[发明专利]大涵道比变循环发动机

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机结构设计领域，尤其涉及一种大涵道比变循环发动机。

背景技术

如图1所示，为现有的普通大涵道比涡扇发动机的结构示意图。按照气流轴向流动方向a，其结构依次包括大尺寸的前风扇1、增压级2、用来压缩进入核心发动机的空气流的高压压气机3、提供燃油和压缩空气的混合物的燃烧空间的燃烧室4、由推进气流转动的高压涡轮5和低压涡轮6以及供涡轮出口气流高速喷出的尾喷管7，推进气流分别通过高压轴8和低压轴9，驱动高压压气机3和增压级2。

涵道比是指流过风扇旁路通道的空气与流过核心机的空气量之比。对于大涵道比涡扇发动机，为了降低设计点（通常是巡航状态）的耗油率，设计的涵道比越来越大，但是要保证大功率状态下进入核心机的空气流量（即推力），只能通过增大风扇尺寸的方法，而由于发动机安装尺寸、重量以及风扇叶尖转速的限制，风扇尺寸设计已接近极限。

对航空发动机来说，在起飞和爬升等大功率设定下，需要在低涵道比条件下运行，以产生高的推力；同时在慢车和巡航等状态时，需要在高涵道比条件下运行，以提供低的耗油率。由此产生了变循环发动机的概念。

一种典型的可变涵道比的结构，公开在美国专利U84068471中，按发动机轴向流动关系，在前风扇和高压压气机之间。设置有一后风扇，同高压压气机连接，由高压涡轮驱动，一可变面积的涵道引射器，设置在前、后风扇之间，以改变进入风扇旁路通道的第一进气口的空气量，从而改变燃气轮机的风扇涵道比。风扇旁路通道具有第二进气口，它位于后风扇的后方。进入第一和第二旁路通道的空气流的控制，通常通过选择器阀机构和某些特殊的称为可变涵道面积引射器(通常称为VABI)的间组件实现。具有两个或是多进气口的风扇旁路通道的燃气轮机，可以称为多旁气流变循环燃气轮机，公开在专利US5809772和CN101021181A中。但上述专利只适合于低涵道比混合排气的涡扇发动机。

上面介绍的变循环结构通过改变发动机涵道比，使发动机在巡航等低功率状态下选择高涵道比，节省燃油，在爬升等高功率状态下选择低涵道比，提高推力。但是与低涵道比混合排气的涡扇发动机不同，大涵道比发动机由于高、低压转子的转速相差悬殊，采用现有的方法不能解决变循环带来的发动机部件气流匹配问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种大涵道比变循环发动机，能够解决大涵道比涡扇发动机的变循环结构存在的发动机部件气流匹配的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种大涵道比变循环发动机，包括：前风扇（1）、增压级（2）、高压压气机（3）、燃烧室（4）、分别通过高压轴（8）和低压轴（9）驱动所述高压压气机（3）和增压级（2）的高压涡轮（5）和低压涡轮（6）以及尾喷管（9），其中在所述增压级（2）和高压压气机（3）之间设置后风扇（10），所述后风扇（10）的转速介于所述增压级（2）和所述高压压气机（3）的转速之间，在所述后风扇（10）的出口位置设置有多个第一旁路活门（12）及对应的旁路通道。

进一步的，所述后风扇（10）通过设置在所述低压轴（9）上的止推轴承（15）进行轴向定位。

进一步的，所述后风扇（10）通过行星齿轮减速器（14）与所述高压压气机（3）连接，受所述高压压气机（3）驱动，所述行星齿轮减速器（14）的传动比范围为2.5:1~1.5:1。

进一步的，在所述增压级（2）的出口位置还设置有多个第二旁路活门（11）及对应的旁路通道。

进一步的，所述多个第一旁路活门（12）和多个第二旁路活门（11）分别对应的旁路通道为一可引导所述增压级（2）和后风扇（10）的旁路通道气流汇合的环形旁路通道。

进一步的，所述环形旁路通道具有环形喷口（13），所述环形喷口（13）的气流喷出方向与所述前风扇（1）的开式旁路通道气流流动方向一致。

进一步的，所述多个第一旁路活门（12）和多个第二旁路活门（11）均为可变涵道面积引射器（Variable Area Bypass Injector，简称VABI）。

进一步的，在较高功率状态下，所述多个第一旁路活门（12）和多个第二旁路活门（11）中较大部分关闭或全部关闭。

进一步的，在较低功率状态下，所述多个第一旁路活门（12）和多个第二旁路活门（11）中较大部分打开或全部打开。

进一步的，所述后风扇（10）为一级或两级风扇。