涡轮活塞混合动力系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空、航海、陆地车辆设备技术领域，尤其涉及一种涡轮活塞混合动力系统。
【背景技术】
[0002]节能与高功重比是先进动力系统的重要评价指标，为此，高功率与低油耗的组合循环发动机已成为未来动力系统的发展趋势。
[0003]涡轮活塞组合循环发动机是一种兼顾常规活塞式柴油机油耗低且经济性好、燃气轮机功率密度高等优点的组合式动力系统，它是能实现高功率密度、部分功率状态低油耗的创新型动力型式，其中的关键循环模式是柴油机与燃气轮机的联合循环(柴-燃联合循环)，在此循环模式中，经压气机压缩后的高增压比大流量空气被分流，分别进入燃气轮机与柴油机，燃气轮机与柴油机同时并联工作。在现有技术中(如图4所示)，柴油机(即发动机1)的气缸消耗高压空气后排出的燃气直接进入燃气轮机的涡轮机23中并与燃气轮机的燃烧室22排出的气体一起驱动动力涡轮24做功。
[0004]然而，柴油机的气缸消耗高压空气后排出的燃气为高压状态，温度较高且富含氧气，可直接弓I入燃气轮机的燃烧室中而被再次燃烧利用。
【发明内容】
[0005]鉴于【背景技术】中存在的问题，本发明的一个目的在于提供一种涡轮活塞混合动力系统，其能将压气机压缩后的高压空气与柴油机排出的高压、高温、富氧燃气这两种非均压异质气流引入燃气轮机的燃烧室中燃烧，强化了燃烧性能，提高了燃气轮机热力循环效率。
[0006]本发明的另一个目在于提供一种涡轮活塞混合动力系统，其能避免柴油机的高压、高温、富氧燃气直接排放，提升了运载器红外隐身特性。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供了一种涡轮活塞混合动力系统，其包括:发动机、燃气轮机和发动机燃料提供装置。
[0008]发动机具有:发动机用进气口 ；以及发动机用出气口。
[0009]燃气轮机包括:压气机、燃烧室、涡轮机、动力涡轮以及机匣。压气机具有:压气机用进气口，用于引入外部的空气；以及压气机用出气口。燃烧室具有:燃烧室用进气口 ；以及燃烧室用出气口，设置在燃烧室的尾部。涡轮机具有:涡轮机用进气口，连通于燃烧室用出气口 ；以及涡轮机用出气口。动力涡轮具有:动力涡轮用进气口，连通于涡轮机用出气口；以及动力涡轮用出气口。机匣包裹燃烧室。
[0010]发动机燃料提供装置连通于发动机，向发动机提供发动机用燃料。
[0011 ] 其中，从压气机用出气口排出的高压气体穿过机匣，经由燃烧室用进气口进入到燃烧室内，从发动机用出气口排出的高温高压燃气穿过机匣，经由燃烧室用进气口进入到燃烧室内，从而进入到燃烧室中的高压气体和高温高压燃气在燃烧室中混合燃烧，燃烧室中混合燃烧后形成高温高压的废气经由燃烧室用出气口穿过机匣并经由涡轮机用进气口进入涡轮机，涡轮机驱动压气机而使压气机压缩经由压气机用进气口引入到压气机内的空气，压缩后的空气变为高压气体并经由压气机用出气口排出，排出的高压气体分流而使一部分高压气体穿过机匣并经由燃烧室用进气口进入燃烧室而另一部分高压气体经由发动机用进气口进入发动机，发动机用燃料在发动机内燃烧，形成高温高压燃气并经由发动机用出气口排出，排出的高温高压燃气穿过机匣并经由燃烧室用进气口进入燃烧室内，如此往复循环工作。
[0012]本发明的有益效果如下:
[0013]在根据本发明的涡轮活塞混合动力系统中，通过压气机用出气口和机匣引入到燃烧室内的来自压气机的高压空气与通过发动机用出气口和机匣引入到燃烧室内的来自发动机的高温高压燃气混合燃烧，强化了燃烧过程，提升了燃烧品质。同时，基于燃烧室与发动机的连通，可以充分利用发动机中的余能，从而提高了经由燃烧室用出气口排出的燃气的平均温度，并且提升了发动机整体热力循环效率。此外，在本发明的涡轮活塞混合动力系统中，发动机无需直接向外排气，而是先将发动机排出的高温高压燃气引入到燃烧室中，然后通过燃烧室向外排气，基于燃烧室的排气过程需通过动力涡轮膨胀做工，因此在膨胀做工过程中燃烧室排出的气体的温度相对发动机中排出的气体温度会大大降低，从而可明显提升红外隐身特性。
【附图说明】
[0014]图1是根据本发明的涡轮活塞混合动力系统的一实施例的系统连接示意图(箭头只表示气体流向，不表示具体管道)，其中机匣只有一个第一引气孔和一个第二引气孔；
[0015]图2是根据本发明的涡轮活塞混合动力系统的另一实施例的系统连接示意图(箭头只表示气体流向，不表示具体管道)，其中机匣有多个第一引气孔和多个第二引气孔；
