CN202091057U - 高效涡轮喷气发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效涡轮喷气发动机，包括涵道、压气机和动力透平，所述压气机和所述动力透平设置在所述涵道内，所述动力透平对所述压气机输出动力，在所述压气机和所述动力透平之间设第一燃烧室，在所述动力透平和所述涵道的涵道喷管之间设第二燃烧室。本实用新型实现了涡轮喷气发动机高效、低排放、低造价。

Description

高效涡轮喷气发动机

技术领域

本实用新型涉及喷气推进领域，尤其是一种喷气发动机。

背景技术

传统涡轮喷气发动机以及传统涡轮风扇发动机均是在压气机和动力透平之间设燃烧室，而在动力透平之后虽然有加力燃烧室的结构，但没有作为连续工作的燃烧室。这种传统结构在动力透平和压气机之间的燃烧室的温度要求很高，因此，对动力透平的叶片要求也相当苛刻，从而导致了这类发动机造价昂贵等一系列问题。为此，需要发明一种动力透平工作温度相对较低和/或动力透平工作流量较小的喷气发动机以降低这类发动机的造价，改善发动机的性能。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提出的技术方案如下：

一种高效涡轮喷气发动机，包括涵道、压气机和动力透平，所述压气机和所述动力透平设置在所述涵道内，所述动力透平对所述压气机输出动力，在所述压气机和所述动力透平之间设第一燃烧室，在所述动力透平和所述涵道的涵道喷管之间设第二燃烧室。

所述第一燃烧室和所述第二燃烧室设为连续燃烧室。

调整导入所述第一燃烧室的燃料的量使所述第一燃烧室内的工质温度低于2300K。

调整导入所述第一燃烧室的燃料的量使进入所述第一燃烧室的空气的质量流量和燃料的质量流量之比大于20∶1。

所述涵道喷管设为拉瓦尔喷管。

在所述涵道的进气口前方处设风扇构成燃烧室串联涡轮风扇发动机。

所述高效涡轮喷气发动机还包括旁通通道，所述压气机和所述第一燃烧室之间的高压气体空间设为未燃气体空间，所述动力透平和所述第二燃烧室之间的空间设为半燃气体空间，所述未燃气体空间经所述旁通通道与所述半燃气体空间连通，所述旁通通道将部分压缩空气不经所述第一燃烧室直接导入所述第二燃烧室。

调整导入所述第一燃烧室的燃料的量使进入所述第一燃烧室的空气的质量流量和燃料的质量流量之比大于20∶1。

所述未燃气体空间经所述旁通通道再经射流泵与所述半燃气体空间连通。

本实用新型的原理是在涵道内设置压气机和动力透平，动力透平对压气机输出动力，在动力透平的前后设置两个燃烧室，在设置在动力透平前的燃烧室内只喷入少量燃料使工质的温升处于较低水平，从而降低动力透平的工作温度以实现降低动力透平叶片的材料成本，同时还可以使动力透平的转速有较大幅度的提高(因温度较低，所以可以承受更大的离心力)，提高发动机的压缩比，提高发动机的效率，在设置在动力透平后的燃烧室内喷入大量燃料，使之燃烧后从喷管中喷出获得推力；在这种结构中，动力透平的工作温度较低，但工作流量并没有较大幅度的降低。为了减少动力透平的工作流量，从而减小动力透平的直径，本实用新型设置了旁通通道，使经压气机压缩后的高压空气直接进入设置在动力透平后的燃烧室，燃料与这部分空气在这个燃烧室内混合燃烧，在不经过任何叶轮类机构的前提下从喷管中喷出犹如火箭燃烧室一样获得推力；在这种结构中，动力透平的工作流量可以大幅度降低，也就是说动力透平的直径可以大幅度减小，从而减少离心力的作用，可提高转速，提高压比和效率。

所谓第一燃烧室是指设置在动力透平和压气机之间的燃烧室；所谓第二燃烧室是指设置在动力透平和涵道喷管之间的燃烧室；所谓涵道喷管是指与涵道的尾端连通的喷管，其功能是获得反向推动力；所谓的前方是指涵道的气体入口方向，与之相对应，后方是指涵道喷管的出口方向；所谓旁通通道的功能是将经压气机压缩后的压缩空气不经第一燃烧室直接导入第二燃烧室，它的形状可以是管，也可以是环形通道；所谓的未燃气体空间是指经过压气机压缩后的没有进行任何燃烧反应的压缩气体所存在的空间；所谓半燃气体空间是指经过压气机压缩后的进行了部分燃烧反应(即内部含有氧，氧的含量可高可低)的压缩气体所存在的空间；所谓“所述动力透平对所述压气机输出动力”是指动力透平推动压气机旋转，包括同轴设置，也包括经过齿轮等的等速或变速结构推动的设置方式。

