一种具备高原环境适应性的涡喷发动机

本发明涉及涡喷发动机，尤其是涉及一种具备高原环境适应性的涡喷发动机。

背景技术：

1、随着航空技术发展及科技水平进步，微型涡喷发动机(micro turbine engine，mte)以产能效率高，成本低，结构简单等优点，在民用及军事领域得到广泛应用。由于高原地区气候条件与平原地区差别很大：海拔每升高1000米，大气压力下降超10％，含氧量下降约11％；海拔越高，大气压力下降越快。海拔在4000米时，空气含氧量是182.08g/m3，大气压为61.3kpa，分别是平原地区的60.8％和60.6％，比平原地区低了三分之一多。高原地区气候特点高原环境下气候呈现出“低压低氧”这一特征，表现为气压低，氧气少。因此，一般按照平原设计的微型涡喷发动机很难适应高原低压低氧环境。在平原正常使用的微型涡喷发动机，到高原地区后常出现起动难、起动过程中热悬挂/冷悬挂、排气超温、起动失速、点火失败，燃烧效率低、功率不足、油耗大，燃烧不充分、排放高、冒黑烟等问题。微型涡喷发动机在海拔4000米以上地区运行时，上述问题尤为突出。发动机是战鹰的“心脏”，如果无法起动，价值数亿元的战机就是废铁一堆。但对于我国来说，微型涡喷发动机是我国研制军用、民用无人机、导弹的主要技术瓶颈之一，因此，研制具有“中国心”的高原型微型涡喷发动机是提高我国无人机、导弹在高原地区的飞行性能、打破我国微型涡喷发动机长期以来高度依靠进口的关键。

2、从高原低压低氧环境下燃料燃烧特性来看，其主要表现为燃烧速率慢、燃烧效率低、火焰温度低、辐射热通量低、火焰热释放率小、火焰宽度小，火焰高度低和碳黑生成少等特征。因此，这也给高原环境下微型涡喷发动机燃烧室研制带来很大的技术挑战，其中之一就是如何进行可靠点火及地面起动。顺利地点火、可靠地起动是微型涡喷发动机一个重要的过渡过程，该过程需要在压气机不喘振、涡轮前温度不超标的前提下将微型涡喷发动机转速从零加速到慢车转速。但是，随着海拔高度增加，燃烧室进气条件恶化，微型涡喷发动机起动也变得越来越难。特别是在高原地区，微型涡喷发动机起动时燃烧室进口的压力、温度和空气流量都会低于平原地区，会造成微型涡喷发动机起动性能变差，出现超温、悬挂等问题，导致起动失败。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，通过两级燃烧室对压气机输送的气体进行加热，从而客服高原环境启动困难的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，包括外罩筒、进气管、压气机、透平轴、涡轮、尾喷管、内管轴，透平轴穿过内管轴，透平轴的两端分别与压气机和涡轮相连接，还包括设置于内管轴与外罩筒之间的燃烧器，燃烧器包括内环板、顶环板、外环板和若干个供油装置，内环板、顶环板和外环板上设置有若干进风孔，燃烧器内依次设置有第一燃烧室、第二燃烧室、气体膨胀室、泄压室，若干个供油装置呈环状均匀设置于外环板的外围，供油装置伸入第一燃烧室和第二燃烧室中。

3、优选的，燃烧器的轴线与外罩筒的轴线、内管轴的轴线重合，内环板环绕内管轴设置，顶环板垂直于内环板的轴线，内环板的前端与顶环板的内边缘相连接，顶环板的外边缘与外环板的前端相连接，外环板包括依次连接的第一进风环板、第一连接环板、第二进风环板、第二连接环板、外束环板、固定环板，第一进风环板和第二进风环板均相对于内环板的轴线向外倾斜。

4、优选的，内环板包括依次设置的前段、中段、后段、尾段，内环板上的进风孔设置有若干排，每一排的进风孔以内管轴的轴线为中心线呈环形分布，进风孔分布在内环板的前段尾部和内环板的中段全部。

