【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机，特别涉及一种基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机。
技术介绍
1、当前旋翼飞行器正朝着智能化、无人化、多功能化、全地域化方向飞速发展，并随之对其动力装置涡轴发动机提出了大电功率输出、宽范围输出轴功率、高效率等要求。
2、现有的航空涡轴发动机的结构如图1所示，其由进气机匣1、压气机2、燃烧室3、核心机涡轮4、动力涡轮6、排气机匣7、轴功率输出接口8等组成；其各部件功能为：进气机匣1具备除砂保证发动机进气清洁、引气加热防进气口结冰功能，压气机2具备增加发动机气流压力功能，并为进气机匣1防冰、轴承腔通风与隔热、热端机匣冷却等提供引气；燃烧室3具备在高压气流中燃烧燃油以形成做功能力燃气的功能；核心机涡轮4具备提取燃气中能量形成轴功率，以驱动压气机压缩气流的功能；动力涡轮6同样具备提取燃气中剩余能量形成轴功率，通过轴功率输出接口8对外输出轴功率的功能；排气机匣7用于引导动力涡轮6后的燃气排出发动机。
3、现有的航空涡轴发动机热力循环效率已接近极限，继续通过传统部件优化获取效率收益不大但成本高昂；其次，传统航空涡轴发动机轴功率输出范围有限，具有其的军/民用旋翼飞行器不具备全地域、全气候条件使用的能力或能力较差；最后，传统航空涡轴发动机电功率输出有限，无法满足未来高智能化飞行器的用电需求，且发动机的机械式附件传动系统过于复杂笨重。故为满足未来旋翼飞行器的动力需求，亟需对航空涡轴发动机进行革新发展。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供一
2、一种基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，包括涡轴发动机本体和二氧化碳热管理系统，其中，所述二氧化碳热管理系统包括：
3、所述高压二氧化碳储罐，用于在需要增大涡轴发动机本体的对外输出功率时，向二氧化碳喷注装置输送高压二氧化碳介质；其中，所述二氧化碳喷注装置设置在所述涡轴发动机本体的涡轮级间机匣的流道内；
4、所述二氧化碳动力部件，用于将加热后的高压二氧化碳介质的热能转换为机械能，对外做功或发电；所述二氧化碳动力部件，还用于将做功后排出的带余热低压二氧化碳介质输送至二氧化碳冷却器；
5、所述二氧化碳冷却器，用于通过输入的带余热低压二氧化碳介质对所述涡轴发动机本体的进气机匣进行加热防冰，并将冷却后的低温低压二氧化碳介质输送至二氧化碳动力部件；
6、所述二氧化碳动力部件，还用于将低温低压二氧化碳介质压缩为低温高压二氧化碳介质，并将低温高压二氧化碳介质输送至二氧化碳换热器；
7、所述二氧化碳换热器，用于通过吸收所述涡轴发动机本体发热部位上的热量对低温高压二氧化碳介质进行加热，并将加热后的高温高压的二氧化碳介质输送至所述二氧化碳动力部件，驱动所述二氧化碳动力部件做功产生电能。
8、进一步的，所述高压二氧化碳储罐设置在飞行器上。
9、进一步的，所述二氧化碳动力部件设置在所述涡轴发动机本体的压气机机匣的外部。
10、进一步的，所述二氧化碳冷却器设置在所述涡轴发动机本体的进气机匣上。
11、进一步的，所述二氧化碳换热器设置在所述涡轴发动机本体的涡轮级间机匣和排气机匣上。
12、进一步的，所述二氧化碳换热器采用分体式包括多个换热单元，所述涡轴发动机本体的涡轮级间机匣的外侧壁、涡轮级间机匣内的后轴承腔和排气机匣的侧壁至少设置有一个所述换热单元。
13、进一步的，所述二氧化碳动力部件包括发电机、传动轴、压缩机和涡轮；
14、其中，所述高压二氧化碳储罐，用于将高压二氧化碳介质输送至二氧化碳热管理系统；
15、所述涡轮，用于通过传动轴驱动发电机产生电能，还用于驱动所述压缩机；
16、所述发电机，用于将产生的电能输送至电源存储；
17、所述涡轮，还用于将做功后排出的高温低压二氧化碳介质输送至所述二氧化碳冷却器；
18、所述二氧化碳冷却器，用于将冷却后的低温低压二氧化碳介质输送至压缩机进行压缩；
19、所述压缩机，用于将低温低压二氧化碳介质压缩为低温高压二氧化碳介质，并将低温高压二氧化碳介质输送至所述二氧化碳换热器。
20、进一步的，所述二氧化碳热管理系统还包括三通阀、第一单向阀和第一阀门；
21、其中，所述三通阀的第一端通过管路a与所述高压二氧化碳储罐连通，所述三通阀的第二端通过管路b与所述二氧化碳喷注装置连通，所述三通阀的第三端通过管路c与所述第一单向阀的一端连通，所述第一单向阀的另一端通过管路d与所述第一阀门的一端连通，所述第一阀门的另一端通过管路e与所述涡轮的进气口连通。
22、进一步的，所述二氧化碳热管理系统还包括第二单向阀和第二阀门；
23、其中，所述涡轮的出气口与所述二氧化碳冷却器的进口连通，所述二氧化碳冷却器的出口与所述压缩机的进气口连通，所述压缩机的出气口通过管路f与管路b连通，所述第二阀门设置在所述管路f上，所述压缩机的出气口还通过管路g与管路d连通，所述第二单向阀设置在所述管路g上，所述管路d还通过管路h与二氧化碳换热器的进口连通，所述二氧化碳换热器的出口通过管路i与所述管路e连通。
24、进一步的，所述二氧化碳热管理系统还包括第三阀门，其中，管路j的一端与所述管路i连通，所述管路j的另一端与所述管路b连通，所述第三阀门设置在所述管路j上。
25、进一步的，所述二氧化碳热管理系统还包括控制单元；
26、其中，所述控制单元用于对所述三通阀、所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门的开度进行控制。
27、进一步的，所述控制单元，用于若所述二氧化碳换热器的进口二氧化碳工质流量及压力未达到设定值，则开启所述三通阀的第三端，所述高压二氧化碳储罐依次通过管路a、三通阀、管路c、管路d和管路h向所述二氧化碳换热器的进口注入二氧化碳工质。
28、进一步的，所述控制单元，用于若所述涡轮的进口的二氧化碳工质压力超过设定值，则打开所述第三阀门，通过管路j和管路b将高温高压二氧化碳工质输送至所述二氧化碳喷注装置排出；
