微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)的微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，屬于一種航空動(dòng)力裝置，可作為超輕型翼尖噴氣式旋翼飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)的壓縮氣源。其主要結(jié)構(gòu)包括前螺母、進(jìn)氣道、前端蓋、離心式葉輪、徑向擴(kuò)壓器、雙通道式蝸殼收集器、后端蓋、壓氣機(jī)軸、軸套、軸承等。它通過(guò)聯(lián)軸器與一臺(tái)改裝的微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相連，由渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，來(lái)持續(xù)獲得所需要的壓縮空氣。其核心在于：壓氣機(jī)可以獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)，飛行器用氣來(lái)自壓氣機(jī)的氣流通道與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道相互獨(dú)立，而使發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行較少受到干擾，大大減小了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定性的影響，同時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本體所做的適應(yīng)性改裝也比較簡(jiǎn)單，從而提高了安全性和可靠性。此外發(fā)動(dòng)機(jī)單元與壓氣機(jī)單元可以單獨(dú)更換，大大方便了修理和使用維護(hù)。
【專利說(shuō)明】
微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種微小型航空動(dòng)力裝置，可作為超輕型翼尖噴氣式旋翼飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)的壓縮氣源。確切地說(shuō)是用一臺(tái)改裝的微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)本專利描述的壓氣機(jī)，由壓氣機(jī)提供飛行器旋翼所需的壓縮空氣，從而推動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)。由于壓氣機(jī)與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)單元相對(duì)獨(dú)立，僅通過(guò)聯(lián)軸器相互連接，故稱為分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]限于超輕型旋翼飛行器對(duì)于重量的苛刻要求，采用翼尖噴氣帶動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)的方式受到關(guān)注。由于要利用壓縮空氣在旋翼翼尖噴出產(chǎn)生的反作用力來(lái)推動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)，這就必須考慮一種空氣壓縮裝置，能夠持續(xù)穩(wěn)定地提供所需的壓縮空氣?；谶@一要求，本專利設(shè)計(jì)了一種由改裝的微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)，該壓氣機(jī)能夠提供滿足飛行器所需的壓力、溫度和流量要求的壓縮空氣。本專利采用的分體式結(jié)構(gòu)方式，可以在微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)上做較小的改動(dòng)，增加一個(gè)壓氣機(jī)單元，即可滿足需求。這種結(jié)構(gòu)方式由于飛行器用氣來(lái)自壓氣機(jī)的氣流通道與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道相互獨(dú)立，而使發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行較少受到干擾，從而提高了安全性和可靠性。此外發(fā)動(dòng)機(jī)單元與壓氣機(jī)單元可以單獨(dú)更換，大大方便了修理和使用維護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]與傳統(tǒng)的電驅(qū)動(dòng)或其它動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)不同，本專利提供一種能持續(xù)穩(wěn)定地產(chǎn)生壓縮空氣的微小型壓氣機(jī)，它由一臺(tái)經(jīng)過(guò)改裝的微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可作為翼尖噴氣式超輕型旋翼飛行器的壓縮氣源。它要求提供較大流量和較高壓力的壓縮空氣，并能夠在50000?250000rpm的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。
[0004]本專利采用飛行器用氣和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)用氣相互分離的方式，提出一種獨(dú)特的壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)改裝渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)主軸和尾噴口，由單獨(dú)設(shè)計(jì)的聯(lián)軸器將發(fā)動(dòng)機(jī)與壓氣機(jī)相連。
