核能航空发动机结构的制作方法

本技术涉及发动机，尤其涉及一种核能航空发动机结构。

背景技术：

1、核能航空发动机利用核燃料释放出的巨大热量对发动机工质进行加热，以获得大量高温工质。这些高温工质从发动机内高速排出产生反作用推力，或驱动动力涡轮带动螺旋桨工作产生拉力。航空器配装核能发动机后，续航时间可长达数周甚至数月，其活动范围大大增加，具有极佳的经济性。

2、核能航空发动机的能量来源是重元素（如铀）核裂变产生的热量，这种核能航空发动机有直接循环和间接循环两类。

3、直接循环的核裂变反应航空发动机，其原理是由核反应器替代航空涡轮喷气动机的燃烧室部件功能，压缩空气直接通过核反应器进行热交换，热交换后的高温高压气体推动涡轮做功，并带动前面的压气机，最后从尾喷管高速喷出。直接循环的核能航空发动机可以在常规航空发动机的基础上改进而成，较容易实现，但它有两个致命的缺点：一是核反应堆体积较大，无法作为发动机的一部分安装在发动机内部，因而能量损失较大，效果不太理想；二是发动机工质（空气）直接经过反应堆，受到核辐射污染，排出的气体会造成环境辐射污染。目前而言，核动力航空喷气推进切实可行，开式循环工程优化后有较多优势。

4、此外，还存在间接循环的核裂变反应航空发动机，其中，发动机涡轮部件一般由核反应堆加热自带的循环工质驱动，这些循环质主要是非常稠密的流体，如液态金属（汞、铅等）或高压水，这些流体在一个封闭的系统内循环使用。从目前的资料看，间接循环的核裂变反应航空发动机基本上以涡桨发动机的形式为主。间接循环的核能航空发动机能量效率较高，但内部结构比较复杂，需要携带循环工质，因而其体积更庞大，而且内部循环工质一旦泄漏会带来灾难性后果。

5、从以上背景可以看出，开式循环核能航空发动机技术难度较小，但需解决体积过大的问题。目前现有的开式循环核能航空发动机的核反应堆是一个独立的部件，经传统航空发动机压气机压缩后的高压空气通过核反应堆堆芯加热后再返回航空发动机推动涡轮转动。这样整个做功流程就较长，难以减小体积。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种核能航空发动机结构。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核能航空发动机结构，包括机壳、转轴、压气机、涡轮和控制机构；

3、所述机壳内形成有气流通道，所述机壳的第一端形成进气道，所述机壳的第二端形成出气道，所述进气道以及所述出气道与所述气流通道连通；

4、所述转轴为中空结构，所述转轴安装于所述机壳内；

5、所述压气机安装于所述机壳内，且所述压气机设于所述转轴的第一端上；

6、所述涡轮安装于所述机壳内，且所述涡轮安装于所述转轴的第二端上，所述涡轮包括支撑套以及设于所述支撑套上的至少一个涡轮叶片组，每一层所述涡轮叶片组包括若干个涡轮叶片，每个所述涡轮叶片包括金属外壳以及设于所述金属外壳内的核燃料；

7、所述控制机构包括套筒以及控制棒，所述套筒安装于所述转轴的内腔中，且所述套筒的第二端与所述涡轮相对设置，所述控制棒沿所述套筒的轴向可移动安装于所述套筒中，以控制所述涡轮的工作状态。

8、在一些实施例中，所述涡轮叶片组为多个，多个所述涡轮叶片组沿所述支撑套的轴向布置。

9、在一些实施例中，每个所述涡轮叶片的质量相等。

10、在一些实施例中，所述金属外壳的材料为镍铬合金、钛合金或碳化硅陶瓷基复合材料中的至少一种。

11、在一些实施例中，所述核燃料为二氧化铀陶瓷材料、铀硅弥散体材料或者铀-锆金属材料中的至少一种。

12、在一些实施例中，所述压气机包括至少一个压气机叶片组，每个所述压气机叶片组包括多个压气机叶片。

13、在一些实施例中，所述控制棒与所述套筒螺纹连接。

14、在一些实施例中，所述控制机构还包括与所述套筒连接的驱动电机。

15、在一些实施例中，所述转轴的第二端上还设有尾喷管。

16、在一些实施例中，所述机壳为金属件。

17、实施本实用新型具有以下有益效果：在核能航空发动机结构运行时，由核燃料做成的涡轮叶片因裂变反应产生巨大热量，把前端压气机吸入的空气加热膨胀并高速旋转，同时通过转轴带动压气机转动，把加压的空气加热后通过尾喷管高速喷出。在此过程中，核燃料通过吸入的空气进行冷却，以确保反应堆安全。该核能航空发动机结构采用开始循环的方案，同时把核反应堆和现有航空发动机的设计合二为一，大大简化了整个核能航空发动机技术的复杂性。

技术特征：

1.一种核能航空发动机结构，其特征在于，包括机壳（10）、转轴（20）、压气机（30）、涡轮（40）和控制机构（50）；

2.根据权利要求1所述的核能航空发动机结构，其特征在于，所述涡轮叶片组（42）为多个，多个所述涡轮叶片组（42）沿所述支撑套（41）的轴向布置。

3.根据权利要求1所述的核能航空发动机结构，其特征在于，每个所述涡轮叶片（421）的质量相等。

4.根据权利要求1所述的核能航空发动机结构，其特征在于，所述压气机（30）包括至少一个压气机叶片组，每个所述压气机叶片组包括多个压气机叶片（31）。

5.根据权利要求1所述的核能航空发动机结构，其特征在于，所述控制棒（52）与所述套筒（51）螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的核能航空发动机结构，其特征在于，所述控制机构（50）还包括与所述套筒（51）连接的驱动电机。

7.根据权利要求1所述的核能航空发动机结构，其特征在于，所述转轴（20）的第二端上还设有尾喷管（60）。

8.根据权利要求1所述的核能航空发动机结构，其特征在于，所述机壳（10）为金属件。

技术总结本技术公开一种核能航空发动机结构，包括机壳、转轴、压气机、涡轮和控制机构；压气机设于转轴的第一端上；涡轮安装于转轴的第二端上，涡轮包括支撑套以及若干个涡轮叶片，每个涡轮叶片包括金属外壳以及设于金属外壳内的核燃料。在核能航空发动机结构运行时，由核燃料做成的涡轮叶片因裂变反应产生巨大热量，把前端压气机吸入的空气加热膨胀并高速旋转，同时通过转轴带动压气机转动，把加压的空气加热后通过尾喷管高速喷出。在此过程中，核燃料通过吸入的空气进行冷却，以确保反应堆安全。该核能航空发动机结构采用开始循环的方案，同时把核反应堆和现有航空发动机的设计合二为一，大大简化了整个核能航空发动机技术的复杂性。技术研发人员：崔军,李爽,易昊钰,刘欢受保护的技术使用者：中广核研究院有限公司技术研发日：20231101技术公布日：2024/6/18