5、优选的，第一燃烧室由顶环板、第一进风环板、第一连接环板、内环板的前段组成，顶环板的外边缘与第一进风环板的前端边缘相连接，顶环板与第一进风环板的夹角大于90°，第一进风环板后端边缘与第一连接环板的前端边缘相连接，第一进风环板与第一连接环板的夹角为小于120°的钝角。

6、优选的，第二燃烧室由第二进风环板、第二连接环板、内环板的中段组成，第二进风环板的前端边缘与第一连接环板的后端边缘相连接，第二连接环板的前端边缘与第二进风环板的后端边缘相连接，第二进风环板与第一进风环板平行，第二连接环板与第一连接环板平行，第二进风环板的长度大于第一进风环板的长度，第二连接环板的长度小于第一连接环板的长度。

7、优选的，气体膨胀室由外束环板和内环板的后段组成，外束环板的前端边缘与第二连接环板的后端边缘相连接。

8、优选的，泄压室由固定环板与内环板的尾段构成，固定环板的前端边缘外束环板的后端边缘相连接，固定环板与内管轴平行，固定环板后段边缘与外罩筒固定连接，内环板的后端边缘位于涡轮的前方。

9、优选的，供油装置包括供油主管、第一支路、第二支路、喷油嘴，第一支路和第二支路均与供油主管连通，第一支路和第二支路的末端均设置有喷油嘴，第一支路末端的喷油嘴穿过第一连接环板并伸入第一燃烧室内，第二支路末端的喷油嘴穿过第二连接环板并深入第二连接室内，第一支路与第二支路之间的供油主管上设置有截流阀。

10、优选的，供油装置包括第一独立管路、第二独立管路、截流阀、喷油嘴，第一独立管路和第二独立管路上分别设置有截流阀，第一独立管路的末端设置有喷油嘴并伸入第一燃烧室中，第二独立管路的末端设置有喷油嘴并伸入第二燃烧室中。

11、优选的，喷油嘴包括连接管头和喷头，连接管头的一端与第一支路、第二支路或第一独立管路、第二独立管路连通，连接管头的另一端与喷头的侧面中部连通，喷头为圆柱状，喷头的两端具有主喷油孔，喷头的侧面具有副喷油孔。

12、因此，本发明采用上述结构的一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，通过第一燃烧室对压缩气体进行初步燃烧，以实现燃烧器预热，通过第二燃烧室对压缩气体进行充分燃烧，燃烧产生的气体经过气体膨胀室后，从泄压室吹向涡轮，涡轮转动，空气对发动机产生向前的推力。通过两级燃烧对燃油的充分燃烧，提高燃烧效率；通过将燃烧器的整体分隔成依次相连的舱室，由前室为后室加温加压，作为主燃烧室的第二燃烧室，能够避免因高原环境下燃烧室进口的压力、温度和空气流量都会低于平原地区而出现的点火困难、涡轮温度超标等问题。

13、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，包括外罩筒、进气管、压气机、透平轴、涡轮、尾喷管、内管轴，透平轴穿过内管轴，透平轴的两端分别与压气机和涡轮相连接，其特征在于：还包括设置于内管轴与外罩筒之间的燃烧器，燃烧器包括内环板、顶环板、外环板和若干个供油装置，内环板、顶环板和外环板上设置有若干进风孔，燃烧器内依次设置有第一燃烧室、第二燃烧室、气体膨胀室、泄压室，若干个供油装置呈环状均匀设置于外环板的外围，供油装置伸入第一燃烧室和第二燃烧室中。

2.根据权利要求1所述的一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，其特征在于：燃烧器的轴线与外罩筒的轴线、内管轴的轴线重合，内环板环绕内管轴设置，顶环板垂直于内环板的轴线，内环板的前端与顶环板的内边缘相连接，顶环板的外边缘与外环板的前端相连接，外环板包括依次连接的第一进风环板、第一连接环板、第二进风环板、第二连接环板、外束环板、固定环板，第一进风环板和第二进风环板均相对于内环板的轴线向外倾斜。

