电能驱动喷气式航空发动机及航空器制造技术

本发明专利技术公开了一种电能驱动喷气式航空发动机及航空器，发动机包括喷气式核心机；其包括沿进气方向依次设置的压气机、加速机，压气机用于对进气流减速增压，加速机用于对进气流加速增压/保压/减压；压气机、加速机前后一体连接；还包括用于向压气机、加速机提供动力的电能驱动机构。此外，喷气式核心机外周的外涵道内设置单级或多级风扇；任一级风扇均与电能驱动机构直接或传动连接。因外涵道风扇与内涵道喷气式核心机的相对独立设计，因而可实现纯喷气式模式、纯风扇模式及其混合模式的多种模式的运行，分别适用于高中低不同飞行速度，以实现全速域内的高效率，从而，本发明专利技术的电能驱动喷气式航空发动机具有多模式、宽速域、高效率的优势。

Jet engines and aircraft powered by electric energy

【技术实现步骤摘要】
电能驱动喷气式航空发动机及航空器
本专利技术属于航空发动机领域，涉及一种电能驱动喷气式航空发动机及航空器。
技术介绍
传统的喷气式飞机动力装置主要使用的是燃油涡轮喷气式发动机。传统燃油涡轮喷气式发动机，受热力学循环的本质限制，具备热效率不高、碳排放和大气污染、噪声大、制造难度高成本大等固有缺点，在追求能源高效利用、注重环境友好、注重交通经济成本的21世纪，交通工具早已经日益电动化，而至今世界范围内尚未出现一款实用化的电能驱动的喷气式发动机的设计方案或产品。传统的燃油涡轮喷气式发动机，以其最常用的涡轮风扇发动机为例，其动力来源为燃料在燃烧室中燃烧所释放出的内能加热空气膨胀加速，受热力学循环的本质限制，其热效率比较低，推动涡轮通过中心传动轴带动压气机和风扇做功，在其有效利用的能量和消耗的功率中，约60％用于带动压气机压缩空气做功，约20％用于带动风扇对空气做功，只有约20％最后用于加热空气使其加速排出。现有的涡轮风扇喷气式发动机其热效率最高也只能达到40％-46％。而且，现有的燃油涡轮喷气式发动机，其效率还与飞行速度有很大关系，如涡轮喷气发动机，其效率在超音速高速飞行时效率较高，而在亚音速低速飞行时则效率急剧下降，燃油经济性非常不好；而大涵道比的涡轮风扇发动机，在亚音速段具备良好的热效率，具备良好的燃油经济性，但其难以或无法进行超音速飞行；小涵道比的涡轮风扇发动机，部分改善了其在亚音速的效率，但其低速条件下的效率还是偏低，而且是以牺牲部分高速性能为代价的。为了提高燃油喷气式发动机在从超音速、高亚音速到中低亚音速的高、中、低不同速度域上的效率，现有技术中设计了变循环喷气式发动机进行改进，但其技术难度极大、可靠性显著变差，依然是极少数国家能够掌握的技术，并没有被广泛应用。即，现有的燃油涡轮喷气式发动机无法或极难在从超音速、高亚音速到中低亚音速的高、中、低的全速度域上同时实现较高效率，从而导致了能源的浪费、飞行成本的高昂。因此，本领域迫切需要一种多模式、宽速域、高效率的电能驱动喷气式航空发动机。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种多模式、宽速域、高效率的电能驱动喷气式航空发动机及航空器。本专利技术基于亚音速和超音速条件下的空气热动力学、航空推进与动力原理、航空发动机原理、航空叶片机原理、轴流式压气机原理、亚音速和超音速下的进气道原理和排气道原理等，在充分考虑科学可行性和工程可行性基础上，创造性地设计了以电能驱动的、实用化的喷气式航空发动机，以实现航空动力装置在从超音速、高亚音速到中低亚音速的全速域条件下的高效率全电推进，进而实现电能驱动的喷气式飞机的建造，从而使得在不太遥远的未来，人们可以乘坐电能驱动喷气式飞机进行远距离、高效率、节约时间、节省成本和低碳或无碳、低噪声、环境友好地飞行来实现日常交通往来。本专利技术多模式、宽速域、高效率的电能驱动喷气式航空发动机，所采用的技术方案如下：一种电能驱动喷气式航空发动机，包括喷气式核心机；所述喷气式核心机包括压气机，所述压气机用于对进气流减速增压还包括用于向所述压气机提供动力的电能驱动机构。优选的，所述喷气式核心机还包括沿进气方向设置在压气机后方的加速机，所述加速机用于对进气流加速增压或加速保压或加速减压；所述压气机、加速机前后一体连接；所述喷气式核心机还包括用于向所述加速机提供动力的电能驱动机构。