【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发动机，特别地，涉及一种基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机。此外，本专利技术还涉及一种包括上述基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机的飞行器。
技术介绍
1、常规涡轮发动机结构如图1所示，由进气道、压气机、等压燃烧室、燃气涡轮、燃气、排气装置、附件装置以及动力输出轴等组成。
2、常规涡轮发动机工作原理是，外界空气从进气道流入发动机内，经压气机做功压缩，气体压力、温度升高，出口气流分多股流出，一股流入涡轮处用于引气封严和叶片冷却，一股流入等压燃烧室内，与喷出的燃油进行掺混，点火燃烧，形成的高温高压燃气冲击燃气涡轮和动力涡轮，将热能转化为涡轮的动能，燃气涡轮产生的功率带动压气机，动力涡轮产生的功率则是带动附件装置(包括燃油泵、滑油泵、发电机等)和直升机旋翼，随后高温高压燃气通过排气装置排入外界大气中。
3、发动机压气机和涡轮转子限位与旋转需依靠轴承，轴承需要润滑且具有温度限制，经点火燃烧形成的燃气温度过高，为防止轴承失效，需阻止高温燃气流入轴承腔内，因此需要轴承腔内的气体压力高于发动机流道内的燃气压力。对于常规涡轮发动机，压气机出口的气流压力为整个发动机内的压力最高点，且温度处于轴承限制范围内，因此从压气机出口引入部分气体作为封严气，可阻止高温燃气进入轴承腔内，起到保护轴承的作用。此外，为防止涡轮叶片烧蚀，需引入压气机出口气流，在叶片表面形成冷却气膜，以隔离高温燃气。
4、在发动机入口参数相同的条件下，相比基于定压燃烧的常规涡轮发动机，基于等容燃烧的脉冲爆震涡轮发动机具有
5、但随之带来了一系列问题，制约着脉冲爆震涡轮发动机的实际应用，如需进行流道引气封严，防止轴承因高温失效、涡轮叶片需冷却，防止叶片烧毁等。在常规涡轮发动机中，由于混合气经燃烧室、涡轮后压力逐步下降，故压气机出口为发动机压力最高点，如图2所示，此时从压气机出口引出的高压空气可满足流道引气封严与涡轮叶片冷却所需的压力。而脉冲爆震涡轮发动机则不同，鉴于其自增压特性，燃烧波前后压比可达15～55倍，此时爆震室出口燃气压力远高于压气机出口空气压力，从压气机出口引气无法满足封严和冷却所需压力；
6、在燃气涡轮发动机中，用作冷却与封严的气体流量占压气机进口总流量的3～20％左右。在脉冲爆震涡轮发动机中，需要一股相对低温高压的引气进行冷却与封严，而常规的气体增压手段，如叶片式压气机等，无法实现小流量、大压比的气体增压；
7、(1)现有基于等压燃烧的常规发动机，其压气机、涡轮效率以及燃烧室燃烧效率基本已达极限，同时鉴于等压燃烧时的循环热效率上限限制，发动机性能无法再大幅度提升。而基于等容燃烧的脉冲爆震发动机，从理论上分析其比等压循环具有更高的循环热效率，在解决轴承封严、叶片冷却等难题后，具备极大的实际应用前景。
8、(2)常规发动机从压气机出口引气用于轴承腔封严和涡轮叶片冷却，但鉴于脉冲爆震发动机中爆震燃烧的自增压特性，爆震燃烧室出口燃气压力高于压气机出口空气压力，故该方法已不再适用。
9、(3)采用常规机械装置(轴流、离心压气机等)给压气机出口气流增压时，效率不高且增压比难以达到需求，若采用多级压气机则会大幅增加发动机重量，此外，需动力涡轮提供部分功率用于带动机械装置，以达到增压效果，这将降低发动机的功重比。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机及飞行器，以解决常规涡轮发动机性能提升困难、使用脉冲爆震涡轮发动机无法满足封严和冷却需求而难以进行实际应用推广的技术问题。
2、根据本专利技术的一个方面，提供一种基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，包括进气道、压气机、燃气涡轮、附件装置以及动力输出轴，所述附件装置经所述动力输出轴提取功率，所述涡轮发动机还包括：
3、压力交换器，用于对进入的高压气体和低压气体进行压力交换；
4、爆震燃烧室，用于将进入的空气与燃油雾化掺混并点火燃烧，并在激波叠加作用下于所述爆震燃烧室内形成爆震波，且所述爆震燃烧室产生的压力脉动与所述压力交换器的出口端的压力脉动同步变化；
5、气体分流装置，用于将所述压气机输出的气流分别引入所述压力交换器内以及所述爆震燃烧室内，并用于将爆震燃烧室产生的高温高压燃气部分引入压力交换器内，还用于将爆震燃烧室出口端的气流整合后引入所述燃气涡轮。
6、作为上述技术方案的进一步改进，所述压力交换器包括毂筒以及布设于所述毂筒端部外的静子件，所述毂筒上周向均匀布设的设置有气流通道，所述静子件上设置有端板，所述端板具有端口，用于分别连通所述气流通道和所述气体分流装置，所述压力交换器用于在旋转状态下使所述气流通道周期性的与所述端口连通。
7、作为上述技术方案的进一步改进，所述压力交换器与驱动机构连接，或者，所述压力交换器通过传动机构与所述附件装置连接。
8、作为上述技术方案的进一步改进，所述传动机构包括连接于所述毂筒的输入轴以及设置于所述输入轴和所述附件装置之间的传动齿轮组。
9、作为上述技术方案的进一步改进，所述气体分流装置包括第一分气结构和第二分气结构，所述压力交换器的入口端布设有作为低压空气入口的端板以及作为高压燃气入口的端板，所述压力交换器的出口端布设有作为高压空气出口的端板以及作为低压燃气出口的端板，所述第一分气结构分别连通所述压气机的出口端、所述爆震燃烧室的入口端以及所述低压空气入口；所述第二分气结构分别连通所述爆震燃烧室的预设位置和所述高压燃气入口；所述气体分流装置还用于连通所述高压空气出口和所述燃气涡轮的轴承腔；所述气体分流装置还用于连通所述低压燃气出口和所述燃气涡轮的入口端。
10、作为上述技术方案的进一步改进，所述爆震燃烧室上的预设位置与爆震波的形成位置匹配。
11、作为上述技术方案的进一步改进，所述爆震燃烧室的入口端设置有单向阀。
12、作为上述技术方案的进一步改进，所述发动机为涡轴发动机，包括动力涡轮以及排气装置，所述动力输出轴与所述动力涡轮连接，所述排气装置用于排出燃气。
13、作为上述技术方案的进一步改进，多个所述压力交换器沿所述爆震燃烧室的周向均匀布设。
