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1. WO2012019419 - STATORÉACTEUR À TURBINE ÉOLIENNE

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[ ZH ]
说 明 书

风动透平冲压发动机

技术领域

本发明涉及热能与动力领域,尤其是一种风动透平冲压发动机。

背景技术

传统冲压发动机需要做高速运动才能获得足够高的气体压力,进而才能获 得满意的燃烧环境,所以冲压发动机存在必须作高速运动(一般说来要达到数 马赫以上)才能有效工作的难题。然而作如此高速的运动会产生一系列难以解 决的问题,所以目前作为喷气式发动机被广泛应用的仍然是涡轮喷气发动机和 涡扇发动机,这两种发动机由于转动轴和燃气透平都处于高温燃气之中,所以 难以制造,成本也高,而且燃气透平的转速也很难达到更高的水平,由于燃气 透平很难达到更高的水平,所以这两类发动机也很难在更高速度下使用。

如果能够发明一种充分利用冲压发动机和涡轮喷气发动机以及含涡扇发 动机的各自优点,又能躲避在燃烧室内设置动力涡轮这一结构的新型发动机, 就可以使喷气发动机的制造成本大幅度降低。

发明内容

为了解决上述问题,本发明提出的技术方案如下:

一种风动透平冲压发动机,包括冲压进气道、燃烧室、推进喷管和风动透 平,所述冲压进气道与所述燃烧室连通,所述燃烧室与所述推进喷管连通,在 所述冲压进气道的前方和 /或内部设压气机,所述风动透平对所述压气机输出 动力。

所述压气机设在所述冲压进气道的前部。

所述压气机设在所述冲压进气道的中部。

所述压气机设在所述冲压进气道的后部。

所述压气机设在位于所述燃烧室前的所述冲压进气道的高静压区内。 所述风动透平经变速器对所述压气机输出动力。

所述变速器设为磁齿轮变速器。

所述风动透平和所述压气机在与前进方向垂直的方向上并列设置。

所述风动透平冲压发动机还包括氧化剂源,在所述燃烧室上设高压氧化剂 导入口,所述氧化剂源经氧化剂高压泵与所述高压氧化剂导入口连通。

所述风动透平冲压发动机还包括火箭发动机,所述火箭发动机与所述推进 喷管并列设置。

所述风动透平冲压发动机还包括风动透平涵道,所述风动透平设在所述风 动透平涵道内,所述冲压进气道设在所述风动透平涵道内。

所述风动透平冲压发动机还包括风动透平涵道,所述风动透平设在所述风 动透平涵道内,所述风动透平涵道设在所述冲压进气道内。

所述风动透平冲压发动机还包括风动透平涵道,所述风动透平设在所述风 动透平涵道内,所述冲压进气道和所述风动透平涵道并列设置。

本发明的原理是利用冲压发动机作直线、曲线或圆周运动时在冲压发动机 进气道以外形成的相对高速运动的气流推动风动透平,此风动透平对设置在冲 压发动机燃烧室上游的压气机输出动力,此压气机将已进入冲压发动机进气道 和 /或将要进入冲压发动机进气道的气流进行增速增压,此被增速增压的气流 在冲压发动机进气道的增压区内将动能转换成压力能,压力进一步提高,形成 高效燃烧条件。进气和燃料在燃烧室内燃烧后通过推进喷管高速喷出,使冲压 发动机获得推动力。

冲压发动机是目前结构最为简单的发动机,但是由于它的结构和循环形式 使得高速气流只能对自身压縮,这样就要求高速气流具有相当高的速度(即动 能)才能使燃烧室内的压力达到应有的高度,形成良好燃烧效率和高速喷射气 流,为冲压发动机实现高推动力创造条件。为了实现这一过程,就必须使冲压 发动机的运动速度达到数马赫以上,这样严重限制了冲压发动机实际应用。本 发明所公开的风动透平冲压发动机的实质就是利用一部分高速气流帮助另一 部分高速气流达到所需要的冲压条件和静压压力, 实现冲压发动机的高效工 作,其实质是把冲压压力和由风动透平所带动的压气机所产生的气体压力相叠 加,以提高冲压发动机内燃烧反应前的气流的压力。

本发明所公开的风动透平冲压发动机由于在燃烧室以及在燃烧室以后的 高温气流中不需要耐高温的造价昂贵的动力涡轮,所以可以制造出成本低的喷 气发动机,可以用于制造各类飞行器,如飞机、导弹等。

本发明中,所谓的风动透平是指在气流作用下输出动力的透平(即叶轮机 构);所谓的冲压进气道是指冲压发动机的进气道(也称为扩压器),高速气流 在其内部将动能转化成压力能;所谓推进喷管是指将高温高压气体的能量变成 气体的动能高速喷射获得反作用力的喷管;所谓压气机是指叶轮式压气机,空 气在压气机内被升压;所谓风动透平涵道是指内部设有风动透平的气体通道, 其作用是利用高速气流更有效地推到风动透平。

本发明中所谓 "所述风动透平对所述压气机输出动力"是指所述风动透平 在气流的作用下发生旋转,利用这一旋转动力使所述压气机发生旋转, 3寸另一 股气流进行增压,所述风动透平对所述压气机传输动力的形式可以是任意一种 传输形式,例如共轴传输、经变速机构传输等;所述风动透平经变速机构对所 述压气机传输动力的目的是通过调整传动比以满足飞行器起飞、续航和着陆等 不同工况的要求。

