[发明专利]一种带Flade风扇和核心机驱动风扇级的三涵道ACE发动机

说明书

本发明提供了一种带Flade风扇和核心机驱动风扇级的三涵道ACE发动机，与常规传统小涵道比涡扇发动机在结构上的基本区别在于将风扇分成前风扇和后风扇两个部分，带Flade的前风扇位于低压转子上，后风扇即核心机驱动风扇位于高压转子上。前后风扇都有各自的出口涵道，以便在宽广的飞行包线范围内，调节不同飞行状态下的涵道比，以便更好地控制各涵道的空气流量。后风扇即核心机驱动风扇由高压涡轮驱动的结构安排，更有利于充分利用高压涡轮的做功能力，不至于由低压涡轮驱动，造成低压涡轮级数的增加，提高发动机质量，减小推重比。

技术领域

本发明涉及飞行器动力设计领域，涉及一种宽包线使用范围超声速飞行器动力系统，尤其涉及一种带Flade风扇和核心机驱动风扇级的三涵道自适应循环发动机(ACE，Adaptive Cycle Engine)布局。

背景技术

经过半个多世纪的发展，军用航空发动机的单位燃油消耗率和推重比不断改善，大大提高了军用飞机的任务能力。随着电子技术的进一步发展，导弹功能的进一步提高，作战方式发生重大变化，对军用飞机性能提出更高要求，如超视距作战、超音速突防、近距格斗、过失速机动、短距或垂直起落，更大的飞行包线和作战半径等；此外，为了节约研制成本和降低研制周期，具有经济可承受性的全天候、远程、多用途的飞机成为新的设计目标。飞机上述设计需求给新一代发动机设计提出了新的要求，除要求具有更高的推重比外，还要求发动机既要具有涡喷发动机高单位推力的特征，以满足超音巡航、格斗机动飞行、跨音速加速等要求；又要具有涡扇发动机亚音巡航时低耗油率的特征，以满足亚音速巡航、待机、空中巡逻等要求。显然，要在某种程度上实现上述相互冲突的循环目标，变循环发动机无疑是较理想的推进装置。在过去的四十年中，国内外各大航空发动机公司、大学及研究机构对各种不同布局形式的变循环发动机进行了相关研究，包括选择放气式变循环布局、双压缩系统变循环布局、带CDFS的双外涵变循环布局、涡轮/冲压变循环组合布局(基于此布局的J58发动机已经定型应用于SR-71侦察机)，但是以上布局尚未形成最大幅度的变循环，高空亚音速耗油率仍偏高，发动机的涵道比变化范围应该更大。于是，急需一种可以灵活调整发动机空气流量、增压比和循环工作模式的新型变循环发动机，使发动机性能自适应飞行任务对发动机的性能要求，以获得全包线性能优化。

发明内容

(一)本发明解决的技术问题：

现有不同布局形式的变循环发动机尚未形成最大幅度的变循环工作，发动机空气流量、增压比和循环工作模式的调整尚不够灵活，未能使发动机性能自适应飞行任务对发动机的性能要求，以获得全包线性能的最优化，导致高空亚音速巡航耗油率仍偏高。并且现有变循环发动机，在固定进气道的情况下，在亚声速和超声速工作，过多的气流无法通过发动机而出现进气道溢流，产生过大溢流阻力，发动机的安装性能损失增加。

本发明提出了一种带Flade风扇和核心机驱动风扇级的三涵道自适应循环发动机(ACE，Adaptive Cycle Engine)布局方式，ACE发动机利用可变Flade风扇C、核心机驱动风扇级F和模式选择活门D，可以灵活调整发动机空气流量、增压比和循环工作模式，使发动机性能自适应飞行任务对发动机的性能要求，以获得全包线性能优化。可调机构相对双外涵变循环发动机有所简化，有利于减轻重量和发动机的复杂性，提高可靠性。

(二)本发明的解决技术方案：

本发明提出了一种带Flade风扇和核心机驱动风扇级的三涵道自适应循环发动机(ACE，Adaptive Cycle Engine)布局方式，用以解决以上问题。相比于双外涵变循环发动机，本发明带Flade风扇C和核心机驱动风扇级F的ACE发动机的布局形式是在其前面第二级风扇采用一个Flade(Fan+Blade)级延伸出第三外涵道A。Flade是接在风扇外围的一排短的转子叶片，有单独可调静子。其优点在于它能够实现独立地改变进入风扇和核心机的空气流量以及压比，实现更大幅度的变循环，更大幅度的降低发动机亚声速巡航状态的耗油率。使其在固定进气道的情况下，在亚声速和超声速工作，过多的气流不会因无法通过发动机而出现进气道溢流，产生过大溢流阻力，从而改善发动机的安装性能。