組合式噴氣發動機的製作方法
2023-09-23 06:47:15
專利名稱：組合式噴氣發動機的製作方法
1此項發明可應用於航空、船舶等領域。
2對此項發明有參考作用的技術是航空噴氣發動機技術。主要參考資料為有關航空燃氣輪機原理的各種資料。
3此項發明的目的在於參考現有航空噴氣發動機的原理，取消位於燃燒室後部的動力渦輪，取消由動力渦輪帶動的為燃燒室供氣的空氣壓縮機，而構建一個僅由燃燒室、外動力源、外動力源帶動的空氣壓縮裝置組合而成的噴氣發動機。這種組合式噴氣發動機較現有發動機相比，具有結構簡化、燃燒室溫度高、燃料燃燒效率高、工作穩定性和可靠性高等多種優點，並且可以利用為壓氣機提供動力的動力源向其它機械提供動力。
4這種組合式噴氣發動機的工作原理是構成組合式噴氣發動機的外動力源，帶動空氣壓縮裝置工作，將從發動機進氣道吸入的空氣加壓加速，產生的高壓高速氣流進入燃燒室，與注油咀注入的霧狀燃油混合、燃燒，空氣受熱膨脹，從尾噴管高速噴出，產生反作用力。
組合式噴氣發動機的外動力源，可以是一臺或多臺電動機、內燃機、燃氣輪機、渦輪軸發動機或其它可提供動力的機械。在組合式噴氣發動機中，外動力源的工作不依賴於發動機其他部分正常工作與否，它可以始終穩定的向壓氣機提供動力。這與其他噴氣發動機是不同的。在其他噴氣發動機中，壓氣機的動力來自於動力渦輪，它穩定工作是依賴於燃燒室穩定工作的。
組合式噴氣發動機的空氣壓縮裝置，可以為燃燒室提供高壓高速的空氣。它的工作方式，可以與其它噴氣發動機一樣，採取渦輪增壓方式，也可以根據不同的實際情況和用途，採取離心式增壓、氣瓶增壓等多種工作方式。
在其它噴氣發動機中，利用動力渦輪帶動壓氣機工作，因此，必須解決高溫下動力渦輪的防熱、傳動、強度等一系列技術問題，這大大增加了發動機的設計難度和製造難度，使發動機必須採用一系列特殊的材料製造。這些因素大大增加了發動機的製造成本。在組合式噴氣發動機中，使用外動力源，帶動壓氣機工作，取消了動力渦輪和傳動裝置，發動機中不存在高溫下的運動部件，徹底解決了以上的問題。因此組合式噴氣發動機不需採用高成本的耐熱材料，大大降低了發動機的製造成本和製造難度。雖然，增加了外動力源，但由於外動力源的功率有限，因此成本並不高。與其它噴氣發動機相比，組合式噴氣發動機的成本有明顯的降低。
與同等推力的其它噴氣發動機相比，組合式噴氣發動機取消了動力渦輪和傳動裝置，添加了外動力源。由於外動力源的功率、尺寸有限，與動力渦輪和傳動裝置相比，重量並不大很多，甚至可以相仿。因此，組合式發動機的重量較其它噴氣發動機相比並無很大增加。而且由於採用了外動力壓氣機，可能會給飛行器帶來更好的綜合效能。
5與其它各種發動機相比，這種組合式發動機的優點在於☆在其它噴氣發動機中，壓氣機的動力是由動力渦輪提供的；而組合式噴氣發動機取消了動力渦輪、傳動裝置等在高溫中工作的轉動部件，因此簡化了發動機結構，降低了成本，提高了可靠性，延長了使用壽命。
☆在其它種類的噴氣發動機中，由於製造動力渦輪的材料在高溫下的機械性能下降，限制了燃燒室溫度的提高。而在組合式噴氣發動機中，由於取消了動力渦輪，因此可以大幅度提高燃燒室溫度，由此提高發動機的熱效率。因此，組合式噴氣發動機的熱效率比其它噴氣發動機有很大提高。
