CN106593694B - 一种向心式涡轮风扇喷气式发动机 - Google Patents

一种向心式涡轮风扇喷气式发动机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种向心式涡轮风扇喷气式发动机，属于发动机领域。一种向心式涡轮风扇喷气式发动机，包括主轴、外壳和环形燃烧室外壳，所述主轴前端固定连接有前支撑叶片，所述前支撑叶片远离主轴的一端与外壳前端内壁相连，所述主轴尾端固定连接有尾椎，所述尾椎上固定设有后支撑叶片，所述后支撑叶片远离尾椎的一端与外壳内壁相连，所述主轴上固定连接有燃烧室固定叶片，所述燃烧室固定叶片远离主轴的一端与环形燃烧室外壳前端内壁相连。它可以实现多级增压，内外涵道完全独立，内涵道进气无需考虑外涵道叶片设计，只需要考虑内涵道进气和增大压缩比，外涵道风扇叶片只要考虑发动机总功率下提高进气量和效率，发动机的内外涵道叶片最优化。

Description

一种向心式涡轮风扇喷气式发动机
技术领域
本发明涉及发动机领域，更具体地说，涉及一种向心式涡轮风扇喷气式发动机。
背景技术
现有的涡喷发动机有离心式涡喷发动机、轴流式涡喷发动机两种类型，离心式涡喷发动机单级增压比大，结构简单，但迎风截面积大，不适合做多级增压或涡扇结构；轴流式涡喷发动机总增压比大，效率高，迎风截面积小，可做多级增压加涡扇结构，但结构复杂，前后增压风扇及内外涵道风扇相互影响，设计上需要互相妥协。
发明内容
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的离心式涡喷发动机不适合做多级增压或涡扇结构，轴流式涡喷发动机结构复杂，设计上需要互相妥协问题，本发明的目的在于提供一种向心式涡轮风扇喷气式发动机，它可以实现多级增压，设计上内外涵道完全独立无需互相妥协。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种向心式涡轮风扇喷气式发动机，包括主轴、外壳和环形燃烧室外壳，所述主轴前端固定连接有前支撑叶片，所述前支撑叶片远离主轴的一端与外壳前端内壁相连，所述主轴尾端固定连接有尾椎，所述尾椎上固定设有后支撑叶片，所述后支撑叶片远离尾椎的一端与外壳内壁相连，前支撑叶片和后支撑叶片起到把主轴与外壳固定的作用，所述主轴上固定连接有燃烧室固定叶片，所述燃烧室固定叶片远离主轴的一端与环形燃烧室外壳前端内壁相连，所述主轴与环形燃烧室外壳之间设有环形火焰筒，所述环形火焰筒前端与燃烧室固定叶片相连，所述环形火焰筒的外圈尾部与环形燃烧室外壳固定相连，所述环形火焰筒的内圈尾部与环形燃烧室外壳之间通过第一导流叶片相固定，所述环形火焰筒内圈尾部与主轴之间通过扁圆椎体相固定，所述主轴上通过第一轴承转动连接有第一叶盘，所述第一叶盘上设有风扇型扇叶，所述风扇型扇叶远离第一叶盘的一端固定连接有压气机叶轮，所述压气机叶轮内壁同心圆周分布有螺旋状叶片，所述螺旋状叶片由压气机叶轮外缘顺时针向中心螺旋收缩，所述螺旋状叶片位于压气机叶轮内壁尾部的一端与风扇型扇叶相连，所述压气机叶轮末端固定连接有套筒，所述套筒向主轴尾部逐渐扩大并完全包裹环形燃烧室外壳，所述主轴上通过第二轴承转动连接有第二叶盘，所述第二叶盘上设有涡轮叶片，所述涡轮叶片远离第二叶盘的一端与套筒末端内壁相连，所述压气机叶轮外壁尾部设有与主轴同心圆周分布的第一级风扇叶片，所述套筒外壁中部和尾部分别设有与主轴同心圆周分布的第二级风扇叶片和第三级风扇叶片，第一级风扇叶片、第二级风扇叶片和第三级风扇叶片共同组成外涵道的三级增压风扇，实现了多级增压，压气机叶轮及其内部的螺旋状叶片、风扇型扇叶共同组成内涵道，内外涵道完全独立，内涵道进气无需考虑外涵道叶片设计，只需要考虑内涵道进气和增大压缩比，外涵道风扇叶片只要考虑发动机总功率下提高进气量和效率，实现了发动机的内外涵道叶片最优化。
优选地，所述外壳上固定连接有前支撑架和后支撑架，所述前支撑架和后支撑架均固定在底座上，通过前支撑架和后支撑架将发动机固定在底座上，起到整体发动机固定的作用。
