一种多级涡轮风扇发动机制造技术

本发明专利技术公开了一种多级涡轮风扇发动机，属于航空涡轮风扇发动机技术领域，包括加压涵道、多级涡轮风扇、尾部增压喷嘴，加压涵道中设置有多级涡轮风扇，尾部增压喷嘴设置在所述高压加速通道的出口处。本发明专利技术解决了常规敞开式单级螺旋桨发动机在负载大、气流速度高时叶片效率低下的问题，通过中部封闭的加压涵道和多级涡轮风扇驱动单元的连续涡轮增压能力以及尾部增压喷嘴的增压喷流功能，来提升发动机的整体输出效率，可在不增加静叶的情况下，通过两级相邻叶片的反向对转，来提高级间增压效率，降低发动机重量。用于涡轮风扇叶片封闭于加速涵道内部的新型直升机或相关飞行器的高效驱动动力系统。效驱动动力系统。效驱动动力系统。

A multistage turbofan engine

【技术实现步骤摘要】
一种多级涡轮风扇发动机


[0001]本专利技术涉及航空涡轮风扇发动机
，具体涉及一种多级涡轮风扇发动机。

技术介绍

[0002]普通直升机、四旋翼无人机等驱动装置，一般为开放式单浆或者双螺旋浆旋翼系统。螺旋桨产生的升力，与通过螺旋桨向下的气流速度，近似呈平方反比关系。当通过直升机螺旋桨的垂直向下的气流速度过大时，会导致螺旋桨的升力和发动机效能的迅速下降，从而影响和限制了普通直升机或多旋翼无人机的载重能力和续航时间的进一步提升。为此，提出一种多级涡轮风扇发动机。
[0003]公开号为CN209483501U、公开日2019年10月11日的中国技术专利申请公开了多级电动涡轮风扇喷气发动机，不足之处是：在两个相对的电机涡轮扇叶之间，其结构旋向没有反置；工作时运动方向也不是反向对转的；在该技术方案中此处通过静叶风扇来阻止气流的圆周向高速旋转，而大量的静叶风扇的设置，增加了发动机本身的重量，降低了发动机的推重比和持续增压效率。为此，提出一种多级涡轮风扇发动机。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于：如何解决因大量静叶风扇的设置，增加了发动机本身的重量，降低了发动机的推重比和持续增压效率的问题，提供了一种多级涡轮风扇发动机。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术包括加压涵道、多级涡轮风扇、尾部增压喷嘴，所述加压涵道包括依次设置的低压气流入口、中压加速通道、高压加速通道，所述尾部增压喷嘴设置在所述高压加速通道的出口处，所述多级涡轮风扇分别设置在所述低压气流入口、中压加速通道、高压加速通道内部，所述尾部增压喷嘴的气流截面积小于所述气流入口、中压加速通道、高压加速通道的截面积；
[0006]所述低压气流入口、中压加速通道、高压加速通道内部的各级涡轮风扇均包括两个或两个以上相互紧密靠近的成对涡轮风扇，成对安装的涡轮风扇叶片在工作时的运动方向呈反向对转状态。
[0007]更进一步地，所述多级涡轮风扇发动机还包括多个用于驱动多级涡轮风扇中各级涡轮风扇的驱动单元，直接控制每级涡轮风扇的转速和输出功率。
[0008]更进一步地，所述各级涡轮风扇均包括四个涡轮风扇，分别为自首至尾依次设置的第一涡轮风扇、第二涡轮风扇、第三涡轮风扇、第四涡轮风扇，所述驱动单元包括自首至尾依次设置的第一驱动单元、中间驱动单元与第二驱动单元，所述第一涡轮风扇与所述第一驱动单元连接，所述第二涡轮风扇、第三涡轮风扇分别与所述中间驱动单元连接，所述第四涡轮风扇与所述第二驱动单元连接。
[0009]更进一步地，所述第一驱动单元与所述加压涵道之间设置有支撑板，所述第一驱动单元与所述加压涵道之间通过支撑板连接，所述中间驱动单元、第二驱动单元与所述加
压涵道之间均设置有静叶，所述中间驱动单元、第二驱动单元与所述加压涵道之间均通过所述静叶连接，所述第一涡轮风扇、第二涡轮风扇的叶片结构旋向相反，所述第二涡轮风扇的叶片与中间驱动单元上的静叶结构旋向相反，所述第三涡轮风扇、第四涡轮风扇的叶片结构旋向相反，所述第四涡轮风扇的叶片与第二驱动单元上的静叶结构旋向相反。
[0010]更进一步地，所述多级涡轮风扇发动机还包括一个用于驱动多级涡轮风扇中各级涡轮风扇的驱动单元，所述驱动单元与各级所述涡轮风扇之间均设置有传动结构，所述驱动单元通过所述传动结构间接控制每级涡轮风扇的转速和输出功率。
[0011]更进一步地，所述驱动单元为电机驱动单元或化学燃料驱动单元。
[0012]更进一步地，所述加压涵道为直线型气流加压通道、弧线弯道、直角拐弯型气流连续加压通道中任一种。
[0013]更进一步地，所述加压涵道的外表面涂覆电磁波吸波材料。
[0014]更进一步地，所述尾部增压喷嘴的喷管出口结构设计为拉瓦尔喷管形式。
