用于垂直起降飞机的工质驱动系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于垂直起降飞机的工质驱动系统，包括涡轮发动机和发电机，以及用于驱动飞机垂直起降的第一旋翼装置和用于驱动飞机水平飞行的第二旋翼装置；所述的涡轮发动机通过工质发生装置和工质传输管将高温高压的工质导入在所述发电机上设有的涡轮蜗壳装置，通过涡轮蜗壳装置带动发电机轴从而驱动发电机发电，发电机通过导线与所述的第一旋翼装置和第二旋翼装置的电机相电连接；本发明专利技术采用燃油驱动和电驱动结合的方式来实现垂直起降动力系统，兼顾燃油驱动的高性能和电驱动的高操控精度，提升了现有运输机动力系统的效率，减少碳排放，节能环保，同时，提升工质驱动的垂直起降动力系统的可实现性，填补了工质驱动的混动飞机的空白

【技术实现步骤摘要】
用于垂直起降飞机的工质驱动系统


[0001]本专利技术涉及一种航空动力系统，具体是一种工质驱动垂直起降动力系统
。

技术介绍

[0002]随着航空工业技术的进步，垂直起降飞机在军事及民用领域都得到了相应的发展，但续航时间短及最大载重小等问题仍然制约着垂直起降飞机更为广泛的应用
。
通过改进垂直起降飞机的动力，可以有效改善上述问题
。
[0003]根据动力驱动方式，可将现有的垂直起降动力系统主要分为三类：一类是基于电力驱动；一类是基于燃油驱动旋翼；还有一类是混合动力驱动，通过燃油和电力共同驱动
。
[0004]基于电力驱动的垂直起降动力系统由于缺少高密度储能设备，续航时间较短，且高密度储能设备的研制难度较大；基于燃油驱动的垂直起降动力系统的垂直起降飞机续航时间长，动力系统长时间工作稳定性和调速精确性差
。
[0005]基于燃油作为动力的垂直起降系统缺乏灵活性，具有代表性的就是倾转旋翼动力系统，在飞行的模态转换过程中控制困难，稳定性
、
安全性较差
。
[0006]综合二者优点而产生的混合驱动方式一般通过发动机发电产生电能以驱动旋翼等装置，但此类装置由于中间环节加多，发动机的能量在转换和传输过程中有所损失，工作效率偏低
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于避免现有技术的不足提供一种采用高温高压工质发电，进而驱动旋翼的系统，兼顾提升垂直起降飞机的续航时间和稳定性，提出的一种用于垂直起降飞机的工质驱动系统
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种用于垂直起降飞机的工质驱动系统，包括涡轮发动机和发电机，以及用于驱动飞机垂直起降的第一旋翼装置和用于驱动飞机水平飞行的第二旋翼装置；
[0009]所述的第一旋翼装置包括旋翼
、
内机匣和用于驱动旋翼转动的电机，电机的电机轴伸出设置，并通过轴承安装在所述的内机匣内的轴承支架上，所述电机轴的伸出端部通过减速器与所述的旋翼相连接，在内机匣上还设有用于容纳电机的电机壳，所述内机匣
、
电机壳与电机轴同轴设置；所述的第二旋翼装置与所述的第一旋翼装置结构相同；
[0010]所述的涡轮发动机通过工质发生装置和工质传输管将高温高压的工质导入在所述发电机上设有的涡轮蜗壳装置，通过涡轮蜗壳装置带动发电机轴从而驱动发电机发电，发电机通过导线与所述的第一旋翼装置和第二旋翼装置的电机相电连接；
[0011]第一旋翼装置以机身轴线为中心，两两对称设置在飞机机身的周围，且至少设有两对，第二旋翼装置以机身轴线为中心，两两对称设置在飞机机尾，且至少设有一对；所述的第一旋翼装置的旋翼轴与机身垂直，用于在垂直起降过程中产生升力，所述的第二旋翼装置的旋翼轴与机身轴线平行设置，可布置在飞机机身的前部
、
机翼上或飞机尾部，用于在
飞机平飞时克服飞行阻力
。
