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亚音速内燃航空发动机

阅读:74发布:2023-02-16

专利汇可以提供亚音速内燃航空发动机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种航空 发动机 ,具体为一种亚音速内燃航空发动机。目的是为了提高航空发动机效率,降低航空发动机的造价、维护费、以及 燃料 费用 ,提供了一种亚音速内燃航空发动机。本发明的技术方案是,一种亚音速内燃航空发动机,结构包括 机身 ,机身内设有离心 压缩机 、 内燃机 组,喷气装置,离心压缩机位于机身的前部,所述的内燃机组位于机身中部,喷气装置位于机身的后部。与现有装置相比,在内燃机机身的前部和中部,安装离心压缩机,采用离心压缩机组对空气进行压缩, 活塞 内燃机组用于燃烧和膨胀做功,带动扇叶旋转产生推 力 ,可以降低航空发动机的造价及维护费。降低燃油成本。总效率可以达到75%造价及维护费低至30%。,下面是亚音速内燃航空发动机专利的具体信息内容。

1.一种亚音速内燃航空发动机,其特征在于:结构包括机身,机身内设有离心压缩机内燃机组,喷气装置,离心压缩机位于机身的前部,所述的内燃机组位于机身中部,喷气装置位于机身的后部。
2.根据权利要求1所述的亚音速内燃航空发动机,其特征在于:离心压缩机包括离心压缩机组蜗壳(19),离心压缩机组1级叶轮(15)、离心压缩机组扩压回流器(16)、离心压缩机组2级叶轮(17)、增速箱(18)、所述的离心压缩机组蜗壳(19)中部设有内燃机主轴(44)、内燃机主轴(44)上设有离心压缩机组1级叶轮(15)、离心压缩机组2级叶轮(17),在离心压缩机组2级叶轮(17)和离心压缩机组蜗壳(19)之间设有增速箱(18),离心压缩机组1级叶轮(15)、离心压缩机组2级叶轮(17)外侧设有离心压缩机叶轮盖(48),在机身前部连接有离心压缩机组前整流罩(50)。
3.根据权利要求1所述的亚音速内燃航空发动机,其特征在于:所述的内燃机组位于机身中部,内燃机组包括内燃机机箱(52),内燃机机箱(52)内设有内燃机气缸(23)、内燃机活塞(24),内燃机主轴轴承(38)、内燃机连杆(39)、内燃机曲轴(40)、内燃机主轴伞齿轮(41),内燃机主轴(44)、内燃机连杆(39)一端连接内燃机活塞(24),另一端连接内燃机曲轴(40),内燃机曲轴(40)外端设有锥齿,在内燃机主轴(44)上设有内燃机主轴伞齿轮(41),所述的锥齿和内燃机主轴伞齿轮(41)啮合,内燃机气缸(23)内设有内燃机高压油管(55)、内燃机火花塞(54)、内燃机高压喷油嘴(53),内燃机气缸(23)底部设有内燃机排气(26)、内燃机进气门(27),内燃机排气门(26)连接内燃机排气门油冷电磁执行器(33),内燃机进气门(27)连接内燃机进气门油冷电磁执行器(34),内燃机进气门(27)连接内燃机进气管(51),内燃机进气管(51)设在机身外侧,内燃机进气管(51)一端和内燃机进气门(27)连通,另一端和离心压缩机组蜗壳(19)连通。
4.根据权利要求1所述的亚音速内燃航空发动机,其特征在于:喷气装置包括锥形的内燃机排气喷管(29)、内燃机排气喷管(29)后部连接内燃机排气喷口(31),在内燃机排气喷管(29)外设有内燃机冷却道(30)及内燃机尾部整流罩(28)。
5.根据权利要求1所述的亚音速内燃航空发动机,其特征在于:在机身前端还设有风扇,风扇包括扇叶组涵道外壳(4)、扇叶组轴(2),在扇叶组轴(2)外端设有轴芯整流罩(1),扇叶组轴(2)上由外向内依次设有扇叶组1级动叶(3),扇叶组1级静叶(6),扇叶组2级动叶(7),扇叶组2级静叶(9);扇叶组轴(2)最内端连接内燃机主轴(44);所述的扇叶组1级静叶(6)及扇叶组2级静叶(9)和扇叶组轴(2)之间通过扇叶组前轴承(5)、扇叶组后轴承(8)连接,所述的扇叶组1级静叶(6)及扇叶组2级静叶(9)外端与扇叶组涵道外壳(4)连接。
6.根据权利要求5所述的亚音速内燃航空发动机,其特征在于:在扇叶组涵道外壳(4)上设有扇叶组润滑油箱(12),扇叶组润滑油(14),扇叶组润滑油冷却管(11),扇叶组润滑油泵(14)将扇叶组润滑油箱(12)内的润滑油泵出,并且通过扇叶组润滑油冷却管(11)注入到扇叶组前轴承(5)、扇叶组后轴承(8)内。
7.根据权利要求3所述的亚音速内燃航空发动机,其特征在于:在机身外侧设有内燃机冷却风进口(20)和内燃机润滑油冷却管(22)、内燃机冷却风进口(20)内设有内燃机润滑油泵(21)、内燃机润滑油泵(21)连接内燃机润滑油冷却管(22)。
8.根据权利要求3所述的亚音速内燃航空发动机,其特征在于:内燃机主轴(44)最内端设有启动达(35)、发电机(37)。
9.根据权利要求1所述的亚音速内燃航空发动机,其特征在于: 在机身上设有发动机安装架(42)。

