电。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
61.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
62.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。