本实用新型中，调整导入所述第一燃烧室的燃料的量使所述第一燃烧室内的工质温度低于2200K、2100K、2000K、1900K、1800K、1700K、1600K、1500K、1400K、1300K、1200K、1100K、1000K或低于900K。

本实用新型中，调整导入所述第一燃烧室的燃料的量使进入所述第一燃烧室的空气的质量流量和燃料的质量流量之比大于25∶1、30∶1、35∶1、40∶1、45∶1、50∶1、55∶1、60∶1、65∶1、70∶1、75∶1、80∶1、85∶1、90∶1、95∶1、100∶1、105∶1、110∶1、115∶1、120∶1、125∶1、130∶1、135∶1、140∶1、145∶1或大于150∶1。

本实用新型中，调整导入所述第一燃烧室的燃料的量使进入所述第一燃烧室的空气的质量流量和燃料的质量流量之比大于25∶1、30∶1、35∶1、40∶1、45∶1、50∶1、55∶1、60∶1、65∶1、70∶1、75∶1、80∶1、85∶1、90∶1、95∶1、100∶1、105∶1、110∶1、115∶1、120∶1、125∶1、130∶1、135∶1、140∶1、145∶1或大于150∶1。

本实用新型中，所谓连续燃烧室是指在发动机正常工作的条件下，一直发生燃烧化学反应的燃烧室。

本实用新型中，所谓的射流泵是指通过动力流体引射非动力流体，两流体相互作用从一个出口排出的装置，它可以是气体射流泵(即喷射泵)，也可以是液体射流泵；所谓的射流泵可以是传统射流泵，也可以是非传统射流泵。

本实用新型中，所谓的传统射流泵是指由两个套装设置的管构成的，向内管提供高压动力气体，内管高压动力气体在外管内喷射，在内管高压动力气体喷射和外管的共同作用下使内外管之间的其他气体(从外管进入的气体)沿内管高压动力气体的喷射方向产生运动的装置；所谓射流泵的外管可以有缩扩区，外管可以设为文丘里管，内管喷嘴可以设为拉瓦尔喷管，所谓的缩扩区是指外管内截面面积发生变化的区域；所述射流泵至少有三个接口或称通道，即射流泵动力气体喷射口、射流泵低压气体入口和射流泵气体出口。

本实用新型中，所谓的非传统射流泵是指由两个或两个以上相互套装设置或相互并列设置的管构成的，其中至少一个管与动力气体源连通，并且动力气体源中的动力气体的流动能够引起其他管中的气体产生定向流动的装置；所谓射流泵的管可以有缩扩区，可以设为文丘里管，管的喷嘴可以设为拉瓦尔喷管，所谓的缩扩区是指管内截面面积发生变化的区域；所述射流泵至少有三个接口或称通道，即射流泵动力气体喷射口、射流泵低压气体入口和射流泵气体出口；所述射流泵可以包括多个射流泵动力气体喷射口，在包括多个射流泵动力气体喷射口的结构中，所述射流泵动力气体喷射口可以布置在所述射流泵低压气体入口的管道中心区，也可以布置在所述射流泵低压气体入口的管道壁附近，所述射流泵动力气体喷射口也可以是环绕所述射流泵低压气体入口管道壁的环形喷射口。

本实用新型中，所述射流泵包括多级射流泵、多股射流泵和脉冲射流泵等。

本实用新型中，所谓的“所述未燃气体空间经所述旁通通道再经射流泵与所述半燃气体空间连通”是指所述旁通通道与所述射流泵的射流泵动力气体喷射口连通，所述半燃气体空间与所述射流泵的射流泵低压气体入口连通，所述射流泵的射流泵气体出口与所述第二燃烧室连通；或是指所述旁通通道与所述射流泵的射流泵低压气体入口连通，所述半燃气体空间与所述射流泵的射流泵动力气体喷射口连通，所述射流泵的射流泵气体出口与所述第二燃烧室连通。

本实用新型中，根据公知技术，应在所述第一燃烧室和所述第二燃烧室内设燃料导入口和点火装置。

本实用新型中，根据公知技术，在必要的地方设必要的部件、单元或***。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型实现了涡轮喷气发动机的高效、低排放和低造价。

