采用自适应机匣和自适应风扇的智能发动机制造技术

本公开提供一种采用自适应机匣和自适应风扇的发动机，包括自适应机匣、自适应风扇和燃气发生器；所述自适应机匣包括自适应机匣驱动执行部以及依次连接的进口段自适应机匣、风扇段自适应机匣、发动机中段自适应机匣、出口段自适应机匣；所述自适应风扇包括自适应风扇叶片和风扇驱动执行部；所述发动机中段自适应机匣和燃气发生器的内涵道机匣之间形成自适应外涵道；所述内涵道机匣内形成内涵道；所述自适应机匣驱动执行部通过驱动所述自适应机匣移动来控制所述外涵道的截面面积的大小；所述风扇驱动执行部通过驱动所述自适应风扇叶片沿径向移动使得所述自适应风扇叶片与所述风扇段自适应机匣相匹配。

【技术实现步骤摘要】
采用自适应机匣和自适应风扇的智能发动机
本公开涉及一种发动机，尤其涉及一种采用自适应机匣和自适应风扇的智能发动机。
技术介绍
随着飞行器飞行包线的扩展和任务复杂性的提高，航空发动机需在全飞行包线内兼顾高空高速大推力和低空低速低耗油。众所周知，涡喷发动机在高速时具有较大的单位推力，而涡扇发动机在低速飞行时具有较优的经济性能；因此，将涡喷和涡扇发动机相结合的变循环发动机概念应运而生。专利US3938328是由Boeing公司于1973年提出的一种多循环发动机方案。该方案在涡扇发动机基础上，在第一级风扇后端增加了一个外环通道，并分别在风扇和低压涡轮处设置了调换内外环气流的调节机构，以改变进入核心机的气流状态，满足不同飞行任务的最佳推力和油耗需求，但该调节机构内部结构较复杂，在工作过程中会增加气体流动损失，且不能实现涵道比连续变化。专利US4068471是由GE公司于1975年提出的一种变循环发动机方案。该方案基于涡扇发动机，将风扇分为前后两段，前段风扇由低压涡轮驱动，后段风扇和压气机由高压涡轮驱动(即CDFS结构形式)，并在CDFS与高压压气机之间设置了由内涵到外涵的通道和转动阀门，由此在工作过程中改变发动机涵道比，实现变循环。然而，该方案采用调节阀门堵塞前段风扇后气流走向的方式，一是增加气体流动损失，二是涵道比变化范围十分有限，三是涵道比调节过程中具有强烈的气动不稳定性。专利US4043121中，Thomas首次提出了FLADE结构方案。该方案在传统涡扇发动机的风扇叶尖增加了FLADE叶片和FLADE通道，以增加涵道比变化范围，并且一定程度上有利于避免溢流阻力的产生；同时，采用可调静子叶片和可调尾喷管，从而实现发动机在不同工作点均具有较好的整机匹配性能。在此基础上，专利US5402638和US5404713提出了带有FLADE和CDFS的自适应循环发动机方案，专利US7631484提出了在低压涡轮叶尖设置FLADE叶片的发动机方案。专利US20050047942在带有FLADE的自适应循环发动机基础上，提出了采用对转风扇的方案。该方案采用一组对转低压涡轮驱动一组对转风扇，此结构不需要风扇和涡轮静子，可有效减小发动机重量；核心机中采用了CDFS结构，并在对转风扇和CDFS之间及CDFS和高压压气机之间分别设置了涵道引射器，可有效控制发动机在不同飞行条件下的涵道比。在此基础上，专利US20110167792采用了由控制进入核心机气体流量阀门和防止外涵气流倒流阀门组成的可调风扇系统，可在进气道总流量基本保持不变的情况下改变风扇压比，或者当经过核心机的气流变化时保持核心机压力不变，从而使发动机在较宽范围内性能最优。经历了多年的研究和发展，航空发达国家均提出了各自的变循环发动机概念。其中，带有CDFS的变循环发动机和带有FLADE的自适应循环发动机概念发展迅速且已渐进成熟。这两种方案均通过不同的结构布局和流量调节机构改变部分气流流向，使航空发动机在不同飞行条件下具有不同涵道比，从而兼顾大推力和低油耗的综合性能优势。