[發(fā)明專利]一種蒸汽循環(huán)輔助的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庋h(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810213358.0
• 申請(qǐng)日: 2018-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN108547668A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳謙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吳謙
• 主分類號(hào): F01D5/18
• 分類號(hào): F01D5/18;F01K21/04;G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.本發(fā)明揭示一種蒸汽循環(huán)輔助的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庋h(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。其特征在于，燃?xì)庋h(huán)結(jié)構(gòu)保持不變，增加了水蒸汽循環(huán)。如表1所示，水蒸汽循環(huán)有獨(dú)立的工質(zhì)，有獨(dú)立的熱源，有獨(dú)立的壓氣機(jī)，獨(dú)立的靜葉，和燃?xì)庋h(huán)分享的動(dòng)葉。在燃?xì)庋h(huán)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)，幾乎沒有增加重量，沒有多占用空間。新的熱力系統(tǒng)是以燃?xì)庋h(huán)為主的高效一體機(jī)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽循環(huán)輔助的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庋h(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，蒸汽循環(huán)是讓飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)攜帶一定重量的水，通過高壓的壓氣機(jī)壓力，把水從噴嘴噴入封閉式的離心壓縮機(jī)葉輪內(nèi)；水在離心壓縮機(jī)保持液體，在離心壓縮機(jī)葉輪的作用下，水送到葉片的內(nèi)部；水在高壓透平(HPT)葉片內(nèi)部的流道上加熱蒸發(fā)，膨脹做功并且從葉片出氣邊噴出。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽循環(huán)輔助的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庋h(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，獨(dú)特的蒸汽循環(huán)壓氣機(jī)：把隔熱的擋板(front cover plate)設(shè)計(jì)成離心壓縮機(jī)葉輪。主要是利用隔熱的擋板的曲面圓形形狀，原有的隔熱的擋板變成曲面圓形封閉式離心壓縮機(jī)葉輪。封閉式離心壓縮機(jī)葉輪和HPT葉輪之間為冷卻空氣通道。離心壓縮機(jī)葉輪作為高壓轉(zhuǎn)子的一部分和高壓透平(HPT)一起同步旋轉(zhuǎn)。這個(gè)離心壓縮機(jī)葉輪也起隔熱的擋板作用。水在離心壓縮機(jī)的作用下和部分冷卻空氣混合形成氣液兩相流的水霧并把水霧擠入葉片的根部。如果商業(yè)飛機(jī)高壓轉(zhuǎn)子有兩級(jí)葉輪，可以使用兩個(gè)離心壓縮機(jī)葉輪，也可以共用一個(gè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽循環(huán)輔助的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庋h(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，獨(dú)特的蒸汽循環(huán)噴嘴和靜葉：水在葉片內(nèi)的水冷通道(相當(dāng)于靜葉)受高壓透平葉片高溫加熱蒸發(fā)膨脹。在蒸氣主要通過噴氣葉片出氣邊(trailing edge)噴嘴噴出，增加發(fā)動(dòng)機(jī)推力。另一部分水蒸汽從葉片表面發(fā)汗蒸發(fā)帶走熱量。這個(gè)噴氣葉片既是燃?xì)庋h(huán)的動(dòng)葉葉片，也是蒸汽循環(huán)的靜葉噴嘴和發(fā)動(dòng)式動(dòng)葉片。水冷通道可以設(shè)計(jì)成流道截面變化的以反映水蒸氣膨脹。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽循環(huán)輔助的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庋h(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，葉片表面有兩種類型的孔，一個(gè)是為了空氣氣膜冷卻用的，一個(gè)是為了水蒸氣發(fā)散冷卻用的。發(fā)散冷卻用的是一種盲孔，它的盲端是由葉片的多孔隔熱陶瓷材料(thermalbarrier coatings)組成。在離心力壓力和毛細(xì)管現(xiàn)象的作用下。這部分水蒸汽從葉片表面蒸發(fā)帶走熱量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽循環(huán)輔助的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庋h(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，離心壓縮機(jī)葉輪的水和空氣流量比較關(guān)鍵。水在離心壓縮機(jī)的作用下和部分冷卻空氣混合形成氣液兩相流。氣液兩相流必須設(shè)計(jì)成一空氣為主流體，液體占一定的體積比(volume faction)。由于水的密度大，在離心力的作用下和空氣分層，使得更多的水?dāng)D入葉片的水孔是設(shè)計(jì)要求之一。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽循環(huán)輔助的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庋h(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，離心壓縮機(jī)葉輪的水的流量必須滿足：水在離心壓縮機(jī)內(nèi)保持液體；水葉片中的全部蒸發(fā)的蒸發(fā)量來確定；水不可以以液體形式從葉片噴出。水流量太大，離心壓縮機(jī)消耗功率太多，水在噴氣葉片來不及蒸發(fā)。水流量太小，葉輪溫度過高，水在離心泵葉輪就蒸發(fā)完了。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽循環(huán)輔助的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庋h(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，整個(gè)蒸汽循環(huán)的設(shè)計(jì)過程中最核心的是使用ANSYS CFX或Fluent。

三維流體力學(xué)計(jì)算，其中包括

第一，離心壓縮機(jī)的氣液兩相流流體力學(xué)計(jì)算CFD。

第二，水蒸汽通過多孔介質(zhì)的流體計(jì)算。

第三，氣膜冷卻和發(fā)汗冷卻混合的葉片表面換熱計(jì)算。

第四，噴射葉片空氣動(dòng)力學(xué)反作用力計(jì)算。