3.根据权利要求2所述的一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，其特征在于：内环板包括依次设置的前段、中段、后段、尾段，内环板上的进风孔设置有若干排，每一排的进风孔以内管轴的轴线为中心线呈环形分布，进风孔分布在内环板的前段尾部和内环板的中段全部。

4.根据权利要求3所述的一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，其特征在于：第一燃烧室由顶环板、第一进风环板、第一连接环板、内环板的前段组成，顶环板的外边缘与第一进风环板的前端边缘相连接，顶环板与第一进风环板的夹角大于90°，第一进风环板后端边缘与第一连接环板的前端边缘相连接，第一进风环板与第一连接环板的夹角为小于120°的钝角。

5.根据权利要求4所述的一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，其特征在于：第二燃烧室由第二进风环板、第二连接环板、内环板的中段组成，第二进风环板的前端边缘与第一连接环板的后端边缘相连接，第二连接环板的前端边缘与第二进风环板的后端边缘相连接，第二进风环板与第一进风环板平行，第二连接环板与第一连接环板平行，第二进风环板的长度大于第一进风环板的长度，第二连接环板的长度小于第一连接环板的长度。

6.根据权利要求5所述的一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，其特征在于：气体膨胀室由外束环板和内环板的后段组成，外束环板的前端边缘与第二连接环板的后端边缘相连接。

7.根据权利要求6所述的一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，其特征在于：泄压室由固定环板与内环板的尾段构成，固定环板的前端边缘外束环板的后端边缘相连接，固定环板与内管轴平行，固定环板后段边缘与外罩筒固定连接，内环板的后端边缘位于涡轮的前方。

8.根据权利要求7所述的一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，其特征在于：供油装置包括供油主管、第一支路、第二支路、喷油嘴，第一支路和第二支路均与供油主管连通，第一支路和第二支路的末端均设置有喷油嘴，第一支路末端的喷油嘴穿过第一连接环板并伸入第一燃烧室内，第二支路末端的喷油嘴穿过第二连接环板并深入第二连接室内，第一支路与第二支路之间的供油主管上设置有截流阀。

9.根据权利要求7所述的一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，其特征在于：供油装置包括第一独立管路、第二独立管路、截流阀、喷油嘴，第一独立管路和第二独立管路上分别设置有截流阀，第一独立管路的末端设置有喷油嘴并伸入第一燃烧室中，第二独立管路的末端设置有喷油嘴并伸入第二燃烧室中。

10.根据权利要求8或9所述的一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，其特征在于：喷油嘴包括连接管头和喷头，连接管头的一端与第一支路、第二支路或第一独立管路、第二独立管路连通，连接管头的另一端与喷头的侧面中部连通，喷头为圆柱状，喷头的两端具有主喷油孔，喷头的侧面具有副喷油孔。

技术总结本发明公开了一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，涉及涡喷发动机技术领域，包括外罩筒、进气管、压气机、透平轴、涡轮、尾喷管、内管轴，透平轴穿过内管轴，透平轴的两端分别与压气机和涡轮相连接，还包括设置于内管轴与外罩筒之间的燃烧器，燃烧器包括内环板、顶环板、外环板和若干个供油装置，内环板、顶环板和外环板上设置有若干进风孔，燃烧器内依次设置有第一燃烧室、第二燃烧室、气体膨胀室、泄压室，若干个供油装置呈环状均匀设置于外环板的外围，供油装置伸入第一燃烧室和第二燃烧室中。本发明采用上述结构的一种具备高原环境适应性的涡喷发动机，通过两级的燃烧室对压气机输送的气体进行加热，从而客服高原环境启动困难的问题。技术研发人员：江平,言林,王熙文,于小兵,付明桃,李锦添,许珈铭,吴泽俊,李怡庆,盛志强,孙海俊,周志坛,何小民受保护的技术使用者：南昌航空大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26