说明书全文

亚音速内燃航空发动机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种航空发动机,具体为一种亚音速内燃航空发动机。

背景技术

[0002] 目前,现有的航空发动机主要有三大类:活塞内燃机燃气轮机冲压式发动机。
[0003] 活塞内燃机一般只能用于较小功率和较低飞行速度的飞机,在同等较低的飞行速度下,发动机本身热效率比燃气轮机高,但推重比小;燃气轮机,由于属于外燃机,在较低飞行速度下,本身热效率低于同等功率的内燃机,造价高。突出的优点:推重比大、单机功率大;
冲压式发动机在高速飞行时热效率最高、推重比最大、造价低,但缺点是:低速飞行时热效率超低,无法从静止状况下自行发动起飞

发明内容

[0004] 本发明目的是为了提高航空发动机效率,降低航空发动机的造价、维护费、以及燃料费用,提供了一种亚音速内燃航空发动机。
[0005] 本发明的技术方案是,一种亚音速内燃航空发动机,结构包括机身,机身内设有离心压缩机、内燃机组,喷气装置,离心压缩机位于机身的前部,所述的内燃机组位于机身中部,喷气装置位于机身的后部。
[0006] 与现有装置相比,本发明的创新之处在于:在内燃机机身的前部和中部,安装离心压缩机,采用离心压缩机组对空气进行压缩,活塞内燃机组用于燃烧和膨胀做功,带动扇叶旋转产生推。自身排气喷射也产生少量推力。
[0007] 离心压缩机包括离心压缩机组蜗壳,离心压缩机组1级叶轮、离心压缩机组扩压回流器、离心压缩机组2级叶轮、增速箱、所述的离心压缩机组蜗壳中部设有内燃机主轴、内燃机主轴上设有离心压缩机组1级叶轮、离心压缩机组2级叶轮,在离心压缩机组2级叶轮和离心压缩机组蜗壳之间设有增速箱,离心压缩机组1级叶轮、离心压缩机组2级叶轮外侧设有离心压缩机叶轮盖,在机身前部连接有离心压缩机组前整流罩。
[0008] 所述的内燃机组位于机身中部,内燃机组包括内燃机机箱,内燃机机箱内设有内燃机气缸、内燃机活塞,内燃机主轴轴承、内燃机连杆、内燃机曲轴、内燃机主轴伞齿轮,内燃机主轴、内燃机连杆一端连接内燃机活塞,另一端连接内燃机曲轴,内燃机曲轴外端设有锥齿,在内燃机主轴上设有内燃机主轴伞齿轮,所述的锥齿和内燃机主轴伞齿轮啮合,内燃机气缸内设有内燃机高压油管、内燃机火花塞、内燃机高压喷油嘴,内燃机气缸底部设有内燃机排气、内燃机进气门,内燃机排气门连接内燃机排气门油冷电磁执行器,内燃机进气门连接内燃机进气门油冷电磁执行器,内燃机进气门连接内燃机进气管,内燃机进气管设在机身外侧,内燃机进气管一端和内燃机进气门连通,另一端和离心压缩机组蜗壳连通。