优选地，所述外壳包裹压气机叶轮和套筒，所述外壳内壁固定连接有第二导流叶片和第三导流叶片，所述第二导流叶片位于第一级风扇叶片和第二级风扇叶片之间，所述第三导流叶片位于第二级风扇叶片和第三级风扇叶片之间，外壳在压气机叶轮前端形成进气通道，空气通过进气通道进入发动机外涵道，第二导流叶片和第三导流叶片对空气进行导流。
优选地，所述主轴前端开设有燃料输送管道，所述燃烧室固定叶片上开设有燃料喷口和中空管道，且燃料喷口位于环形火焰筒内，所述中空管道一端与燃料输送管道相通，所述中空管道的另一端与燃料喷口相通，通过燃料输送管道和中空管道将燃料输送到燃料喷口，向环形火焰筒中喷入燃料。
优选地，所述主轴内开设有燃料输送管道，所述环形燃烧室外壳内开设有空腔，所述燃烧室固定叶片上开设有燃料喷口和中空管道，所述中空管道一端与空腔相通，所述中空管道的另一端与燃料喷口相通，所述扁圆椎体和第一导流叶片内开设有相通的预热管道，所述预热管道一端与主轴内的燃料输送管道相通，所述预热管道的另一端与空腔相通，通过燃料输送管道，预热管道，燃烧室空腔将燃料输送到燃料喷口，燃料通过管道和环形燃烧室外壳进行预热，增强雾化效果，提高燃烧效率，环形燃烧室外壳内空腔有效的减少了环形燃烧室外壳的重量，燃料的预热有效降低燃烧室外壳温度。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本方案第一级风扇叶片、第二级风扇叶片和第三级风扇叶片共同组成外涵道的三级增压风扇，实现了多级增压，压气机叶轮及其内部的螺旋状叶片、风扇型扇叶共同组成内涵道，内外涵道完全独立，内涵道进气无需考虑外涵道叶片设计，只需要考虑内涵道进气和增大压缩比，外涵道风扇叶片只要考虑发动机总功率下提高进气量和效率，实现了发动机的内外涵道叶片最优化。
（2）通过前支撑架和后支撑架将发动机固定在底座上，起到整体发动机固定的作用。
（3）外壳在压气机叶轮前端形成进气通道，空气通过进气通道进入发动机外涵道，第二导流叶片和第三导流叶片对外涵道空气进行导流。
（4）通过燃料输送管道和中空管道将燃料输送到燃料喷口，向环形火焰筒中喷入燃料。
（5）通过燃料输送管道，预热管道，燃烧室空腔将燃料输送到燃料喷口，燃料通过管道和环形燃烧室外壳进行预热，增强雾化效果，提高燃烧效率，环形燃烧室外壳内的空腔有效的减少了环形燃烧室外壳的重量，燃料的预热有效降低燃烧室外壳温度。
附图说明
图1为本发明的剖面示意图；
图2为本发明的前视图；
图3为本发明的后视图；
图4为本发明的燃烧室结构示意图；
图5为本发明的主轴结构示意图；
图6为本发明的燃烧室剖面图之一；
图7为图6中A处的结构示意图；
图8为本发明的燃烧室剖面结构示意图之一。
图中标号说明：
1主轴、2螺旋状叶片、3压气机叶轮、4燃烧室固定叶片、5环形燃烧室外壳、6套筒、7涡轮叶片、8第二叶盘、9尾椎、10外壳、11底座、12后支撑叶片、13后支撑架、14第三级风扇叶片、15环形火焰筒、16第二级风扇叶片、17第一级风扇叶片、18前支撑架、19风扇型扇叶、20第一叶盘、21前支撑叶片、22第一导流叶片、23扁圆椎体、24燃料输送管道、25中空管道、26燃料喷口、27预热管道、28空腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。
实施例1：
请参阅图1-8，一种向心式涡轮风扇喷气式发动机，包括主轴1、外壳10和环形燃烧室外壳5，主轴1前端固定连接有前支撑叶片21，前支撑叶片21远离主轴1的一端与外壳10前端内壁相连，主轴1尾端固定连接有尾椎9，尾椎9上固定设有后支撑叶片12，后支撑叶片12远离尾椎9的一端与外壳10内壁相连，外壳10上固定连接有前支撑架18和后支撑架13，前支撑架18和后支撑架13均固定在底座11上，前支撑叶片21和后支撑叶片12起到把主轴1与外壳10固定的作用，通过前支撑架18和后支撑架13将发动机固定在底座11上，起到整体发动机固定的作用。