综上所述，这些方案实现涵道比变化的核心思想是控制流量分配，采用流量调节机构实现航空发动机内流气体在不同流路的再分配；并通过设置多个外涵道，扩大涵道比变化范围。然而，由于大量采用流量调节机构，增加了过渡段长度，导致发动机轴向尺寸较长；气体流量再分配增加了气动掺混损失；在调节过程中发动机存在强烈的气动不稳定性，为涵道比的连续调节增大了设计难度。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本公开提出了一种采用自适应机匣和自适应风扇的智能发动机总体结构方案，实现涵道比变化的核心思想是直接控制体积分配，间接控制流量分配。本公开只有单一外涵道，通过直接改变外涵道的横截面以及风扇叶片的实际工作区域，直接调整外涵道体积，获取更大外涵道流量从而改变涵道比。本公开内流通道不需要流量调节机构，发动机轴向尺寸短；不存在气体流量再分配所引起的气动掺混损失；能在保证气动稳定性的情况下实现涵道比的连续调节。本公开为实现全飞行包线内航空发动机综合性能最优提出了一种新型设计思路和结构方案。具体的，本公开的采用自适应机匣和自适应风扇的智能发动机通过以下技术方案实现。具有自适应机匣和自适应风扇的发动机，包括自适应机匣、自适应风扇和燃气发生器；所述自适应机匣包括自适应机匣驱动执行部以及依次连接的进口段自适应机匣、风扇段自适应机匣、发动机中段自适应机匣、出口段自适应机匣；所述自适应风扇包括自适应风扇叶片和风扇驱动执行部；所述发动机中段自适应机匣和燃气发生器的内涵道机匣之间形成自适应外涵道；所述内涵道机匣内形成内涵道；所述自适应机匣驱动执行部通过驱动所述自适应机匣移动来控制所述外涵道的截面面积的大小；所述风扇驱动执行部通过驱动所述自适应风扇叶片沿径向移动使得所述自适应风扇叶片与所述风扇段自适应机匣相匹配。进一步地，所述内涵道的截面面积保持不变，所述自适应机匣的截面周长能够连续调节，改变所述外涵道的截面面积，从而调整发动机的涵道比的值，当所述自适应机匣与所述内涵道机匣接触时，所述自适应机匣的截面周长最小，涵道比的最小值为0。进一步地，所述自适应风扇叶片的工作区域及安装角度能够根据所述外涵道的大小或所述自适应机匣的大小进行自适应调节，所述自适应风扇叶片的工作区域为裸露在所述发动机的进气锥外面的部分。进一步地，所述自适应机匣驱动执行部包括第一驱动执行部、第二驱动执行部和第三驱动执行部；所述第一驱动执行部配置在所述进口段自适应机匣和所述风扇段自适应机匣的连接处；所述第二驱动执行部配置在所述风扇段自适应机匣和所述发动机中段自适应机匣的连接处；所述第三驱动执行部配置在所述发动机中段自适应机匣和所述出口段自适应机匣的连接处。进一步地，所述燃气发生器包括依次连接的低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮；所述燃气发生器还包括压气机静叶调节机构和涡轮导叶调节机构；所述压气机静叶调节机构用于旋转调整高压压气机的静叶的安装角和低压压气机的静叶的安装角，所述涡轮导叶调节机构用于旋转调整高压涡轮的导叶的安装角和低压涡轮的导叶的安装角；所述燃气发生器还包括低压轴和高压轴，所述低压涡轮控制所述低压轴驱动所述低压压气机压缩内涵道内的气体，所述高压涡轮控制所述高压轴驱动所述高压压气机压缩内涵道内的气体；所述燃气发生器还包括混合器，所述混合器配置在所述外涵道的出口处；所述发动机还包括加力燃烧室，用于对内涵道和/或外涵道喷出的气体加喷燃油；所述发动机的尾部配置有可调节矢量喷管，用于调节发动机尾喷口的截面积和喷射方向；所述发动机包括外机匣，所述外机匣与所述自适应机匣之间形成机匣腔，所述自适应机匣驱动执行部置于机匣腔内；所述低压轴通过低压滚珠轴承驱动所述低压压气机压缩内涵道内的气体；所述高压轴通过所述高压滚珠轴承驱动所述高压压气机压缩内涵道内的气体。