渦噴發動機燃料供應系統及渦噴發動的製造方法
2023-07-31 14:47:36 1
渦噴發動機燃料供應系統及渦噴發動的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種渦噴發動機燃料供應系統，包括常規燃料供應子系統，所述常規燃料供應子系統包括燃油儲存裝置和燃油輸送管路，所述燃油儲存裝置通過所述燃料輸送管路可操控性地連通到渦噴發動機的燃燒室，所述渦噴發動機燃料供應系統還包括輔助燃料供應子系統，所述輔助燃料供應子系統包括過氧化氫儲存裝置和過氧化氫輸送管路，所述過氧化氫儲存裝置通過所述過氧化氫輸送管路可操控性地連通到所述渦噴發動機的燃燒室。在此還公開了一種與所述渦噴發動機燃料供應系統配合使用的渦噴發動機。該燃料供應系統特別適於為氧氣稀薄的高空環境中偵察機等高空飛行器的渦噴發動機供應燃料。
【專利說明】渦噴發動機燃料供應系統及渦噴發動機
【技術領域】
[0001]本發明涉及飛行器的發動機，特別是涉及一種渦噴發動機燃料供應系統及渦噴發動機。
【背景技術】
[0002]當今社會中各種中小型飛行器無論是在軍事還是民用領域都發揮著相當重要的作用。在軍事領域，中小型飛行器具有良好的隱蔽性，特別適合作為偵察和攻擊武器。在民用領域，由於中小型飛行器具有結構簡單、成本低的優點，在氣象觀測、環境檢測、大地測量、防災救災等方面也有著廣泛的應用。渦噴發動機是一種依靠完全依賴燃氣流產生推力的發動機，具有推重比高、造價低廉、能量密度高等優點，通常用作中小飛行器的動力驅動裝置。然而，當飛行器在高空飛行時，由於高空空氣稀薄、氧氣含量低，容易造成燃油不能充分燃燒，進而導致渦噴發動機的輸出動力降低。
【發明內容】
[0003]本發明的主要目的在於針對現有技術的不足，提供一種燃燒效率高、控制方便的渦噴發動機燃料供應系統。
[0004]另一目的是提供一種與該渦噴發動機燃料供應系統配合使用的渦噴發動機。
[0005]為實現上述目的，本發明採用以下技術方案:
[0006]一種渦噴發動機燃料供應系統，包括常規燃料供應子系統，所述常規燃料供應子系統包括燃油儲存裝置和燃油輸送管路，所述燃油儲存裝置通過所述燃料輸送管路可操控性地連通到渦噴發動機的燃燒室，所述渦噴發動機燃料供應系統還包括輔助燃料供應子系統，所述輔助燃料供應子系統包括過氧化氫儲存裝置和過氧化氫輸送管路，所述過氧化氫儲存裝置通過所述過氧化氫輸送管路可操控性地連通到所述渦噴發動機的燃燒室。
[0007]根據優選的實施例，本發明的技術方案還可能包括以下一些技術特徵:
[0008]所述過氧化氫儲存裝置包括過氧化氫儲存罐，所述過氧化氫儲存罐具有加注口和輸出口，所述過氧化氫儲存罐上配備有安全閥、壓力傳感器和液位傳感器，所述輸出口連接所述過氧化氫輸送管路，所述過氧化氫輸送管路上設置有截止閥和流量控制閥，所述安全閥、所述壓力傳感器、所述液位傳感器、所述截止閥和所述流量控制閥均連接控制單元。在所述控制單元的控制下，可實現所述過氧化氫儲存裝置通過所述過氧化氫輸送管路可操控性地連通到所述渦噴發動機的燃燒室。
[0009]所述輔助燃料供應子系統還包括增壓設備，所述過氧化氫儲存裝置具有加注口和增壓口，所述增壓設備可操控地連通到所述增壓口，在所述過氧化氫儲存裝置加注完過氧化氫之後，所述控制單元控制所述增壓設備對所述過氧化氫儲存裝置內增壓。
[0010]所述增壓設備包括氮氣供應裝置。
[0011]所述增壓口與所述加注口為一共同入口。
[0012]所述過氧化氫輸送管路包括位於所述燃燒室內的波浪形管(也可稱為蛇形管)。[0013]所述過氧化氫輸送管路在進入所述燃燒室前由其主管路分支成兩路或更多路，每一路各自具有所述波浪形管，用於使過氧化氫在所述波浪形管內分解產生含水蒸氣和氧氣的高溫混合氣，再從所述由波浪形管的出口噴出。
