一种喷气风扇发动机制造技术

一种喷气风扇发动机，将发动机体积做“薄”、能量做“密”，作为现有技术未曾考虑过的一种独特构思，巧妙利用风扇中心区域和桨叶内部空间，风扇的中空桨榖直接与核心机旋转对接，燃气推动涡轮旋转后进入风扇的中空桨榖和桨叶内部并充分膨胀，从桨叶喷口排出，在风扇的中空桨榖内还设有自由涡轮，充分吸收燃气动能的同时还起到变速器的作用，燃气进入桨叶时正向推动桨叶，且桨叶采用了先向前再向后弯的特殊结构，充分吸收燃气动能高效旋转，桨叶上设有空气冲压入口，旋转时空气进入桨叶与燃气共同排出，燃烧室设置于压气机匣外围或辐条内部，发动机各个环节之间紧密配合、互相支持，形成紧凑的整体结构，体积小推进效率高，性能优越，可以叠放。

【技术实现步骤摘要】
一种喷气风扇发动机
本专利技术涉及航空领域的一种发动机。
技术介绍
目前，小型垂直起降飞行器的发动机包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、电动螺旋桨等等，涡喷发动机推进效率低，动能损失大，燃料消耗率大，不适合垂直起降；涡轮螺旋桨推进效率高，但因需要减速装置，存在体积较大、自由涡轮吸收燃气动能能力有限、减速机构不能变速且在非最佳转速时效率低等问题；而涡轮风扇发动机燃气流动是轴向的，因此存在桨叶尺寸与发动机体积之间的矛盾；电动螺旋桨功率大体积小，但电池能量密度低续航能力不足。所以，现有的任何一种发动机，都不能达到效率高、体积小、续航长的兼顾，比如目前飞行背包使用微型涡喷，油耗大、续航短，但如果用涡扇发动机，则体积重量会很大，不是背包了。而打造一种体积更小、重量更轻、推重比更大的发动机，特别是通过外围燃烧室和高效风扇桨叶喷气，将发动机与桨叶紧凑融合于一体等方式，实现发动机的“薄”，是本申请的一种不同设计构思。原因在于：对于垂直起降，桨叶的尺寸与推进效率密切相关，桨叶直径越大，与空气作用力就越大，推进效率就越高，就越省油，所以为了提高效率，要保证桨叶的尺寸足够大，而为了减小体积只有缩短轴向尺寸，只有“薄”才能化解桨叶尺寸大与发动机体积小之间的矛盾，实现结构紧凑与高效率、高推力的兼顾。从而本发动机可以在需要飞行时从飞行器上伸展开，在不需要飞行时叠放和收回在飞行器上，使飞行器小型化、实用化。
技术实现思路
本申请提出一种体积小、结构紧凑、效率高、推力大，且可以很“薄”的新型发动机。r>一种喷气风扇发动机，其特征在于，包括一核心机，核心机设有燃烧室，还设有压气机转子，所述压气机转子包括压气叶轮和一体连接的转轴，风扇的桨榖和桨叶为中空结构且桨叶上设有喷口（喷口设置在叶梢时推进效率较高，但不是一定要设置在叶梢，可根据不同的设计方案进行设置，包括设置在叶身和叶根），风扇的中空桨榖与核心机固定连接或旋转连接且采取密封措施（一般情况下，风扇的中空桨榖与涡轮机匣或涡轮后的排气管道等旋转连接，但也可以与下述设有燃烧室的环形体的外壁旋转连接），所