本公开的有益效果：1)本公开的智能发动机只有单一外涵道，通过直接改变外涵道的横截面以及风扇叶片的实际工作区域，直接调整外涵道体积，获取更大外涵道流量从而改变涵道比。2)本公开的智能发动机的内流通道不需要流量调节机构，发动机轴向尺寸短；不存在气体流量再分配所引起的气动掺混损失；能在保证气动稳定性的情况下实现涵道比的连续调节。3)本公本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有自适应机匣和自适应风扇的发动机，其特征在于，包括自适应机匣、自适应风扇和燃气发生器；所述自适应机匣包括自适应机匣驱动执行部以及依次连接的进口段自适应机匣(9)、风扇段自适应机匣(11)、发动机中段自适应机匣(15)、出口段自适应机匣(19)；所述自适应风扇包括自适应风扇叶片(8)和风扇驱动执行部(23)；所述发动机中段自适应机匣(15)和燃气发生器的内涵道机匣(4)之间形成自适应外涵道(39)；所述内涵道机匣(4)内形成内涵道(40)；所述自适应机匣驱动执行部通过驱动所述自适应机匣移动来控制所述外涵道(39)的截面面积的大小；所述风扇驱动执行部(23)通过驱动所述自适应风扇叶片(8)沿径向移动使得所述自适应风扇叶片(8)与所述风扇段自适应机匣(11)相匹配。

【技术特征摘要】
1.具有自适应机匣和自适应风扇的发动机，其特征在于，包括自适应机匣、自适应风扇和燃气发生器；所述自适应机匣包括自适应机匣驱动执行部以及依次连接的进口段自适应机匣(9)、风扇段自适应机匣(11)、发动机中段自适应机匣(15)、出口段自适应机匣(19)；所述自适应风扇包括自适应风扇叶片(8)和风扇驱动执行部(23)；所述发动机中段自适应机匣(15)和燃气发生器的内涵道机匣(4)之间形成自适应外涵道(39)；所述内涵道机匣(4)内形成内涵道(40)；所述自适应机匣驱动执行部通过驱动所述自适应机匣移动来控制所述外涵道(39)的截面面积的大小；所述风扇驱动执行部(23)通过驱动所述自适应风扇叶片(8)沿径向移动使得所述自适应风扇叶片(8)与所述风扇段自适应机匣(11)相匹配。2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述内涵道的截面面积保持不变，所述自适应机匣的截面周长能够连续调节，改变所述外涵道(39)的截面面积，从而调整发动机的涵道比的值，当所述自适应机匣与所述内涵道机匣接触时，所述自适应机匣的截面周长最小，涵道比的最小值为0。3.根据权利要求1或2所述的发动机，其特征在于，所述自适应风扇叶片(8)的工作区域及安装角度能够根据所述外涵道的大小或所述自适应机匣的大小进行自适应调节，所述自适应风扇叶片的工作区域为裸露在所述发动机的进气锥外面的部分。4.根据权利要求1或2所述的发动机，其特征在于，所述自适应机匣驱动执行部包括第一驱动执行部(10)、第二驱动执行部(12)和第三驱动执行部(18)；所述第一驱动执行部(10)配置在所述进口段自适应机匣(9)和所述风扇段自适应机匣(11)的连接处；所述第二驱动执行部(12)配置在所述风扇段自适...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建榕，贾志刚，罗斌，李达，解俊琪，袁善虎，
申请(专利权)人：中国航空发动机研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11