[0012]进一步的，所述的工质发生装置包括集气装置和回热装置，在所述涡轮发动机冷气入口处的机匣内，沿冷气方向依次同轴设有压气机和扩压器，在扩压器的冷气出口处的机匣内设有集气装置；在所述涡轮发动机的燃烧室高压热气出口处机匣内，沿热气方向依次设有向心涡轮
、
整流锥，在整流锥热气出口方向的尾喷管上连通设有回热装置；所述的集气装置用于收集进入所述涡轮发动机的一部分冷气，并将冷气引导至所述的回热装置的冷气入口，所述的回热装置用于将进入回热装置内的冷气与所述尾喷管中的高压热气进行热量交换，并将交换完成的热气通过工质传输管传送至发电机；
[0013]所述工质传输管的一端与所述回热装置的热气出口相连通，工质传输管的另一端与所述涡轮蜗壳装置相连通
。
[0014]进一步的，所述的集气装置包括具有一个环形空腔且剖面为
U
形的集气环，在集气环的同一环面上均布连通设有至少四个导气管，在所述的导气管上设有调节阀，所述的集气环通过导气管与所述的回热装置的冷气入口相连通；
[0015]所述的集气环的
U
形开口位于所述集气环的内环面上，集气环通过
U
形开口处的两侧壁固连并连通设置在所述的机匣上，使得集气环与机匣共同构成了所述压气机出口气流的外环通道，而所述压气机本身具有的出口气流通道为内环通道，由所述外环通道流入的冷气通过集气环和导气管进入回热装置，由所述内环通道流入的冷气进入所述燃烧室的冷气输入端
。
[0016]进一步的，所述的回热装置包括环形进气管和环形出气管，在所述的环形进气管的同一环面周向上排列设有多个入口集气横管；在所述的环形出气管的同一环面周向上设有多个出口集气横管；所述的入口集气横管通过换热管排与所述的出口集气横管相连通；
[0017]所述的集气装置通过导气管与环形进气管相连通，集气装置将收集的冷气导入环形进气管，从而依次进入所述的入口集气横管和换热管排，换热管排内的冷气与所述的向心涡轮
、
整流锥热气出口端的高压热气进行热量交换，交换得到的热气通过所述的出口集气横管导入至环形出气管，并通过环形出气管将热气导入至工质传输管中
。
[0018]进一步的，所述环形进气管的环形直径小于环形出气管的环形直径，使得所述的入口集气横管和出口集气横管之间形成环形空腔，所述的换热管排设置在所述的环形空腔内，换热管排是由多个沿所述环形空腔周向布置的管路组成；
[0019]所述的向心涡轮
、
整流锥热气出口端的高压热气通过换热管排的缝隙，同时，由所述入口集气横管进入的冷气，在环形空腔中，由内而外沿换热管排流过，实现高效换热
。
[0020]进一步的，所述的换热管排是由至少一排并排设置的管路组成，且一排轴向分布的平行管路以所述环形空腔的内径为起点，以阿基米德螺线形式逐渐向外延伸设置在所述的环形空腔内
。
[0021]进一步的，所述的涡轮蜗壳装置包括蜗壳和设置在蜗壳内的发电机涡轮，所述蜗壳安装在所述发电机的发电机壳体一端，在发电机壳体内设有发电机轴，发电机轴的一端与所述的发电机涡轮的涡轮轴同轴设置，在所述发电机壳体内还设有发电机转子和发电机静子绕组；所述工质传输管内的高温高压工质在所述蜗壳内聚集，并驱动发电机涡轮的涡轮轴转动从而驱动发电机轴转动发电
。
[0022]进一步的，所述的减速器为行星齿轮减速器，行星齿轮减速器的太阳轮套装在所
述电机轴的端部；所述旋翼套装在行星齿轮减速器的外齿圈上；所述减速器用于所述旋翼与电机转速的匹配
。
[0023]进一步的，在所述发电机与第一旋翼装置相连接的导线上，电连接设有至少一个蓄电池
。
本专利技术的有益效果是：本专利技术采用燃气涡轮发动机通过其内部的热力循环产生高能的工质，高能工质采集装置安装于燃气涡轮发动机核心机上，并将其产生的多余高能工质收集起来
。
高能工质采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于垂直起降飞机的工质驱动系统，其特征在于，包括涡轮发动机
