[發明專利]組合循環發動機

在審

• 申請號: 201811518697.6
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109441663A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 計自飛;張會強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F02K7/16
• 分類號: F02K7/16
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張婷婷;張向琨

本發明提供了一種組合循環發動機，其包括殼體、中心錐體、燃氣渦輪單元、沖壓燃燒單元、輔助火箭、氧化劑供給單元、燃料供給單元以及尾噴管組件。當組合循環發動機在過渡模態下工作時，由于輔助火箭能夠為組合循環發動機提供推力補充，從而提高了組合循環發動機在過渡模態下的動力性能，由此有效地解決了組合循環發動機在燃氣渦輪模態與沖壓燃燒模態之間的“推力鴻溝”問題。并且，過渡模態下的飛行速度對于輔助火箭的引射來說是最理想的工作條件，從而提高了組合循環發動機的綜合動力性能。此外，本發明的組合循環發動機的結構簡單、魯棒性好。

技術領域

本發明涉及發動機技術領域，尤其涉及一種組合循環發動機。

背景技術

傳統的組合循環發動機包括燃氣渦輪單元和沖壓燃燒單元，且燃氣渦輪單元與沖壓燃燒單元可采用串聯式布局，也可采用并聯布局。對于串聯式布局來說，組合循環發動機難以在馬赫數5.0以上的條件下工作；對于并聯式布局來說，由于燃氣渦輪單元與沖壓燃燒單元在模式轉換點附近(即過渡模態下)性能均較差，因而燃氣渦輪單元與沖壓燃燒單元在過渡模態下存在“推力鴻溝”問題。

目前，為了解決燃氣渦輪單元與沖壓燃燒單元之間的“推力鴻溝”問題，組合循環發動機通常在進氣通道內設置換熱器的方法來擴大燃氣渦輪單元的有效工作范圍，但仍存在系統復雜、魯棒性差、技術成熟度偏低等問題，在短時間內仍無法滿足空天運輸系統對動力系統的需求。

發明內容

鑒于背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種組合循環發動機，其提高了過渡模態下的動力性能，有效地解決了組合循環發動機在燃氣渦輪模態與沖壓燃燒模態之間的“推力鴻溝”問題，且該種類型的組合循環發動機結構簡單、魯棒性好。

為了實現上述目的，本發明提供了一種組合循環發動機，其包括：殼體；中心錐體，設置于殼體內且與殼體形成有空氣入口；燃氣渦輪單元，設置于殼體內并與殼體形成有進氣通道，進氣通道連通于空氣入口，且燃氣渦輪單元具有：第一進氣口，受控連通于進氣通道；以及第一燃燒室，連通于第一進氣口；沖壓燃燒單元，設置于燃氣渦輪單元與殼體之間并具有：第二進氣口，連通于進氣通道；以及第二燃燒室，連通于第二進氣口；輔助火箭，固定設置于燃氣渦輪單元內并沿軸向位于第一燃燒室下游；氧化劑供給單元，連通于輔助火箭；燃料供給單元，受控連通于燃氣渦輪單元的第一燃燒室、沖壓燃燒單元的第二燃燒室以及輔助火箭；以及尾噴管組件，連通于燃氣渦輪單元、沖壓燃燒單元和輔助火箭。其中，設組合循環發動機當前的飛行速度為V，則組合循環發動機的工作過程為：

當0＜V＜V₁時，第一進氣口處于打開狀態、燃料供給單元連通于燃氣渦輪單元的第一燃燒室、且燃料供給單元與沖壓燃燒單元的第二燃燒室和輔助火箭不連通，此時燃料供給單元向第一燃燒室內供入的燃料與經由第一進氣口進入第一燃燒室內的空氣混合燃燒且混合燃燒后的氣體經由尾噴管組件排出、經由第二進氣口進入第二燃燒室內的空氣不參與燃燒并直接經由尾噴管組件排出；

當V₁≤V＜V₂時，第一進氣口處于打開狀態、燃料供給單元連通于燃氣渦輪單元的第一燃燒室和輔助火箭、且燃料供給單元與沖壓燃燒單元的第二燃燒室不連通，此時燃料供給單元向第一燃燒室內供入的燃料與經由第一進氣口進入第一燃燒室內的空氣混合燃燒且混合燃燒后的氣體經由尾噴管組件排出、燃料供給單元向輔助火箭內供入的燃料與經由氧化劑供給單元供入輔助火箭內的氧化劑混合燃燒且混合燃燒后的氣體經由尾噴管組件排出、經由第二進氣口進入第二燃燒室內的空氣不參與燃燒并直接經由尾噴管組件排出；

當V₂≤V時，第一進氣口處于關閉狀態、燃料供給單元連通于沖壓燃燒單元的第二燃燒室、且燃料供給單元與燃氣渦輪單元的第一燃燒室和輔助火箭不連通，此時燃料供給單元向第二燃燒室內供入的燃料與經由第二進氣口進入第二燃燒室內的空氣混合燃燒且混合燃燒后的氣體經由尾噴管組件排出氣。

殼體還設置有：放氣口，受控連通于進氣通道。