本發(fā)明涉及一種適合在大氣層內(nèi)使用，以噴氣產(chǎn)生推力的噴氣發(fā)動機(jī)，具體涉及一種雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)。

背景技術(shù)：

噴氣發(fā)動機(jī)是一種以氣體為工質(zhì)，用燃料加熱，產(chǎn)生高速氣體噴出形成推力，推動航行器前進(jìn)的動力裝置。

噴氣發(fā)動機(jī)大多運(yùn)用于航行器。評定噴氣發(fā)動機(jī)性能的指標(biāo)包括：推力f、單位推力fs、推重比fg、單位迎面推力afs、單位燃料消耗率sfc、發(fā)動機(jī)的熱效率ηt、發(fā)動機(jī)的推進(jìn)效率ηp、發(fā)動機(jī)的總效率η∑(＝ηt×ηp)。

通常，在大氣層內(nèi)，航行器的速度在馬赫數(shù)m＜0.6～0.9時(shí)，使用有內(nèi)外涵道的(加力或不加力的)渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)或槳扇發(fā)動機(jī)，這種發(fā)動機(jī)比純噴氣的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的排氣流量大而噴氣速度低，因而，其推進(jìn)效率與在馬赫數(shù)m＜0.6的速度下，發(fā)動機(jī)效率最高的渦輪軸螺旋槳發(fā)動機(jī)相當(dāng)，超過了渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的推進(jìn)效率，推重比高出渦輪噴氣發(fā)動機(jī)20～30％，燃料消耗率低于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)30～40％。在亞音速(m＜1.0)條件下，渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的推進(jìn)效率最低。當(dāng)航行器速度超過音速后(m＞1.0)，渦扇或槳扇發(fā)動機(jī)由于迎風(fēng)面積過大從使發(fā)動機(jī)的推進(jìn)效率開始降低；與此相反，渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的推進(jìn)效率則迅速提升，即使在馬赫數(shù)m＝2.5～3.0范圍內(nèi)，渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的推進(jìn)效率仍然可以達(dá)到90％。在航行器更高的速度(m＞3.0～3.5)下，隨著飛行器的速度提高，渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的性能變壞，以致在飛行速度超過m＞3.5～4.0時(shí)，放棄渦輪噴氣發(fā)動機(jī)而采用無旋轉(zhuǎn)部件的沖壓發(fā)動機(jī)，這種發(fā)動機(jī)要在一定速度下才能工作，因此出現(xiàn)了渦輪沖壓、火箭沖壓等多種組合方式的組合沖壓發(fā)動機(jī)。

每種類型的噴氣發(fā)動機(jī)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍。渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)或槳扇發(fā)動機(jī)在亞音速范圍內(nèi)工作，推重比高、耗油率低，但在超音速工作時(shí)，性能快速下降；渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，可在m＜3.0～3.5較寬速度范圍工作，但耗油率較高、推重比?。粵_壓發(fā)動機(jī)沒有旋轉(zhuǎn)部件，結(jié)構(gòu)簡單，易實(shí)現(xiàn)提高熱機(jī)效率的高溫?zé)嵩礈囟?，但低速時(shí)需和其它發(fā)動機(jī)協(xié)同工作。不論那種類型的噴氣發(fā)動機(jī)，實(shí)現(xiàn)大推重比、高效率、高可靠性是發(fā)展目標(biāo)。在應(yīng)用中，由于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的使用速度范圍寬，是使用最為廣泛的噴氣發(fā)動機(jī)，因此，大幅度提高其單位推力、推重比和可靠性，降低燃料消耗率是渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的發(fā)展方向。

空氣噴氣發(fā)動機(jī)是按照熱力學(xué)循環(huán)以氣體為工質(zhì)、將熱能轉(zhuǎn)化為動能的的熱機(jī)。單位循環(huán)功越大、循環(huán)效率越高，熱機(jī)的性能就越好。理論上，空氣噴氣發(fā)動機(jī)是一個(gè)定壓加熱的熱力循環(huán)，循環(huán)效率僅由氣體的壓縮比決定，氣體的增壓比越大，熱機(jī)的循環(huán)效率就越高；在壓縮比一定時(shí)，氣體被燃燒加熱后燃?xì)獾臏囟仍礁撸瑔挝谎h(huán)功就越大。在實(shí)際應(yīng)用中，受材料、工藝技術(shù)水平的限制，渦輪前被燃燒加熱后燃?xì)獾淖罡邷囟仁艿较拗?，這種情況下，隨著增壓比的提高，熱效率不斷提高；增壓比在從小到大增加過程中，熱力循環(huán)的單位功率經(jīng)歷了先是增加、到達(dá)最大功率后開始下降的變化；對應(yīng)每一個(gè)燃燒后的最高燃?xì)鉁囟?，都有一個(gè)最佳增壓比，這時(shí)循環(huán)功最大，產(chǎn)生的推力也最大。因此，在設(shè)計(jì)中，采用在最高允許的燃?xì)鉁囟认?，確定最大功率時(shí)的最佳增壓比的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣的熱機(jī)，循環(huán)功和效率都僅由燃?xì)獾淖罡邷囟葲Q定，燃?xì)獾淖罡邷囟仍酱螅瑹釞C(jī)循環(huán)效率和循環(huán)功就越大。提高渦輪發(fā)動機(jī)的最高燃?xì)鉁囟仁翘岣甙l(fā)動機(jī)性能的關(guān)鍵。

