基于工质驱动的旋翼机混合动力系统技术方案

本发明专利技术属于一种基于工质驱动的旋翼机混合动力系统，包括涡轮发动机和旋翼装置，旋翼装置两两对称设置在旋翼机身的周围，其包括旋翼和内机匣，所述的旋翼设置在内机匣的一端，内机匣的另一端的腔体内设有涡轮，涡轮的涡轮轴通过轴承安装在所述的内机匣内的支架上，所述涡轮轴的端部通过减速器与所述的旋翼相连接，在所述内机匣的腔体的内设有与涡轮相配合设置的蜗壳，与蜗壳的入气口一端还连通设有内涵喷管；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所述旋翼装置的蜗壳内，所述的蜗壳用于聚集高压热气来驱动涡轮带动涡轮轴转动

【技术实现步骤摘要】
基于工质驱动的旋翼机混合动力系统


[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]随着航空工业技术的进步，多旋翼无人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
。
[0004]现阶段多旋翼无人机多采用电池
‑
电动机系统作为动力
。
由于电池能量密度较低，且电动机及其控制调节系统功率密度相对不足，电机和电池在飞机总重中所占的重量比例较高，限制了飞机的载荷重量和飞行时间，使得多旋翼机难以满足其日益增加的滞空时间
、
载重需求
。
[0005]且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
。

技术实现思路

[0006]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基于工质驱动的旋翼机混合动力系统
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于工质驱动的旋翼机混合动力系统，包括涡轮发动机和旋翼装置，旋翼装置以旋翼机身轴线为中心，两两对称设置在旋翼机身的周围，且至少设有两对；
[0008]所述的旋翼装置包括旋翼和内机匣，所述的旋翼设置在内机匣的一端，内机匣的另一端的腔体内设有涡轮，涡轮的涡轮轴通过轴承安装在所述的内机匣内的支架上，所述涡轮轴的端部通过减速器与所述的旋翼相连接，在所述内机匣的腔体的内设有与涡轮相配合设置的蜗壳，与蜗壳的入气口一端还连通设有内涵喷管；所述的涡轮轴与内机匣同轴设置；
[0009]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所述旋翼装置的蜗壳内，所述的蜗壳用于聚集高压热气来驱动涡轮带动涡轮轴转动，从而使旋翼转动，为旋翼机提供动力
。
[0010]进一步的，还包括与所述涡轮轴同轴设有的电机，且电机的电机轴一端通过轴承固定在所述的支架上，电机的另一端与涡轮轴相连；在所述的旋翼机上还设有蓄电池，所述的电机通过导线与蓄电池电连接，所述的蓄电池用于在所述涡轮低速时，用电机带动涡轮转动加速启动；在所述涡轮高速时，涡轮带动电机发电，并通过导线储存在蓄电池中
。
[0011]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；
[0012]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
。
[0013]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；
[0014]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
。
[0015]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；
[0016]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
。
[0017]进一步的，所述环形进气管的管径小于环形出气管管径，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；
[0018]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，由外而内沿所述环形空腔的径向流过换热管排，实现高效换热
。
[0019]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
。
[0020]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涡轮轴的端部；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涡轮转速的匹配
。
[0021]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涡轮转速的匹配
。
[0022]进一步的，所述的工质传输管包括主传输管和分传输管，所述主传输管的一端与工质发生装置的工质出口相连通，主传输管的另一端通过分传输管分别与所述的旋翼装置的蜗壳相连通
。
[0023]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
。
高能工质采集装置的输出端与高效工质传输装置相连，高能工质通过高效工质传输通道传输给涡轮装置，从而驱动旋翼转动
。
同时，还在旋翼装置中运用了电机和涡轮同轴驱动旋翼转动，并将电机中的电进行采集，对旋翼飞机的状态进行调控
。
[0024]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于工质驱动的旋翼机混合动力系统，其特征在于，包括涡轮发动机
(1)
和旋翼装置
(7)
，旋翼装置
(7)
以旋翼机身轴线为中心，两两对称设置在旋翼机身的周围，且至少设有两对；所述的旋翼装置
(7)
包括旋翼
(7
‑
1)
和内机匣
(7
‑
2)
，所述的旋翼
(7
‑
1)
设置在内机匣
(7
‑
2)
的一端，内机匣
(7
‑
2)
的另一端的腔体内设有涡轮
(7
‑
4)
，涡轮
(7
‑
4)
的涡轮轴
(7
‑
7)
通过轴承
(7
‑
5)
安装在所述的内机匣
(7
‑
2)
内的支架
(7
‑
6)
上，所述涡轮轴
(7
‑
7)
的端部通过减速器
(7
‑
8)
与所述的旋翼
(7
‑
1)
相连接，在所述内机匣
(7
‑
2)
的腔体的内设有与涡轮
(7
‑
4)
相配合设置的蜗壳
(7
‑
9)
，与蜗壳
(7
‑
9)
的入气口一端还连通设有内涵喷管
(7
‑
10)
；所述的涡轮轴
(7
‑
7)
与内机匣
(7
‑
2)
同轴设置；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所述旋翼装置
(7)
的蜗壳
(7
‑
9)
内，所述的蜗壳
(7
‑
9)
用于聚集高压热气来驱动涡轮
(7
‑
4)
带动涡轮轴
(7
‑
7)
转动，从而使旋翼
(7
‑
1)
转动，为旋翼机提供动力
。2.
如权利要求1所述的基于工质驱动的旋翼机混合动力系统，其特征在于，还包括与所述涡轮轴
(7
‑
7)
同轴设有的电机
(7
‑
3)
，且电机
(7
‑
3)
的电机轴一端通过轴承固定在所述的支架
(7
‑
6)
上，电机
(7
‑
3)
的另一端与涡轮轴
(7
‑
7)
相连；在所述的旋翼机上还设有蓄电池
(81)
，所述的电机
(7
‑
3)
通过导线
(82)
与蓄电池
(81)
电连接，所述的蓄电池
(81)
用于在所述涡轮
(7
‑
4)
低速时，用电机
(7
‑
3)
带动涡轮
(7
‑
4)
转动加速启动；在所述涡轮
(7
‑
4)
高速时，涡轮
(7
‑
4)
带动电机
(7
‑
3)
发电，并通过导线
(82)
储存在蓄电池
(81)
中
。3.
如权利要求1所述的基于工质驱动的旋翼机混合动力系统，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
。4.
如权利要求3所述的基于工质驱动的旋翼机混合动力系统，其特征在于，所述的集气装置

【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：