微型渦噴發動機的起動和供油系統及其啟動和供油方法與流程
2023-10-22 22:58:48 2
本發明涉及發動機的控制領域，具體為微型渦噴發動機的起動和供油系統及其啟動和供油方法。
背景技術：
微型渦噴發動(Micro Turbine Engine，MTE)是噴氣發動機的一種，微型渦噴發動具有結構相對簡單、體積小、推力大、速度高度性能好等特點，在航空航天領域有廣泛應用。早期的渦噴發動機多採用機械液壓控制器，其控制系統可靠性較高，但是精度相對低，可控參數不多。隨著飛機技術的不斷進步，對發動機控制水平提出更高要求，出現了數字電子控制系統，控制精度高，反應速度快，可以對發動機在各種複雜工作環境中進行有效控制，在大型噴氣發動機中應用廣泛，微型渦噴也有很多採用這種控制器，但是這種控制器的成本較高。而航模用微型渦噴發動機，屬於消耗品，壽命周期短，工作狀況相對單一，基本都是視距內飛行，可以採用相對簡單的控制系統。
與本發明相關的現有技術之一，控制系統部件ECU1為核心，通過控制丙烷氣閥、燃油泵、起動氣罐氣閥、啟動電機和點火電嘴，實現了渦噴發動機起動、加速、減速、等各個過程的控制，同時ECU監控發動機轉速、排氣溫度等參數，讓控制更加精確。此發明通過對渦噴發動機的各個狀態採用不同的控制方法，使控制更加精確，反應更加及時，從而拓寬渦噴發動機的工作範圍，提高渦噴發動機的環境適應能力和可靠性。
這種控制器的優點是控制精確可靠，並且能對發動機提供一定的安全保護。但是缺點是控制系統複雜，重量大，且成本較高，很難在航模上應用如此複雜的控制系統。從成本來講目前市場上一個普通的ECU控制單元的價格在600-1000元之間，還不包括此控制器要用到的轉速、壓力和溫度等傳感器。對於航模用微型渦噴發動機，成本較高。
技術實現要素：
針對上述技術問題，本發明提供一種簡單易操作的起動供油系統，結構簡單，成本低廉，適合發動機初始的臺架試車和航模用微型渦噴發動機的控制。
具體技術方案為：
微型渦噴發動機的起動和供油系統，包括燃油箱、點火器，還包括流量分配器、燃油管路、潤滑油管道、電調、接收機；
所述的接收機由電池通過電調供電，接收機接收發射機的信號，接收機與點火器連接，控制點火器，點火器與渦噴發動機的點火電嘴連接；
所述的接收機給電調信號，電調包括兩個調速器，分別與起動電機、油泵連接，控制起動電機和油泵的轉速；
所述的燃油箱依次連接油泵、油濾、流量分配器，流量分配器的兩個出口分別連接潤滑油管道、燃油管路，所述的潤滑油管道與渦噴發動機的潤滑油入口連接；所述的燃油管路依次連接燃油閥、三通接頭、渦噴發動機的燃油入口；
所述的三通接頭還通過丁烷氣閥連接丁烷氣瓶。
其中，所述的燃油管路上還連接限流器，安裝在燃油閥上遊。
所述的流量分配器為一端分叉的Y型管，分叉出兩個出口。
該微型渦噴發動機的起動及供油系統的啟動和供油方法，包括以下過程：
起動時，首先關閉丁烷氣閥，關閉燃油閥，打開油泵，接通8～12秒；
然後接通起動電機，帶動渦噴發動機轉子運轉，此時起動電機低速轉動；
同時逐漸打開丁烷氣閥，控制點火器通過點火電嘴點火，直到點火成功，預熱20秒；
預熱結束後，打開燃油閥，直到燃油被點燃後，關閉丁烷氣閥，同時控制油泵加速，起動電機加速，接近慢車轉速時關閉起動電機，由油泵控制渦噴發動機到達穩定的慢車轉速。燃油被點燃會有聲音，尾噴管會有短暫「噴火」出現，比較明顯；慢車轉速一般在30000轉左右(一般為最大轉速的20％-35％)。
本發明提供的微型渦噴發動機的起動和供油系統及其啟動和供油方法，簡單易操作，結構簡單，成本低廉，可實現對微型渦噴發動機推力的基本控制，適合用於發動機初始的試車和航模用微型渦噴發動機的起動控制過程。
本發明提供的微型渦噴發動機的起動和供油系統及其啟動和供油方法，針對航模用微型渦噴發動機的起動供油及控制系統。相比較現有的技術，本發明控制系統不需要價格昂貴的發動機控制器ECU以及相應的傳感器，同樣可以實現發動機的遙控起動、供油和控制，此系統結構相對簡單，成本較低。同時，此系統還可以通過簡單的機構實現發動機在大功率狀態的燃油和滑油的調控，對發動機進行一定的安全保護。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是本發明的流量分配器結構示意圖。
具體實施方式
結合附圖說明本發明的具體實施方式。
如圖1所示，微型渦噴發動機的起動和供油系統，包括燃油箱20、點火器5，還包括流量分配器15、燃油管路14、潤滑油管道16、電調3、接收機4；
