[發明專利]發動機

有效

• 申請號: 201310596496.9
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103629011A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 孫朝寬
• 申請（專利權）人: 孫朝寬
• 主分類號: F02K5/00
• 分類號: F02K5/00;F02K1/78
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及發動機技術領域，具體涉及綜合了航空發動機和火箭發動機結構的發動機。

背景技術

渦輪噴氣發動機的渦輪只帶動壓氣機，推力由噴氣的反作用實現。一般多見于早期的戰斗機。渦輪噴氣發動機的渦輪除帶動壓氣機外還帶動外界負載，噴氣幾乎沒有推力，因此退化成了排氣管。渦輪軸發動機已經基本演化成一個熱機，它可以用作直升機、坦克和火車的發動機，或者臨時發電設備，具有功率大，效率高的優點。

渦扇發動機全稱為渦輪風扇發動機（Turbofan）是飛機發動機的一種，由渦輪噴氣發動機（Turbojet）發展而成。與渦輪噴氣比較，主要特點是首級壓縮機的面積大很多，同時被用作為空氣螺旋槳（扇），將部分吸入的空氣通過噴射引擎的外圍向後推。發動機核心部分空氣經過的部分稱為內涵道，僅有風扇空氣經過的核心機外側部分稱為外涵道。渦扇引擎最適合飛行速度400至1,000公里時使用，因此現在多數的飛機引擎都采用渦扇作為動力來源。

渦槳發動機的排氣速度太低推力有限，同時影響飛機提高飛行速度。因此必需提高噴氣發動機的效率。發動機的效率包括熱效率和推進效率（引擎排氣速度與飛行速度之比）兩個部分。提高燃氣在渦輪前的溫度和壓氣機的增壓比（轉速），就可以提高熱效率。因為高溫、高密度的氣體包含的能量要大。但是，在飛行速度不變的前提下，提高渦輪前溫度，意味著提高渦輪葉片以及在同一根軸上的壓氣機的轉速，自然會使排氣速度加大。而流速快的氣體在排出時動能損失大。一般渦噴發動機的排氣速度大多超過音速，而飛機大多數時候是在亞音速飛行。因此，片面的加大熱功率，即加大渦輪前溫度，會導致推進效率的下降。要全面提高發動機效率，必需解決熱效率和推進效率這一對矛盾。

渦輪風扇發動機的妙處，就在于既提高渦輪前溫度，又不增加排氣速度（通過增加低速的排氣流量，降低平均排氣速度）。渦扇發動機的結構，實際上就是渦輪噴氣發動機的后方再增加了1-2級低壓（低速）渦輪，這些渦輪帶動一定數量的風扇，繼續消耗掉一部分渦噴發動機（核心機）的燃氣排氣動能，從而進一步降低燃氣排出速度。風扇吸入的氣流一部分如普通噴氣發動機一樣，送進壓氣機（術語稱“內涵道”），另一部分則直接從渦噴發動機殼外圍向外排出（“外涵道”）。因此，渦扇發動機的燃氣能量被分派到了風扇和燃燒室分別產生的兩種排氣氣流上。這時，為提高熱效率而提高渦輪前溫度，可以通過適當的渦輪結構和增大風扇直徑，使更多的燃氣能量經低壓渦輪驅動風扇傳遞到外涵道氣流，從而避免大幅增加排氣速度。這樣，熱效率和推進效率取得了平衡，發動機的效率得到極大提高。效率高就意味著油耗低，飛機航程變得更遠。但是大風扇直徑增加了發動機的迎風面積，所以涵道比大于0.3以上的渦扇發動機不適合超音速巡航飛行。雖然渦扇發動機降低了排氣速度，但并未降低推力，因為降低排氣速度的同時增加了（外涵）排氣流量。從涵道比的角度看，渦扇發動機是渦噴發動機和渦槳發動機的折中。

渦扇發動機優點:推力大、推進效率高、噪音低、燃油消耗率低，飛機航程遠。缺點:風扇直徑大，迎風面積大，因而阻力大，發動機結構復雜，設計難度大。同時也不能在低氧或無氧環境下使用和提供強大的爆發力。

火箭發動機是噴氣發動機的一種，將推進劑貯箱或運載工具內的反應物（推進劑）變成高速射流，由于牛頓第二運動定律而產生推力。火箭發動機可用于航天器推進，也可用于導彈等在大氣層內飛行。大部分火箭發動機都是內燃機，也有非燃燒形式的發動機。

大部分發動機靠排出高溫高速燃氣來獲得推力，固體或液體推進劑（由氧化劑和燃料組成）在燃燒室中高壓（10-200bar）燃燒產生燃氣。

液體火箭通過泵或者高壓氣體使氧化劑和燃料分別進入燃燒室，兩種推進劑成分在燃燒室混合并燃燒。而固體火箭的推進劑事先混合好放入燃燒室。固液混合火箭使用固體和液體混合的推進劑或氣體推進劑，也有使用高能電源將惰性反應物料送入熱交換機加熱，這就不需要燃燒室。火箭推進劑在燃燒并排出產生推力前通常儲存在推進劑箱中。推進劑一般選用化學推進劑，在經歷放熱化學反應后產生高溫氣體用于火箭推進。

如果給噴嘴提供足夠高的壓力（高于圍壓的2.5至3倍），就會形成噴嘴阻流和超音速射流，大部分熱能轉化為動能，由此增加排氣的速度。在海平面，發動機排氣速度達到音速的十倍并不少見。一部分火箭推力來自燃燒室內壓力的不平衡，但主要還是來自擠壓噴嘴內壁的壓力。排出氣體膨脹（絕熱）時對內壁的壓力是火箭朝向一個方向運動，而尾氣向相反的方向運動。