一种基于高温热管回热及气液双态氢燃料的微型航空发动机制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种基于高温热管回热及气液双态氢燃料的微型航空发动机，包括压气机

【技术实现步骤摘要】
一种基于高温热管回热及气液双态氢燃料的微型航空发动机


[0001]本专利技术涉及的是一种发动机，具体地说是微型航空发动机
。

技术介绍

[0002]近年来，全球温室效应加剧，气候异常现象频发，追求降低碳排放
、
节能环保逐渐成为全球共识
。
国际民航组织
(ICAO)
对民用飞机污染物排放的要求也日益严格，先后制定并颁布了
CAEP1
，
CAEP2
，
CAEP4
，
CAEP6
和
CAEP8
等污染物排放规定，对一氧化碳
(CO)、
未燃碳氢
(UHC)、
氮氧化物
(NOx)
和冒烟的生成量制定了严格的排放要求，尤其是对
NOx
的排放限制要求越来越严格
。
因此，低污染航空发动机的研发迫在眉睫
。
[0003]由于氢能源具有清洁可再生，高热值等优势，是新能源发展的重点方向，而且基于氢燃料燃烧的贫油直接喷射技术可以有效减少
NOx
的排放
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供可优化航空发动机动力系统
、
实现低碳运输目的的一种基于高温热管回热及气液双态氢燃料的微型航空发动机
。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：
[0006]本专利技术一种基于高温热管回热及气液双态氢燃料的微型航空发动机，包括压气机
、
燃烧室
、
涡轮
、
尾喷管
、
机匣，压气机和涡轮位于机匣里，压气机和涡轮通过轴相连，燃烧室设置在轴的外部，其特征是：所述压气机包括进气道
、
闭式叶轮
、
扩压器，三者中心线在一条直线上，闭式叶轮包括轮盘
、
叶片和轮盖，轮盘与叶片一体化成型加工，进气道
、
闭式叶轮轮盖
、
扩压器首尾相接作为静止部件，与机匣固定，涡轮的后方
、
尾喷管外侧设置高温热管
。
[0007]本专利技术还可以包括：
[0008]1、
所述燃烧室包括燃油总管
、
气液切换阀
、
单元旋流气液双态氢燃料喷嘴
、
燃烧室机匣
、
燃烧室火焰筒，燃油总管连接单元旋流气液双态氢燃料喷嘴，燃油总管上安装气液切换阀，单元旋流气液双态氢燃料喷嘴包括旋流器
、
双燃料喷嘴和收扩型文氏管，双燃料喷嘴出口位于收扩型文氏管喉部，旋流器内径
21.3mm
，外径
23.1mm
，出口收敛半角
45
°
，出口直径为
24mm
，叶片均为直叶片，数量为
12
个，双燃料喷嘴中液态管路管径
3.8mm
，气态管路呈环形，内径
4.2mm。
[0009]2、
涡轮包括涡轮轴
、
轮盘
、
工作叶片
、
涡轮外环
、
导向器叶片，五者中心线在一条直线上，涡轮轴为阶梯轴，轴肩装配标准件轴承，涡轮轴两端与压气机叶轮和涡轮轮盘均采用销钉连接；涡轮外环上装有导向器叶片作为静止部件与燃烧室出口接；轮盘与工作叶片一体化成型加工
。
[0010]3、
所述高温热管包括热管单元，热管单元为扁圆形，热管单元呈环形布置
。
[0011]本专利技术的优势在于：
[0012]1.
本专利技术可
100
％燃烧氢燃料，具有极高的能源利用率以起到节约能源的效果，且仅燃烧氢燃料大大降低碳排放与污染物的产生；该作品使用氢燃料为液氢，燃料储存运输
方便，使用时易于控制计量，同时安全性大大提升；此外，本项目的氢燃料为低温液态，低温液态储运在大规模储运情景下具有成本低
、
运量大
、
纯度高
、
充装效率高等优势
。
本专利技术在不仅性能优秀还完成了小型化的设计，使其拥有更广泛的应用空间
。
本专利技术适用于小型无人机
、
飞行器等交通工具的动力装置，在满足性能要求的同时抑制氮氧化物的生成
。
[0013]2.
多点喷射贫油直喷燃烧室与传统燃烧室相比，具有尺寸小
、
结构更加紧凑
、
燃烧效率高等优势，同时贫油直喷技术采用直接混合燃烧，而非预混燃烧方式，有效避免了自燃和回火问题，同时降低了燃烧不稳定性出现的风险
。
贫油直喷技术的核心是旋流气液双态氢燃料喷嘴结构，经过旋流器的空气既是燃烧空气，也是助雾化和促进油雾散布的空气
。
该结构的关键是实现燃料良好雾化以及燃料气快速混合，在燃烧室头部形成均匀偏贫的可燃混气，从而降低燃烧区温度，解决了纯液态燃料长时间低温工作造成管路结冰问题
。
[0014]3.
基于热管的优势及其远距离传热的特点，设计符合发动机特点的热管插入发动机出口导流支板中部，利用热管中的传热介质带走燃气中的热量，传热介质受热蒸发后到达液氢管处释放热量，使得液氢受热气化，传热介质冷凝，由于重力作用回流，循环往复
。
该设计利用余热使得液态氢气化为气态氢，气态氢燃烧相比于液态氢燃烧具有更高的安全性，同时降低了出口气流温度，使得出口气流速度降低，更低的出口气流速度使得发动机具有更低的余速损失，更低的耗油量以及更高的效率
。
[0015]4.
本项目采用径流式压气机高效轴径混流叶轮可以尽可能地降低气流流动损失，保证发动机尾喷管处气流速度
。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的结构示意图；
[0017]图2为本专利技术的剖视图；
[0018]图3为压气机结构示意图；
[0019]图4为燃烧室结构示意图；
[0020]图5为涡轮结构示意图；
[0021]图6为高温热管结构示意图
。
具体实施方式
[0022]下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：
[0023]结合图1‑6，本专利技术包括压气机
、
燃烧室
、
涡轮
、
高温热管
、
尾喷管
、
机匣
。
[0024]高效离心式压气机包括进气道
11
，闭式叶轮
12
，扩压器
13
，各部件中心线一致
。
闭式叶轮
12
由轮盘
、
叶片和轮盖组成，轮盘与叶片一体化成型加工，与转轴通过销钉进行连接；进气道
11
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于高温热管回热及气液双态氢燃料的微型航空发动机，包括压气机
、
燃烧室
、
涡轮
、
尾喷管
、
机匣，压气机和涡轮位于机匣里，压气机和涡轮通过轴相连，燃烧室设置在轴的外部，其特征是：所述压气机包括进气道
、
闭式叶轮
、
扩压器，三者中心线在一条直线上，闭式叶轮包括轮盘
、
叶片和轮盖，轮盘与叶片一体化成型加工，进气道
、
闭式叶轮轮盖
、
扩压器首尾相接作为静止部件，与机匣固定，涡轮的后方
、
尾喷管外侧设置高温热管
。2.
根据权利要求1所述的一种基于高温热管回热及气液双态氢燃料的微型航空发动机，其特征是：所述燃烧室包括燃油总管
、
气液切换阀
、
单元旋流气液双态氢燃料喷嘴
、
燃烧室机匣
、
燃烧室火焰筒，燃油总管连接单元旋流气液双态氢燃料喷嘴，燃油总管上安装气液切换阀，单元旋流气液双态氢燃料喷嘴包括旋流器
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明哲，刘潇，刘磊，曹子睿，金坤彬，周鑫蓬，刘瑶，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：