一種油冷渦輪動葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及渦輪/沖壓或火箭/沖壓組合發(fā)動機(jī)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高超聲速飛行器(包括單級\兩級入軌空天飛機(jī)、天地往返運輸器和高超聲速巡航導(dǎo)彈等)是當(dāng)前研究的熱點。以渦輪/沖壓或火箭/沖壓組合發(fā)動機(jī)以及超燃沖壓發(fā)動機(jī)為推進(jìn)系統(tǒng)的吸氣式高超聲速飛行器長時間飛行的關(guān)鍵問題之一是解決發(fā)動機(jī)的電力來源。高超聲速飛行器中存在著多種能量需求，包括雷達(dá)通訊系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、電子設(shè)備和環(huán)境控制系統(tǒng)等。目前，飛行器供電多采用燃料電池方式，但是燃料電池功率密度相對較低，對于長時間飛行是不利的，會帶來巨大的質(zhì)量和體積懲罰。
[0003]亞燃沖壓發(fā)動機(jī)中成熟運用空氣渦輪供電及燃料供給。然而，當(dāng)馬赫數(shù)高于6之后，主流總溫達(dá)到1650K以上，超過渦輪材料許用溫度，限制了空氣渦輪的應(yīng)用。因此，如果采用空氣渦輪進(jìn)行發(fā)電和燃料供給，就必須解決渦輪葉片的冷卻問題。
[0004]對于入口溫度高的渦輪，可采用沖動式結(jié)構(gòu)設(shè)計，其靜葉設(shè)計為超聲速噴嘴。空氣在噴嘴中基本完成膨脹需求，溫度大幅降低，能夠減弱動葉冷卻的需求;沖動式結(jié)構(gòu)的動葉片通常葉片中部厚度較大，為冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了可能
[0005]吸氣式渦輪發(fā)動機(jī)中渦輪動葉片通常采用氣膜冷卻。從壓氣機(jī)中引出一股低溫氣體并引入渦輪動葉片內(nèi)的冷卻腔室，最后從葉片表面的氣膜孔噴出，在葉片表面形成一層低溫保護(hù)層。然而，在高超聲速飛行條件下，來流溫度超過材料許用溫度，要想采用氣膜冷卻，就需要額外攜帶冷卻氣源以及冷卻劑供給裝置，給飛行器帶來質(zhì)量和體積懲罰。
[0006]高超聲速飛行條件下，飛行器上可用的冷源僅有發(fā)動機(jī)的燃料。燃料冷卻成為解決渦輪/沖壓或火箭/沖壓組合發(fā)動機(jī)以及超燃沖壓發(fā)動機(jī)大多數(shù)熱端部件熱防護(hù)問題的方案。設(shè)計一種油冷葉片的空氣渦輪，成為解決高超聲速飛行條件下空氣渦輪使用受限的一種方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決空氣渦輪在高馬赫數(shù)飛行條件下使用受限的技術(shù)問題，而提供一種油冷渦輪動葉片。
[0008]—種油冷渦輪動葉片包括燃料箱、燃料栗、空心軸和空氣渦輪，空心軸內(nèi)部的中空管狀結(jié)構(gòu)為冷卻通道，空氣渦輪轉(zhuǎn)子部分由輪盤和葉片組成，輪盤和葉片內(nèi)部分布冷卻通道，其中燃料箱出口與燃料栗進(jìn)口聯(lián)通，燃料栗與空氣渦輪依次安裝在空心軸上，燃料栗出口與空心軸內(nèi)冷卻通道進(jìn)口聯(lián)通，空心軸的末端通入燃燒室。
[0009]工作原理:
[0010]燃料栗將燃料增壓至冷卻通道所需的壓力后通過空心軸入口端輸入旋轉(zhuǎn)部件中，燃料充滿冷卻通道之后將高溫高壓空氣通入空氣渦輪膨脹做功，空氣渦輪帶動燃料栗實現(xiàn)燃料加壓，從而實現(xiàn)了燃料的供給。燃料經(jīng)過葉片過程中對葉片進(jìn)行冷卻，保證空氣渦輪能夠正常工作。冷卻過葉片之后的燃料通過空心軸出口端流出旋轉(zhuǎn)部件，進(jìn)而通入燃燒室燃