☆組合式噴氣發動機的外動力源，不僅僅可以帶動空氣壓縮裝置。在使用中，外動力源還可用於其他用途，比如帶動發電機為飛行器提供電力，帶動水上飛機的水中螺旋槳等，實現一機多用，取消了專用動力源，減輕了死重。
☆在其它噴氣發動機中，壓氣機的動力是由動力渦輪提供的，動力渦輪的動力來自於燃燒室的平穩燃燒，而燃燒室的正常工作又依賴於壓氣機的正常工作。因此他們構成了一個相互依賴的循環。這種設計固然有其優點，但壓氣機、燃燒室、動力渦輪中一旦有一個環節出了問題，其穩定工作狀態就會遭到破壞。即使三者工作正常，由於相互匹配的需要，其工作狀態的調整範圍也是有限的。在組合式噴氣發動機中，採用外動力帶動壓氣機，這樣就從根本上克服了各部件間相互依賴帶來的一些問題，發動機的工作範圍將會有大幅度擴展，其可靠性和工作穩定性也將會有很大提高。
☆組合式噴氣發動機不依靠螺旋槳工作，它是一種噴氣發動機，因此與渦輪螺旋槳發動機和活塞發動機相比，它具有噴氣發動機的所有優點，同時它又兼有結構簡單，成本低，維護方便的優點，重量遠比渦輪螺旋槳發動機和活塞發動機輕，綜合效能較這兩種發動機也有很大提高。
☆組合式噴氣發動機的外動力源或空氣壓縮裝置，並不一定要與燃燒室布置在一起，而是可以根據不同的用途和不同的限制條件，分開布置，組成分離的動力網。比如，1．可以只用一臺外動力源同時帶動多臺空氣壓縮裝置，為多臺燃燒室提供高速高壓氣體；2．也可以用一臺外動力源帶動一臺空氣壓縮裝置，為多臺燃燒室提供高速高壓氣體；3．也可以用外動力源帶動發電機，傳送電力到一臺或多臺電動機，由它們帶動相應的燃燒室工作。當然還可以有其他的形式。這種可分離布置，組成分離動力網的特性，是任何其他噴氣發動機都不能實現的。這種性能可以使其靈活的適用於各種不同情況的飛行器。這種性能如
圖1所示。
6這種組合式發動機可作為水上飛機的動力。
如圖2所示，這是一臺用於水上飛機的組合式噴氣發動機。圖中各部分的名稱和用途如圖所示。
假設應用此發動機的飛機有以下幾個工作狀態水上滑行狀態、起飛/加速狀態、低亞音速巡航狀態、著陸/減速狀態。考慮到飛機的性能和耗油率，不同狀態對飛機的動力裝置有如下要求水上滑行狀態直接帶動船用螺旋槳工作。
起飛/加速狀態推力大，加速性能好。
低亞速巡航狀態推力較小，耗油率低。
著陸/減速狀態產生反方向推力。在傳統航空發動機中，沒有一種可以同時較好的滿足以上四種工作狀態。但是，採用組合式噴氣發動機，就可以同時滿足以上要求。其工作過程分別如下水上滑行狀態壓氣機和燃燒室不工作，由帶動壓氣機的外動力源驅動水中螺旋槳，推動飛機在水中滑行。
起飛/加速狀態動力機帶動壓氣機工作，吸入空氣進行加壓加速後送入燃燒室，注油咀注入全量燃油，燃油完全燃燒，空氣中的氧氣完全消耗，燃燒室溫度達到最高，產生的高溫燃氣從尾噴管噴出，產生很大推力。
低亞音速巡航狀態動力機帶動壓氣機工作，吸入空氣進行壓縮後送入燃燒室，注油咀注入少量燃油，燃燒室內進行貧油燃燒，產生較小推力。此時發動機的耗油率遠遠低於同等工作條件下的常規噴氣發動機。
