一种混合动力航空发动机制造技术

技术编号:22440473 阅读:36 留言:0更新日期:2019-11-01 23:22
本发明专利技术公开了一种混合动力航空发动机,包括风扇单元、电机单元、齿轮箱单元和燃油动力单元,所述风扇单元是一个通用的模块化部件,高涵道比风扇,采用空心钛合金或者碳纤维复合材料构成宽弦比叶形的风扇,扇叶通常由16‑22片叶片组成,对于开放式的涡桨类型叶片数为5‑9片叶片组成,此种混合动力航空发动机设计合理、结构优化、性能优越同时燃油效率高,在未来的航空或涡桨发动机领域具有广阔的应用前景。

A hybrid Aeroengine

【技术实现步骤摘要】
一种混合动力航空发动机
本专利技术涉及
,具体为一种混合动力航空发动机。
技术介绍
传统的航空发动机技术,在实际应用中,飞机在机场从停机坪到跑道这一过程传统燃油航空发动机处于低效运行区间,油耗高,起飞加速过程同样处在非最佳燃油效率区间;除此之外还有飞机降落过程中也存在非最佳燃油效率运行区间,为此,我们提出一种混合动力航空发动机。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种混合动力航空发动机,以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的,本专利技术提供如下技术方案:一种混合动力航空发动机,包括风扇单元、电机单元、齿轮箱单元和燃油动力单元,所述风扇单元是一个通用的模块化部件,高涵道比风扇,采用空心钛合金或者碳纤维复合材料构成宽弦比叶形的风扇,扇叶通常由16-22片叶片组成,对于开放式的涡桨类型叶片数为5-9片叶片组成;所述电机单元采用液体冷却的定子和风冷却转子的高功率密度高转速电机或者低转速盘式电机,电机功率密度分别达到10kw/kg或者5kw/kg。电机单元的动力功率从150kW至2MW;所述齿轮箱单元,为行星齿轮结构,传动比2.5-4倍之间,输出转速3krpm-7.5krpm。齿轮箱传递功率1-10MW;所述燃油动力单元,燃油动力单元是一个改型的涡轮喷气发动机或者是一个涡扇发动机的核心机,也可以是一个涡桨发动机的核心机。优选的,所述的一种混合动力航空发动机工作模式包括纯电动模式、混合动力模式和发电模式。优选的,所述的一种混合动力航空发动机工作过程包括停机坪至跑道的运行过程、起飞爬升过程、高空巡航过程、下降着陆过程和着陆至停机坪。与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:1、本专利技术设计合理、结构优化、性能优越同时燃油效率高,在未来的航空或涡桨发动机领域具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术的风扇减速箱和高速电机串联核心机:图2为本专利技术的风扇低速电机和齿轮箱串联核心机;图3为本专利技术的风扇减速箱和高速电机串联核心机;图4为本专利技术的风扇低速电机和齿轮箱串联核心机。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术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专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,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,都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-3,本专利技术提供一种技术方案:一种混合动力航空发动机,包括风扇单元、电机单元、齿轮箱单元和燃油动力单元,所述风扇单元是一个通用的模块化部件,高涵道比风扇,采用空心钛合金或者碳纤维复合材料构成宽弦比叶形的风扇,扇叶通常由16-22片叶片组成,对于开放式的涡桨类型叶片数为5-9片叶片组成;所述电机单元采用液体冷却的定子和风冷却转子的高功率密度高转速电机或者低转速盘式电机,电机功率密度分别达到10kw/kg或者5kw/kg。电机单元的动力功率从150kW至2MW;所述齿轮箱单元,为行星齿轮结构,传动比2.5-4倍之间,输出转速3krpm-7.5krpm。齿轮箱传递功率1-10MW;所述燃油动力单元,燃油动力单元是一个改型的涡轮喷气发动机或者是一个涡扇发动机的核心机,也可以是一个涡桨发动机的核心机。