根據(jù)渦輪材料、工藝技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，目前，渦輪噴氣發(fā)動機(jī)渦輪前允許的最高燃?xì)鉁囟燃s1700k左右，要大幅度提高渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的推力、推重比、效率，降低燃料消耗率等性能，如果沒有新型發(fā)動機(jī)出現(xiàn)，就只能依從于高溫材料、高溫部件的隔熱和散熱等方面的發(fā)展來提高，延緩了噴氣發(fā)動機(jī)性能的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供采用渦輪發(fā)動機(jī)與無渦輪噴氣發(fā)動機(jī)結(jié)合，構(gòu)成一種適合在大氣層內(nèi)使用，以噴氣產(chǎn)生推力的雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)，包括可調(diào)進(jìn)氣道、多級壓氣機(jī)、熱力循環(huán)系統(tǒng)a和熱力循環(huán)系統(tǒng)b，所述熱力循環(huán)系統(tǒng)a包括多級壓氣機(jī)中段的抽氣集氣裝置、引氣裝置、燃燒室a、渦輪組件、傳動軸、可調(diào)尾噴管a；所述熱力循環(huán)系統(tǒng)b包括燃燒室b、可調(diào)尾噴管b。熱力循環(huán)系統(tǒng)a和熱力循環(huán)系統(tǒng)b協(xié)同工作，可調(diào)進(jìn)氣道為熱力循環(huán)系統(tǒng)a和熱力循環(huán)系統(tǒng)b共用、多級壓氣機(jī)為熱力循環(huán)系統(tǒng)a和熱力循環(huán)系統(tǒng)b部分共用，各部件順序布置。

所述熱力循環(huán)系統(tǒng)b的燃燒室b出口燃?xì)獾淖罡咴试S溫度等于或大于熱力循環(huán)系統(tǒng)a的燃燒室a出口燃?xì)獾淖罡咴试S溫度。

所述熱力循環(huán)系統(tǒng)b的氣體增壓比等于或大于熱力循環(huán)系統(tǒng)a的氣體增壓比。

熱力循環(huán)系統(tǒng)a帶有渦輪組件，將燃?xì)鉄崮苻D(zhuǎn)變成機(jī)械能帶動壓氣機(jī)產(chǎn)生另一循環(huán)b所需的壓縮氣體或部分推力；熱力循環(huán)系統(tǒng)b在高溫部分沒有渦輪組件，而是利用熱力循環(huán)系統(tǒng)a的高壓壓縮氣體，經(jīng)過燃燒室b燃燒加溫后通過可調(diào)尾噴管b高速噴出產(chǎn)生主推力。兩個(gè)循環(huán)的推力合成為總推力。

雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)以空氣為工質(zhì)，采用最高燃?xì)鉁囟炔煌膬蓚€(gè)熱力循環(huán)，熱力循環(huán)系統(tǒng)a帶有渦輪部件，為熱力循環(huán)系統(tǒng)b提供所需的高壓氣體和產(chǎn)生部分推力；熱力循環(huán)系統(tǒng)b是產(chǎn)生推力的主要循環(huán)，這個(gè)循環(huán)沒有旋轉(zhuǎn)的渦輪組件，可采用更高燃?xì)獾臏囟取?/p>

