本發(fā)明涉及發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種渦輪發(fā)動機。

背景技術(shù)：

推重比(推力與發(fā)動機重量的比)和耗油率是衡量航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的重要指標(biāo)，它們分別決定了飛行器的機動性和作戰(zhàn)半徑(或航程)。由于當(dāng)前材料和工藝水平的限制，渦輪基推進方式的增溫比和增壓比等循環(huán)參數(shù)很難進一步提升，導(dǎo)致系統(tǒng)推力難以繼續(xù)增大，使用加力燃燒室等方式雖然可以使發(fā)動機的推力性能得到顯著提升，但使得發(fā)動機的耗油率大大增加，從而使得飛行器的作戰(zhàn)半徑和留空時間顯著減小。因此，對于渦輪基推進方式提高推重比的重要途徑是減重。循環(huán)熱效率是決定發(fā)動機耗油率的關(guān)鍵因素。因此，提出一種緊湊、輕質(zhì)、高效的發(fā)動機結(jié)構(gòu)形式是進一步提升航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的推重比的希望所在。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種渦輪發(fā)動機，其結(jié)構(gòu)緊湊、燃燒效率高，顯著提升了發(fā)動機的推重比。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種渦輪發(fā)動機，其包括：第一殼體，具有進氣口，進氣口連通外部大氣；第二殼體，具有排氣口；第三殼體，固定連接于第一殼體和第二殼體且連通于第一殼體和第二殼體；中心體，設(shè)置于第三殼體內(nèi)，且中心體的外壁面與第三殼體的內(nèi)壁面形成旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室，旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室連通于第一殼體的進氣口以接收外部的空氣；油路組件，受控連通于旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室，以向旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室提供燃料)；點火器，固定設(shè)置于第三殼體上，用于對進入旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室內(nèi)的燃料和空氣形成的燃?xì)膺M行點火，進而燃?xì)庑D(zhuǎn)爆震燃燒；壓氣機，設(shè)置于第一殼體內(nèi)，對經(jīng)由進氣口進入第一殼體內(nèi)的空氣進行壓縮處理；渦輪機，設(shè)置于第二殼體內(nèi)，且在第二殼體內(nèi)的氣體的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)運動；以及主軸，用于連接壓氣機和渦輪機，以使渦輪機帶動壓氣機運動，從而實現(xiàn)對空氣的壓縮處理。

本發(fā)明的有益效果如下：

在根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機中，由于集成了連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震技術(shù)和由壓氣機、主軸以及渦輪機組成的葉輪機械系統(tǒng)，從第一殼體的進氣口進入的空氣在流動至旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室之前，首先在葉輪機械系統(tǒng)的作用下被壓縮，則空氣的溫度和壓力相應(yīng)地顯著升高，從而增強了旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室內(nèi)的旋轉(zhuǎn)爆震燃燒過程，大大提高了燃燒效率，降低了發(fā)動機的耗油率。此外，基于連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震技術(shù)的運用，相應(yīng)減少了壓氣機和渦輪機的級數(shù)，從而減輕了渦輪發(fā)動機的整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提升了發(fā)動機的推重比；而基于葉輪機械系統(tǒng)的設(shè)置，使得渦輪發(fā)動機中無需加力燃燒室部件，渦輪發(fā)動機的整體結(jié)構(gòu)更緊湊，從而改善了渦輪發(fā)動機的整體性能。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機的整體結(jié)構(gòu)示意圖，其中箭頭表示渦輪發(fā)動機內(nèi)的氣體的流動方向；

圖2是圖1中的油路組件與中心體的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中的中心體上的燃料噴口的周向分布示意圖；

圖4是圖1中的點火器的周向位置示意圖；

圖5是沿圖1中A-A線切分后的剖面圖，示意出了第一殼體與第三殼體的安裝關(guān)系。

其中，附圖標(biāo)記說明如下：

11第一殼體 r14后體

111第一收容腔 15油路組件

112第二收容腔 151供油管路

M11旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室 152噴嘴

C11進氣口 16點火器

12第二殼體 17壓氣機

C12排氣口 18渦輪機

13第三殼體 19主軸

131第一氣流通道 20噴管組件

132第二氣流通道 201外殼

133混合氣流通道 202中心錐體

14中心體 203調(diào)節(jié)機構(gòu)