[0005]為解決上述問(wèn)題，本專利所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種微小型壓氣機(jī)，主要構(gòu)件包括前螺母、進(jìn)氣道、前端蓋、離心式葉輪、徑向擴(kuò)壓器、雙通道式蝸殼收集器、后端蓋、壓氣機(jī)軸、軸套、軸承等。壓氣機(jī)軸通過(guò)軸承支撐在軸套內(nèi)，軸套安裝邊與徑向擴(kuò)壓器相連。離心式葉輪安裝在壓氣機(jī)軸上，后端靠在軸承內(nèi)鋼套上，前段則由前螺母壓緊。徑向擴(kuò)壓器與雙通道式蝸殼收集器的后安裝邊連接在一起，蝸殼收集器的前安裝邊則與前端蓋的大安裝邊相連。進(jìn)氣道后端則與前端蓋的小安裝邊相連。后端蓋前安裝邊與徑向擴(kuò)壓器連接，后端則支撐在聯(lián)軸器上。以上結(jié)構(gòu)構(gòu)成了壓氣機(jī)的主體。
[0007]為適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)和承受一定軸向力的要求，壓氣機(jī)軸承采用陶瓷球軸承。
[0008]雙通道式蝸殼收集器可以在兩側(cè)得到流量基本相同兩股氣流。
[0009]為增大渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的軸輸出功，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴口進(jìn)行了改裝設(shè)計(jì)，增大了渦輪落壓比。同時(shí)為了通過(guò)聯(lián)軸器與壓氣機(jī)相連，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸做了改裝設(shè)計(jì)。
[0010]考慮到渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)問(wèn)題，在壓氣機(jī)前端還需串聯(lián)一個(gè)起動(dòng)電機(jī)，并由一個(gè)支架固定在壓氣機(jī)上。
[0011 ]工作時(shí)，由起動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)壓氣機(jī)和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，起動(dòng)電機(jī)與壓氣機(jī)脫開(kāi)。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量主要用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣。
[0012]本專利的微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，可以提供壓力為0.25?0.45兆帕、流量為0.25?2.0公斤、溫度為70?200°C的壓縮空氣。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本專利的微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)與微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)及起動(dòng)電機(jī)連接方式示意圖。
[0014]圖2是本專利的微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的剖視圖。
[0015]圖3是本專利的微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的前軸側(cè)剖視圖。
[0016]圖4是本專利的微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的后軸側(cè)剖視圖。
[0017]圖5是本專利的微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的離心葉輪和徑向擴(kuò)壓器軸側(cè)圖。
[0018]圖6是本專利的微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的雙通道式蝸殼收集器軸側(cè)圖。
[0019]圖中:1.起動(dòng)電機(jī)，2.起動(dòng)電機(jī)支架，3.壓氣機(jī)，4.微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，5.前螺母，6.離心葉輪，7.軸套，8.壓氣機(jī)軸，9.聯(lián)軸器，10.后端蓋，11.雙通道式蝸殼收集器，12.前端蓋，13.徑向擴(kuò)壓器，14.進(jìn)氣道，15.軸承。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面，結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】，對(duì)本專利做進(jìn)一步描述，以便更清楚地理解本發(fā)明所要求保護(hù)的技術(shù)思路。
[0021]如圖1所示，為本專利的微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)與微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和起動(dòng)電機(jī)的連接示意圖。起動(dòng)電機(jī)1、壓氣機(jī)3和發(fā)動(dòng)機(jī)4采用串聯(lián)的方式，起動(dòng)電機(jī)通過(guò)支架2固定在壓氣機(jī)上。
[0022]圖2是本專利描述壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)主示意圖，壓氣機(jī)主要構(gòu)件包括前螺母5、進(jìn)氣道14、前端蓋12、離心式葉輪6、徑向擴(kuò)壓器13、雙通道式蝸殼收集器11、后端蓋10、壓氣機(jī)軸8、軸套7、軸承15、聯(lián)軸器9等。壓氣機(jī)軸通過(guò)軸承支撐在軸套內(nèi)，軸套安裝邊與徑向擴(kuò)壓器相連。離心式葉輪安裝在壓氣機(jī)軸上，后端靠在軸承內(nèi)鋼套上，前段則由前螺母壓緊。徑向擴(kuò)壓器與雙通道式蝸殼收集器的后安裝邊連接在一起，蝸殼收集器的前安裝邊則與前端蓋的大安裝邊相連。進(jìn)氣道后端則與前端蓋的小安裝邊相連。后端蓋前安裝邊與徑向擴(kuò)壓器連接，后端則支撐在軸套上。
