專利名稱：移出式超扇發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種民用航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，具體是移出式超扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
民用航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)自問世以來已經(jīng)歷了三代，目前正在研制第四代。第四代為超高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，可分為兩大類一類是槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)，涵道比為30-50；另一類為超扇發(fā)動(dòng)機(jī)，涵道是10-20。槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)最為世界矚目，但是由于噪音與安裝問題未解決，現(xiàn)已停止研制。超扇發(fā)動(dòng)機(jī)中以美國普惠(Prattgwhitney)公司研制的ADP(Advanced ducted Prop)進(jìn)展較快，其性能降低油耗，增加推力，降低噪音與排氣污染已經(jīng)證實(shí)。但是ADP還有以下四個(gè)技術(shù)關(guān)鍵沒有解決1、減速器問題由于ADP的風(fēng)扇直徑很大，風(fēng)扇必須由低壓渦輪通過減速器傳動(dòng)，否則風(fēng)扇與低壓渦輪不可能同時(shí)達(dá)到各自的最佳轉(zhuǎn)速。但是輕重量，大功率減速器的可靠性問題尚未解決，這是ADP投入生產(chǎn)的首要關(guān)鍵。
2、重量問題顫振是風(fēng)扇葉片工作中的主要問題。解決顫振的最佳方案是采用寬弦葉片。但是寬弦葉片重量大，而且隨風(fēng)扇直徑增加迅速增大，為了包容風(fēng)扇葉片，短艙壁厚也隨風(fēng)扇直徑迅速增加。因此，涵道比越高，短艙越重。低壓渦輪級(jí)數(shù)隨涵道比增加而增加。再加上減速器，ADP發(fā)動(dòng)機(jī)低壓部分(風(fēng)扇、短艙、減速器、低壓渦輪)重量隨涵道比迅速增加，以至達(dá)到整個(gè)動(dòng)力裝置重量的2/3，因此大大抵消了函道比高的優(yōu)勢(shì)。
3、安裝損失問題短艙直徑隨風(fēng)扇直徑增加，安裝損失相應(yīng)增大，這又進(jìn)一步抵消涵道比高的優(yōu)勢(shì)。
4、變距機(jī)構(gòu)ADP的涵道比高是依靠風(fēng)扇增壓比低實(shí)現(xiàn)的。地面起飛時(shí)，由于風(fēng)扇增壓比低，外涵噴管的膨脹比也低，噴管出口氣流斷面收縮很厲害。高空巡航時(shí)，由于速度沖壓，風(fēng)扇外涵膨脹比提高很多，外涵噴管出口氣流收縮大大減小，因此風(fēng)扇必須采用變距機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)空氣流量。ADP的風(fēng)扇葉片質(zhì)量大，大葉片的變距機(jī)構(gòu)是否有效與可靠就成為第四個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。為了減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量，ADP利用反槳取代反推力裝置，因此變距機(jī)構(gòu)的可靠性更加重要。
以上四個(gè)技術(shù)關(guān)鍵突破之前，ADP是很難投入實(shí)際使用的。
本發(fā)明的目的就是針對(duì)ADP的技術(shù)關(guān)鍵提出了一種新型超扇發(fā)動(dòng)機(jī)——移出式超扇發(fā)動(dòng)機(jī)，它取消了ADP的大風(fēng)扇及傳動(dòng)風(fēng)扇用的減速器，設(shè)置燃?xì)夥至餮b置來驅(qū)動(dòng)捆綁在主機(jī)上的輔渦扇，從而妥善地解決了ADP的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是由進(jìn)氣道、高、低壓壓氣機(jī)、燃燒室、高、低壓渦輪和尾噴管構(gòu)成主機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明是將風(fēng)扇從主機(jī)內(nèi)移出后代之以一級(jí)低壓壓氣機(jī)，并由多個(gè)小風(fēng)扇代替原大風(fēng)扇，每個(gè)小風(fēng)扇由輔渦輪驅(qū)動(dòng)構(gòu)成輔渦扇，它位于短艙內(nèi)并捆綁在主機(jī)周圍，在低壓渦輪處設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輔渦輪的燃?xì)夥至餮b置。
本發(fā)明的燃?xì)夥至餮b置是由分流器、匯流器和分流管構(gòu)成。分流器為薄壁盒式結(jié)構(gòu)，其通道分為兩部分，一部分連接在匯流器上，匯流器與分流管相連，分流管與輔渦扇的進(jìn)氣蝸殼連接，分流器的另一部分通向主機(jī)的低壓渦輪的后面部分。