29、若所述涡轮的进口的二氧化碳工质压力未达到设定值，则打开所述第一阀门，所述高压二氧化碳储罐依次通过管路a、三通阀、管路c、管路d和管路e向所述涡轮的进口注入二氧化碳工质。
30、进一步的，所述控制单元用于：
31、若所述压缩机的出口的二氧化碳工质流量、压力超过设置值，打开管道f上的所述第二阀门，部分二氧化碳工质通过管道f、管道b输送至所述二氧化碳喷注装置排出。
32、本专利技术的有益效果：
33、1、本专利技术的的航空发动机具备附件电气化操控、电起动、大电功率输出、瞬时或短时增大输出轴功率等功能，在飞行器需要时，大幅增加发动机发输出轴功率。
34、2、本专利技术涡轴发动机本体的附件系统、起动系统均为电源电力驱动，省本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，包括涡轴发动机本体和二氧化碳热管理系统，其中，所述二氧化碳热管理系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述高压二氧化碳储罐设置在飞行器上。
3.根据权利要求1所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳动力部件设置在所述涡轴发动机本体的压气机机匣的外部。
4.根据权利要求1所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳冷却器设置在所述涡轴发动机本体的进气机匣上。
5.根据权利要求1所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳换热器设置在所述涡轴发动机本体的涡轮级间机匣和排气机匣上。
6.根据权利要求5所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳换热器采用分体式包括多个换热单元，所述涡轴发动机本体的涡轮级间机匣的外侧壁、涡轮级间机匣内的后轴承腔和排气机匣的侧壁至少设置有一个所述换热单元。
7.根据权利要求1-6任一
8.根据权利要求7所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳热管理系统还包括三通阀、第一单向阀和第一阀门；
9.根据权利要求8所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳热管理系统还包括第二单向阀和第二阀门；
10.根据权利要求9所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳热管理系统还包括第三阀门，其中，管路J的一端与所述管路I连通，所述管路J的另一端与所述管路B连通，所述第三阀门设置在所述管路J上。
11.根据权利要求10所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳热管理系统还包括控制单元；
12.根据权利要求11所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述控制单元，用于若所述二氧化碳换热器的进口二氧化碳工质流量及压力未达到设定值，则开启所述三通阀的第三端，所述高压二氧化碳储罐依次通过管路A、三通阀、管路C、管路D和管路H向所述二氧化碳换热器的进口注入二氧化碳工质。
13.根据权利要求11所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述控制单元，用于若所述涡轮的进口的二氧化碳工质压力超过设定值，则打开所述第三阀门，通过管路J和管路B将高温高压二氧化碳工质输送至所述二氧化碳喷注装置排出；
14.根据权利要求11所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述控制单元用于：
...【技术特征摘要】
1.一种基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，包括涡轴发动机本体和二氧化碳热管理系统，其中，所述二氧化碳热管理系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述高压二氧化碳储罐设置在飞行器上。
3.根据权利要求1所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳动力部件设置在所述涡轴发动机本体的压气机机匣的外部。
4.根据权利要求1所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳冷却器设置在所述涡轴发动机本体的进气机匣上。
5.根据权利要求1所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳换热器设置在所述涡轴发动机本体的涡轮级间机匣和排气机匣上。
6.根据权利要求5所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳换热器采用分体式包括多个换热单元，所述涡轴发动机本体的涡轮级间机匣的外侧壁、涡轮级间机匣内的后轴承腔和排气机匣的侧壁至少设置有一个所述换热单元。
7.根据权利要求1-6任一所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳动力部件包括发电机、传动轴、压缩机和涡轮；
8.根据权利要求7所述的基于二氧化碳热管理的带加力涡轴发动机，其特征在于，所述二氧化碳热管...
【专利技术属性】
技术研发人员：张坤，陈竞炜，廖乃冰，肖为，柳山林，杨安杰，
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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