[0009] 喷气装置包括锥形的内燃机排气喷管、内燃机排气喷管后部连接内燃机排气喷口,在内燃机排气喷管外设有内燃机冷却道及内燃机尾部整流罩。
[0010] 在机身前端还设有风扇,风扇包括扇叶组涵道外壳、扇叶组轴,在扇叶组轴外端设有轴芯整流罩,扇叶组轴上由外向内依次设有扇叶组1级动叶,扇叶组1级静叶,扇叶组2级动叶,扇叶组2级静叶;扇叶组轴最内端连接内燃机主轴;所述的扇叶组1级静叶及扇叶组2级静叶和扇叶组轴之间通过扇叶组前轴承、扇叶组后轴承连接,所述的扇叶组1级静叶及扇叶组2级静叶外端与扇叶组涵道外壳连接。
[0011] 与现有的航空发动机相比,现有喷气式发动机受高温合金材料限制,燃气轮机燃烧温度很难超过1600℃。由于内燃机燃烧温度可以轻易超过2500℃,燃油效率高。气缸可以有效冷却,其本身温度不高(≤300℃),不需要特别的高温合金材料,应用此技术可以大大降低航空发动机的造价及维护费。应用此技术的内燃机对燃油没有特殊要求,可以降低燃油成本。
[0012] 应用此方案的亚音速飞行器航空发动机总效率可以达到75%,远超现有的最先进的35%;造价及维护费低至30%。亚音速航空发动机单机功率可以达到20000kw。低空飞行的小功率航空发动机总效率更高。其推重比与现有的涡扇航空发动机相当或略大,外径和长度也相当。附图说明
[0013] 图1为本发明的结构图;图2为图1的A-A剖视图;
图3为图1的B-B剖视图;
图4为图3的C-C剖视图;
其中:1轴芯整流罩、2扇叶组轴、3扇叶组1级动叶、4扇叶组涵道外壳、5扇叶组前轴承、6扇叶组1级静叶、7扇叶组2级动叶、8扇叶组后轴承、9扇叶组2级静叶、10扇叶组润滑油冷却管、11扇叶组润滑油冷却管、12扇叶组润滑油箱、13离心压缩机组轴承、14扇叶组润滑油
15离心压缩机组1级叶轮、16离心压缩机组扩压回流器、17离心压缩机组2级叶轮、18增速箱、19离心压缩机组蜗壳、20内燃机冷却风进口、21内燃机润滑油泵、22内燃机润滑油冷却管、23内燃机气缸、24内燃机活塞、25内燃机气缸套、26内燃机排气门、27内燃机进气门、28内燃机尾部整流罩、29内燃机排气喷管、30内燃机冷却风道喷口、31内燃机排气喷口、32保温材料、33内燃机排气门油冷电磁执行器、34内燃机进气门油冷电磁执行器、35启动达、
36气缸盖、37发电机、38内燃机主轴轴承、39内燃机连杆、40内燃机曲轴、41内燃机主轴伞齿轮、42发动机安装架、43连杆轴承盖、44内燃机主轴、45离心压缩机组高圧密封排气孔、46离心压缩机组高圧密封、47离心压缩机组轴、48离心压缩机组叶轮盖、49离心压缩机组叶轮螺母、50离心压缩机组前整流罩、51内燃机进气管、52内燃机机箱、53内燃机高压喷油嘴、
54内燃机火花塞、55内燃机高压油管。