在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明取消了ADP的大風(fēng)扇及傳動(dòng)風(fēng)扇用的減速器，在低壓渦輪處設(shè)置燃?xì)夥至餮b置，通過該分流器放出大部分燃?xì)?，用來?qū)動(dòng)多個(gè)輔渦輪，每個(gè)輔渦輪驅(qū)動(dòng)一個(gè)小風(fēng)扇構(gòu)成了多個(gè)“輔渦扇”，“輔渦扇”捆綁在主機(jī)上。發(fā)動(dòng)機(jī)推力主要由風(fēng)扇產(chǎn)生。ADP的大風(fēng)扇被取消以后，代之以一級(jí)低壓壓氣機(jī)，其壓比與大風(fēng)扇的壓比相同，置于發(fā)動(dòng)機(jī)最前面，該級(jí)壓氣機(jī)保留變距機(jī)構(gòu)。由于增加了一級(jí)低壓壓氣機(jī)取代風(fēng)扇，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的總壓比不變。
上述結(jié)構(gòu)使本發(fā)明具有以下特點(diǎn)1、由于減速器被取消，與它有關(guān)的一切問題徹底解決；2、ADP的大風(fēng)扇由多個(gè)小風(fēng)扇取代，ADP的大低壓渦輪變?yōu)槎鄠€(gè)小渦輪。假設(shè)大小風(fēng)扇及大小渦輪都幾何相似，由3/2次方定律可知，風(fēng)扇與渦輪的重量均將大幅度下降。設(shè)小風(fēng)扇有16個(gè)，每個(gè)小風(fēng)扇的流量為ADP大風(fēng)扇外涵流量的1/16，而重量僅為
，所有小風(fēng)扇重量之和為大風(fēng)扇外涵部分的1/4。低壓渦輪與此類似。
由于小風(fēng)扇葉片質(zhì)量僅為ADP大風(fēng)扇葉片質(zhì)量的數(shù)十分之一，為了包容風(fēng)扇葉片所需短艙壁厚大大下降，短艙重量因此也大大下降。
綜上所述，由于取消了減速器，風(fēng)扇、短艙與低壓渦輪的重量又減少了3/4，雖然增加了燃?xì)夥至飨到y(tǒng)，本發(fā)明仍然比ADP輕得多。
3、本發(fā)明的迎風(fēng)面積小于ADP的迎風(fēng)面積。由于本發(fā)明的短艙壁比ADP的薄很多，同時(shí)輔渦扇短艙長度僅為ADP的1/3，因此，本發(fā)明的安裝損失小于ADP的安裝損失。
4、本發(fā)明的風(fēng)扇葉片很輕，變距機(jī)構(gòu)相應(yīng)輕巧，而且在多個(gè)風(fēng)扇中，一、兩個(gè)變距機(jī)構(gòu)失效，其危害性比ADP的變距機(jī)構(gòu)失效要小得多。
5、本發(fā)明具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，(1)由于低壓部件(風(fēng)扇、短艙、低壓渦輪)小型化，發(fā)動(dòng)機(jī)很輕，推重比在7以上，大大超過一般不加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)水平，接近加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)水平；(2)由于整機(jī)沒有大質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)零件，發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性大大改善。
6、低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，加速性改善。
綜上所述，本發(fā)明通過燃?xì)夥至?，移出式超扇解決了ADP的全部技術(shù)關(guān)鍵，為超高涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用開辟了光明的前景。其效益為1、耗油率比普通渦扇下降(5-7)％；(2)推力增加(25-30)；3、發(fā)動(dòng)機(jī)噪音下降(5-10)分貝；4、排氣污染減少15％；5、發(fā)動(dòng)機(jī)推重比大于7。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述。
首先對(duì)附圖進(jìn)行說明


圖1表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2表示圖1的左視圖；圖3表示燃?xì)夥至餮b置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4表示分流器的立體結(jié)構(gòu)圖；圖5表示匯流器的立體結(jié)構(gòu)圖。
參見圖1、圖2，本發(fā)明由主機(jī)(1)包括進(jìn)氣道(2)、燃燒室(3)、高壓壓氣機(jī)(5)、低壓壓氣機(jī)(4)、高壓渦輪(7)、低壓渦輪(6)和尾噴管(13)及輔渦扇(12)兩大部分構(gòu)成，本發(fā)明在低壓渦輪(6)第一或第二級(jí)之后設(shè)置有燃?xì)夥至餮b置(8)，圖1中是在第二、三級(jí)之間設(shè)置燃?xì)夥至餮b置，并在主機(jī)(1)周圍共設(shè)置有16個(gè)與燃?xì)夥至餮b置(8)聯(lián)接的輔渦輪(10)，每個(gè)輔渦輪(10)用來驅(qū)動(dòng)一個(gè)小風(fēng)扇(9)，構(gòu)成輔渦扇(12)位于短艙(11)內(nèi)并捆綁在主機(jī)(1)的周圍。本發(fā)明的燃?xì)夥至餮b置(8)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，是由分流器(81)、匯流器(82)和分流管(即擴(kuò)壓管)(83)構(gòu)成，分流器(81)為薄壁盒式結(jié)構(gòu)，重量輕，剛度好，如圖4所示，其通道分為兩部分，一部分即由圖中上面三個(gè)通道構(gòu)成，通過固定座圈(84)用精密螺栓與螺釘連接在匯流器(82)上，匯流器(82)的結(jié)構(gòu)如圖5所示，每三個(gè)分流器(81)與一個(gè)匯流器(82)相連，匯流器(82)再與分流管即擴(kuò)壓管(83)相連，擴(kuò)壓管(83)與輔渦扇(12)的進(jìn)氣蝸殼相連，如圖3所示，分流器(81)通道的另一部分即圖4所示的最下面的通道通向主機(jī)(1)的低壓渦輪(6)的后面部分，如圖3所示。