主轴1上固定连接有燃烧室固定叶片4，燃烧室固定叶片4远离主轴1的一端与环形燃烧室外壳5前端内壁相连，主轴1与环形燃烧室外壳5之间设有环形火焰筒15，环形火焰筒15前端与燃烧室固定叶片4相连，环形火焰筒15的外圈尾部与环形燃烧室外壳5固定相连，环形火焰筒15的内圈尾部与环形燃烧室外壳5之间通过第一导流叶片22相固定，环形火焰筒15内圈尾部与主轴1之间通过扁圆椎体23相固定，主轴1前端开设有燃料输送管道24，燃烧室固定叶片4上开设有燃料喷口26和中空管道25，且燃料喷口26位于环形火焰筒15内，中空管道25一端与燃料输送管道24相通，中空管道25的另一端与燃料喷口26相通，通过燃料输送管道24和中空管道25将燃料输送到燃料喷口26，向环形火焰筒15中喷入燃料，燃烧室固定叶片4、第一导流叶片22和扁圆椎体23起到主轴1与环形燃烧室外壳5相固定的作用，环形火焰筒15上开有进气孔，便于空气进入火焰筒15，从而使得燃气充分燃烧。
主轴1上通过第一轴承转动连接有第一叶盘20，第一叶盘20上设有风扇型扇叶19，风扇型扇叶19远离第一叶盘20的一端固定连接有压气机叶轮3，压气机叶轮3内壁同心圆周分布有螺旋状叶片2，螺旋状叶片2由压气机叶轮3外缘顺时针向中心螺旋收缩，压气机叶轮3逆时针旋转时由外向中心聚拢、压缩空气，螺旋状叶片2位于压气机叶轮3内壁尾部的一端与风扇型扇叶19相连，压气机叶轮3及其内部的螺旋状叶片2、风扇型扇叶19共同组成内涵道，压气机叶轮3末端固定连接有套筒6，套筒6向主轴1尾部逐渐扩大并完全包裹环形燃烧室外壳5，主轴1上通过第二轴承转动连接有第二叶盘8，第二叶盘8上设有涡轮叶片7，涡轮叶片7远离第二叶盘8的一端与套筒6末端内壁相连，压气机叶轮3外壁尾部设有与主轴1同心圆周分布的第一级风扇叶片17，套筒6外壁中部和尾部分别设有与主轴1同心圆周分布的第二级风扇叶片16和第三级风扇叶片14，第一级风扇叶片17、第二级风扇叶片16和第三级风扇叶片14共同组成外涵道的三级增压风扇，实现了多级增压，且内外涵道完全独立，内涵道进气无需考虑外涵道叶片设计，只需要考虑内涵道进气和增大压缩比，外涵道风扇叶片只要考虑发动机总功率下提高进气量和效率，实现了发动机的内外涵道叶片最优化，
外壳10包裹压气机叶轮3和套筒6，外壳10内壁固定连接有第二导流叶片和第三导流叶片，第二导流叶片位于第一级风扇叶片17和第二级风扇叶片16之间，第三导流叶片位于第二级风扇叶片16和第三级风扇叶片14之间，外壳10在压气机叶轮3前端形成进气通道，空气通过进气通道进入发动机外涵道，第二导流叶片和第三导流叶片对空气进行导流。
工作原理：第一叶盘20和第二叶盘8分别通过第一轴承和第二轴承与主轴1转动相连，第一叶盘20与压气机叶轮3固定相连，第二叶盘8通过涡轮叶片7与套筒6固定相连，开启发动机启动开关时，压气机叶轮3绕主轴1逆时针旋转，压气机叶轮3带动套筒6绕主轴1转动，外涵道第一级风扇叶片17、第二级风扇叶片16和第三级风扇叶片14跟随压气机叶轮3和套筒6旋转，从入口方向吸入空气，空气分两部分，一部分从外涵道经过3级风扇叶片压缩增压直接进入尾喷管，另一部分在压气机叶轮3逆时针旋转时由外向压气机叶轮3中心聚拢，由压气机叶轮3增压进入燃烧室，空气通过环形火焰筒15上的通气孔进入环形火焰筒15，燃料通过燃料输送管道24被输送到环形火焰筒15，从而燃料与空气混合燃烧，形成高温高压燃气向后喷出，并推动涡轮叶片7绕主轴1旋转做功，涡轮叶片7带动套筒6绕主轴1转动，套筒6带动压气机叶轮3绕主轴1转动，从而外涵道第一级风扇叶片17、第二级风扇叶片16和第三级风扇叶片14跟随压气机叶轮3和套筒6旋转，形成循环做功过程，喷出的高温高压燃气与经过外涵道增压的冷空气在尾喷管混合喷出。
实施例2：
一种向心式涡轮风扇喷气式发动机，与实施例1相同，所不同的是，主轴1内开设有燃料输送管道24，环形燃烧室外壳5内开设有空腔28，燃烧室固定叶片4上开设有燃料喷口26和中空管道25，中空管道25一端与空腔28相通，中空管道25的另一端与燃料喷口26相通，扁圆椎体23和第一导流叶片22内开设有相通的预热管道27，预热管道27一端与主轴1内的燃料输送管道24相通，预热管道27的另一端与空腔28相通，通过燃料输送管道24，预热管道27，燃烧室空腔28将燃料输送到燃料喷口26，燃料通过管道和环形燃烧室外壳5进行预热，增强雾化效果，提高燃烧效率，环形燃烧室外壳5内的空腔有效的减少了环形燃烧室外壳5的重量，燃料的预热有效降低燃烧室外壳5温度。