14、根据本专利技术的另一方面，还提供了一种飞行器，其包括上述基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机。
15、本专利技术具有以下有益效果：
16、外界空气由进气道进入，经压气机做功压缩使气流温度、压力升高，通过设置气体分流装置，将压气机出口端的低压空气分别引入爆震燃烧室和压力交换器内，部分低压空气流入爆震燃烧室内后，与燃烧室喷出的燃油进行雾化掺混，待可燃混合物填充完毕后点火燃烧，在激波不断叠加下于爆震室的预设位置形成爆震波，产生的高温高压本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，包括进气道(2)、压气机(3)、燃气涡轮(7)、附件装置(1)以及动力输出轴(10)，所述附件装置(1)经所述动力输出轴(10)提取功率，所述涡轮发动机还包括：
2.根据权利要求1所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，所述压力交换器(5)包括毂筒(55)以及布设于所述毂筒(55)端部外的静子件(56)，所述毂筒(55)上周向均匀布设的设置有气流通道(58)，所述静子件(56)上设置有端板(57)，所述端板(57)具有端口，用于分别连通所述气流通道(58)和所述气体分流装置，所述压力交换器(5)用于在旋转状态下使所述气流通道(58)周期性的与所述端口连通。
3.根据权利要求2所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，所述压力交换器(5)与驱动机构连接，或者，所述压力交换器(5)通过传动机构与所述附件装置(1)连接。
4.根据权利要求3所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，所述传动机构包括连接于所述毂筒(55)的输入轴
5.根据权利要求2所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，所述气体分流装置包括第一分气结构(61)和第二分气结构(62)，所述压力交换器(5)的入口端布设有作为低压空气入口(51)的端板(57)以及作为高压燃气入口(52)的端板(57)，所述压力交换器(5)的出口端布设有作为高压空气出口(53)的端板(57)以及作为低压燃气出口(54)的端板(57)，所述第一分气结构(61)分别连通所述压气机(3)的出口端、所述爆震燃烧室(4)的入口端以及所述低压空气入口(51)；所述第二分气结构(62)分别连通所述爆震燃烧室(4)的预设位置和所述高压燃气入口(52)；所述气体分流装置还用于连通所述高压空气出口(53)和所述燃气涡轮(7)的轴承腔；所述气体分流装置还用于连通所述低压燃气出口(54)和所述燃气涡轮(7)的入口端。
6.根据权利要求5所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，所述爆震燃烧室(4)上的预设位置与爆震波的形成位置匹配。
7.根据权利要求1所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，所述爆震燃烧室(4)的入口端设置有单向阀。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，所述发动机为涡轴发动机，包括动力涡轮(8)以及排气装置(9)，所述动力输出轴(10)与所述动力涡轮(8)连接，所述排气装置(9)用于排出燃气。
9.根据权利要求1-7任一项所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，多个所述压力交换器(5)沿所述爆震燃烧室(4)的周向均匀布设。
10.一种飞行器，其特征在于，应用有权利要求1-9任一项所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机。
...【技术特征摘要】
1.一种基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，包括进气道(2)、压气机(3)、燃气涡轮(7)、附件装置(1)以及动力输出轴(10)，所述附件装置(1)经所述动力输出轴(10)提取功率，所述涡轮发动机还包括：
2.根据权利要求1所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，所述压力交换器(5)包括毂筒(55)以及布设于所述毂筒(55)端部外的静子件(56)，所述毂筒(55)上周向均匀布设的设置有气流通道(58)，所述静子件(56)上设置有端板(57)，所述端板(57)具有端口，用于分别连通所述气流通道(58)和所述气体分流装置，所述压力交换器(5)用于在旋转状态下使所述气流通道(58)周期性的与所述端口连通。
3.根据权利要求2所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，所述压力交换器(5)与驱动机构连接，或者，所述压力交换器(5)通过传动机构与所述附件装置(1)连接。
4.根据权利要求3所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，所述传动机构包括连接于所述毂筒(55)的输入轴以及设置于所述输入轴和所述附件装置(1)之间的传动齿轮组。
5.根据权利要求2所述的基于压力交换器引气增压的脉冲爆震涡轮发动机，其特征在于，所述气体分流装置包括第一分气结构(61)和第二分气结构(62)，所述压力交换器(5)的入口端布设有作为低压空气入口(51)的端板(57)以及作为高压燃气入口(52)的端...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄俊杰，郭青林，彭畅新，李维，曹俊，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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