优选的，所述喷气式核心机外周与外部壳体之间形成外涵道，所述喷气式核心机外周的外涵道内和/或喷气式核心机的前端设置单级或多级风扇；还包括用于向所述风扇提供动力的电能驱动机构，任一级风扇均与电能驱动机构直接或传动连接。优选的，所述喷气式核心机沿进气方向的前侧设置进气道系统，后侧设置排气道系统。优选的，所述压气机包括单级或多级基元级，所述压气机中各基元级沿进气轴流方向前后依次排列；任一基元级均包括前后交替排列的动子单级和静子单级；任一级动子单级均与电能驱动机构直接或传动连接。进一步的，所述压气机中沿进气方向动子单级在前、静子单级在后依次交替排列。进一步的，所述压气机中各基元级的气流截面逐级收敛。优选的，所述压气机、加速机均包括单级或多级基元级，所述压气机、加速机中各基元级沿进气轴流方向前后依次排列；任一基元级均包括前后交替排列的动子单级和静子单级；任一级动子单级均与电能驱动机构直接或传动连接。进一步的，所述动子单级包括沿中心轴径向向外延伸的多个叶片，所述多个叶片的叶高边缘处均连接外轮盘；所述电能驱动机构与动子单级的外轮盘直接或传动连接用于驱动外轮盘沿其环绕方向运动；所述静子单级包括沿中心轴径向向外延伸的多个叶片；所述静子单级中多个叶片的叶高边缘处均连接壳体基座，和/或，静子单级中多个叶片的根部连接中间基座。进一步的，所述动子单级中多个叶片的根部连接内轮盘；所述动子单级内轮盘可转动地嵌套于或连接于中间基座上。进一步的，所述压气机中沿进气方向动子单级在前、静子单级在后依次交替排列。进一步的，所述压气机中各基元级的气流截面逐级收敛。进一步的，所述加速机中沿进气方向静子单级与动子单级依次前后交替排列。进一步的，所述加速机中各基元级的气流截面逐级扩张或不变。进一步的，所述风扇包括沿中心轴径向向外延伸的多个叶片，所述风扇中多个叶片的叶高边缘处均连接外轮盘；所述电能驱动机构与风扇的外轮盘直接或传动连接用于驱动外轮盘沿其环绕方向运动。进一步的，所述风扇中多个叶片的根部连接内轮盘；所述风扇的内轮盘可转动地嵌套于喷气式核心机外周上。进一步的，所述电能驱动机构包括设于每一级动子单级或风扇的外轮盘上的多个转子，还包括设置在外轮盘外周、远离外轮盘一侧的壳体基座上的多个定子，所述定子与所述转子的位置一一对应设置；所述转子为感应线圈或永磁体；所述定子上环绕有通电线圈，所述通电线圈用于通入交变的电流以带动转子、继而带动与转子连接的外轮盘环绕运动。进一步的，所述电能驱动机构包括设于每一级动子单级或风扇的内轮盘上的多个转子，还包括设置在内轮盘内周、靠近内轮盘一侧的中间基座上的多个定子，所述定子与所述转子位置相一一对应设置；所述转子为感应线圈或永磁体；所述定子上环绕有通电线圈，所述通电线圈用于通入交变的电流以带动转子、继而带动与转子连接的内轮盘环绕运动。进一步的，所述风扇中的多个叶片的倾斜角度可调节。进一步的，所述叶片在靠近外轮盘的一端铰接于外轮盘；所述叶片在于外轮盘连接的外缘端部上铰接有角度连杆，所述角度连杆远离叶片的另一端与同步转环铰接，所述同步转环在外轮盘的一侧沿外轮盘的轴线方向平行设置，且所述同步转环与外轮盘之间通过转动同步机构连接；所述转动同步机构包括设置在外轮盘上的固定块，设置在同步转环上的调节块，所述固定块与调节块之间通过螺栓组件距离可调节的连接为一体。优选的，在进气道系统与压气机之间设置进气导流叶片；在加速机与排气道系统之间设置排气整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电能驱动喷气式航空发动机，其特征在于：/n包括喷气式核心机；所述喷气式核心机包括压气机，所述压气机用于对进气流减速增压；/n还包括用于向所述压气机提供动力的电能驱动机构；/n所述喷气式核心机沿进气方向的前侧设置进气道系统，后侧设置排气道系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种电能驱动喷气式航空发动机，其特征在于：
包括喷气式核心机；所述喷气式核心机包括压气机，所述压气机用于对进气流减速增压；
还包括用于向所述压气机提供动力的电能驱动机构；
所述喷气式核心机沿进气方向的前侧设置进气道系统，后侧设置排气道系统。