所述的一种混合动力航空发动机工作模式包括纯电动模式、混合动力模式和发电模式,A.纯电动模式,混合动力涡扇发动机运行于电力驱动工况条件,推力产生来自于电机,供电来自于机载主蓄电池,燃油发动机的进气道节流或者关闭。B.混和动力模式,混合动力涡扇发动机的电机和燃油发动机机同步运行,驱动风扇提供推力,电力供应来自机载主蓄电池,燃油发动机进气道全开。C.发电模式,当飞机进入巡航状态时由燃油发动机提供动力的同时驱动发电机产生电能,对主蓄电池充电。所述的一种混合动力航空发动机工作过程包括停机坪至跑道的运行过程、起飞爬升过程、高空巡航过程、下降着陆过程和着陆至停机坪,混合动力航空发动机的控制逻辑为:A.停机坪至跑道的运行过程:发动机电机驱动风扇产生动力,完成从停机坪至起飞跑道的低速运行,在起飞跑道电机启动发动机进入混合动力输出模式。B.起飞爬升过程:混合动力航空发动机运行于混合动力并行输出模式,提供最大的起飞推力,提供飞机起飞和爬升的需要,电机和燃油发动机最大输出运行模式。C.高空巡航过程:当飞机进入高空巡航时,混合动力航空发动机进入发电模式,机载主蓄电池的电力只能维持短时间的起飞爬升供电需求,进入巡航模式下,电力驱动转化为发电模式,对机载主蓄电池进行充电,飞行时间内可以满足蓄电池的充电需求(60分钟以上)。D.下降着陆过程:当飞机下降着陆过程中,逐步减速降低飞行高度,发动机下降过程中主要的为发电模式,着陆时的风扇制动过程持续发电可以回收下降时的能量;当开启反推装置时进入混合动力模式运行,获得最大的水平阻力,减少飞机滑行距离。E.着陆至停机坪:飞机着陆后进入全电力驱动模式,低速滑行至停机坪,然后在停机坪利用地面电源对机载主蓄电池充电。混合动力航空发动机冷却:电力驱动单元和齿轮箱冷却采用低温燃料液冷方式冷却电机和齿轮箱,同时外部散热依赖于涵道内的支撑结构件与高速气流冷却带走热量。混合动力航空发动机燃料:发动机使用的燃料与传统飞机不同采用沸点较高的丁烷类燃料,具备更高的燃烧清洁度,同时储存压力较低,能够给电机和齿轮箱冷却提供所需要的低温流体。丁烷类的燃料(LPG)液态密度远高于液氢同时存储要求低于更多低温燃料(LNG),经过齿轮箱和电机冷却器的燃料被加热气化,管道输送所需要的动力消耗减少,同时有利于改善预混燃烧的效果。动力分配模式:根据航空发动机的适航特征达到巡航高度的空气密度下降为海平面的1/3——1/4,飞机的推力水平也随之等比例下降,因此混合动力航空发动机的电力和燃油动力功率比率为1:3—1:4,也就是全电力驱动时也能保证一定的巡航速度。需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本专利技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合动力航空发动机,包括风扇单元、电机单元、齿轮箱单元和燃油动力单元,其特征在于:所述风扇单元是一个通用的模块化部件,高涵道比风扇,采用空心钛合金或者碳纤维复合材料构成宽弦比叶形的风扇,扇叶通常由16‑22片叶片组成,对于开放式的涡桨类型叶片数为5‑9片叶片组成;所述电机单元采用液体冷却的定子和风冷却转子的高功率密度高转速电机或者低转速盘式电机,电机功率密度分别达到10kw/kg或者5kw/kg。电机单元的动力功率从150kW至2MW;所述齿轮箱单元,为行星齿轮结构,传动比2.5‑4倍之间,输出转速3krpm‑7.5krpm。齿轮箱传递功率1‑10MW;所述燃油动力单元,燃油动力单元是一个改型的涡轮喷气发动机或者是一个涡扇发动机的核心机,也可以是一个涡桨发动机的核心机。

【技术特征摘要】
1.一种混合动力航空发动机,包括风扇单元、电机单元、齿轮箱单元和燃油动力单元,其特征在于:所述风扇单元是一个通用的模块化部件,高涵道比风扇,采用空心钛合金或者碳纤维复合材料构成宽弦比叶形的风扇,扇叶通常由16-22片叶片组成,对于开放式的涡桨类型叶片数为5-9片叶片组成;所述电机单元采用液体冷却的定子和风冷却转子的高功率密度高转速电机或者低转速盘式电机,电机功率密度分别达到10kw/kg或者5kw/kg。电机单元的动力功率从150kW至2MW;所述齿轮箱单元,为行星齿轮结构,传动比2.5-4倍之...

【专利技术属性】
技术研发人员:沈那伟杨俊
申请(专利权)人:杭州一佳精密轴承有限公司
类型:发明
国别省市:浙江,33

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