[发明专利]一种飞机引擎控制高压气倒流的风轮

说明书

技术领域

一种飞机引擎控制高压气倒流的风轮，属于风轮，具体为飞机引擎配套的风轮。

背景技术。

目前飞机采用的引擎，一是开放式的螺旋桨风轮，另一种是进气口大、出气口小的涡轮、涡扇的带压缩空气型，这类型号的引擎风力越大，推动飞机的速度会越快。

发明人在开发高压轴流风机的过程中发现了一个现象：轴流风机的叶片是固定在中心轴的法兰轮毂上，是由中心向四周延伸的，叶片旋转后外围的线速度高会产生高风量、高风压，内圈的线速度自然会低，其产生的风量小和风压低，内圈的风压仅为外圈的三分之一、四分之一、五分之一、六分之一，由外向内差距逐渐加大，但事实上处于内圈的低压区面积很小，耗能也不算多。如果轴流风机是进气口小、出气口大时，风轮旋转时内圈产生的低压风量也会和外圈的高压风量一样向后完全排出。但当出风口比进风口更小的增加压缩状态时，内外压差的问题就会产生了内圈倒流的问题。我们是在测试高压轴流风机时发现了这一规律，使测风仪出现了外圈是正转区、中间是不动区(气流不进不出)、内圈是反转区，这一意外发现，为人类揭开了轴流风机高压后内圈压差会产生的倒流现象。这种现象为何未被人发现？一、高压工况的，人们只使用离心风机做配套，轴流风机永远只当低压工况使用的。二、对于飞机引擎的高风速，一是引擎的气流很厉害，是能把小汽车吹得向树叶一样翻滚，没有人敢靠近做测试，二是目前社会上100米/秒的高风速测风仪都难求购，而要测试引擎需1000米/秒以上的特高风速仪器就更无从谈起，所以也不会有人在意内圈压差的倒流问题。

可飞机引擎是轴流风机相同结构，其叶片外多了外环的支撑，其内外圈比轴流风机比例更大；引擎的出口小、进口大，压缩比大多在4∶1左右，这样引擎的高压气倒流问题会比轴流风机的情况更加严重。如二百座的民航机引擎上的叶轮，外圈直径有200cm左右，而内圈仅为40cm上下，从叶片的不同位置取点计算，引擎的相同转速下，内外圈叶片的线速度差就是五倍。发明人在开发高压轴流风机时，有幸对不同转速和不同叶轮的直径进行了多批次对比测试：四级电机的1460转/分钟与二级电机2900转/分钟对比，其风压相差三倍以上；风轮直径60cm的，只能是风压2500pa(帕)低压轴流风机，80cm直径的是4000pa中压轴流风机，100cm直径就是6500pa的高压轴流风机，其直径相差不足一倍，可压差相差了两倍以上。据此推断，目前飞机引擎风轮内外圈的压力差预估有十倍左右。

现以引擎进气口直径200cm，面积(减中心轮毂)是近3平米，出气口为直径130cm左 右，面积(减掉中心发动机部分)不足1平米为例。如果引擎出口的风压是10万pa时，风轮外圈的风压可能在15万pa左右，而内圈只会有1.5万pa风压。如将风轮的出风量分为三个区域：直径150-200cm的为外圈，其面积为1.374平米，风压平均在12万pa左右；直径在100-150cm之间的为中圈，面积为0.981平米，其压力平均会小于8万pa左右；由直径40-100cm为内圈，面积为0.66平米，其风压平均为5万pa。

从上述数据中可以分析出：能产出高压气向后挤出去的是直径在150-200cm的外圈部分；而直径在100-150cm的中圈部分，叶片尽管也在高速旋转，但在高压气的顶托下只能打个平手，是不进气也不退气；而直径40-100cm的内圈，自身的压强只够高压气的一半，旋转的叶片因转速不够抵挡不住高压气流，将要从这里逃出去平均约有三成气流，这里是0.66平米，相当于多开了个0.2平米的气出口，如果能有特超高速仪器测试，该区域定是与外圈相反的气流方向。相当于是引擎产生的高压空气，80％是通过引擎出气口向后推动飞机前进，还有20％会和轴流风机一样，是逃过风轮内圈叶片旋转的阻挡，成为引擎自身内部耗损。

发明内容

利用本发明人的宽窄叶片高压轴流风机技术，将风轮去除内圈倒流区，减少中圈无功区。如是直径200cm引擎的，将风轮法兰轮毂扩大到直径150cm，其风轮叶片仅为在150-200cm范围内。这样将原直径40-150cm耗功区域去除后，就会和高效、高压轴流风机成为相同类结构，会节省引擎20-30％的油耗；其原引擎高压倒流问题没有后，自然会增加20％左右的引擎风量，也就是引擎直接推力。

飞机引擎是风压越高，其反推力作用越强，为此可在只使用高压区叶轮的基础上，再将叶片之间，增加一片窄叶片，控制叶片背面区域内，因压差引起的轻微的倒流问题和效能低下的问题，可将引擎的高压等级再上一个新台阶。

本发明采用以下技术方案：