2.根据权利要求1所述的电能驱动喷气式航空发动机，其特征在于：
所述喷气式核心机还包括沿进气方向设置在压气机后方的加速机，所述加速机用于对进气流加速增压或加速保压或加速减压；所述压气机、加速机前后一体连接；
所述喷气式核心机还包括用于向所述加速机提供动力的电能驱动机构。


3.根据权利要求1或2所述的电能驱动喷气式航空发动机，其特征在于：
所述喷气式核心机外周与外部壳体之间形成外涵道，所述喷气式核心机外周的外涵道内和/或喷气式核心机的前端设置单级或多级风扇；所述喷气式核心机还包括用于向所述风扇提供动力的电能驱动机构，任一级风扇均与电能驱动机构直接或传动连接。


4.根据权利要求1所述的电能驱动喷气式航空发动机，其特征在于：
所述压气机包括单级或多级基元级，所述压气机中各基元级沿进气轴流方向前后依次排列；任一基元级均包括前后交替排列的动子单级和静子单级；任一级动子单级均与电能驱动机构直接或传动连接。


5.根据权利要求2所述的电能驱动喷气式航空发动机，其特征在于：
所述压气机、加速机均包括单级或多级基元级，所述压气机、加速机中各基元级沿进气轴流方向前后依次排列；任一基元级均包括前后交替排列的动子单级和静子单级；任一级动子单级均与电能驱动机构直接或传动连接。


6.根据权利要求4或5所述的电能驱动喷气式航空发动机，其特征在于：
所述动子单级包括沿中心轴径向向外延伸的多个叶片，所述多个叶片的叶高边缘处均连接外轮盘；
所述电能驱动机构与动子单级的外轮盘直接或传动连接用于驱动外轮盘沿其环绕方向运动；
所述静子单级包括沿中心轴径向向外延伸的多个叶片；所述静子单级中多个叶片的叶高边缘处均连接壳体基座，和/或，静子单级中多个叶片的根部连接中间基座。


7.根据权利要求6所述的电能驱动喷气式航空发动机，其特征在于：
所述动子单级中多个叶片的根部连接内轮盘；所述动子单级内轮盘可转动地嵌套于或连接于中间基座...

【专利技术属性】
技术研发人员：王镇辉，
申请(专利权)人：王镇辉，
类型：发明
国别省市：上海;31