新型雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)的兩個(gè)熱力循環(huán)可近似看作兩個(gè)定壓加熱的熱力循環(huán)。定壓加熱的熱力循環(huán)在不考慮燃?xì)庾罡邷囟认拗魄闆r下，循環(huán)效率僅由氣體的壓縮比決定，氣體的增壓比越大，熱機(jī)的循環(huán)效率就越高；在壓縮比一定時(shí)，氣體被燃燒加熱后燃?xì)獾臏囟仍礁?，單位循環(huán)功就越大。在燃?xì)庾罡邷囟仁艿较拗魄闆r下，兩個(gè)循環(huán)都分別有一個(gè)與燃?xì)庾罡邷囟葘?yīng)的最佳增壓比，這時(shí)循環(huán)功最大，產(chǎn)生的推力也最大；熱循環(huán)效率隨燃?xì)庾罡邷囟鹊奶岣叨黾?，也就是說，雙循環(huán)發(fā)動機(jī)的功率和效率都僅由燃?xì)獾淖罡邷囟葲Q定，燃?xì)獾淖罡邷囟仍酱?，熱機(jī)循環(huán)效率和循環(huán)功就越大，在現(xiàn)有條件下，高溫燃?xì)庵袥]有旋轉(zhuǎn)渦輪組件的循環(huán)提高最高燃?xì)鉁囟扔泻艽罂臻g，因此，發(fā)動機(jī)建立雙熱力循環(huán)，通過提高燃?xì)庵袥]有旋轉(zhuǎn)渦輪組件循環(huán)最高燃?xì)鉁囟鹊姆椒?，就可提高發(fā)動機(jī)功率、熱效率等性能。

一種雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)由兩個(gè)熱力循環(huán)系統(tǒng)組成，熱力循環(huán)系統(tǒng)a的工作過程是：大氣中的氣體由可調(diào)進(jìn)氣道吸入或在可調(diào)進(jìn)氣道中沖壓壓縮有一定壓力后送入多級壓氣機(jī)、多級壓氣機(jī)以近似絕熱等熵的過程將氣體壓縮成高壓氣體后通過壓氣機(jī)中段的抽氣集氣裝置和引氣裝置送入燃燒室a，燃料噴入燃燒室a燃燒對高壓氣體進(jìn)行近似等壓的加熱后送入多級渦輪組件，渦輪組件將燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)變成機(jī)械能通過傳動軸帶動多級壓氣機(jī)，渦輪組件后的燃?xì)馔ㄟ^可調(diào)尾噴管a以一定速度噴出，或產(chǎn)生一部分推力。熱力循環(huán)系統(tǒng)a的燃?xì)鉁囟劝串?dāng)前可實(shí)現(xiàn)的渦組件輪前最高允許溫度選取。熱力循環(huán)系統(tǒng)b循環(huán)的工作過程是：大氣中的氣體由可調(diào)進(jìn)氣道吸入或在可調(diào)進(jìn)氣道中沖壓壓縮有一定壓力后送入多級壓氣機(jī)，多級壓氣機(jī)以近似絕熱等熵的過程將氣體壓縮成高壓氣體后送入燃燒室b，燃料噴入燃燒室b燃燒對高壓氣體進(jìn)行近似等壓的加熱后送入可調(diào)尾噴管b，高溫高壓燃?xì)馔ㄟ^可調(diào)尾噴管b以一定速度噴出，產(chǎn)生主要推力。熱力循環(huán)系統(tǒng)b沒有高溫旋轉(zhuǎn)部件，該循環(huán)的燃?xì)鉁囟瓤蛇h(yuǎn)高于當(dāng)前可實(shí)現(xiàn)的渦輪組件前最高允許溫度。兩個(gè)循環(huán)產(chǎn)生推力的合成構(gòu)成總推力。

熱力循環(huán)系統(tǒng)a渦輪組件產(chǎn)生的功除供給該循環(huán)壓縮氣體外，還要滿足熱力循環(huán)系統(tǒng)b壓縮氣體所需的功，這也是兩個(gè)熱力循環(huán)系統(tǒng)之間的聯(lián)系。

本發(fā)明的有益效果是：

雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)采用兩個(gè)熱力循環(huán)，增加了可調(diào)控參數(shù)，使渦輪噴氣發(fā)動機(jī)具有更好、更寬的速度、高度特性和使用范圍。

雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)高溫循環(huán)最高燃?xì)鉁囟让刻岣?00k，發(fā)動機(jī)的功率和熱循環(huán)效率比單一循環(huán)的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)可分別提高約5％和1％以上，為提高渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的推力、推重比、熱效率、推進(jìn)效率和降低燃料消耗率提供了新途徑和方法。

雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)采用最高燃?xì)鉁囟炔煌膬蓚€(gè)熱力循環(huán)，熱力循環(huán)系統(tǒng)a帶有渦輪部件，熱力循環(huán)系統(tǒng)b沒有旋轉(zhuǎn)的渦輪組件，這種高溫負(fù)荷大的旋轉(zhuǎn)部件放在相對溫度較低的循環(huán)方式，為延長發(fā)動機(jī)的使用壽命和提高可靠性提供了新途徑和方法。

雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)的研制、生產(chǎn)，可借鑒、利用現(xiàn)有成熟渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的工藝、技術(shù)、制造等資源，為改型升級現(xiàn)有渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，縮短新型高性能噴氣發(fā)動機(jī)的研發(fā)周期提供了新途徑和方法。

雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)的推力主要由熱力循環(huán)系統(tǒng)b產(chǎn)生，其燃?xì)獾淖罡咴试S溫度較高，可達(dá)2000k以上，等于或大于當(dāng)前采用加力方式工作的加力燃燒溫度，如果在短時(shí)間內(nèi)，使雙循環(huán)工作在發(fā)動機(jī)額定工作狀態(tài)之上、最高許可狀態(tài)之下，也可使發(fā)動機(jī)加力，而且，這時(shí)發(fā)動機(jī)的燃燒條件優(yōu)于因加力燃燒部位壓力低或氧氣變稀的加力渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的加力條件，因此不需再另外設(shè)置加力系統(tǒng)。這提供了更好的發(fā)動機(jī)加力途徑和方法。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中1、可調(diào)進(jìn)氣道，2、多級壓氣機(jī)，3、壓氣機(jī)中段的抽氣集氣裝置，4、引氣裝置，5、燃燒室a，6、渦輪組件，7、傳動軸，8、可調(diào)尾噴管a，9、燃燒室b。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

1、如圖所示，一種雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)，包括可調(diào)進(jìn)氣道1、多級壓氣機(jī)2、熱力循環(huán)系統(tǒng)a和熱力循環(huán)系統(tǒng)b，熱力循環(huán)系統(tǒng)a包括壓氣機(jī)中段的抽氣集氣裝置3、引氣裝置4、燃燒室a5、渦輪組件6、傳動軸7、可調(diào)尾噴管a8；所述熱力循環(huán)系統(tǒng)b包括燃燒室b9、可調(diào)尾噴管b10。熱力循環(huán)系統(tǒng)a和熱力循環(huán)系統(tǒng)b協(xié)同工作，可調(diào)進(jìn)氣道1為熱力循環(huán)系統(tǒng)a和熱力循環(huán)系統(tǒng)b共用、多級壓氣機(jī)2為熱力循環(huán)系統(tǒng)a和熱力循環(huán)系統(tǒng)b部分共用。

一種雙熱力循環(huán)噴氣發(fā)動機(jī)由兩個(gè)熱力循環(huán)系統(tǒng)組成，熱力循環(huán)系統(tǒng)a的工作過程是：大氣中的氣體由可調(diào)進(jìn)氣道1吸入或在可調(diào)進(jìn)氣道1中沖壓壓縮有一定壓力后送入多級壓氣機(jī)2，多級壓氣機(jī)2以近似絕熱等熵的過程將氣體壓縮成高壓氣體后通過壓氣機(jī)中段的抽氣集氣裝置3和引氣裝置4送入燃燒室a5，燃料噴入燃燒室a5燃燒對高壓氣體進(jìn)行近似等壓的加熱后送入渦輪組件6，渦輪組件6將燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)變成機(jī)械能通過傳動軸7帶動多級壓氣機(jī)2，渦輪組件6后的燃?xì)馔ㄟ^可調(diào)尾噴管a8以一定速度噴出，產(chǎn)生一部分推力。熱力循環(huán)系統(tǒng)a的燃?xì)鉁囟劝串?dāng)前可實(shí)現(xiàn)的渦輪組件6前最高允許溫度選取。熱力循環(huán)系統(tǒng)b循環(huán)的工作過程是：大氣中的氣體由可調(diào)進(jìn)氣道1吸入或在可調(diào)進(jìn)氣道1中沖壓壓縮有一定壓力后送入多級壓氣機(jī)2，多級壓氣機(jī)2以近似絕熱等熵的過程將氣體壓縮成高壓氣體后送入燃燒室b9，燃料噴入燃燒室b9燃燒對高壓氣體進(jìn)行近似等壓的加熱后送入可調(diào)尾噴管b10，高溫高壓燃?xì)馔ㄟ^可調(diào)尾噴管b10以一定速度噴出，產(chǎn)生主要推力。熱力循環(huán)系統(tǒng)b沒有高溫旋轉(zhuǎn)部件，該循環(huán)的燃?xì)鉁囟瓤蛇h(yuǎn)高于當(dāng)前可實(shí)現(xiàn)的渦輪前最高允許溫度。兩個(gè)循環(huán)產(chǎn)生推力的合成構(gòu)成總推力。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。