述压气机转子由涡轮带动或者由齿轮传动机构带动，在压气机转子由涡轮带动的结构中，设有与压气机转轴一体连接的涡轮，所述涡轮后的排气通道与风扇的中空桨榖内部连通，由燃烧室排出的燃气在推动所述压气机转子涡轮旋转后，进入风扇的中空桨榖和桨叶后从桨叶上的喷口喷出，利用气流反作用力推动风扇旋转；（桨叶喷口，包括设有内置或外置喷管的喷口）在压气机转子由齿轮传动机构带动的结构中，所述燃烧室出口与风扇内部连通，压气机转子的转轴与风扇通过齿轮传动机构连接（设有与压气机转轴一体连接的齿轮），由燃烧室排出的燃气进入风扇内部从桨叶上的喷口喷出，利用气流反作用力推动风扇旋转，风扇旋转时通过齿轮传动机构带动压气机转子旋转。（燃烧室可延伸至桨叶内部）注：风扇的中空桨榖就是所述旋转壳体，即桨叶沿其周向设置，与桨叶内部连通且一同旋转的壳体。在风扇的中空桨榖与核心机旋转连接且压气机转子由涡轮带动的结构中，所述风扇与压气机转轴通过齿轮传动机构连接（为齿轮变速机构，减速器，包括行星齿轮减速器），且燃气推动压气机转子涡轮旋转后（涡轮通过减速齿轮带动风扇旋转），通过风扇的桨叶内部从桨叶上的喷口喷出（剩余燃气也提供一定的推力）；或者，设有自由涡轮，所述自由涡轮设置在所述压气机转子涡轮后的排气通道内（燃气通过的区域都是燃气通道，从涡轮后至桨叶喷口，但最合理的结构是自由涡轮设置在中空桨榖内与桨榖同轴），所述自由涡轮与风扇同轴且与风扇桨榖一体连接或通过齿轮传动机构连接（为齿轮变速机构，减速器，包括行星齿轮减速器），燃气在推动压气机转子涡轮旋转后推动自由涡轮旋转，然后通过风扇的桨叶内部从桨叶上的喷口喷出；（压气机转子的涡轮位于进气机匣的下方，即离心式涡轮进气机匣挡板的后方）在风扇的中空桨榖与核心机旋转连接且压气机转子由齿轮传动机构带动的结构中，设有自由涡轮，所述自由涡轮设置在所述压气机转子涡轮后的排气通道上，所述自由涡轮与风扇同轴且与风扇桨榖一体连接，燃气推动自由涡轮旋转后通过风扇的桨榖和桨叶内部从桨叶上的喷口喷出。在风扇的中空桨榖与核心机旋转连接的结构中，所述压气机转子涡轮排出燃气流本身的旋转方向；或者在自由涡轮与风扇通过齿轮传动机构连接的结构中，所述自由涡轮排出燃气流本身的方向；或者通过在排气通道设有导向静子叶片，使燃气流的方向正向于桨叶旋转方向，在进入桨叶时对桨叶施加旋转推力，且所述桨叶内的燃气通道是相对于桨榖径线为向后弯或先向前再向后弯，使所述燃气在桨叶内流动时对桨叶持续施加旋转推力。（后弯包括弧形、后掠等任何形状，包括桨叶整体的后弯，使燃气通道始终处于后弯形，使燃气逐渐改变方向，使全桨叶在燃气运行过程中吸收燃气动能，这是提高效率，从而降低油耗的有效创新手段）注：桨叶喷气的设计，也可以大幅降低尺寸，省略了减速齿轮和减少了涡轮数量，将喷气的动能直接转化为风扇的旋转动能，在这个转化过程中桨叶充分吸收喷气的动能，降低了喷气动能的损失，所以发动机整体上排气速度减慢，但风扇高速旋转，提升了空气流量，使推力大幅增加。