[發明專利]渦輪沖壓組合發動機沖壓空氣渦輪熱電轉換及預冷方法

有效

• 申請號: 201710025514.6
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106762221B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 黃玥;林曦;欒振業;毛志威;林柯利;彭瀚;朱劍鋒;李愛成
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: F02K7/16
• 分類號: F02K7/16;F01D17/00;F01D25/12;F01D15/10;F02C7/057
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

渦輪沖壓組合發動機沖壓空氣渦輪熱電轉換及預冷方法，涉及組合發動機。提供可滿足高馬赫數飛行時組合發動機飛行器供電需求及實現渦輪發動機進氣道氣流預冷目的，結構簡單，且進氣量可調節，還能減少沖壓噴氣發動機進氣道的溢流阻力的渦輪沖壓組合發動機沖壓空氣渦輪熱電轉換及預冷方法。當飛行馬赫數達到2時，渦輪發動機開始逐漸關閉，沖壓噴氣發動機進氣道打開，沖壓噴氣發動機開始工作；渦輪發動機進氣道完全關閉時，渦輪發動機完全關閉。解決了現有的組合發動機在高超聲速飛行時飛機供電不足，在渦輪發動機與沖壓噴氣發動機同時工作時渦輪發動機壓氣機前氣流溫度過高等問題。

技術領域

本發明涉及組合發動機領域，尤其是涉及一種渦輪沖壓組合發動機沖壓空氣渦輪熱電轉換及預冷方法。

背景技術

寬速域飛行器動力系統不僅要求自由進入臨近空間的能力，還要求高空高速巡航工作能力，同時臨近空間飛行器動力系統應具備高性能、輕質量、高可靠、低成本、長航程、免助推、可重復使用、適應速度范圍寬等其它特點。現有的航空發動機、火箭發動機以及沖壓噴氣發動機由于自身技術原因，均難以滿足上述要求。

通過組合現有成熟動力裝置，實現飛行器寬速域自主飛行，是航空軍事強國近年來研究的熱點，也是我國空天研究領域重要的方向之一。組合循環發動機由低速范圍(Ma0～Ma3)使用的渦輪基發動機和高速范圍(Ma3～Ma5)使用的沖壓噴氣發動機組成，稱為渦輪-沖壓組合發動機(Turbine Based Combined Cycle,TBCC)。TBCC由于它能作為戰術導彈、巡航導彈、靶機、低成本高速飛行試驗平臺、軌道飛行器的第一級推進系統的動力裝置，是我國成為空天軍事強國重要的突破性技術之一，具有重要軍事需求和價值。

現階段渦輪機工作模態轉沖壓模態的推力鴻溝是急需突破的關鍵技術，為了保證模態轉換過程推力的連續性，目前主要通過研制高速渦輪發動機、通過射流預冷技術擴渦輪機包線、強預冷渦輪火箭技術、引射火箭沖壓組合以及連續爆震組合技術等實現。無論采用何種技術，組合發動機的熱管理和能量管理都是其亟待解決的問題。TBCC處于從渦輪發動機工作模態向沖壓噴氣發動機工作模態轉換的過渡階段，渦輪發動機進氣道內的氣流溫度可能會超出壓氣機可承受溫度范圍，導致壓氣機損壞，進而減少渦輪發動機的使用壽命。另外，由于在飛行過程中機載電力能源的供應是由渦輪發動機的部分渦輪功轉化而來的，當飛行器處于沖壓噴氣發動機工作模態時，渦輪發動機不工作，此時機載電力能源的供應即成為了一個需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有的組合發動機在高超聲速飛行時飛機供電不足，在渦輪發動機與沖壓噴氣發動機同時工作時渦輪發動機壓氣機前氣流溫度過高等問題，提供可滿足高馬赫數飛行時組合發動機飛行器供電需求及實現渦輪發動機進氣道氣流預冷目的，結構簡單，且進氣量可調節，還能減少沖壓噴氣發動機進氣道的溢流阻力的渦輪沖壓組合發動機沖壓空氣渦輪熱電轉換及預冷方法。

本發明包括以下步驟：

1)當飛行馬赫數達到2時，渦輪發動機開始逐漸關閉，沖壓噴氣發動機進氣道打開，沖壓噴氣發動機開始工作；

在步驟1)中，所述當飛行馬赫數達到2時，渦輪發動機開始逐漸關閉，沖壓噴氣發動機進氣道打開，沖壓噴氣發動機開始工作的具體步驟如下：

(1)進氣口和出氣口完全打開，引入高溫氣流；

(2)高溫氣流推動沖壓渦輪做功；

(3)做功后的氣流通過出氣口回到渦輪發動機進氣道。

2)渦輪發動機進氣道完全關閉時，渦輪發動機完全關閉。

在步驟2)中，所述渦輪發動機進氣道完全關閉時，渦輪發動機完全關閉的具體步驟如下：

(1)出氣口打開；

(2)高溫氣流推動沖壓渦輪做功；