[0023]應(yīng)根據(jù)飛行器所需壓縮空氣的流量和壓力來(lái)確定壓氣機(jī)的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，并需要與使用的微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。
[0024]通常情況下，離心式葉輪可以達(dá)到4.0的增壓比，如果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增壓比可提高到6.0以上。采用徑向擴(kuò)壓器的作用一是導(dǎo)流，二是可以進(jìn)一步提高空氣壓力，并且氣流在進(jìn)入蝸殼收集器之前不發(fā)生大的轉(zhuǎn)折，盡量減小了流動(dòng)損失。雙通道式蝸殼收集器與傳統(tǒng)的單通道蝸殼收集器有很大不同，它采用了漸開(kāi)線式流道設(shè)計(jì)，目的是較為均勻收集沿徑向向四周流出的空氣，盡可能降低壓力波動(dòng)，并且在對(duì)稱方向得到流量基本相同的兩股氣流。
[0025]為了與壓氣機(jī)進(jìn)行匹配，需要對(duì)微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行較少量的改裝設(shè)計(jì)。普通的微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的主要作用是提供氣流噴射產(chǎn)生的推力，通過(guò)改裝設(shè)計(jì)尾噴口來(lái)提高渦輪落壓比，并且不影響發(fā)動(dòng)機(jī)氣流的暢通，盡可能將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為軸輸出能量。此外為了與壓氣機(jī)連接，重新設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)主軸。關(guān)于微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的改裝設(shè)計(jì)不在此專利中詳細(xì)描述。
[0026]微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的工作原理如下:首先由起動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)壓氣機(jī)和微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，起動(dòng)電機(jī)與壓氣機(jī)脫開(kāi)，壓氣機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)軸驅(qū)動(dòng)，與發(fā)動(dòng)機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)。離心葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，吸入前方空氣進(jìn)行壓縮，壓縮空氣經(jīng)由徑向擴(kuò)壓器和雙通道式蝸殼收集器排出。
[0027]上述實(shí)施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，不能以此來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所作的任何非實(shí)質(zhì)性的變化及替換均屬于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，其特征在于:主要構(gòu)件包括前螺母、進(jìn)氣道、前端蓋、離心式葉輪、徑向擴(kuò)壓器、雙通道式蝸殼收集器、后端蓋、壓氣機(jī)軸、軸套、軸承等。2.如權(quán)利要求1所述的微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，其特征在于:壓氣機(jī)軸通過(guò)軸承支撐在軸套內(nèi)，軸套安裝邊與徑向擴(kuò)壓器相連。離心式葉輪安裝在壓氣機(jī)軸上，后端靠在軸承內(nèi)鋼套上，前段則由前螺母壓緊。徑向擴(kuò)壓器與雙通道式蝸殼收集器的后安裝邊連接在一起，蝸殼收集器的前安裝邊則與前端蓋的大安裝邊相連。進(jìn)氣道后端則與前端蓋的小安裝邊相連。后端蓋前安裝邊與徑向擴(kuò)壓器連接，后端則支撐在聯(lián)軸器上。3.如權(quán)利要求1所述的微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，其特征在于:壓氣機(jī)獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)，壓氣機(jī)的氣流通道與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道相互獨(dú)立。4.如權(quán)利要求1所述的微小型分體式渦噴驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，其特征在于:專門設(shè)計(jì)的雙通道式蝸殼收集器可以在兩側(cè)得到流量基本相同兩股氣流。
【文檔編號(hào)】F04D29/42GK105927559SQ201510192073
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2015年4月22日
【發(fā)明人】張新宇, 其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開(kāi)姓名
【申請(qǐng)人】張澄宇, 張新宇