[0014]所述輔助燃料供應子系統供應質量百分比濃度大於70%的過氧化氫。
[0015]所述燃燒室內設有與控制單元連接的氧氣傳感器，所述氧氣傳感器用以監測所述燃燒室內的氧氣濃度，在監測到所述燃燒室內的氧氣濃度低於預定值時，所述控制單元控制所述輔助燃料供應子系統向所述燃燒室供應過氧化氫。
[0016]一種用於與所述的渦噴發動機燃料供應系統配合使用的渦噴發動機，包括燃燒室和連通所述燃燒室的常規燃料接收管道，還包括位於所述燃燒室內且出口與所述燃燒室相通的過氧化氫接收管道，所述過氧化氫接收管道用於連接所述渦噴發動機燃料供應系統的輔助燃料供應子系統，來自所述輔助燃料供應子系統的過氧化氫在所述過氧化氫接收管道內受熱分解後從所述出口噴出。
[0017]根據優選的實施例，所述過氧化氫接收管道包括波浪形管。
[0018]本發明的有益效果:
[0019]本發明針對渦噴發動機作為高空飛行器動力裝置的工況條件，提出一種渦噴發動機燃料供應系統，其具有供應過氧化氫作為發動機輔助燃料的輔助燃料供應子系統，利用燃燒室內的高溫環境將過氧化氫加熱到分解溫度，分解生成的由水蒸氣氧氣組成的高溫混合氣體，該高溫混合氣有助於燃油充分燃燒，可以克服高空中渦噴發動機因空氣稀薄而導致的氧氣供應不足，使得燃油不能充分燃燒進而導致發動機動力下降的弊端。同時，在另一方面，過氧化氫分解所釋放的能量還能夠有效增加發動機的動力。
[0020]本發明的燃料供應系統利用渦噴發動機燃燒室內的高溫環境，將過氧化氫加熱到分解溫度，可省去價格昂貴、結構複雜的催化床。
[0021]研究發現，採用質量百分比濃度大於70%的過氧化氫，可獲得上佳的輔助效果。
[0022]該燃料供應系統具有輸出動力穩定、成本低、系統結構簡單、控制方便等優點，特別適合用作偵察機等高空飛行器渦噴發動機的燃料供應系統。
[0023]優選的實施例中，波浪形管的設置可以充分地利用渦噴發動機燃燒室內的溫度將過氧化氫加熱至分解所需溫度，省去催化床，降低生產燃料供應系統的成本。
[0024]優選的實施例中，輔助燃料供應子系統包括增壓設備，在過氧化氫儲存裝置加注完過氧化氫之後，由增壓設備向過氧化氫儲存裝置內增壓(例如向過氧化氫儲存裝置內充入氮氣以增壓)，此舉可以有效地克服工作時過氧化氫在其管路中流動時各種損失，並可以防止工作時出現過氧化氫或其分解氣回流現象。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明渦噴發動機燃料供應系統及渦噴發動機的實施例的結構示意圖。【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖對本發明的實施方式作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。
[0027]參閱圖1，根據本發明的實施例，渦噴發動機燃料供應系統包括常規燃料供應子系統和輔助燃料供應子系統，其中，常規燃料供應子系統包括燃油儲存裝置和燃油輸送管路，燃油儲存裝置通過燃料輸送管路可操控性地連通到渦噴發動機16的燃燒室，輔助燃料供應子系統包括過氧化氫儲存裝置和過氧化氫輸送管路，過氧化氫儲存裝置通過過氧化氫輸送管路可操控性地連通到渦噴發動機16的燃燒室。本領域的技術人員容易理解，所述的可操控性是可以在控制單元如電控單元(ECU) 5的控制下實現的，過氧化氫儲存裝置及過氧化氫輸送管路可配備與儲存裝置的注入或釋放、管路的通斷、管路流量大小的調整等相關的執行機構，這些執行機構受到控制單元控制。應理解，本發明的燃料供應系統並不限於包含了該控制單元的系統。
[0028]本發明的實施例中，作為輔助燃料的過氧化氫優選採用高濃度過氧化氫(hightest peroxide，簡稱HTP)。所用HTP的質量百分比濃度優選大於70%。