[0015]更进一步地，所述尾部增压喷嘴的气流截面积A，按照公式(1)进行调整、测试、并最终固定下来，调整的目标是使得发动机，在给定固定的额定输入总功率P
input
的状态下，能够获得最高效的输出效率η：
[0016][0017]其中：
[0018]η为给定额定输入总功率P
input
的状态下，发动机输出效率；
[0019]P
output
为发动机输出功率；
[0020]为单位时间内，通过发动机加压涵道的气流质量流率；
[0021]v
mean
为通过发动机加压涵道的气体平均流速；
[0022]ρ为尾部增压喷嘴截面最小处的气体密度；
[0023]Q为单位时间内，通过发动机加压涵道的气流体积流量；
[0024]A为尾部增压喷嘴截面最小处的截面积。
[0025]本专利技术相比现有技术具有以下优点：该多级涡轮风扇发动机，解决了常规敞开式单级螺旋桨发动机在负载大、气流速度高时叶片效率低下的问题，通过中部封闭的加压涵道和多级涡轮风扇驱动单元的连续涡轮增压能力以及尾部增压喷嘴的增压喷流功能，来提升发动机的整体输出效率；可在不增加静叶的情况下，通过两级相邻叶片的反向对转，来提高级间增压效率，降低发动机总体重量；可用于涡轮风扇叶片封闭于加速涵道内部的新型直升机或相关飞行器的高效驱动动力系统，值得被推广使用。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例中多级涡轮风扇发动机的内部结构示意图；
[0027]图2是本专利技术低压气流入口处去除部分外壳后的内部结构放大图。
具体实施方式
[0028]下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行
实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0029]如图1、2所示，本实施例提供一种技术方案：一种多级涡轮风扇发动机，包括加压涵道1、气流入口4、多级涡轮风扇3、尾部增压喷嘴7，所述气流入口4设置在所述加压涵道1的最前端，所述尾部增压喷嘴7连接在所述加压涵道1尾部，所述多级涡轮风扇3按照串联方式安装并分布在所述加压涵道1内部，所述尾部增压喷嘴7的气流截面积小于所述气流入口4以及加压涵道1的截面积，所述尾部增压喷嘴7能够对加压涵道1内的气流产生节流增压的作用；
[0030]所述低压气流入口、中压加速通道、高压加速通道内部的各级涡轮风扇均包括两个或两个以上相互紧密靠近的成对的涡轮风扇11、12以及13、14，所述成对安装的涡轮风扇叶片，在工作时的运动方向呈反向对转状态。即涡轮风扇11、12的叶片工作时的运动方向呈反向对转状态，涡轮风扇13、14的叶片工作时的运动方向也呈反向对转状态，且不必在其中间增加额外的静叶导流叶片。
[0031]在本实施例中，涡轮风扇11、12、13、14连接在各自的驱动单元15、2、2、16上，驱动单元15通过支撑板8连接到外部加压涵道1上，驱动单元2通过静叶9连接到外部加压涵道1上，驱动单元16通过静叶10连接到外部加压涵道1上，涡轮风扇11、12的叶片结构旋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级涡轮风扇发动机，其特征在于，包括加压涵道、多级涡轮风扇、尾部增压喷嘴，所述加压涵道包括依次设置的低压气流入口、中压加速通道、高压加速通道，所述尾部增压喷嘴设置在所述高压加速通道的出口处，所述多级涡轮风扇分别设置在所述低压气流入口、中压加速通道、高压加速通道的内部，所述尾部增压喷嘴的气流截面积小于所述气流入口、中压加速通道、高压加速通道的截面积；所述低压气流入口、中压加速通道、高压加速通道内部的各级涡轮风扇均包括两个或两个以上相互紧密靠近的成对安装的涡轮风扇，成对安装的涡轮风扇叶片在工作时的运动方向呈反向对转状态。2.根据权利要求1所述的一种多级涡轮风扇发动机，其特征在于：所述多级涡轮风扇发动机还包括多个用于驱动多级涡轮风扇中各级涡轮风扇的驱动单元，直接控制每级涡轮风扇的转速和输出功率。3.根据权利要求1所述的一种多级涡轮风扇发动机，其特征在于：所述多级涡轮风扇发动机还包括一个用于驱动多级涡轮风扇中各级涡轮风扇的驱动单元，所述驱动单元与各级所述涡轮风扇之间均设置有传动结构，所述驱动单元通过所述传动结构间接控制每级涡轮风扇的转速和输出功率。4.根据权利要求2或3所述的一种多级涡轮风扇发动机，其特征在于：所述驱动单元为电机驱动单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：程翔宇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：