一种发动机和飞行器

本申请属于发动机，具体涉及一种发动机和飞行器。

背景技术：

1、随着科技的发展，空天发动机历经百余年发展，形成三大分支：航空涡轮发动机、火箭发动机、冲压发动机。因技术成熟度高，这三类发动机在各自领域应用广泛，但很难跨领域使用。涡轮发动机在高马赫数巡航时效率极低；火箭发动机比冲小、推进剂消耗大，很难长时间运行；冲压发动机无法实现零速启动。然而，空天产业的进一步发展，要求动力系统必须满足宽速域（马赫数0-6及更高）、大空域（0-30km及更高）连续高效工作且可重复使用。显然，上述三类发动机很难直接满足该要求，人们很自然地想到将其适当组合，即组合式发动机。

2、然而，现有的组合式发动机虽然各有特点，但都无法高效解决“推力陷阱（2-4马赫）”难题，很难实现0-6马赫连续高效可重复工作。

技术实现思路

1、本申请旨在提供一种发动机和飞行器，以解决现有的组合发动机无法高效解决“推力陷阱”难题，很难实现0-6马赫连续高效可重复工作的问题。

2、为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

3、第一方面，本申请公开了一种发动机，用于飞行器，所述发动机包括：依次设置的进气系统、预冷增压系统、涡轮增压系统、冲压燃烧系统以及排气系统；

4、所述发动机至少具有第一涵道和第二涵道，所述第一涵道至少形成于所述预冷增压系统，所述第二涵道至少形成于所述冲压燃烧系统和所述涡轮增压系统；

5、所述发动机具有第一工作模态、第二工作模态以及第三工作模态；

6、其中，在所述第一工作模态，所述预冷增加系统关闭，来流空气经所述第二涵道进入所述涡轮增压系统增压后，分别在所述涡轮增压系统和所述冲压燃烧系统内燃烧成为燃气，最后在排气系统膨胀产生推力；在所述第二工作模态，来流空气经所述第一涵道进入所述预冷增压系统预冷增压后，再进入所述涡轮增压系统增压，并分别在所述涡轮增压系统和所述冲压燃烧系统内燃烧成为燃气，最后在排气系统膨胀产生推力；在所述第三工作模态，来流空气经所述第二涵道直接进入所述冲压燃烧系统成为燃气，最后在排气系统膨胀产生推力。

7、可选地，所述发动机的工作模态与所述飞行器的飞行速度对应；其中，

8、在所述飞行器的速度为0-2马赫的情况下，所述发动机以所述第一工作模态工作，在所述飞行器的速度为2-4马赫的情况下，所述发动机以所述第二工作模态工作，在所述飞行器的速度为4-6马赫的情况下，所述发动机以所述第三工作模态工作。

9、可选地，所述发动机还包括：设置于所述第一涵道的第一开关、设置于所述第二涵道的第二开关以及设置于所述第一涵道和所述第二涵道之间的第三开关；其中，

10、在所述第一工作模态，所述第一开关闭合，控制所述第一涵道关闭，所述第二开关打开，控制所述第二涵道打开，所述第三开关打开，控制所述第一涵道和所述第二涵道连通；

11、在所述第二工作模态，所述第一开关打开，控制所述第一涵道打开，所述第二开关闭合，控制所述第二涵道关闭，所述第三开关闭合，断开所述第一涵道和所述第二涵道之间的连接；

12、在所述第三工作模态，所述第一开关闭合，控制所述第一涵道关闭，所述第二开关打开，控制所述第二涵道打开，所述第三开关闭合，断开所述第一涵道和所述第二涵道之间的连接。