[0029]在具體的實施例中，該燃料供應系統可分為常規燃料供應子系統、輔助燃料供應子系統、傳感檢測與控制子系統等組成部分。
[0030]如圖1所示，優選地，常規燃料供應子系統包括燃油加注口 10、燃油儲存罐9、燃油輸送泵7、燃油截止閥6、燃油流量控制閥12等組成部分。當渦噴發動機16燃燒室內的氧氣濃度充足時，由常規燃料供應子系統為渦噴發動機16提供燃料。燃油由燃油儲存罐9經燃油截止閥6、燃油輸送泵7、燃油流量控制閥12分為若干路圖中只示出了兩路進入渦噴發動機16燃燒室內。燃油在燃油蒸發管15、18內蒸發霧化後與燃燒室內的空氣充分混合燃燒。燃油儲存罐9內所儲存燃油由燃油加注口 10加注。常規燃料供應系統正常工作時，燃油截止閥6保持常通狀態，當加注燃油或檢修常規燃料供應系統時，則關閉燃油截止閥6。
[0031]如圖1所示，在優選的實施例中，輔助燃料供應子系統包括過氧化氫加注/增壓口
2、安全閥3、過氧化氫儲存罐1、過氧化氫截止閥21、過氧化氫流量控制閥20、波浪形管14、17(蛇形管)等組成部分。當氧氣傳感器13、19檢測燃燒室內氧氣濃度低於燃油完全燃燒所需氧氣濃度時，過氧化氫流量控制閥20導通。HTP經過氧化氫截止閥21、過氧化氫流量控制閥20分兩路進入渦噴發動機16的燃燒室內的波浪形管14、17中。HTP在波浪形管14、17中與燃燒室的高溫環境進行充分的熱量交換，最終達到HTP分解所需溫度。HTP分解反應所產生的由水蒸氣和氧氣組成的高溫混合氣最終由波浪形管14、17的出口噴出，HTP分解所釋放出的能量可彌補常規燃油不能充分燃燒造成發動機推力下降，並且HTP分解產生的高溫混合氣體提高了渦噴發動機燃燒室內的氧氣濃度，有助於常規燃油的充分燃燒，提高燃燒效率和增加發動機動力。過氧化氫儲存罐I內所儲存的HTP由過氧化氫加注/增壓口 2加注。過氧化氫加注/增壓口 2後設有安全閥3。HTP在加注完成之後，由高壓氮氣瓶通過過氧化氫燃料加注/增壓口 2向過氧化氫儲存罐內充入氮氣增壓，以克服工作時HTP在其管路中流動時各種損失，並可以防止工作時出現HTP或其分解氣回流現象。輔助燃料供應子系統正常工作時，過氧化氫截止閥21保持常通狀態；當加注HTP或檢修輔助燃料供應系統時，則關閉過氧化氫截止閥21。
[0032]如圖1所示，在優選的實施例中，傳感檢測與控制子系統包括燃油壓力傳感器11、HTP壓力傳感器4、液位傳感器8、22、電控單元E⑶5、氧傳感器13、19等組成部分。燃油壓力傳感器11用來監測燃油儲存罐9內的壓力、HTP壓力傳感器4用來監測過氧化氫儲存罐內的壓力。如燃油儲存罐9或過氧化氫儲存罐I內的壓力超出正常範圍，電控單元ECU5發出報警提示信息。燃油儲存罐9和過氧化氫儲存罐I內分別設有液位傳感器8、22，監測燃油和HTP的含量。當燃油或HTP的含量低於下限值時，電控單元ECU5發出報警提示信息。渦噴發動機16燃燒室內設有氧傳感器13、19，以監測燃燒室內的氧氣濃度情況。若氧氣濃度低於燃油完全燃燒所需濃度，則電控單元ECU控制HTP流量控制閥20導通，HTP作為輔助燃料進入渦噴發動機16燃燒室內。
[0033]參閱圖1，根據本發明的另一些實施例，一種與渦噴發動機燃料供應系統配合使用的渦噴發動機16，包括外殼、渦輪、燃燒室、連通燃燒室的常規燃料接收管道，以及位於燃燒室內且出口與燃燒室相通的過氧化氫接收管道。常規燃料接收管道可以包括燃油接收管和與燃油接收管相連的燃油蒸發管15、18。過氧化氫接收管道用於連接渦噴發動機燃料供應系統的輔助燃料供應子系統，來自輔助燃料供應子系統的過氧化氫在過氧化氫接收管道內受燃燒室內的高溫分解後，產生的高溫混合氣從管道出口噴出。根據優選的實施例，過氧化氫接收管道包括波浪形管14、17，其作用如前文所述。應理解，在渦噴發動機實施例中所提到的輔助燃料供應子系統與前文某些具體實施例所說的輔助燃料供應子系統並不完全相同，在渦噴發動機實施例中所提到的輔助燃料供應子系統並不包括固定安裝在渦噴發動機16內部的部件，這些部件例如燃燒器內的波浪形管14、17，在渦噴發動機的實施例中是視作潤噴發動機16的一部分。