所述的接收機4由電池2通過電調3供電，接收機4接收發射機的信號，接收機4與點火器5連接，控制點火器5，點火器5與渦噴發動機1的點火電嘴6連接；
所述的接收機4給電調3信號，電調3包括兩個調速器，分別與起動電機8、油泵19連接，控制起動電機8和油泵19的轉速；
所述的燃油箱20依次連接油泵19、油濾18、流量分配器15，流量分配器15的兩個出口分別連接潤滑油管道16、燃油管路14，所述的潤滑油管道16與渦噴發動機1的潤滑油入口17連接；所述的燃油管路14依次連接燃油閥12、三通接頭9、渦噴發動機1的燃油入口7；
所述的三通接頭9還通過丁烷氣閥10連接丁烷氣瓶11。
其中，所述的燃油管路14上還連接限流器13，安裝在燃油閥12上遊。
電池2通過電調3向接收機4供電，接收機4通過接收發射機的信號，控制渦噴發動機1的點火器5；同時接收機4給電調3信號，通過電調3控制起動電機8和油泵19的轉速。此系統的電調3由兩個調速器組成，小的調油泵19轉速，大的調起動電機8轉速。所述丁烷氣閥10控制丁烷氣瓶11通過三通接頭9向渦噴發動機1的燃油入口7供氣。所述油泵19從燃油箱20抽油，通過油濾18，再經過流量分配器15，將燃油分成兩路，一路變成潤滑油通過潤滑油管道16向渦噴發動機1的潤滑油入口17提供滑油潤滑發動機的軸承；另外一路通過燃油管路14、限流器13，再經過燃油閥12後通過三通接頭9向燃油入口7供油。
所述丁烷氣閥10控制丁烷氣的通斷。所述丁烷氣罐11儲存丁烷氣，供渦噴發動機1起動時使用。所述燃油箱20儲存95％航空煤油與5％潤滑油的混合油，供渦噴發動機1工作時燃燒和潤滑使用。所述燃油閥12控制航空煤油的通斷。起動電機8起動時帶動發動機轉子旋轉，從而使得渦噴發動機1獲得初始動能。所述油泵19為齒輪電機泵，通過控制其轉速來控制渦噴發動機1的噴油量，從而實現對渦噴發動機1的轉速控制。所述渦噴發動機1是整個控制系統的控制對象。
實際的操作過程如下：
起動時，首先關閉丁烷氣閥10，關閉燃油閥12，打開油泵19，接通10秒左右，讓噴發動機1軸和軸承有潤滑油，此時燃油流過流量分配器15後，由於燃油閥12關閉，只能進入潤滑油管道16，再從潤滑油入口17進入渦噴發動機1，潤滑軸承和軸。然後接通起動電機8，帶動渦噴發動機1轉子運轉，此時起動電機8維持半速，轉速不要太大，同時逐漸打開丁烷氣閥10，控制點火器5通過點火電嘴6點火，直到點火成功，預熱20秒左右。點火電嘴6通常採用熱火頭型電嘴，與之匹配的點火器5也是熱火頭型點火器，如RCD3007型點火器。這種點火器通常可以遙控點火，也可手動控制點火。航模用微型渦噴發動機通常採用回流環形燃燒室，蒸發管式噴嘴，這種噴嘴高溫情況下會將燃油汽化，和空氣混合均勻，效果好，但是低溫效果不好，所以起動過程需要預熱。預熱結束後，打開燃油閥12，直到燃油被點燃後，關閉丁烷氣閥10，同時控制油泵19加速，起動電機8加速，接近慢車轉速時關閉起動電機8，由油泵19控制渦噴發動機1到達穩定的慢車轉速。
微型渦噴發動機由於體積小，結構相對簡單，沒有專門的滑油系統和潤滑油，依靠燃油潤滑。燃油粘度小，潤滑效果不好，而滑油粘度大，不利於霧化燃燒。為了兼顧燃燒和潤滑，此設計方案採用5％的潤滑油和95％航空煤油組成的混合油，兼顧燃燒和潤滑，此種比例的混合油在有關文獻中都被證實效果較好。上述系統的供油油路部件流量分配器15的功能，就是將從油泵出來的燃油分成兩路，一條滑油路，一條燃油路，滑油和燃油的流量比例基本是1:10到1:9，實際測試這個比例範圍的潤滑效果和燃燒經濟性較好。流量分配器15是個純機械部件，可以用類似於Y型管的結構實現，如圖2所示。燃油管路14孔徑是潤滑油管道16孔徑的9或者10倍，即可達到分配燃油和滑油的功能。
限流器13的作用是限制從燃油入口7流入渦噴發動機1的最大流量，防止渦噴發動機1轉速過大，溫度過高。當燃油流量達到允許最大值後，限流器13將阻止燃油流量的進一步上升，同時由於限流器13的限流作用，上遊流量分配器15的分配比例將發生變化，油泵9出口更多的油將進入潤滑油管道16油路，增加對發動機轉子軸承和軸的潤滑和散熱，確保渦噴發動機1的安全運行。限流器13的限流大小可以根據不同的微型渦噴發動機和同一發動機不同的工作環境調節，採用精密流量調節閥等部件實現對燃油流量限流和調節的作用。比如在高溫高原地方使用，渦噴發動機性能會下降，應該通過限流器適當減小最大供油量，防止發動機超溫。
起動電機8如果不採用電起動，也可以用高壓氣源起動。點火系統如果不採用電控點火，也可以通過外部火源，如打火機在發動機尾部點火。其他部分相同的也應在本發明專利保護範圍。