[發明專利]一種緊湊型渦電發動機、混合電推進系統、電動飛行器

在審

• 申請號: 202210988554.1
• 申請日: 2022-08-17
• 公開（公告）號: CN115370478A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 黃興;羅瀟;李偉;曹俊
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: F02C3/04
• 分類號: F02C3/04;F02C7/268;F02C6/00;F02C6/20
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 顏漢華

本發明公開了一種緊湊型渦電發動機、混合電推進系統、電動飛行器，其取消了傳統渦軸發動機軸和發電機軸之間的連接機構，而是采用中心拉桿作為單轉子軸的同時也作為電機軸，整個轉子系統僅通過起發電機的軸承進行支承，而發動機轉子系統則采用懸臂式結構進行支承，通過采用發電機支承、發動機不支承的整體支承布局方式以及發動機軸與發電機軸共用中心拉桿的單轉子結構方式，形成了短跨距的緊湊式渦電發動機，大大降低了發動機的結構復雜度并大幅縮短了系統支承的軸向距離，結構十分緊湊，整體重量和尺寸大大減小，有利于電動飛行器的小型化設計，并且軸承位于前端，便于布置滑油冷卻系統且可以大大減少滑油消耗量。

技術領域

本發明涉及渦電發動機技術領域，特別地，涉及一種緊湊型渦電發動機，另外，還特別涉及一種采用上述緊湊型渦電發動機的混合電推進系統，另外，還涉及一種采用上述混合電推進系統的電動飛行器。

背景技術

電動飛機正成為航空業發展的趨勢，由于目前的技術水平不足以發展全電飛行器，混合電推進系統成為一種較優的技術選擇，混電系統通常采用渦輪電發動機(簡稱渦電發動機)+電池系統組合形成，工作模式為渦電發動機恒定狀態工作+電池系統調峰的模式，因為目前混合電推進系統使用的飛行包線(高度、速度)較窄，在采用電池系統調峰的條件下，可使得渦電發動機的工作狀態可以保持恒定狀態工作。其中，目前的渦電發動機大多基于現有的渦軸發動機簡單改制而成，具體采用現有的渦軸發動機及發電機，通過在發動機轉軸與電機轉軸之間布置減速裝置進行連接。而現有的渦軸發動機由于要適應于多工況，通常采用調整燃氣渦輪轉速+恒定動力渦輪轉速的模式，以使得多工況工作下具有良好的性能，為了實現燃氣渦輪轉速和動力渦輪轉速的分開控制，渦軸發動機需采用雙轉子結構。如圖1所示，渦軸發動機采用壓氣機1、燃燒室2、燃氣渦輪3和動力渦輪4串行布局，發動機支承的軸向距離較長，壓氣機1與動力渦輪4共用一根轉子軸，燃燒室2與燃氣渦輪3共用一根轉子軸，當采用高壓比的壓氣機1時，其燃氣渦輪3與動力渦輪4的總級數不低于3級，結構較為復雜。

因此，現有的渦電發動機由于基于現有渦軸發動機簡單改制而成，渦軸發動機的雙轉子結構較為復雜、軸向支承距離較長，且需對燃氣渦輪轉子及動力渦輪分別設置支承結構(含軸承、軸承腔供油及回油結構、密封結構等)，后期使用維護難度大，從而導致渦電發動機的結構十分復雜、重量和尺寸較大，不利于電動飛行器的小型化設計。而且，混合電推進系統中渦電發動機的工作狀態恒定，渦軸發動機的多工況工作性能與渦電發動機的恒定工作狀態需求不相匹配，浪費了渦軸發動機的多工況工作性能。因此，急需一種結構簡單且緊湊的渦電發動機，以滿足混合動力飛行器推進系統的發展需求。

發明內容

本發明提供了一種緊湊型渦電發動機、混合電推進系統、電動飛行器，以解決現有渦電發動機存在的結構復雜、尺寸和重量較大的的技術問題。

根據本發明的一個方面，提供一種緊湊型渦電發動機，包括起發電機、壓氣機進口導葉、單離心壓氣機、壓氣機擴壓器、燃燒室、渦輪、渦輪排氣導葉和中心拉桿，所述起發電機、單離心壓氣機和渦輪沿所述中心拉桿的軸向依次設置，所述起發電機、單離心壓氣機和渦輪的轉子件均固定安裝在所述中心拉桿上，且所述單離心壓氣機的轉子件與所述渦輪的轉子件連接以實現扭矩傳遞，所述起發電機的靜子件通過軸承支承在其轉子件上，所述壓氣機進口導葉位于在所述單離心壓氣機的進氣端，所述壓氣機擴壓器位于所述單離心壓氣機的排氣端和所述燃燒室的進氣端之間，所述渦輪位于所述燃燒室的排氣端，所述渦輪排氣導葉位于所述渦輪的排氣端。

進一步地，所述中心拉桿的前后兩端均設置有鎖緊螺母，用于對所述單離心壓氣機、渦輪進行軸向預緊和定位。

進一步地，所述渦輪包括向心渦輪和軸流渦輪，所述向心渦輪位于所述燃燒室和軸流渦輪之間。

進一步地，所述單離心壓氣機的轉子件與所述渦輪的轉子件之間通過端齒連接或者花鍵連接。

進一步地，所述起發電機的靜子件前端通過滾珠軸承進行支承，靜子件后端通過滾棒軸承進行支承。