[0034]以上內容是結合具體/優選的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，其還可以對這些已描述的實施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應當視為屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種渦噴發動機燃料供應系統，包括常規燃料供應子系統，所述常規燃料供應子系統包括燃油儲存裝置和燃油輸送管路，所述燃油儲存裝置通過所述燃料輸送管路可操控性地連通到渦噴發動機的燃燒室，其特徵在於，所述渦噴發動機燃料供應系統還包括輔助燃料供應子系統，所述輔助燃料供應子系統包括過氧化氫儲存裝置和過氧化氫輸送管路，所述過氧化氫儲存裝置通過所述過氧化氫輸送管路可操控性地連通到所述渦噴發動機的燃燒室。
2.如權利要求1所述的渦噴發動機燃料供應系統，其特徵在於，所述過氧化氫儲存裝置包括過氧化氫儲存罐，所述過氧化氫儲存罐具有加注口和輸出口，所述過氧化氫儲存罐上配備有安全閥、壓力傳感器和液位傳感器，所述輸出口連接所述過氧化氫輸送管路，所述過氧化氫輸送管路上設置有截止閥和流量控制閥，所述安全閥、所述壓力傳感器、所述液位傳感器、所述截止閥和所述流量控制閥均連接控制單元。
3.如權利要求1所述的渦噴發動機燃料供應系統，其特徵在於，所述輔助燃料供應子系統還包括增壓設備，所述過氧化氫儲存裝置具有加注口和增壓口，所述增壓設備可操控地連通到所述增壓口，在所述過氧化氫儲存裝置加注完過氧化氫之後，所述控制單元控制所述增壓設備對所述過氧化氫儲存裝置內增壓，優選地，所述增壓口與所述加注口為一共同入口。
4.如權利要求3所述的渦噴發動機燃料供應系統，其特徵在於，所述增壓設備包括氮氣供應裝置。
5.如權利要求1至4任一項所述的渦噴發動機燃料供應系統，其特徵在於，所述過氧化氫輸送管路包括位於所述燃燒室內的波浪形管。
6.如權利要求5任一項所述的渦噴發動機燃料供應系統，其特徵在於，所述過氧化氫輸送管路在進入所述燃燒室前由其主管路分支成兩路或更多路，每一路各自具有所述波浪形管，用於使過氧化氫在所述波浪形管內分解產生含水蒸氣和氧氣的高溫混合氣，再從所述由波浪形管的出口噴出。
7.如權利要求1至4任一項所述的渦噴發動機燃料供應系統，其特徵在於，所述輔助燃料供應子系統供應質量百分比濃度大於70%的過氧化氫。
8.如權利要求1至4任一項所述的渦噴發動機燃料供應系統，其特徵在於，所述燃燒室內設有與控制單元連接的氧氣傳感器，所述氧氣傳感器用以監測所述燃燒室內的氧氣濃度，在監測到所述燃燒室內的氧氣濃度低於預定值時，所述控制單元控制所述輔助燃料供應子系統向所述燃燒室供應過氧化氫。
9.一種用於與權利要求1所述的渦噴發動機燃料供應系統配合使用的渦噴發動機，包括燃燒室和連通所述燃燒室的常規燃料接收管道，其特徵在於，所述渦噴發動機還包括位於所述燃燒室內且出口與所述燃燒室相通的過氧化氫接收管道，所述過氧化氫接收管道用於連接所述渦噴發動機燃料供應系統的輔助燃料供應子系統，來自所述輔助燃料供應子系統的過氧化氫在所述過氧化氫接收管道內受熱分解後從所述出口噴出。
10.如權利要求9所述的渦噴發動機，其特徵在於，所述過氧化氫接收管道包括波浪形管。
【文檔編號】F02C7/22GK103993961SQ201410193852
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】夏必忠, 任世遠, 田勇 申請人:清華大學深圳研究生院