[发明专利]进气道防冰装置及民用涡扇发动机

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及一种进气道防冰装置及民用涡扇发动机。

背景技术

随着社会的发展，人类的生活水平不断提高，民用航空作为一种方便快捷的出行方式得到了蓬勃的发展。与此同时，人们对民用飞机的安全性、经济性、舒适性提出了更高的要求。民用涡扇发动机作为目前大型民航客机的动力装置，其进气道结冰问题是影响整个动力装置性能和安全性的关键因素之一。由于进气道空气处于抽吸状态，气流速度增加，静温降低，使得该部件极易结冰。而进气道结冰会改变进气系统的空气动力特性，增加流动阻力，使进气流场分布不均，甚至发生气流畸变，影响发动机的工作稳定性，严重时可能导致熄火停车。进气道结冰还可能会造成融化脱落的冰块被发动机吸入，产生发动机外来物损伤的严重问题。因此，民用涡扇发动机的进气道均须采用防冰设计。

现有的民用涡扇发动机的进气道主要采用电防冰与气防冰两种方式。电防冰方式便于控制加热的热量，可根据发动机的运行状况，调节电加热器的功率，因而电加热器运行对于发动机功率的影响相对较小，且不会产生气流的冲击效应。采用电加热系统，可以根据不同部位的结冰形式、结冰环境不同而调节加热电量及加热频率，定向性更好。US20060237582A1提出了一种双层壁的进气道电防冰结构，该进气道的内层设计了一个维修口，使得相关加热器的维修和安装非常方便。由于电加热结构需要从发动机附件引入电源，增加了发动机供电负载，且在系统可靠性方面不如气防冰，因而目前在主流民用涡扇发动机中采用不多。

热气防冰系统一般采用引高压压气机的高温空气，通过调压活门或直接引气输送至进气道前缘，对需要防冰的部件加热以起到防冰的作用。气防冰方式具有热量的可控性好，结构简单，可靠性好，易于满足防冰要求，应用较广泛等优点，相关的研究和专利也较多。如US4738416通过铺设一层与进气道壁具有类似型面的金属壁，形成一个较为狭窄的加热通道，在引气流量一定的情况下提高了气流速度即强化了换热效果，提高了防冰效率。US20080179448A1提出了一种带有蜂窝结构的进气道热气防冰设计，该设计能够实现气防冰的同时抑制进气道噪声。

然而，热气防冰都必须从发动机核心机引气（一般为高压压气机引气），这必然带来发动机性能的降低，因此如何在满足发动机进气道防冰需求的同时，最大限度提高防冰热气的利用率，尽量减少发动机引气量是民用涡扇发动机气防冰设计的关键。

发明内容

本发明的目的是提出一种进气道防冰结构及民用涡扇发动机，能够在满足发动机进气道防冰需求的同时，尽量避免降低发动机性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种进气道防冰装置，包括：引气结构、内部换热结构、气流加热结构和排气结构，所述引气结构包括设置在风扇整流罩外壁的引气口和与所述引气口相通的引气导管，所述内部换热结构设置在风扇舱内，且与所述引气导管相通，所述气流加热结构包括防冰导管和位于发动机的进气道唇口的D形环腔，所述防冰导管分别与所述内部换热结构和所述D形环腔相通，所述排气结构包括设置在所述D形环腔的出口和设置在所述风扇整流罩外壁的排气口，所述D形环腔的出口与所述排气口相通。

进一步的，所述D形环腔由所述发动机的进气道唇口的内壁和外壁以及设置在所述风扇舱内的进气道隔框形成。

进一步的，所述内部换热结构为套设在待换热部件外部的换热盒和/或待换热部件的内部换热通道。

进一步的，所述待换热部件为发动机附件，所述内部换热结构为套设在所述发动机附件外部的换热盒，通过所述发动机附件表面的金属壁面与流过换热盒的低温空气进行热量交换。

进一步的，所述换热盒的容积在所述发动机附件的体积和所述发动机附件的体积的1.5倍之间。

进一步的，所述待换热部件为发动机电子控制器（Engine Electronic Controller，简称EEC），所述内部换热结构为所述发动机电子控制器的内部换热通道，通过所述发动机电子控制器的内部换热通道与流过的低温空气进行热量交换。

进一步的，所述引气口为埋入式铲形引气口。

进一步的，所述防冰导管的出气端位于所述D形环腔的前部。

进一步的，所述引气导管和防冰导管的内圆截面积不小于所述引气口的内圆面积的0.3倍，所述排气口的内圆面积不小于所述引气口的内圆面积。

进一步的，所述引气口设置在所述风扇整流罩的上部，所述排气口设置在所述风扇整流罩的下部。