【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种采用轴流斜流串列复合压缩系统、具有新型结构和相应设计方法的单转子微小型涡扇发动机。可用于推力数百DaN以下的微小型涡轮风扇发动机。具体涉及了涡扇发动机的压缩系统设计,其采用串列布置的轴流风扇转子叶轮与斜流压气机转子叶轮作为一个复合型压缩系统转子,两者之间没有静子叶轮。此复合型压缩系统转子可以有效提高内涵道压比,并为外涵道提供增压空气流。此微小型涡扇发动机与微小型涡喷发动机相比,在结构仅需少量修改的条件下,推力显著增加,耗油率明显下降;从而能使应用载体(如无人机和巡航导弹)航程或载重显著增加。属于微小型涡轮发动机
技术介绍
微小型涡轮发动机重量轻、功率大、能量存储密度高、功重比和推重比高等优点,可运用于小型无人机、小型导弹、喷气航模等,应用前景广阔。通常应用微小型涡轮发动机作为推进动力的飞行器还需要发动机简化结构、降低制造难度和生产成本。因此,高推进效能和低成本是微小型涡轮发动机需实现的主要应用要求。然而,由于微小型化带来的相对加工误差大、叶间泄漏损失大、小雷诺数、燃烧效率低等影响,造成现有的微小型涡喷发动机耗油率较高。降低耗油率对微小型涡轮发动机有着重要的意义,对于用于小型无人机而言,意味着可搭载更多的机载设备或更远的航程;对于小型导弹而言,意味着可以提升有效载荷占全弹重量比例,或增大导弹射程。常用的一些降低微小型发动机耗油率的方法一般集中在提高其部件性能上,诸如效率、压比、总压恢复等,但是面临着尺寸微小化后的诸多技术困难,提升空间已经较小。因此,寻找降低微小型发动机耗油率的新思路、新方法变得尤为重要。在原有微小型涡喷发动 ...
【技术保护点】
轴流斜流串列复合压缩系统的单转子微小型涡扇发动机,其特征是涡扇发动机外涵道气流和内涵道进入燃烧室的气流,都由一轴流斜流串列复合压缩系统供给;所述的轴流斜流串列复合压缩系统采用了一个轴流风扇转子和一个斜流压气机转子的组合;为内、外涵道都提供增压气流;串列轴流风扇的半径较小部分对应内涵道,其下游不设置风扇静子叶片,直接与斜流压气机导风轮构成串列叶栅形式;串列轴流风扇的半径较大部分对应外涵道,设置一排静子叶片,气流经整流减速后流入涡扇发动机外涵道旁路;轴流斜流串列复合压缩系统的内涵道气流进入燃烧室后燃烧注入的燃料加温形成高温燃气,燃气通过轴流涡轮导向器加速喷出,冲击轴流涡轮转子;涡轮后燃气和外涵道旁路气流进入掺混式喷管混合向后排出,从而获得喷气推进效果。
【技术特征摘要】
1.轴流斜流串列复合压缩系统的单转子微小型涡扇发动机,其特征是涡扇发动机外涵道气流和内涵道进入燃烧室的气流,都由一轴流斜流串列复合压缩系统供给;所述的轴流斜流串列复合压缩系统采用了一个轴流风扇转子和一个斜流压气机转子的组合;为内、夕卜涵道都提供增压气流;串列轴流风扇的半径较小部分对应内涵道,其下游不设置风扇静子叶片,直接与斜流压气机导风轮构成串列叶栅形式;串列轴流风扇的半径较大部分对应外涵道,设置一排静子叶片,气流经整流减速后流入涡扇发动机外涵道旁路;轴流斜流串列复合压缩系统的内涵道气流进入燃烧室后燃烧注入的燃料加温形成高温燃气,燃气通过轴流涡轮导向器加速喷出,冲击轴流涡轮转子;涡轮后燃气和外涵道旁路气流进入掺混式喷管混合向后排出,从而获得喷气推进效果。2.根据权利要求1所述的轴流斜流串列复合压缩系统的单转子微小型涡扇发动机,其特征是:内涵道的流路是在斜流叶轮前串列了一排轴流压气机叶片,按现有同等量级流量的微小型斜流叶轮总压比的1.1 1.5倍选作内涵道总压比;并由风扇转子的气动和强度限制能得出发动机的涵道比;然后,根据内涵道总压比和涵道比,由压缩系统和涡轮功率平衡和内外涵道掺混的总压条件,得外涵道总压比;根据涡扇发动机总体性能通用设计方法和所需总推力量级,以及各部件性能水平、材料的温度和强度限制,确定发动机总流量、涡轮前温度、以及各部件大致效率参数。3.根据权利要求1所述的轴流斜流串列复合压缩系统单转子微小型涡扇发动机,其特征是轴流斜流串列复合压缩系统的主要尺寸和串列方式的设计方法是:在按外涵道总压比和发动机流量设计出进口直径(Φ I)的风扇转子叶轮后,根据涵道比和风扇出口流量分布,确定风扇转子出口气流进入内涵道部分,即确定斜流压气机进口轮缘直径(Φ 2 )及其进口轮毂直径直径(Φ3);在内涵道流路部分,轴流风扇转子与斜流压气机转子在轴向设置一个间隙(LI),该间隙(LI)取值为进口轮毂直径(Φ 3)的0.02 0.05倍;风扇转子叶片在斜流压气机转子叶片偏向周向的背侧(L2)处,背侧(L2)取值范围是斜流压气机进口叶片通道周向宽度(LO)的0.05 0.5倍;取值还需配合叶片雷诺数范围、斜流转子叶片入口角度相对轴流转子叶片出口的 转角Λβ优化,以控制叶片通道气流顺畅流动、增大内涵总压比和效率。4.根据权利要求1所述的轴流斜流串列复合压缩系统单转子微小型涡扇发动机,其特征是轴流斜流串列复合压缩系统的子午流道设计方法是:其轴流风扇部分采用等外径或接近等外径子午流道;其内涵道压缩采用斜流压气机方式,转子的子午流道在出口处与径向成夹角9,该夹角Θ取值在10° 40° ;在斜流压气机转子下游,采用斜流向入口的保型通道式扩压器,扩压器子午流道末段外径与斜流压气机进口轮缘直径(Φ 2 )之比选择1.15 1.4 ;使得内外涵道的气流在子午面上需要弯折的角度小,能提升这些部件的流动效率。5.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄国平,陆惟煜,傅鑫,陈杰,夏晨,
申请(专利权)人:南京凌日星能源科技有限公司,
类型:发明
国别省市:
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