CN1212324A - 组合式喷气发动机 - Google Patents

Abstract

此项发明可应用于航空、船舶等领域。此项发明的主要技术特征是:将外动力源、由外动力源带动的空气压缩装置和燃烧室组合成组合式喷气发动机,利用外动力源带动空气压缩装置,空气压缩装置为燃烧室提供可使其稳定工作的高速高压气流。此项发明可用于各类航空飞行器、气垫船等,尤其适用于作水上飞机的动力。

Description

组合式喷气发动机

1：此项发明可应用于航空、船舶等领域。

2：对此项发明有参考作用的技术是航空喷气发动机技术。主要参考资料为：有关航空燃气轮机原理的各种资料。

3：此项发明的目的在于：参考现有航空喷气发动机的原理，取消位于燃烧室后部的动力涡轮，取消由动力涡轮带动的为燃烧室供气的空气压缩机，而构建一个仅由燃烧室、外动力源、外动力源带动的空气压缩装置组合而成的喷气发动机。这种组合式喷气发动机较现有发动机相比，具有结构简化、燃烧室温度高、燃料燃烧效率高、工作稳定性和可靠性高等多种优点，并且可以利用为压气机提供动力的动力源向其它机械提供动力。

4：这种组合式喷气发动机的工作原理是：构成组合式喷气发动机的外动力源，带动空气压缩装置工作，将从发动机进气道吸入的空气加压加速，产生的高压高速气流进入燃烧室，与注油咀注入的雾状燃油混合、燃烧，空气受热膨胀，从尾喷管高速喷出，产生反作用力。

组合式喷气发动机的外动力源，可以是一台或多台电动机、内燃机、燃气轮机、涡轮轴发动机或其它可提供动力的机械。在组合式喷气发动机中，外动力源的工作不依赖于发动机其他部分正常工作与否，它可以始终稳定的向压气机提供动力。这与其他喷气发动机是不同的。在其他喷气发动机中，压气机的动力来自于动力涡轮，它稳定工作是依赖于燃烧室稳定工作的。

组合式喷气发动机的空气压缩装置，可以为燃烧室提供高压高速的空气。它的工作方式，可以与其它喷气发动机一样，采取涡轮增压方式，也可以根据不同的实际情况和用途，采取离心式增压、气瓶增压等多种工作方式。

在其它喷气发动机中，利用动力涡轮带动压气机工作，因此，必须解决高温下动力涡轮的防热、传动、强度等一系列技术问题，这大大增加了发动机的设计难度和制造难度，使发动机必须采用一系列特殊的材料制造。这些因素大大增加了发动机的制造成本。在组合式喷气发动机中，使用外动力源，带动压气机工作，取消了动力涡轮和传动装置，发动机中不存在高温下的运动部件，彻底解决了以上的问题。因此组合式喷气发动机不需采用高成本的耐热材料，大大降低了发动机的制造成本和制造难度。虽然，增加了外动力源，但由于外动力源的功率有限，因此成本并不高。与其它喷气发动机相比，组合式喷气发动机的成本有明显的降低。

与同等推力的其它喷气发动机相比，组合式喷气发动机取消了动力涡轮和传动装置，添加了外动力源。由于外动力源的功率、尺寸有限，与动力涡轮和传动装置相比，重量并不大很多，甚至可以相仿。因此，组合式发动机的重量较其它喷气发动机相比并无很大增加。而且由于采用了外动力压气机，可能会给飞行器带来更好的综合效能。