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[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用自身所帶的燃料作為冷卻劑對渦輪動葉片進(jìn)行冷卻，解決了高馬赫數(shù)飛行下空氣溫度過高而導(dǎo)致空氣渦輪使用受限的問題，使得空氣渦輪能夠在高馬赫數(shù)飛行時得以應(yīng)用。利用燃料作為冷卻劑，無需額外增加冷源存儲及供應(yīng)裝置;高溫高壓空氣具有較強(qiáng)的做功能力，在帶動燃料栗之后，額外的能量可以用于發(fā)電；高溫空氣經(jīng)過渦輪膨脹后溫度大大降低，可作為氣膜冷卻的冷卻劑;軸、輪盤、葉片中的冷卻通道有利于減輕系統(tǒng)的重量。
[0012]本發(fā)明利用燃料對動葉進(jìn)行冷卻，使空氣渦輪可以在高超聲速飛行器上應(yīng)用。
【附圖說明】
[0013]圖1為【具體實施方式】一所述的一種油冷渦輪動葉片的示意圖，其中a代表高溫空氣，b代表低溫空氣；
[0014]圖2為【具體實施方式】一所述的一種油冷渦輪動葉片中空氣渦輪的示意圖；
[0015]圖3為【具體實施方式】一所述的一種油冷渦輪動葉片中葉片結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0016]圖4為圖3中A-A截面的剖面圖；
[0017]圖5為圖3中B-B截面的剖面圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0019]【具體實施方式】一:本實施方式一種油冷渦輪動葉片包括燃料箱1、燃料栗2、空心軸3和空氣渦輪4，空心軸3內(nèi)部的中空管狀結(jié)構(gòu)為冷卻通道7，空氣渦輪4轉(zhuǎn)子部分由輪盤5和葉片6組成，輪盤5和葉片6內(nèi)部分布冷卻通道7，其中燃料箱I出口與燃料栗2進(jìn)口聯(lián)通，燃料栗2與空氣渦輪4依次安裝在空心軸3上，燃料栗2出口與空心軸3內(nèi)冷卻通道7進(jìn)口聯(lián)通，空心軸3的末端通入燃燒室。
[0020]本實施方式燃料箱I用于儲存燃料，燃料栗2用于燃料增壓，空心軸3有雙重作用，首先用于固定燃料栗2和空氣渦輪4，其次作為冷卻通道7靜止與旋轉(zhuǎn)部件的銜接。在系統(tǒng)啟動時首先將燃料栗2入整個冷卻通道7中，然后將高溫高壓空氣通入渦輪4中，此后空氣推動渦輪4做功，進(jìn)而帶動燃料栗2。燃料通過冷卻通道7之后將葉片6冷卻降溫，使空氣渦輪4能夠持續(xù)正常工作。從而實現(xiàn)了持續(xù)的燃料供給。高溫空氣膨脹做功之后溫度大大降低，可通入燃燒室進(jìn)行氣膜冷卻。
[0021]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:該油冷渦輪動葉片利用燃料進(jìn)行冷卻。其它與【具體實施方式】一相同。
[0022]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:燃料栗2和空氣渦輪4采用空心軸3作為連接軸。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0023]輪盤5中的冷卻通道7的位置要根據(jù)渦輪動葉片的數(shù)目與葉片6中冷卻通道7的位置進(jìn)行確定。
[0024]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:葉片6中冷卻通道7為U型結(jié)構(gòu)，并且葉片6中冷卻通道7的中心線與空心軸3的軸線在同一平面內(nèi)。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0025]本實施方式的設(shè)計能夠消除高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的附加扭矩。