在本申请材料的结构中，实际上桨叶就是一个较大的涡轮，不仅如此，在本申请材料的结构中，桨榖和桨叶也是燃烧室、尾喷管，由于燃烧室体积的限制和增大功率的需要，在压气机能够达到的最大功率范围内，不断加大供油量，使燃气在压气机转子的涡轮后的桨榖和桨叶内继续燃烧和膨胀，从喷口喷出，使本发动机达到超出燃烧室体积功率的超功率输出，将燃烧室和尾喷管充分融合到风扇的中空桨榖和桨叶内，充分利用发动机桨榖、桨叶等各个贯通的空间，不但进一步减小了发动机尺寸，而且还提高了效能和功率，（由于桨榖与发动机转子的涡轮的排气出口直接旋转对接，热能和流动损失小，使以上优点得以发挥）。核心机直接与风扇旋转连接且密封连通，且在压气叶轮由涡轮带动的结构中，风扇不负载其他构件，提高了风扇的推进效率。燃气在推动压气机转子的涡轮旋转后，带有自旋，形成发散旋转外扩式气流，正好转向径向，有利于进入风扇的中空桨榖，甚至可以不用导向静子叶片，气流即可沿径向旋转式进入桨叶，在进入桨叶时再顺势给桨叶一个旋转的力。而从桨叶喷出的气流没有被浪费掉，而是被涵道筒导向下方，与排气流融合，继续增加排气量和推力。因此，本发动机气流流畅度好，流动损失小，各部件之间紧密联系、互相配合、互相效力，实现完美的契合。在风扇的中空桨榖与核心机旋转连接的结构中，风扇轴线与压气机转轴的轴线同轴，且：所述核心机设置于风扇转轴处（就是风扇主轴，这个主轴有时可以认为是理论主轴，也就是其圆周运动的圆心），风扇的中空桨榖套接在压气机转子上且所述燃烧室设置于风扇的中空桨榖内；（中空桨榖就是旋转壳体），注：燃烧室设置于中空桨榖内不一定是燃烧室的全部都处于中空桨榖内部，有部分燃烧室或燃烧室出口处于中空桨榖内部也可以。或者压气机转子涡轮或涡轮后的排气出口置于风扇的中空桨榖内；或者压气机转子涡轮后的排气出口与风扇的中空桨榖直接对接连通（在排气出口的位置就直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种喷气风扇发动机，其特征在于：包括一核心机，核心机设有燃烧室，还设有压气机转子，所述压气机转子包括压气叶轮和一体连接的转轴，风扇的桨榖和桨叶为中空结构且桨叶上设有喷口，风扇的中空桨榖与核心机固定连接或旋转连接且采取密封措施，所述压气机转子由涡轮带动或者由齿轮传动机构带动，/n在压气机转子由涡轮带动的结构中，设有与压气机转轴一体连接的涡轮，所述涡轮后的排气通道与风扇的中空桨榖内部连通，由燃烧室排出的燃气在推动所述压气机转子涡轮旋转后，进入风扇的中空桨榖和桨叶后从桨叶上的喷口喷出，利用气流反作用力推动风扇旋转；/n在压气机转子由齿轮传动机构带动的结构中，所述燃烧室出口与风扇内部连通，压气机转子的转轴与风扇通过齿轮传动机构连接，由燃烧室排出的燃气进入风扇内部从桨叶上的喷口喷出，利用气流反作用力推动风扇旋转，风扇旋转时通过齿轮传动机构带动压气机转子旋转。/n