(1)
和发电机
(5)
，以及用于驱动飞机垂直起降的第一旋翼装置
(7)
和用于驱动飞机水平飞行的第二旋翼装置
(8)
；所述的第一旋翼装置
(7)
包括旋翼
(71)、
内机匣
(72)
和用于驱动旋翼
(71)
转动的电机
(73)
，电机
(73)
的电机轴
(78)
伸出设置，并通过轴承
(77)
安装在所述的内机匣
(72)
内的轴承支架
(74)
上，所述电机轴的伸出端部通过减速器
(75)
与所述的旋翼
(71)
相连接，在内机匣
(72)
上还设有用于容纳电机
(73)
的电机壳
(76)
，所述内机匣
(72)、
电机壳
(76)
与电机轴
(78)
同轴设置；所述的第二旋翼装置
(8)
与所述的第一旋翼装置
(7)
结构相同；所述的涡轮发动机
(1)
通过工质发生装置
(2)
和工质传输管
(4)
将高温高压的工质导入在所述发电机
(5)
上设有的涡轮蜗壳装置，通过涡轮蜗壳装置带动发电机轴从而驱动发电机
(5)
发电，发电机
(5)
通过导线
(6)
与所述的第一旋翼装置
(7)
和第二旋翼装置
(8)
的电机
(73)
相电连接；第一旋翼装置
(7)
以机身轴线为中心，两两对称设置在飞机机身的周围，且至少设有两对，第二旋翼装置
(8)
以机身轴线为中心，两两对称设置在飞机机尾，且至少设有一对；所述的第一旋翼装置
(7)
的旋翼轴与机身垂直，用于在垂直起降过程中产生升力，所述的第二旋翼装置
(8)
的旋翼轴与机身轴线平行设置，可布置在飞机机身的前部
、
机翼上或飞机尾部，用于在飞机平飞时克服飞行阻力
。2.
如权利要求1所述的用于垂直起降飞机的工质驱动系统，其特征在于，所述的工质发生装置
(2)
包括集气装置
(21)
和回热装置
(22)
，在所述涡轮发动机
(1)
冷气入口处的机匣内，沿冷气方向依次同轴设有压气机
(11)
和扩压器
(12)
，在扩压器
(12)
的冷气出口处的机匣
(17)
内设有集气装置
(21)
；在所述涡轮发动机
(1)
的燃烧室
(13)
高压热气出口处机匣
(17)
内，沿热气方向依次设有向心涡轮
(14)、
整流锥
(15)
，在整流锥
(15)
热气出口方向的尾喷管
(16)
上连通设有回热装置
(22)
；所述的集气装置
(21)
用于收集进入所述涡轮发动机
(1)
的一部分冷气，并将冷气引导至所述的回热装置
(22)
的冷气入口，所述的回热装置
(22)
用于将进入回热装置
(22)
内的冷气与所述尾喷管
(16)
中的高压热气进行热量交换，并将交换完成的热气通过工质传输管
(4)
传送至发电机
(5)
；所述工质传输管
(4)
的一端与所述回热装置
(22)
的热气出口相连通，工质传输管
(4)
的另一端与所述涡轮蜗壳装置相连通
。3.
如权利要求2所述的用于垂直起降飞机的工质驱动系统，其特征在于，所述的集气装置
(21)
包括具有一个环形空腔且剖面为
U
形的集气环
(211)
，在集气环
(211)
的同一环面上均布连通设有至少四个导气管
(212)
，在所述的导气管
(212)
上设有调节阀
(213)
，所述的集气环
(211)
通过导气管
(212)
与所述的回热装置
(22)
的冷气入口相连通；所述的集气环
(211)
的
U
形开口位于所述集气环
(211)
的内环面上，集气环
(211)
通过
U
形开口处的两侧壁固连并连通设置在所述的机匣
(17)<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡元虎，李兆庆，
申请(专利权)人：西安觉天动力科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：