[发明专利]喷气推进方法与喷气发动机

说明书

技术领域

本发明涉及发动机技术，尤其涉及到用于喷气式飞机的喷气推进方法与喷气发动机。

背景技术

1903年12月17日，美国莱特兄弟制作的世界第一架有动力、可操纵、重于空气的载人飞行器试飞成功。飞机上装有8.8kW、水冷、四缸活塞式发动机。从那以后，经过几十年的发展，活塞式发动机的最大时速可达750km。但是，随着飞行速度的进一步提高，螺旋桨的效率急剧下降。活塞式发动机的功率和螺旋桨的效率，已不能适应飞机速度的进一步提高。在这种背景下，第二次世界大战后，出现了以喷气式发动机作动力的喷气式飞机。喷气发动机是一种直接反作用装置，低速工质(空气和燃料)经增压、燃烧后，以高速喷出而直接产生反作用力。由于喷气发动机没有了限制飞行速度的螺旋桨，而且单位时间流入发动机的空气流量，比活塞式发动机大得多，从而能产生很大的推力，使飞机的飞行速度得到极大提高。短短的几十年，喷气式发动机逐步取代了活塞式发动机，开创了喷气时代。

根据工作原理和结构的不同，有几种喷气发动机，例如：涡轮喷气发动机、冲压喷气发动机、脉冲喷气发动机、涡扇喷气发动机等。

涡轮喷气发动机由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和喷管五大部件组成。压气机的作用是提高进入发动机燃烧室的空气压力，它由涡轮驱动。涡轮受到从燃烧室排出的高温高压燃气的冲击而高速运转，它将高温高压燃气的动能转变为机械能。喷气发动机在结构上，与生俱来地存在薄弱环节，例如：高速旋转的多级单薄的压气机叶片；置于高温燃气中的涡轮叶片。长期以来，喷气发动机在工作的稳定性和可靠性上，一直存在问题。其中比较突出的有：压气机喘振、压气机撞鸟、涡轮过热。压气机发生喘振时，进气增压比大大降低，并产生强烈的振动和刺耳的噪音，严重时会损坏发动机部件。压气机撞鸟损坏，导致空难，是一个世界性的难题。半年前，中国空军飞行员李剑英驾机遭遇撞鸟，他为了保护飞机和地面上人民群众的生命财产，延迟跳伞而壮烈牺牲。涡轮的工作叶片，包括静子叶片和转子叶片，长期受到高温燃气的冲击和侵蚀作用，同时受到很大的离心力和气动力矩的作用。涡轮叶片在复杂的强力作用下，同时受高温作用，极易导致性能下降或损坏，而引发事故。

在冲压喷气发动机中，没有压气机和涡轮，进入燃烧室的空气增压是靠高速迎面气流进入发动机后的减速来实现的。因此，冲压喷气发动机比涡轮喷气发动机简单的多，由进气道(扩压器)、燃烧室和喷管组成。这种发动机的优点是：结构简单、重量轻、成本低。缺点是：不能自行启动。

脉冲喷气发动机采用间歇燃烧过程，在燃烧室前部，装有单向节气阀。燃烧室点火燃烧后，产生的高压燃气，将单向节气阀关闭，同时高压燃气从喷管高速喷出，产生推力。燃气排出后，燃烧室内压力下降到小于进气压力，空气再次打开单向节气阀，开始新的循环。

脉冲喷气发动机的优点是：它可以在静止状态下启动、构造简单、重量轻、造价低廉。它的缺点是：由于是间歇燃烧，引起发动机剧烈振动；因为进气压力低，造成耗油率高。另外，脉冲喷气发动机在启动时，需要由地面气源向发动机供给高压空气。因此，严格来讲，脉冲喷气发动机也不能自行启动。

涡扇喷气发动机与涡轮喷气发动机相比的主要改进是：将涡轮喷气发动机的低压压气机的叶片加长成了风扇，并在其后方加了一个外涵道。涡扇喷气发动机是涡轮喷气发动机的后起之秀，空气流量大，排气温度低，因而推进效率高，耗油率低。涡扇喷气发动机与涡轮喷气发动机的主体结构相似，压气机和涡轮性能基本相同，可能发生的故障也是一样的。

可见，喷气发动机的发展出现两个问题：复杂的容易出故障；简单的不能自行启动。至今，还没有一种喷气发动机既有结构简单的优点，又能自行启动、起飞。

有关喷气飞机的喷气推进方法与喷气发动机的背景技术，在以下专著中有详细描述：

1、方昌德，马春燕，航空发动机的发展历程，北京：航空工业出版社，2007。

2、王春利，航空航天推进系统，北京：北京理工大学出版社，2004。

3、邓明，航空燃气涡轮发动机原理与构造，北京：国防工业出版社，2008。

4、张津，洪杰，陈光，现代航空发动机技术与发展，北京：航空航天大学出版社，2006。

发明内容

本发明的目的是给出一种用于喷气式飞机的喷气推进方法和喷气发动机。本发明的喷气推进方法中，利用燃气膨胀对空气进行压缩；本发明的喷气发动机结构简单，工作可靠，它能够自行启动，它没有涡轮，它的压气机不会发生喘振、也不怕撞鸟。

本发明给出的喷气推进方法包含下述几个过程：

1、空气通过进气道进入压气机；