141預(yù)蒸發(fā)室 2031氣缸

142燃料噴口 2032伸縮桿

f14前體 C20尾氣噴口

h14環(huán)體

具體實施方式

下面參照附圖來詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機。

參照圖1至圖5，根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機包括：第一殼體11，具有進氣口C11，進氣口C11連通外部大氣；第二殼體12，具有排氣口C12；第三殼體13，固定連接于第一殼體11和第二殼體12且連通于第一殼體11和第二殼體12；中心體14，設(shè)置于第三殼體13內(nèi)，且中心體14的外壁面與第三殼體13的內(nèi)壁面形成旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11，旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11連通于第一殼體11的進氣口C11以接收外部的空氣；油路組件15，受控連通于旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11，以向旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11提供燃料(即燃油)；點火器16，固定設(shè)置于第三殼體13上，用于對進入旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11內(nèi)的燃料和空氣形成的燃?xì)膺M行點火，進而燃?xì)庑D(zhuǎn)爆震燃燒；壓氣機17，設(shè)置于第一殼體11內(nèi)，對經(jīng)由進氣口C11進入第一殼體11內(nèi)的空氣進行壓縮處理；渦輪機18，設(shè)置于第二殼體12內(nèi)，且在第二殼體12內(nèi)的氣體的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)運動；以及主軸19，用于連接壓氣機17和渦輪機18，以使渦輪機18帶動壓氣機17運動，從而實現(xiàn)對空氣的壓縮處理。

在根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機中，由于集成了連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震技術(shù)和由壓氣機17、主軸19以及渦輪機18組成的葉輪機械系統(tǒng)，從第一殼體11的進氣口C11進入的空氣在流動至旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11之前，首先在葉輪機械系統(tǒng)的作用下被壓縮，則空氣的溫度和壓力相應(yīng)地顯著升高，從而增強了旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11內(nèi)的旋轉(zhuǎn)爆震燃燒過程，大大提高了燃燒效率，降低了發(fā)動機的耗油率。此外，基于連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震技術(shù)的運用，相應(yīng)減少了壓氣機17和渦輪機18的級數(shù)，從而減輕了渦輪發(fā)動機的整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提升了發(fā)動機的推重比；而基于葉輪機械系統(tǒng)的設(shè)置，使得渦輪發(fā)動機中無需加力燃燒室部件，渦輪發(fā)動機的整體結(jié)構(gòu)更緊湊，從而改善了渦輪發(fā)動機的整體性能。

根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機，在一實施例中，參照圖1，第三殼體13形成有：第一氣流通道131，收容中心體14并連通第一殼體11，且旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11形成于第一氣流通道131內(nèi)；第二氣流通道132，連通第一殼體11；以及混合氣流通道133，供第一氣流通道131內(nèi)的旋轉(zhuǎn)爆震燃燒后的氣體與第二氣流通道132內(nèi)的空氣混合。這里，經(jīng)由進氣口C11進入第一殼體11內(nèi)的空氣，一部分(作為氧化劑)進入第三殼體13的第一氣流通道131內(nèi)，而另一部分進入第三殼體13的第二氣流通道132內(nèi)。進入第一氣流通道131內(nèi)的空氣流動至旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11中并與油路組件15供入的燃料充分摻混，進而旋轉(zhuǎn)爆震燃燒，燃燒后的氣體流入混合氣流通道133中。進入第二氣流通道132內(nèi)的空氣，未參與旋轉(zhuǎn)爆震燃燒，直接流動至混合氣流通道133中與從第一氣流通道131流入的氣體混合。

在根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機中，第一殼體11與第三殼體13的安裝位置處(即圖1中A-A線對應(yīng)的安裝端面)設(shè)置有調(diào)節(jié)機構(gòu)(未示出)，用于調(diào)節(jié)進入第一氣流通道131和第二氣流通道132的空氣流量。這里，調(diào)節(jié)機構(gòu)基于渦輪發(fā)動機的不同工作需求，直接改變第一氣流通道131和第二氣流通道132的面積比，從而調(diào)節(jié)進入第一氣流通道131和第二氣流通道132的空氣流量。

根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機，在一實施例中，參照圖1，中心體14可包括：前體f14；環(huán)體h14，與第三殼體13的與環(huán)體h14對應(yīng)的部分形成旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11(即環(huán)形燃燒腔)；以及后體r14。

在該實施例中，進一步參照圖1和圖2，中心體14的前體f14可為紡錘形，紡錘形的前體f14的外表面與對應(yīng)的第三殼體13的內(nèi)表面形成的部分為先減縮后擴張式通道，可防止在旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11內(nèi)形成的爆震波回傳至第一殼體11內(nèi)，從而避免了爆震波對壓氣機17的影響。