附图说明

图1为本实用新型实施例1和实施例2的结构示意图；

图2为本实用新型实施例3的结构示意图；

图3为本实用新型实施例4的结构示意图；

图4为本实用新型实施例5的结构示意图。

图中：

1涵道、2压气机、3动力透平、4涵道喷管、5进气口、6旁通通道、

7风扇、203第一燃烧室、204第二燃烧室、401拉瓦尔喷管、

2203未燃气体空间、3204半燃气体空间、8射流泵

具体实施方式

实施例1

如图1所示的高效涡轮喷气发动机，包括涵道1、压气机2和动力透平3，压气机2和动力透平3设置在涵道1内，动力透平3对压气机2输出动力，在压气机2和动力透平3之间设第一燃烧室203，在动力透平3和涵道1的涵道喷管4之间设第二燃烧室204。所述第一燃烧室203和所述第二燃烧室204设为连续燃烧室。调整导入所述第一燃烧室203的燃料的量使所述第一燃烧室203内的工质温度低于2300K、2200K、2100K、2000K、1900K、1800K、1700K、1600K、1500K、1400K、1300K、1200K、1100K、1000K或低于900K。

实施例2

如图1所示的高效涡轮喷气发动机，其与实施例1的区别在于：调整导入所述第一燃烧室203的燃料的量使进入所述第一燃烧室203的空气的质量流量和燃料的质量流量之比大于20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1、45∶1、50∶1、55∶1、60∶1、65∶1、70∶1、75∶1、80∶1、85∶1、90∶1、95∶1、100∶1、105∶1、110∶1、115∶1、120∶1、125∶1、130∶1、135∶1、140∶1、145∶1或大于150∶1。

实施例3

如图2所示的高效涡轮喷气发动机，其与实施例1的区别在于：所述高效涡轮喷气发动机还包括旁通通道6，所述压气机2和所述第一燃烧室203之间的高压气体空间设为未燃气体空间2203，所述动力透平3和所述第二燃烧室204之间的空间设为半燃气体空间3204，所述未燃气体空间2203经所述旁通通道6与所述半燃气体空间3204连通，所述旁通通道6将部分压缩空气不经所述第一燃烧室203直接导入所述第二燃烧室204。

实施例4

如图3所示的高效涡轮喷气发动机，其与实施例2的区别在于：在涵道1的进气口5前方处设风扇7构成燃烧室串联涡轮风扇发动机，所述涵道喷管4设为拉瓦尔喷管401。调整导入所述第一燃烧室203的燃料的量使进入所述第一燃烧室203的空气的质量流量和燃料的质量流量之比大于20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1、45∶1、50∶1、55∶1、60∶1、65∶1、70∶1、75∶1、80∶1、85∶1、90∶1、95∶1、100∶1、105∶1、110∶1、115∶1、120∶1、125∶1、130∶1、135∶1、140∶1、145∶1或大于150∶1。

实施例5

如图4所示的高效涡轮喷气发动机，其与实施例3的区别在于：所述未燃气体空间2203经所述旁通通道6再经射流泵8与所述半燃气体空间3204连通。

显然，本实用新型不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本实用新型所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种高效涡轮喷气发动机，包括涵道(1)、压气机(2)和动力透平(3)，其特征在于：所述压气机(2)和所述动力透平(3)设置在所述涵道(1)内，所述动力透平(3)对所述压气机(2)输出动力，在所述压气机(2)和所述动力透平(3)之间设第一燃烧室(203)，在所述动力透平(3)和所述涵道(1)的涵道喷管(4)之间设第二燃烧室(204)。

2.如权利要求1所述高效涡轮喷气发动机，其特征在于：所述第一燃烧室(203)和所述第二燃烧室(204)设为连续燃烧室。

3.如权利要求1所述高效涡轮喷气发动机，其特征在于：所述涵道喷管(4)设为拉瓦尔喷管(401)。

4.如权利要求1所述高效涡轮喷气发动机，其特征在于：在所述涵道(1)的进气口(5)前方处设风扇(7)构成燃烧室串联涡轮风扇发动机。

5.如权利要求1所述高效涡轮喷气发动机，其特征在于：所述高效涡轮喷气发动机还包括旁通通道(6)，所述压气机(2)和所述第一燃烧室(203)之间的高压气体空间设为未燃气体空间(2203)，所述动力透平(3)和所述第二燃烧室(204)之间的空间设为半燃气体空间(3204)，所述未燃气体空间(2203)经所述旁通通道(6)与所述半燃气体空间(3204)连通，所述旁通通道(6)将部分压缩空气不经所述第一燃烧室(203)直接导入所述第二燃烧室(204)。

6.如权利要求5所述高效涡轮喷气发动机，其特征在于：所述未燃气体空间(2203)经所述旁通通道(6)再经射流泵(8)与所述半燃气体空间(3204)连通。 

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