[0016]图3是根据本发明的涡轮活塞混合动力系统的另一实施例的系统连接示意图(箭头只表示气体流向，不表示具体管道)；
[0017]图4是现有技术中的涡轮活塞混合动力系统的系统连接示意图。
[0018]其中，附图标记说明如下:
[0019]1发动机231涡轮机用进气口
[0020]11发动机用进气口232涡轮机用出气口
[0021]12发动机用出气口24动力涡轮
[0022]2燃气轮机241动力涡轮用进气口
[0023]21压气机242动力涡轮用出气口
[0024]211压气机用进气口25机匣
[0025]212压气机用出气口251第一引气孔
[0026]22燃烧室252第二引气孔
[0027]221燃烧室用进气口253管道入孔
[0028]222燃烧室用出气口254管道出孔
[0029]23涡轮机3发动机燃料提供装置
【具体实施方式】
[0030]下面参照附图来详细说明根据本发明的涡轮活塞混合动力系统。
[0031]参照图1至图3，根据本发明的涡轮活塞混合动力系统包括:发动机1、燃气轮机2和发动机燃料提供装置3。
[0032]发动机1具有:发动机用进气口 11 ;以及发动机用出气口 12。
[0033]燃气轮机2包括:压气机21、燃烧室22、涡轮机23、动力涡轮24以及机匣25。压气机21具有:压气机用进气口 211，用于引入外部的空气；以及压气机用出气口 212。燃烧室22具有:燃烧室用进气口 221 ;以及燃烧室用出气口 222，设置在燃烧室22的尾部。涡轮机23具有:涡轮机用进气口 231，连通于燃烧室用出气口 222 ;以及涡轮机用出气口 232。动力涡轮24具有:动力涡轮用进气口 241，连通于涡轮机用出气口 232 ;以及动力涡轮用出气口 242。机匣25包裹燃烧室22。
[0034]发动机燃料提供装置3连通于发动机1，向发动机1提供发动机用燃料。
[0035]其中，从压气机用出气口 212排出的高压气体穿过机匣25，经由燃烧室用进气口221进入到燃烧室22内，从发动机用出气口 12排出的高温高压燃气穿过机匣25，经由燃烧室用进气口 221进入到燃烧室22内，从而进入到燃烧室22中的高压气体和高温高压燃气在燃烧室22中混合燃烧，燃烧室22中混合燃烧后形成高温高压的废气经由燃烧室用出气口 222穿过机匣25并经由涡轮机用进气口 231进入涡轮机23，涡轮机23驱动压气机21而使压气机21压缩经由压气机用进气口 211引入到压气机21内的空气，压缩后的空气变为高压气体并经由压气机用出气口 212排出，排出的高压气体分流而使一部分高压气体穿过机匣25并经由燃烧室用进气口 221进入燃烧室22而另一部分高压气体经由发动机用进气口 11进入发动机1，发动机用燃料在发动机1内燃烧，形成高温高压燃气并经由发动机用出气口 12排出，排出的高温高压燃气穿过机匣25并经由燃烧室用进气口 221进入燃烧室22内，如此往复循环工作。
[0036]在根据本发明的涡轮活塞混合动力系统中，通过压气机用出气口 212和机匣25引入到燃烧室22内的来自压气机21的高压空气与通过发动机用出气口 12和机匣25引入到燃烧室22内的来自发动机1的高温高压燃气混合燃烧，强化了燃烧过程，提升了燃烧品质。同时，基于燃烧室22与发动机1的连通，可以充分利用发动机1中的余能，从而提高了经由燃烧室用出气口 222排出的燃气的平均温度，并且提升了发动机1整体热力循环效率。此外，在本发明的涡轮活塞混合动力系统中，发动机1无需直接向外排气，而是先将发动机1排出的高温高压燃气引入到燃烧室22中，然后通过燃烧室22向外排气，基于燃烧室22的排气过程需通过动力涡轮24膨胀做工，因此在膨胀做工过程中燃烧室22排出的气体的温度相对发动机1中排出的气体温度会大大降低，从而可明显提升红外隐身特性。根据本发明的涡轮活塞混合动力系统，在一实施例中，参照图1和图2，机匣25具有:第一引气孔251，与压气机用出气口 212直接连通；以及第二引气孔252，与发动机用出气口 12直接连通。燃烧室用进气口 221设置在燃烧室22的外壁上同时连通于机匣25的第一引气孔251和机匣25的第二引气孔252。从压气机用出气口 212排出的高压气体经由机匣25的第一引气孔251进入燃烧室用进气口 221、再经由燃烧室用进气口 221进入到燃烧室22中，从发动机用出气口 12排出的高温高压燃气经由机匣25的第二引气孔252进入燃烧室用进气口221、再经由燃烧室用进气口 221进入到燃烧室22中，从而进入到燃烧室22中的高压气体和高温高压燃气在燃烧室22中混合燃烧，燃烧室22中混合燃烧后形成高温高压的废气经由燃烧室用出气口 222穿过机匣2