具体实施方式

[0014] 如图1所示意,一种亚音速内燃航空发动机,其特征在于:结构包括机身,机身内设有离心压缩机、内燃机组,喷气装置,离心压缩机位于机身的前部,所述的内燃机组位于机身中部,喷气装置位于机身的后部。
[0015] 离心压缩机包括离心压缩机组蜗壳19,离心压缩机组1级叶轮15、离心压缩机组扩压回流器16、离心压缩机组2级叶轮17、增速箱18、所述的离心压缩机组蜗壳19中部设有内燃机主轴44、内燃机主轴44上设有离心压缩机组1级叶轮15、离心压缩机组2级叶轮17,在离心压缩机组2级叶轮17和离心压缩机组蜗壳19之间设有增速箱18,离心压缩机组1级叶轮15、离心压缩机组2级叶轮17外侧设有离心压缩机叶轮盖48,在机身前部连接有离心压缩机组前整流罩50。
[0016] 具体而言,用于内燃机进气的离心压缩机组由叶轮进气盖、1级叶轮、扩压回流器、2级叶轮、蜗壳、高压密封、叶轮轴、轴承等组成。结构原理与普通斜流离心压缩机相同。其润滑冷却系统与扇叶组共用。叶轮轴通过增速箱与主轴相连。高圧密封采用梳齿密封,泄漏气体回叶轮进气口或内燃机冷却风道。
[0017] 从前到后,依次为叶轮进气盖、1级叶轮、扩压回流器、2级叶轮、蜗壳,相互之间用螺栓连接。高圧密封位于蜗壳与轴之间。
[0018] 所述的内燃机组位于机身中部,内燃机组包括内燃机机箱52,内燃机机箱52内设有内燃机气缸23、内燃机活塞24,内燃机主轴轴承38、内燃机连杆39、内燃机曲轴40、内燃机主轴伞齿轮41,内燃机主轴44、内燃机连杆39一端连接内燃机活塞24,另一端连接内燃机曲轴40,内燃机曲轴40外端设有锥齿,在内燃机主轴44上设有内燃机主轴伞齿轮41,所述的锥齿和内燃机主轴伞齿轮41啮合,内燃机气缸23内设有内燃机高压油管55、内燃机火花塞54、内燃机高压喷油嘴53,内燃机气缸23底部设有内燃机排气门26、内燃机进气门27,内燃机排气门26连接内燃机排气门油冷电磁执行器33,内燃机进气门27连接内燃机进气门油冷电磁执行器34,内燃机进气门27连接内燃机进气管51,内燃机进气管51设在机身外侧,内燃机进气管51一端和内燃机进气门27连通,另一端和离心压缩机组蜗壳19连通。
[0019] 在机身外侧设有内燃机冷却风进口20和内燃机润滑油冷却管22、内燃机冷却风进口20内设有内燃机润滑油泵21、内燃机润滑油泵21连接内燃机润滑油冷却管22。
[0020] 内燃机组装置组可由多个并列在一起的气缸、活塞、连杆、曲轴、伞齿轮、主轴、机箱、进气门、排气门、润滑冷却系统、电控高压燃油系统、电控气门系统、进气管、排气喷管、冷却风道、启动马达(液压或电马达)、发电机、电子电气控制器等组成。其结构与普通活塞内燃机相似。
[0021] 其不同点在于:没有压缩冲程和进气冲程,进气与做功为同一冲程,只有两冲程;采用电控气门,简化气门机构,灵活调整膨胀比,控制排气温度。
[0022] 为了尽量减小发动机直径(减小飞行阻力),超过4个气缸时,可以分两段布置(功率≥10000kw的亚音速飞行航空发动机)。气缸直径太大时,由于活塞惯性太大,会限制内燃机的最高转速。气缸直径超过Φ300mm时,每个气缸可以设置2个以上的排气门,以增加气门响应速度。中小功率(≤5000kw)发动机,设置4个气缸比较合适。适当的小行程(小于气缸直径),有利于节约空间。活塞采用喷油冷却,可以使用密度小的合金材料,减小其惯性。
