[发明专利]采用轴流斜流串列复合压缩系统单转子微小型涡扇发动机

权利要求书

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、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。

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（φ1）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（φ2）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（L1），该间隙（L1）取值为进口轮毂直径（φ3）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（L0）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Δβ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θ，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（φ2）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斜流压气机转子设计方法是：按权利要求得到的风扇转子在内涵道部分即在斜流压气机进口轮缘直径（φ2）和斜流压气机进口轮毂直径（φ3）之间的出口叶片角度；由于串列的轴流叶片对斜流入口气流具有引导作用，因此斜流转子的导风轮入口角度能与风扇转子在内涵道部分的出口叶片角度成一正夹角Δβ；因为导风轮入口气流相对速度比通常斜流压气机入口气流更靠轴向，这使得斜流压气机转子在保持叶片通道流场不恶化的条件下减小轴向长度，也能使得叶片出口的角度β2减小，即更靠近子午面方向，这就弱化了斜流叶片的后弯程度，有利于提高斜流转子的增压能力。

6.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，其特征是轴流风扇转子、斜流压气机转子都安装在同一根转轴上；轴流风扇转子轮盘和斜流压气机轮盘设计为分解开的两个零件，从而为通过优化设计得到的两轮盘前后端面的加工提供了便利，也有利于去除不必要的材料而减重。

7.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，其特征是在轴流涡轮转子后设置了圆台形中心体和后螺帽组合件，圆台形中心体由外部大圆台面金属薄壁筒和内部小大圆台面金属薄壁筒焊接而成，圆台形中心体可减小涡轮后气流的总压损失，且其中心焊接的后螺帽能拧紧到转轴上，压紧涡轮轮盘。

8.如根据权利要求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的实施方式是：在发动机进口后气流经过一个串列轴流风扇，轴流风扇转子轮盘的轮缘直径与后方直接联接的斜流压气机转子直径相当，气流在经轴流风扇增压后，位于半径小部分的气流进入斜流压气机转子继续增压；斜流压气机转子轮盘是轴流风扇增压后气流半径大部分进入外侧旁路，通过风扇外涵道静子的导流，消除周向速度分量并减小速度、扩大静压；轴流风扇转子轮盘和斜流压气机转子轮盘一起安装在发动机单一的转轴上，由转轴传输过来的驱动力矩带动；从斜流压气机转子流出的气流，经内涵保型通道式扩压器减速扩压后，进入燃烧室，气流分别从内环、外环气路进入火焰筒后，燃烧注入的燃料加温形成高温燃气；在燃烧室内半径小于火焰筒的内部空间布置的是轴套；燃烧室火焰筒排出的高温燃气进入轴流涡轮导向器，经轴流涡轮导向器加速喷出的燃气冲击轴流涡轮转子，涡轮后燃气与外涵气流通道的气流，从风扇外涵道静子流出的冷气流进入外涵道，在掺混式喷管混合向后排出，从而获得喷气推进效果；外涵道气流增加了发动机喷气的总流量，能在涡扇发动机适用马赫数范围内大幅度增大发动机的推力；轴流风扇转子轮盘由一个卵圆形前螺帽压紧，顶紧斜流压气机转子轮盘，再顶紧到转轴上套的前衬套，再顶到前轴承的内圈；轴流涡轮转子轮盘由一个圆台形中心体后螺帽组合件压紧，顶紧后衬套，再顶到后轴承的内圈；前轴承和后轴承的内圈都与转轴中段的台阶轴顶紧，从而使各转子部件轴向定位并紧固。