根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機，在一實施例中，參照圖1，壓氣機17可為兩組。第一殼體11可具有：第一收容腔111，收容一組壓氣機17并連通于第一氣流通道131；以及第二收容腔112，收容另一組壓氣機17并連通于第一收容腔111和第二氣流通道132。這里，第一收容腔111內(nèi)的壓氣機17對進入殼體的全部空氣進行增壓，而第二收容腔112內(nèi)的壓氣機17對經(jīng)由第一收容腔111內(nèi)的壓氣機17增壓后的但未進入旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11的空氣進行二次增壓，以使流入第二氣流通道132內(nèi)的空氣為高壓空氣。第二氣流通道132內(nèi)的高壓空氣與第一氣流通道131內(nèi)的旋轉(zhuǎn)爆震燃燒后的氣體在混合氣流通道133內(nèi)混合后進入第二殼體12中以用于驅(qū)動渦輪機18，渦輪機18經(jīng)由主軸19帶動壓氣機17運動，從而實現(xiàn)壓氣機17對空氣的壓縮處理。

在根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機中，參照圖1和圖3，中心體14的內(nèi)部中空以形成預(yù)蒸發(fā)室141。中心體14設(shè)置有：多個燃料噴口142，周向均勻分布在中心體14的前體f14，且各燃料噴口142均連通于旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11。其中，油路組件15連通于預(yù)蒸發(fā)室141，經(jīng)由油路組件15供入的燃料在預(yù)蒸發(fā)室141中進行蒸發(fā)處理，然后經(jīng)由各燃料噴口142進入旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11。在這里補充說明的是，多個燃料噴口142沿中心體14的前體f14的周向分布，可使燃料進入旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11的方向與進入旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11的空氣的流動方向呈90°，有助于燃料與空氣充分摻混。

在根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機中，參照圖1，油路組件15可包括：供油管路151，固定連接于中心體14的前體f14并連通于預(yù)蒸發(fā)室141；以及噴嘴152，設(shè)置于供油管路151的與中心體14連接的位置，以使供油管路151中的燃料經(jīng)由噴嘴152進入預(yù)蒸發(fā)室141。在這里補充說明的是，預(yù)蒸發(fā)室141內(nèi)的噴嘴152上安裝有霧化噴頭，霧化噴頭使從噴嘴152流出的燃油被霧化，進而被霧化后的燃油儲存在預(yù)蒸發(fā)室141內(nèi)并借助爆震燃燒室M11的高溫環(huán)境蒸發(fā)為氣態(tài)，然后經(jīng)由各燃料噴口142進入旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室M11中。

在根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機中，在一實施例中，供油管路151與中心體14的前體f14螺紋連接。但不僅限如此，還可采用其它的連接方式。

在根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機中，在一實施例中，參照圖1，渦輪發(fā)動機還可包括：噴管組件20，連通于第二殼體12的排氣口C12，以排出第二殼體12內(nèi)的氣體。其中，經(jīng)由第二殼體12的排氣口C12排出的氣體仍具有較高的溫度和壓力，可在噴管組件20中繼續(xù)膨脹加速。

在該實施例中，參照圖1，噴管組件20可包括：外殼201，轉(zhuǎn)動連接于第二殼體12；中心錐體202，收容于外殼201內(nèi)，中心錐體202的外壁面與外殼201的內(nèi)壁面形成尾氣噴口C20；以及調(diào)節(jié)機構(gòu)203，用于調(diào)整外殼201相對第二殼體12的位置以調(diào)節(jié)尾氣噴口C20的大小。這里，尾氣噴口C20的大小可基于渦輪發(fā)動機的不同工作狀態(tài)進行適應(yīng)性調(diào)整。

在該實施例中，進一步參照圖1，調(diào)節(jié)機構(gòu)203可包括：氣缸2031，固定于第二殼體12；以及伸縮桿2032，固定于外殼201。

在根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機中，外殼201可通過軸承轉(zhuǎn)動連接于第二殼體12。

在根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機中，第一殼體11可螺栓連接于第三殼體13，第二殼體12螺栓連接于第三殼體13。主軸19可通過軸承轉(zhuǎn)動連接于第一殼體11和第二殼體12。

在根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機中，第一殼體11的與壓氣機17的葉片對應(yīng)的部分可設(shè)置有擴壓器(未示出)，第二殼體12的與渦輪機18的葉片對應(yīng)的部分可設(shè)置有導(dǎo)向器(未示出)。

最后補充說明的是，本發(fā)明的渦輪發(fā)動機與常規(guī)的渦輪發(fā)動機相比，由于采用了連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震技術(shù)，其具有自增壓特性，在同等燃燒加熱量的條件下熵增最小，增大了發(fā)動機的循環(huán)熱效率，從而使得發(fā)動機的推重比和油耗性能顯著提升。當(dāng)本發(fā)明的渦輪發(fā)動機用于航空航天飛行器中時，可改善飛行器的機動性、擴展飛行包線，有助于奪取制空權(quán)。此外，本發(fā)明的渦輪發(fā)動機還可用于民航客機或大型艦艇中。