[0023] 本发明所述的亚音速航空发动机内燃机进气压力1.5 2.5MPa,燃烧后气缸内气体~温度2500 3000℃。
~
[0024] 单个内燃机工作原理:活塞下行:进气(5 20%的行程)、喷油点火燃烧、膨胀做功;~
活塞上行:排气,完成一个循环。
[0025] 电控燃油系统由油箱、输油泵、高压油泵、压电陶瓷喷油嘴、油管、电控板、电缆等组成。其中,油箱、输油泵、高压油泵、电控板等不安装在发动机本体上。
[0026] 电控气门采用油冷却(也可以采用风冷)电磁线圈驱动,弹簧回位。
[0027] 气缸的冷却采用风冷。冷风从整流罩中部四周的小孔(或小缝)进入,从尾部环形喷口(中心为排气喷口、外围为冲压喷口)喷出,产生少量推力。
[0028] 进气管前端与位于发动机前部的离心压缩机蜗壳连接,后端与内燃机进气门连接,采用双层保温管。内燃机机箱与离心压缩机蜗壳连接。
[0029] 曲轴上的伞齿轮与内燃机主轴上的伞齿轮啮合。主轴与曲轴的速比可以大于1,也可以小于1,即增速或减速。气缸沿圆周均匀布置。气缸轴线与发动机主轴线平行。曲轴在前,气缸在后,便于排气。位于尾部中心的排气喷管产生一定推力。
[0030] 启动马达、发电机与主轴尾端连接,与主轴之间可以设置减速机和离合器棘轮
[0031] 内燃机润滑油泵位于机箱内部下方。内燃机机箱即润滑油箱。润滑油冷却管位于机箱外面,整流罩内部。采用电驱动或液压驱动的油泵。
[0032] 中低速飞行时,气缸采用低温低压排气(≤600℃,≤0.2MPa)效率高。高速飞行时,为了增大排气喷速,采用高温高压排气合适,但也不能太高(≤1300℃),以免增加造价,降低热效率。
[0033] 喷气装置包括锥形的内燃机排气喷管29、内燃机排气喷管29后部连接内燃机排气喷口31,在内燃机排气喷管29外设有内燃机冷却风道30及内燃机尾部整流罩28。
[0034] 内燃机组产生的高温高压燃气通过内燃机排气喷管29喷出,也产生一部分推力。
[0035] 如图1所示意,在机身前端还设有风扇,风扇包括扇叶组涵道外壳4、扇叶组轴2,在扇叶组轴2外端设有轴芯整流罩1,扇叶组轴2上由外向内依次设有扇叶组1级动叶3,扇叶组1级静叶6,扇叶组2级动叶7,扇叶组2级静叶9;扇叶组轴2最内端连接内燃机主轴44;所述的扇叶组1级静叶6及扇叶组2级静叶9和扇叶组轴2之间通过扇叶组前轴承5、扇叶组后轴承8连接,所述的扇叶组1级静叶6及扇叶组2级静叶9外端与扇叶组涵道外壳4连接。
[0036] 在扇叶组涵道外壳4上设有扇叶组润滑油箱12,扇叶组润滑油泵14,扇叶组润滑油冷却管11,扇叶组润滑油泵14将扇叶组润滑油箱12内的润滑油泵出,并且通过扇叶组润滑油冷却管11注入到扇叶组前轴承5、扇叶组后轴承8内。
[0037] 总之,扇叶组由2级动叶、2级静叶、扇叶轴、扇叶轴承、涵道外壳、润滑冷却系统等组成。扇叶轴可以与主轴同轴或者与离心压缩机同轴,也可以单独通过增速箱与其它轴相连。中低速(亚音速)飞行时,扇叶产生主要推力。结构原理与普通涡扇航空发动机相同。润滑油泵、润滑油箱位于涵道外壳下方内部。润滑油冷却管位于涵道外壳内部。采用电驱动或液压驱动的油泵。
[0038] 内燃机主轴44最内端设有启动马达35、发电机37。最开始可直接通过发电机驱动内燃机主轴44转动,启动整个发动机开始工作。同时在机身上设有发动机安装架42。
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