其工作原理是新鮮空氣由進(jìn)氣道(2)吸入低壓壓氣機(jī)(4)，低壓壓氣機(jī)(4)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，溫度提高到290℃左右，壓力提高到7公斤/厘米2左右，然后進(jìn)入高壓壓氣機(jī)繼續(xù)進(jìn)行壓縮，溫度提高到600℃左右，壓力提高了36Kg/cm2左右，然后進(jìn)入燃燒室(3)，航空煤油由噴咀噴入高溫高壓的空氣中點(diǎn)著燃燒，將溫度提高到1326℃左右，壓力稍有降低(因?yàn)橛辛鲃?dòng)損失)，高壓高溫的燃?xì)獯祫?dòng)高壓渦輪(7)旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)渦輪作功，高壓渦輪(7)再驅(qū)動(dòng)高壓壓氣機(jī)(5)旋轉(zhuǎn)，燃?xì)庠诟邏簻u輪(7)中膨脹，壓力、溫度均下降，然后再進(jìn)入低壓渦輪(6)，吹動(dòng)低壓渦輪(6)旋轉(zhuǎn)，低壓渦輪(6)則驅(qū)動(dòng)低壓壓氣機(jī)(4)旋轉(zhuǎn)。燃?xì)庠诘蛪簻u輪(6)處經(jīng)燃?xì)夥至餮b置(8)放出大部分燃?xì)?，即燃?xì)饨?jīng)分流器(81)，匯流器(82)和分流管(83)驅(qū)動(dòng)輔渦輪(10)從而使小風(fēng)扇(9)旋轉(zhuǎn)對(duì)空氣增壓，增壓后的空氣由噴管噴出，高速噴出的空氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生反作用力—推力。大部分燃?xì)庥煞至餮b置(8)放出以后，大約剩余8-10％的燃?xì)膺M(jìn)入低壓渦輪(6)的后面部分，然后經(jīng)由尾噴管排入大氣。輔渦輪的后面也有一個(gè)小的尾噴管。
權(quán)利要求
1.一種移出式超扇發(fā)動(dòng)機(jī)，是由進(jìn)氣道、高低壓壓氣機(jī)、燃燒室、高、低壓渦輪和尾噴管構(gòu)成了現(xiàn)有主機(jī)技術(shù)結(jié)構(gòu)，其特征是本發(fā)明將風(fēng)扇從主機(jī)(1)內(nèi)移出后代之以一級(jí)低壓壓氣機(jī)(4)，并由多個(gè)小風(fēng)扇(9)代替原大風(fēng)扇，每個(gè)小風(fēng)扇(9)由輔渦輪(10)驅(qū)動(dòng)構(gòu)成輔渦扇(12)位于短艙(11)內(nèi)并捆綁在主機(jī)(1)周圍，在低壓渦輪(6)處設(shè)置有燃?xì)夥至餮b置(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移出式超扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是燃?xì)夥至餮b置(8)是由分流器(81)、匯流器(82)和分流管(83)構(gòu)成，分流器(81)為薄壁盒式結(jié)構(gòu)，其通道分為兩部分，一部分連接在匯流器(82)上，匯流器(82)與分流管(83)相連，分流管(83)與輔渦扇(12)的進(jìn)氣蝸殼連接，分流器(81)的另一部分通向主機(jī)(1)的低壓渦輪(6)的后面部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種民用航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，具體是移出式超扇發(fā)動(dòng)機(jī)，由進(jìn)氣道、高、低壓壓氣機(jī)、燃燒室、高、低壓渦輪和尾噴管構(gòu)成主機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的特征是將風(fēng)扇從主機(jī)內(nèi)移出后由多個(gè)小風(fēng)扇代替，每個(gè)小風(fēng)扇由輔渦輪驅(qū)動(dòng)，在低壓渦輪處設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輔渦輪的燃?xì)夥至餮b置。本發(fā)明由于設(shè)置有分流裝置，將風(fēng)扇移出，去掉了減速器，從而妥善地解決了現(xiàn)有ADP的四個(gè)關(guān)鍵問題，為超高涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用開辟了光明的前景。
文檔編號(hào)F02K3/04GK1152667SQ95112599
公開日1997年6月25日 申請(qǐng)日期1995年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月20日
發(fā)明者謝逢申 申請(qǐng)人:謝逢申