本发明中,设置氧化剂源的目的是为了满足飞行器起飞、续航和着陆等不 同工况对发动机推力的要求,例如在飞行器起飞时,由于速度较低,所述压气 机的增压能力也会较低,而这时可以通过向所述燃烧室内导入氧化剂并增加燃 料的量,以增加推力,只需在必要时向所述燃烧室内导入氧化剂。在本发明所 公开风动透平冲压发动机的系统中设置火箭发动机的目的也是为了满足飞行 器起飞、续航和着陆等不同工况对发动机推力的要求,所述火箭发动机可以只 在必要时工作。

本发明中,所谓前方是指从冲压进气道进口向气流流动的反方向的指向; 所谓上游是指气流流动的上游;所谓的氧化剂是指可以与燃料发生燃烧化学反 应的物质,如氧、双氧水等。

本发明中,所谓的高静压区是指处于所述冲压进气道内的燃烧前气体压力 较高的区域;将所述压气机设在高静压区内的目的是为了提高所述压气机的工 作效率。

在本发明所公开风动透平冲压发动机中,所述风动透平可以设为迎风角可 调式风动透平,以满足不同工况的需要。

本发明中,根据热能与动力领域(包括喷气发动机领域)的公知技术,在 必要的地方设置阀、泵、传感器、各类机构、控制系统等一切必要的部件、单 元和系统。

在本发明所公开风动透平冲压发动机中,在必要的时候可以在所述冲压进 气道内设高压氧化剂喷射口和 /或在所述推进喷管内设高压工质喷射口用来帮 助本发明所公开的风动透平冲压发动机启动。

本发明的有益效果如下:

在本发明所公开风动透平冲压发动机中,在燃烧室以及燃烧室以后的高温 气流中没有运动部件,降低了喷气式发动机的制造成本。

附图说明

图 1为本发明实施例 1的结构示意图;

图 2为本发明实施例 2的结构示意图;

图 3为本发明实施例 3的结构示意图;

图 4为本发明实施例 4的结构示意图;

图 5为图 4的 A— A向剖视图;

图 6为本发明实施例 5的结构示意图;

图 7为本发明实施例 6的结构示意图;

图 8为本发明实施例 7的结构示意图;

图 9为本发明实施例 8的结构示意图;

图 10为本发明实施例 9的结构示意图;

图 1 1为本发明实施例 10的结构示意图。

具体实施方式

实施例 1

如图 1所示的风动透平冲压发动机,包括冲压进气道 1、燃烧室 2、推进 喷管 3和风动透平 4,冲压进气道 1 与燃烧室 2连通,燃烧室 2与推进喷管 3 连通,在冲压进气道 1的前方内部设压气机 100,风动透平 4对压气机 100输 出动力。

具体实施时,所述压气机 100还可以设在所述冲压进气道 1的前部,或所 述压气机 100设在所述冲压进气道 1的中部,或所述压气机 100设在所述冲压 进气道 1的后部;这样设置的目的是为了提高所述压气机 100的效率。

实施例 2

如图 2所示的风动透平冲压发动机,其与实施例 1的区别在于:风动透平 冲压发动机还包括风动透平涵道 5,风动透平 4设在风动透平涵道 5内,冲压 进气道 1设在风动透平涵道 5内。

实施例 3

如图 3所示的风动透平冲压发动机,其与实施例 2的区别在于:在冲压进 气道 1 的内部设压气机 100,压气机 100设在位于燃烧室 2前的冲压进气道 1 的高静压区内。将所述压气机设在高静压区内的目的是为了提高所述压气机的 工作效率。

实施例 4

如图 4和图 5所示的风动透平冲压发动机,其与实施例 1的区别在于:风 动透平冲压发动机还包括风动透平涵道 5,风动透平 4设在风动透平涵道 5内, 风动透平涵道 5设在冲压进气道 1内。

实施例 5

如图 6所示的风动透平冲压发动机,其与实施例 1的区别在于:风动透平 冲压发动机还包括风动透平涵道 5,风动透平 4设在风动透平涵道 5内,冲压 进气道 1和风动透平涵道 5并列设置。

实施例 6

如图 7所示的风动透平冲压发动机,其与实施例 3的区别在于:风动透平 4经变速器 410对压气机 100输出动力。所述风动透平经变速器对所述压气机 输出动力的目的是通过调整传动比以满足飞行器起飞、续航和着陆等不同工况 的要求。

实施例 7

如图 8所示的风动透平冲压发动机,其与实施例 6的区别在于:变速器 410 设为磁齿轮变速器 41 1。

实施例 8

如图 9所示的风动透平冲压发动机,其与实施例 1的区别在于:所述风动 透平 4和所述压气机 100在与前进方向垂直的方向上并列设置。

实施例 9

如图 10所示的风动透平冲压发动机,其与实施例 1 的区别在于:所述风 动透平冲压发动机还包括氧化剂源 2001,在所述燃烧室 2上设高压氧化剂导入 口 200,所述氧化剂源 2001经氧化剂高压泵 2002与所述高压氧化剂导入口 200 连通。设置氧化剂源的目的是为了满足飞行器起飞、续航和着陆等不同工况对 发动机推力的要求,例如在飞行器起飞时,由于速度较低,所述压气机的增压 能力也会较低,而这时可以通过向所述燃烧室内导入氧化剂并增加燃料的量, 以增加推力,但只需在必要时向所述燃烧室内导入氧化剂。

实施例 10

如图 1 1所示的风动透平冲压发动机,其与实施例 1 的区别在于:所述风 动透平冲压发动机还包括火箭发动机 3000,所述火箭发动机 3000与所述推进 喷管 3并列设置。设置火箭发动机的目的也是为了满足飞行器起飞、续航和着 陆等不同工况对发动机推力的要求,所述火箭发动机可以只在必要时工作。

显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术 人员,能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发 明的保护范围。