13、可选地，所述第一开关、所述第二开关靠近所述进气系统的出口，所述第三开关设置在所述预冷增压系统与所述涡轮增压系统之间。

14、可选地，所述预冷增压系统包括：依次连接的预冷风扇、换热器以及低压压气机；其中，

15、所述预冷风扇靠近所述进气系统的出口。

16、可选地，所述预冷风扇与所述低压压气机通过驱动轴连接，所述预冷风扇用于驱动所述低压压气机工作。

17、可选地，所述涡轮增压系统包括依次连接的高压压气机、主燃烧室以及涡轮；其中，

18、所述高压压气机靠近所述预冷增压系统的出口。

19、可选地，所述涡轮与所述高压压气机通过驱动轴连接，所述涡轮用于驱动所述高压压气机工作。

20、可选地，所述冲压燃烧系统包括：冲压燃烧室以及所述高压压气机；其中，所述冲压燃烧室与所述高压压气机的出口连接。

21、可选地，所述排气系统包括：第一尾喷管以及第二尾喷管；其中，

22、所述第一尾喷管与所述涡轮连接，所述第二尾喷管与所述冲压燃烧室连接。

23、第二方面，本申请还公开了一种飞行器，所述飞行器包括：上述任一项所述的发动机。

24、本申请实施例中，由于所述发动机可以包括进气系统、预冷增压系统、涡轮增压系统、冲压燃烧系统以及排气系统，且可在所述第一工作模态、第二工作模态以及第三工作模态之间切换。其中，在所述第一工作模态，来流空气可以经所述涡轮增压系统增压后可分别在所述涡轮增压系统和所述冲压燃烧系统内燃烧成为燃气，最后在排气系统膨胀产生推力，以解决现有的冲压发动机无法实现零速启动的问题。在所述第二工作模态，来流空气可以经所述预冷增压系统预冷增压后，再进入所述涡轮增压系统增压，并分别在所述涡轮增压系统和所述冲压燃烧系统内燃烧成为燃气，最后在排气系统膨胀产生推力，以解决现有的组合发动机存在的“推力陷阱”的难题。在所述第三工作模态，所述来流空气经所述第二涵道直接进入所述冲压燃烧系统成为燃气，最后在排气系统膨胀产生推力，以实现高马赫飞行。也即，本申请实施例所述的发动机可以解决零速启动并跨越“推力陷阱”的难题，实现连续高效可重复低成本的运行。

25、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种发动机，用于飞行器，其特征在于，所述发动机包括：依次设置的进气系统（10）、预冷增压系统（20）、涡轮增压系统（30）、冲压燃烧系统（40）以及排气系统（50）；

2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述发动机的工作模态与所述飞行器的飞行速度对应；其中，

3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括：设置于所述第一涵道（60）的第一开关（61）、设置于所述第二涵道（70）的第二开关（71）以及设置于所述第一涵道（60）和所述第二涵道（70）之间的第三开关（72）；其中，

4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述第一开关（61）、所述第二开关（71）靠近所述进气系统（10）的出口，所述第三开关（72）设置在所述预冷增压系统（20）与所述涡轮增压系统（30）之间。

5.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述预冷增压系统（20）包括：依次连接的预冷风扇（21）、换热器（22）以及低压压气机（23）；其中，

6.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于，所述预冷风扇（21）与所述低压压气机（23）通过驱动轴连接，所述预冷风扇（21）用于驱动所述低压压气机（23）工作。

7.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述涡轮增压系统（30）包括依次连接的高压压气机（31）、主燃烧室（32）以及涡轮（33）；其中，

8.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，所述涡轮（33）与所述高压压气机（31）通过驱动轴连接，所述涡轮（33）用于驱动所述高压压气机（31）工作。

9.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，所述冲压燃烧系统（40）包括：冲压燃烧室（41）以及所述高压压气机（31）；其中，所述冲压燃烧室（41）与所述高压压气机（31）的出口连接。

10.根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，所述排气系统（50）包括：第一尾喷管（51）以及第二尾喷管（52）；其中，

11.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括：权利要求1至10任一项所述的发动机。

技术总结本申请实施例提供了一种发动机和飞行器。所述发动机包括：进气系统、预冷增压系统、涡轮增压系统、冲压燃烧系统以及排气系统；发动机具有第一工作模态、第二工作模态以及第三工作模态；在第一工作模态，来流空气进入涡轮增压系统增压后，分别在涡轮增压系统和冲压燃烧系统内燃烧成为燃气，最后在排气系统膨胀产生推力；在第二工作模态，来流空气经预冷增压系统预冷增压后，再进入涡轮增压系统增压，并分别在涡轮增压系统和冲压燃烧系统内燃烧成为燃气，最后在排气系统膨胀产生推力；在第三工作模态，来流空气经冲压燃烧系统燃烧成为燃气，最后在排气系统膨胀产生推力。所述发动机零速启动并跨越“推力陷阱”的难题，实现连续高效运行。技术研发人员：兰旭东,许航瑞,林威全受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2