[0026]采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果:
[0027]實施例一:
[0028]本實施例一種油冷渦輪動葉片包括燃料箱1、燃料栗2、空心軸3和空氣渦輪4，空心軸3內(nèi)部的中空管狀結(jié)構(gòu)為冷卻通道7，空氣渦輪4轉(zhuǎn)子部分由輪盤5和葉片6組成，輪盤5和葉片6內(nèi)部分布冷卻通道7，其中燃料箱I出口與燃料栗2進(jìn)口聯(lián)通，燃料栗2與空氣渦輪4依次安裝在空心軸3上，燃料栗2出口與空心軸3內(nèi)冷卻通道7進(jìn)口聯(lián)通，空心軸3的末端通入燃燒室。
[0029]其中，燃料栗2和空氣渦輪4采用空心軸3作為連接軸，葉片6中冷卻通道7為U型結(jié)構(gòu)，并且葉片6中冷卻通道7的中心線與空心軸3的軸線在同一平面內(nèi)。
[0030]本實施例油冷渦輪動葉片利用自身所帶的燃料作為冷卻劑對渦輪動葉片進(jìn)行冷卻，解決了高馬赫數(shù)飛行下空氣溫度過高而導(dǎo)致空氣渦輪使用受限的問題，使得空氣渦輪能夠在高馬赫數(shù)飛行時得以應(yīng)用。利用燃料作為冷卻劑，無需額外增加冷源存儲及供應(yīng)裝置;高溫高壓空氣具有較強(qiáng)的做功能力，在帶動燃料栗之后，額外的能量可以用于發(fā)電；高溫空氣經(jīng)過渦輪膨脹后溫度大大降低，可作為氣膜冷卻的冷卻劑;軸、輪盤、葉片中的冷卻通道有利于減輕系統(tǒng)的重量。
【主權(quán)項】
1.一種油冷渦輪動葉片，其特征在于該油冷渦輪動葉片包括燃料箱(I)、燃料栗(2)、空心軸(3)和空氣渦輪(4)，空心軸(3)內(nèi)部的中空管狀結(jié)構(gòu)為冷卻通道(7)，空氣渦輪(4)轉(zhuǎn)子部分由輪盤(5)和葉片(6)組成，輪盤(5)和葉片(6)內(nèi)部分布冷卻通道(7)，其中燃料箱(I)出口與燃料栗(2)進(jìn)口聯(lián)通，燃料栗(2)與空氣渦輪(4)依次安裝在空心軸(3)上，燃料栗(2)出口與空心軸(3)內(nèi)冷卻通道(7)進(jìn)口聯(lián)通，空心軸(3)的末端通入燃燒室。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油冷渦輪動葉片，其特征在于該油冷渦輪動葉片利用燃料進(jìn)行冷卻。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油冷渦輪動葉片，其特征在于燃料栗(2)和空氣渦輪(4)采用空心軸(3)作為連接軸。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油冷渦輪動葉片，其特征在于葉片(6)中冷卻通道(7)為U型結(jié)構(gòu)，并且葉片(6)中冷卻通道(7)的中心線與空心軸(3)的軸線在同一平面內(nèi)。
【專利摘要】一種油冷渦輪動葉片，本發(fā)明涉及渦輪/沖壓或火箭/沖壓組合發(fā)動機(jī)領(lǐng)域。本發(fā)明要解決空氣渦輪在高馬赫數(shù)飛行條件下使用受限的技術(shù)問題。系統(tǒng)包括燃料箱、燃料泵、空心軸和空氣渦輪，空心軸內(nèi)部的中空管狀結(jié)構(gòu)為冷卻通道，空氣渦輪轉(zhuǎn)子部分由輪盤和葉片組成，輪盤和葉片內(nèi)部分布冷卻通道。本發(fā)明利用飛行器自身所帶的燃料作為冷卻劑對渦輪葉片進(jìn)行冷卻，解決了高馬赫數(shù)飛行條件下空氣溫度過高而導(dǎo)致空氣渦輪使用受限的問題。
【IPC分類】F01D5/08, F01D5/18, F02C7/22, F01D5/06
【公開號】CN105673088
【申請?zhí)枴緾N201610035442
【發(fā)明人】秦江, 孫紅闖, 鮑文, 張鐸, 常軍濤, 于達(dá)仁
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月19日