[发明专利]基于微型涡喷发动机的级中引气式压气机

说明书

技术领域

本专利涉及一种微型涡喷发动机结构装置，可为超轻型翼尖喷气式旋翼飞行器的提供压缩空气。确切地说是用一台经过匹配性设计的微型涡喷发动机，在其压气机部位增加引气结构，使压气机的压缩和引气功能融合，由离心叶轮中间部位引出满足飞行器所需要的压缩空气，从而推动旋翼旋转。级中引气式压气机，同时满足飞行器引气和发动机工作两方面要求，使动力系统结构更紧凑，重量更轻。

背景技术

限于超轻型旋翼飞行器对于重量的苛刻要求，采用翼尖喷气驱动的方式受到关注，即利用压缩空气在旋翼的翼尖喷出产生反作用力推动旋翼旋转。这就必须考虑一种压气机装置，能够持续地提供所需的压缩空气。本发明采用的级中引气的压气机结构形式，可以使动力系统结构更紧凑，重量更轻，更好地满足这种旋翼飞行器的动力要求。

限于超轻型旋翼飞行器对于重量的苛刻要求，采用翼尖喷气带动旋翼旋转的方式受到关注。由于要利用压缩空气在旋翼翼尖喷出产生的反作用力来推动旋翼旋转，这就必须考虑一种空气压缩装置，能够持续稳定地提供所需的压缩空气。基于这一要求，本专利设计了一种引气加压缩的压气机结构形式，作为微型涡喷发动机的结构单元。该压气机能够提供满足飞行器所需的压力、温度和流量要求的压缩空气。本专利采用的压气机，需要对微型涡喷发动机的进气单元和尾喷口进行匹配性设计，同时要考虑引气不会对发动机的运行带来大的影响。这种方式可以使整个动力系统结构更加紧凑，重量更轻，性能更优良。

发明内容

与传统的电驱动或其它动力驱动的压缩空气装置不同，本专利提供一种能持续稳定地产生压缩空气的压气机，它作为一台进行过匹配性设计的微型涡喷发动机的结构单元，可提供翼尖喷气式超轻型旋翼飞行器所需要的压缩空气，并满足发动机的正常工作。它要求为飞行器提供较大流量和较高压力的压缩空气，并能够在50000～250000rpm的转速范围内稳定工作。

为解决上述问题，本专利所采用的技术方案如下：

一种基于微型涡喷发动机的级中引气式压气机，包括前端盖、斜流式异型离心叶轮、级中扩压器、级后扩压器、双通道蜗壳式集气环等结构。前端盖与发动机进气道相连，而斜流式异型离心叶轮则安装在发动机主轴上；级中扩压器与发动机燃烧室机匣前端相连，而级后扩压器则支撑在燃烧室机匣内；双通道蜗壳式集气环围绕在级中扩压器上，与前端盖和级中扩压器相连。

级中引气式压气机作为微型涡喷发动机的核心单元，需要考虑引气和发动机正常工作的需要。采用加大流量的斜流式异型离心叶轮，在叶轮中部位置设置级中扩压器和双通道蜗壳式集气环，将压力、温度、流量满足需求的压缩空气引出。剩余空气继续被叶轮压缩，通过级后扩压器进入发动机燃烧室，来保证发动机的持续工作。

级中引气式压气机的设计重点在于斜流式异型叶轮、级中扩压器和双通道涡壳式集气环的性能和结构设计及相互匹配关系。

应根据飞行器所需压缩空气的流量和压力来确定压气机的详细设计方案，并需要与微型涡喷发动机的其它部件进行匹配性设计。

通常情况下，离心式叶轮可以达到4.0的增压比，如果进行优化设计，增压比可提高到6.0以上。采用斜/径向级中扩压器的作用一是导流，二是进一步提高空气压力，三是将飞行器引气与发动机工作空气进行分离，并需要保证气流在进入蜗壳集气环之前不发生大的转折，尽量减小了流动损失。双通道式蜗壳集气环与传统的单通道蜗壳集气环有很大不同，它采用了渐开线式流道设计，目的是较为均匀收集沿径向向四周流出的空气，尽可能降低压力波动，并且在对称方向得到流量基本相同的两股气流。

发动机还需考虑流量匹配的进气道以及为增加涡轮功的尾喷口设计。同时压气机前端盖的结构也应与进气道相适应。

本专利的基于微型涡喷发动机的级中引气式压气机，可以提供压力为0.25～0.45兆帕、流量为0.25～2.0公斤、温度为70～200℃的压缩空气。

附图说明

图1是本专利的级中引气式压气机与匹配的微型涡喷发动机装配关系示意图。

图2是本专利的级中引气式压气机结构示意图。

图3是本专利的级中引气式压气机采用的斜流式异型离心叶轮。

图4是本专利的级中引气式压气机采用的级中扩压器。

图5是本专利的级中引气式压气机采用的级后扩压器。

图6是本专利的级中引气式压气机采用的双通道蜗壳式集气环。

图7是本专利的级中引气式压气机采用的前端盖。