著陸/減速狀態動力機帶動壓氣機反轉，空氣被從尾噴管吸入燃燒室，注油咀不注入燃油，空氣經由壓氣機加速直接從進氣道噴出，產生反向推力。由於發動機是被設計成正向工作的，因此此時反向吸氣的效率較低。但是，這種方法可以方便的實現反推力。
在飛機飛行過程中，作動力機用的內燃機可以帶動發電機，為飛機上的用電器供電。
水上飛機一般在較低的速度下飛行，因此水上飛機通常選用活塞螺旋槳發動機作為動力。在起飛和降落時，螺旋槳很容易被浪花打中而造成折斷，因此水上飛機在海況條件不好時就無法起飛。但是應用這種組合式噴氣發動機後，取消了螺旋槳，通過壓氣機風扇的設計可以防止海水侵入發動機內部(這種技術已被一般噴氣發動機採用)。同時在水上飛機作巡航飛行時，由於發動機採取貧油燃燒，其耗油率並不比活塞發動機高很多，遠比其它噴氣發動機低。
權利要求
這項發明的技術特徵包括1由外動力源、空氣壓縮裝置、燃燒室及其它附屬設備，構成組合式噴氣發動機。2使用電動機、內燃機、燃氣輪機、渦輪軸發動機或其他動力源，帶動空氣壓縮裝置工作。3空氣壓縮裝置可以採用各種工作原理，它產生高壓、高速氣流，提供給燃燒室工作。4如果需要，帶動空氣壓縮裝置的動力源可在空氣壓縮裝置工作或不工作時，為其它機械提供動力。5由於取消了為空氣壓縮裝置提供動力的動力渦輪，從而大大提高燃燒室的溫度，由此可以提高發動機的熱效率；降低製造成本，降低製造難度；減輕重量；增加可靠性和使用壽命。6由於有外動力源向空氣壓縮裝置提供動力，保證空氣壓縮裝置穩定工作，使發動機的工作範圍闊寬。本項發明要求保護的範圍包括1在某種噴射氣體產生推力的發動機中，由電動機、內燃機、燃氣輪機、渦輪軸發動機或其他動力源帶動空氣壓縮裝置，為燃燒室提供高壓、高速氣流，保證燃燒室工作。採用這一原理的發動機，屬於本發明範圍，應受到法律保護。2帶動空氣壓縮裝置的動力源可在空氣壓縮裝置工作或不工作時，為其它機械提供動力。採用這種做法的發動機，屬於本發明範圍，應受到法律保護。3由一臺或多臺外動力機、空氣壓縮裝置、燃燒室和其它機構構成的組合式整體動力系統。比如用一臺外動力源同時帶動多臺空氣壓縮裝置，為多臺燃燒室提供高速高壓氣體；也可以用一臺外動力源帶動一臺空氣壓縮裝置，為多臺燃燒室提供高速高壓氣體；也可以用外動力源帶動發電機，傳送電力到一臺或多臺電動機，由它們帶動相應的燃燒室工作。當然，還可以有其他的形式。採用這一原理，可構成動力網的發動機，屬於本發明範圍，應受到法律保護。
全文摘要
此項發明可應用於航空、船舶等領域。此項發明的主要技術特徵是:將外動力源、由外動力源帶動的空氣壓縮裝置和燃燒室組合成組合式噴氣發動機,利用外動力源帶動空氣壓縮裝置,空氣壓縮裝置為燃燒室提供可使其穩定工作的高速高壓氣流。此項發明可用於各類航空飛行器、氣墊船等,尤其適用於作水上飛機的動力。
文檔編號F02K3/00GK1212324SQ9711659
公開日1999年3月31日 申請日期1997年9月19日 優先權日1997年9月19日
發明者王飛欣, 何海江 申請人:何海江, 王飛欣