【技术特征摘要】
20190612 CN 2019105077411;20200210 CN 2020100855421.一种喷气风扇发动机，其特征在于：包括一核心机，核心机设有燃烧室，还设有压气机转子，所述压气机转子包括压气叶轮和一体连接的转轴，风扇的桨榖和桨叶为中空结构且桨叶上设有喷口，风扇的中空桨榖与核心机固定连接或旋转连接且采取密封措施，所述压气机转子由涡轮带动或者由齿轮传动机构带动，
在压气机转子由涡轮带动的结构中，设有与压气机转轴一体连接的涡轮，所述涡轮后的排气通道与风扇的中空桨榖内部连通，由燃烧室排出的燃气在推动所述压气机转子涡轮旋转后，进入风扇的中空桨榖和桨叶后从桨叶上的喷口喷出，利用气流反作用力推动风扇旋转；
在压气机转子由齿轮传动机构带动的结构中，所述燃烧室出口与风扇内部连通，压气机转子的转轴与风扇通过齿轮传动机构连接，由燃烧室排出的燃气进入风扇内部从桨叶上的喷口喷出，利用气流反作用力推动风扇旋转，风扇旋转时通过齿轮传动机构带动压气机转子旋转。


2.如权利要求1所述的一种喷气风扇发动机，其特征在于：在风扇的中空桨榖与核心机旋转连接且压气机转子由涡轮带动的结构中，所述风扇与压气机转轴通过齿轮传动机构连接，且燃气推动压气机转子涡轮旋转后通过风扇的桨叶内部从桨叶上的喷口喷出；或者，设有自由涡轮，所述自由涡轮设置在所述压气机转子涡轮后的排气通道内，所述自由涡轮与风扇同轴且与风扇桨榖一体连接或通过齿轮传动机构连接，燃气在推动压气机转子涡轮旋转后推动自由涡轮旋转，然后通过风扇的桨叶内部从桨叶上的喷口喷出；
在风扇的中空桨榖与核心机旋转连接且压气机转子由齿轮传动机构带动的结构中，设有自由涡轮，所述自由涡轮设置在所述压气机转子涡轮后的排气通道上，所述自由涡轮与风扇同轴且与风扇桨榖一体连接，燃气推动自由涡轮旋转后通过风扇的桨榖和桨叶内部从桨叶上的喷口喷出。


3.如权利要求1或2所述的一种喷气风扇发动机，其特征在于：在风扇的中空桨榖与核心机旋转连接的结构中，所述压气机转子涡轮排出燃气流本身的旋转方向；或者在自由涡轮与风扇通过齿轮传动机构连接的结构中，所述自由涡轮排出燃气流本身的方向；或者通过在排气通道设有导向静子叶片，使燃气流的方向正向于桨叶旋转方向，在进入桨叶时对桨叶施加旋转推力，且所述桨叶内的燃气通道是相对于桨榖径线为向后弯或先向前再向后弯，使所述燃气在桨叶内流动时对桨叶持续施加旋转推力。


4.如权利要求1所述的一种喷气风扇发动机，其特征在于：在风扇的中空桨榖与核心机旋转连接的结构中，风扇轴线与压气机转轴的轴线同轴，且：
所述核心机设置于风扇转轴处，风扇的中空桨榖套接在压气机转子上且所述燃烧室设置于风扇的中空桨榖内；
或者压气机转子涡轮或涡轮后的排气出口置于风扇的中空桨榖内；
或者压气机转子涡轮后的排气出口与风扇的中空桨榖直接对接连通。


5.如权利要求1所述的一种喷气风扇发动机，其特征在于：风扇外围包括一涵道筒，核心机与涵道筒之间通过一个或数个辐条连接，核心机设有机匣，包括套在压气叶轮外的进气机匣，进气机匣上设有气流出口，气流出口与燃烧室连通，燃烧室设置在进气机匣的外围：
在进气机匣外设有一环绕在进气机匣外围的中空结构的环形体，所述燃烧室设置于所述环形体内；或者，辐条与进气机匣的外周连接，辐条内部是中空结构，燃烧室设置于辐条内；或者，在进气机匣外设有一环绕在进气机匣外围的中空结构的环形体，辐条内部是中空结构，辐条与环形体的外周连接且内部连通，燃烧室设置于环形体和辐条内部，所述燃烧室的出口位于压气机转子涡轮前。


6.如权利要求1、2或5所述的一种喷气风扇发动机，其特征在于：风扇的中空桨榖设有中心轴或不设有中心轴；所述压气机转子的涡轮为径流涡轮或轴流涡轮；所述自由涡轮为径流涡轮或轴流涡轮；所述压气叶轮为离心压气叶轮或轴流离心组合式压气叶轮，
在风扇的中空桨榖设有中心轴的结构中：压气机转子的转轴在其涡轮后继续延伸，延伸部分作为风扇的中心轴与风扇旋转连接；或者，所述风扇设有独立...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：程浩鹏，
类型：发明
国别省市：吉林;22