以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种向心式涡轮风扇喷气式发动机，包括主轴（1）、外壳（10）和环形燃烧室外壳（5），其特征在于：所述主轴（1）前端固定连接有前支撑叶片（21），所述前支撑叶片（21）远离主轴（1）的一端与外壳（10）前端内壁相连，所述主轴（1）尾端固定连接有尾椎（9），所述尾椎（9）上固定设有后支撑叶片（12），所述后支撑叶片（12）远离尾椎（9）的一端与外壳（10）内壁相连，所述主轴（1）上固定连接有燃烧室固定叶片（4），所述燃烧室固定叶片（4）远离主轴（1）的一端与环形燃烧室外壳（5）前端内壁相连，所述主轴（1）与环形燃烧室外壳（5）之间设有环形火焰筒（15），所述环形火焰筒（15）前端与燃烧室固定叶片（4）相连，所述环形火焰筒（15）的外圈尾部与环形燃烧室外壳（5）固定相连，所述环形火焰筒（15）的内圈尾部与环形燃烧室外壳（5）之间通过第一导流叶片（22）相固定，所述环形火焰筒（15）内圈尾部与主轴（1）之间通过扁圆椎体（23）相固定，所述主轴（1）上通过第一轴承转动连接有第一叶盘（20），所述第一叶盘（20）上设有风扇型扇叶（19），所述风扇型扇叶（19）远离第一叶盘（20）的一端固定连接有压气机叶轮（3），所述压气机叶轮（3）内壁同心圆周分布有螺旋状叶片（2），所述螺旋状叶片（2）由压气机叶轮（3）外缘顺时针向中心螺旋收缩，所述螺旋状叶片（2）位于压气机叶轮（3）内壁尾部的一端与风扇型扇叶（19）相连，所述压气机叶轮（3）末端固定连接有套筒（6），所述套筒（6）向主轴（1）尾部逐渐扩大并完全包裹环形燃烧室外壳（5），所述主轴（1）上通过第二轴承转动连接有第二叶盘（8），所述第二叶盘（8）上设有涡轮叶片（7），所述涡轮叶片（7）远离第二叶盘（8）的一端与套筒（6）末端内壁相连，所述压气机叶轮（3）外壁尾部设有与主轴（1）同心圆周分布的第一级风扇叶片（17），所述套筒（6）外壁中部和尾部分别设有与主轴（1）同心圆周分布的第二级风扇叶片（16）和第三级风扇叶片（14）。
2.根据权利要求1所述的一种向心式涡轮风扇喷气式发动机，其特征在于：所述外壳（10）上固定连接有前支撑架（18）和后支撑架（13），所述前支撑架（18）和后支撑架（13）均固定在底座（11）上。
3.根据权利要求1或2所述的一种向心式涡轮风扇喷气式发动机，其特征在于：所述外壳（10）包裹压气机叶轮（3）和套筒（6），所述外壳（10）内壁固定连接有第二导流叶片和第三导流叶片，所述第二导流叶片位于第一级风扇叶片（17）和第二级风扇叶片（16）之间，所述第三导流叶片位于第二级风扇叶片（16）和第三级风扇叶片（14）之间。
4.根据权利要求1所述的一种向心式涡轮风扇喷气式发动机，其特征在于：所述主轴（1）前端开设有燃料输送管道（24），所述燃烧室固定叶片（4）上开设有燃料喷口（26）和中空管道（25），且燃料喷口（26）位于环形火焰筒（15）内，所述中空管道（25）一端与燃料输送管道（24）相通，所述中空管道（25）的另一端与燃料喷口（26）相通。
5.根据权利要求1所述的一种向心式涡轮风扇喷气式发动机，其特征在于：所述主轴（1）内开设有燃料输送管道（24），所述环形燃烧室外壳（5）内开设有空腔（28），所述燃烧室固定叶片（4）上开设有燃料喷口（26）和中空管道（25），所述中空管道（25）一端与空腔（28）相通，所述中空管道（25）的另一端与燃料喷口（26）相通，所述扁圆椎体（23）和第一导流叶片（22）内开设有相通的预热管道（27），所述预热管道（27）一端与主轴（1）内的燃料输送管道（24）相通，所述预热管道（27）的另一端与空腔（28）相通。
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