5：与其它各种发动机相比，这种组合式发动机的优点在于：

☆在其它喷气发动机中，压气机的动力是由动力涡轮提供的；

  而组合式喷气发动机取消了动力涡轮、传动装置等在高温中

  工作的转动部件，因此简化了发动机结构，降低了成本，提

  高了可靠性，延长了使用寿命。

☆在其它种类的喷气发动机中，由于制造动力涡轮的材料在高

  温下的机械性能下降，限制了燃烧室温度的提高。而在组合

  式喷气发动机中，由于取消了动力涡轮，因此可以大幅度提

  高燃烧室温度，由此提高发动机的热效率。因此，组合式喷

  气发动机的热效率比其它喷气发动机有很大提高。

☆组合式喷气发动机的外动力源，不仅仅可以带动空气压缩装

  置。在使用中，外动力源还可用于其他用途，比如带动发电

  机为飞行器提供电力，带动水上飞机的水中螺旋桨等，实现

  一机多用，取消了专用动力源，减轻了死重。

☆在其它喷气发动机中，压气机的动力是由动力涡轮提供的，

  动力涡轮的动力来自于燃烧室的平稳燃烧，而燃烧室的正常

  工作又依赖于压气机的正常工作。因此他们构成了一个相互

  依赖的循环。这种设计固然有其优点，但压气机、燃烧室、

  动力涡轮中一旦有一个环节出了问题，其稳定工作状态就会

  遭到破坏。即使三者工作正常，由于相互匹配的需要，其工

  作状态的调整范围也是有限的。在组合式喷气发动机中，采

  用外动力带动压气机，这样就从根本上克服了各部件间相互

  依赖带来的一些问题，发动机的工作范围将会有大幅度扩

  展，其可靠性和工作稳定性也将会有很大提高。

☆组合式喷气发动机不依靠螺旋桨工作，它是一种喷气发动

  机，因此与涡轮螺旋桨发动机和活塞发动机相比，它具有喷

  气发动机的所有优点，同时它又兼有结构简单，成本低，维

  护方便的优点，重量远比涡轮螺旋桨发动机和活塞发动机

  轻，综合效能较这两种发动机也有很大提高。

☆组合式喷气发动机的外动力源或空气压缩装置，并不一定要

  与燃烧室布置在一起，而是可以根据不同的用途和不同的限

  制条件，分开布置，组成分离的动力网。比如，1．可以只用

  一台外动力源同时带动多台空气压缩装置，为多台燃烧室提

  供高速高压气体；2．也可以用一台外动力源带动一台空气压

  缩装置，为多台燃烧室提供高速高压气体；3．也可以用外动

  力源带动发电机，传送电力到一台或多台电动机，由它们带

  动相应的燃烧室工作。当然还可以有其他的形式。这种可分

  离布置，组成分离动力网的特性，是任何其他喷气发动机都

  不能实现的。这种性能可以使其灵活的适用于各种不同情况

  的飞行器。这种性能如图1所示。

6：这种组合式发动机可作为水上飞机的动力。

如图2所示，这是一台用于水上飞机的组合式喷气发动机。图中各部分的名称和用途如图所示。

假设应用此发动机的飞机有以下几个工作状态：水上滑行状态、起飞/加速状态、低亚音速巡航状态、着陆/减速状态。考虑到飞机的性能和耗油率，不同状态对飞机的动力装置有如下要求：

水上滑行状态：直接带动船用螺旋桨工作。

起飞/加速状态：推力大，加速性能好。

低亚速巡航状态：推力较小，耗油率低。

着陆/减速状态：产生反方向推力。在传统航空发动机中，没有一种可以同时较好的满足以上四种工作状态。但是，采用组合式喷气发动机，就可以同时满足以上要求。其工作过程分别如下：

水上滑行状态：压气机和燃烧室不工作，由带动压气机的外动力源驱动水中螺旋桨，推动飞机在水中滑行。

起飞/加速状态：动力机带动压气机工作，吸入空气进行加压加速后送入燃烧室，注油咀注入全量燃油，燃油完全燃烧，空气中的氧气完全消耗，燃烧室温度达到最高，产生的高温燃气从尾喷管喷出，产生很大推力。

低亚音速巡航状态：动力机带动压气机工作，吸入空气进行压缩后送入燃烧室，注油咀注入少量燃油，燃烧室内进行贫油燃烧，产生较小推力。此时发动机的耗油率远远低于同等工作条件下的常规喷气发动机。

着陆/减速状态：动力机带动压气机反转，空气被从尾喷管吸入燃烧室，注油咀不注入燃油，空气经由压气机加速直接从进气道喷出，产生反向推力。由于发动机是被设计成正向工作的，因此此时反向吸气的效率较低。但是，这种方法可以方便的实现反推力。

在飞机飞行过程中，作动力机用的内燃机可以带动发电机，为飞机上的用电器供电。

水上飞机一般在较低的速度下飞行，因此水上飞机通常选用活塞螺旋桨发动机作为动力。在起飞和降落时，螺旋桨很容易被浪花打中而造成折断，因此水上飞机在海况条件不好时就无法起飞。但是应用这种组合式喷气发动机后，取消了螺旋桨，通过压气机风扇的设计可以防止海水侵入发动机内部(这种技术已被一般喷气发动机采用)。同时在水上飞机作巡航飞行时，由于发动机采取贫油燃烧，其耗油率并不比活塞发动机高很多，远比其它喷气发动机低。

Claims (1)

1. 这项发明的技术特征包括：

   1：由外动力源、空气压缩装置、燃烧室及其它附属设备，构成组合式喷气发动机。

   2：使用电动机、内燃机、燃气轮机、涡轮轴发动机或其他动力源，带动空气压缩装置工作。

   3：空气压缩装置可以采用各种工作原理，它产生高压、高速气流，提供给燃烧室工作。

   4：如果需要，带动空气压缩装置的动力源可在空气压缩装置工作或不工作时，为其它机械提供动力。

   5：由于取消了为空气压缩装置提供动力的动力涡轮，从而：

   大大提高燃烧室的温度，由此可以提高发动机的热效率；

   降低制造成本，降低制造难度；

   减轻重量；

   增加可靠性和使用寿命。

   6：由于有外动力源向空气压缩装置提供动力，保证空气压缩装置稳定工作，使发动机的工作范围阔宽。

   本项发明要求保护的范围包括：

   1：在某种喷射气体产生推力的发动机中，由电动机、内燃机、燃气轮机、涡轮轴发动机或其他动力源带动空气压缩装置，为燃烧室提供高压、高速气流，保证燃烧室工作。采用这一原理的发动机，属于本发明范围，应受到法律保护。

   2：带动空气压缩装置的动力源可在空气压缩装置工作或不工作时，为其它机械提供动力。采用这种做法的发动机，属于本发明范围，应受到法律保护。

   3：由一台或多台外动力机、空气压缩装置、燃烧室和其它机构构成的组合式整体动力系统。比如：用一台外动力源同时带动多台空气压缩装置，为多台燃烧室提供高速高压气体；也可以用一台外动力源带动一台空气压缩装置，为多台燃烧室提供高速高压气体；也可以用外动力源带动发电机，传送电力到一台或多台电动机，由它们带动相应的燃烧室工作。当然，还可以有其他的形式。采用这一原理，可构成动力网的发动机，属于本发明范围，应受到法律保护。

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