[发明专利]航空燃气螺管转子发动机

说明书

本发明公开了对航空燃气涡轮喷气发动机作出重大改进而成的燃气螺管转子喷气发动机，和由它衍生出的一种螺管转子螺旋桨或轴发动机、一种螺管转子风扇发动机和一种螺管转子风扇加力发动机，共计五种航空燃气螺管转子发动机。以燃气螺管转子喷气发动机为核心机都是用单位质量表面积小又是整体的螺管转子代替了叶片涡轮来转换能量和用环形燃烧室代替单薄的火焰筒来把燃料的化学能转化为热能，使的它用寿命长、故障少、造价低、可靠性高。使一种螺管转子螺旋桨或轴发动机、一种螺管转子风扇发动机和一种螺管转子风扇加力发动机具有核心机优点外还有节能优点，使装配螺管转子风扇加力发动机的舰载机不用拦阻和弹射装置也能安全顺利降落和起飞。

技术领域

本发明涉及航空燃气涡轮发动机，具体来说涉及对现有技术四种航空燃气涡轮发动机作出重大改进的航空燃气螺管转子发动机。

背景技术

航空燃气涡轮发动机简称航空燃气发动机，包括涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡轮风扇发动机四种，是现代固定翼飞机和直升机的主要动力装置。由压气机、燃烧室和驱动压气机的燃气涡轮所组成的涡轮喷气发动机又称为核心机，因为它是用来提供高压、高温燃气的，因此又称为燃气发生器，其余三机种均由它衍生而来。

航空燃气涡轮发动机寿命短是世界性难题。据资料对航空发动机强国显示：俄罗斯AL-31F发动机标称首翻期寿命可达1000小时，然而使用过程中根本达不到，实际上总寿命只有900小时，大修寿命仅有300小时(这款发动机被用于我国歼10和歼11战机上)；美国F-100、F-110军用航空发动机工作寿命和首翻期寿命一般都可达4000小时和1000小时。我国采用单晶涡轮叶片和整体粉末冶金涡轮盘技术，自行研制的太行改进型发动机WS10A的使用寿命达到了2000至3000小时，已经远远超过俄罗斯产品。按照每年约240-300小时的训练和值班飞行时数来计算，通常不到时4年就需要更换全新发动机。对平均寿命可达到20年之久的战斗机来说，如果4年更换一次全新发动机，就需要约5台发动机，造成了巨大的浪费。可见，造价非常昂贵的飞机心脏——发动机，寿命却只有区区几千小时进行倒计时，令人感到惊讶与惋惜。

造成航空燃气涡轮发动机寿命短的主要原因：一是使用了火焰筒燃烧室来把化学能转化为热能；二是使用了叶片式涡轮来把热能转换为机械功。

使用火焰筒作燃烧室有许多明显和隐藏的隐患。火焰筒燃烧室是用来保证燃气涡轮发动机航空器在各种飞行状态下，将燃料的化学能转化为热能的装置。整个发动机工作的可靠性，在很大程度上取决于燃烧室工作的可靠性。燃烧室的工作条件十分恶劣，是在高速气流(100～150m/s)和贫油混合气，很大余气系数a＝3.0～4.5下进行复杂的物理和化学过程，当飞行条件和工作状态改变时，余气系数变化范围很大，猛收油门时a＞40～50，猛增大油门时a＜0.2。通常火焰筒燃烧室除担负将燃料的化学能转化为热能用于驱动压气机外，连喷气飞行所需热量的重任也要火焰筒燃烧室承担，火焰筒内部燃气温度高达2000℃，容热强度高达(2.1x10³～10.3x10³kJ/m³.h.Pa)，火焰筒燃烧室要承受高温高压、轴向力及惯性力产生的静负荷和振动外，由于温度场不均匀，还要承受热应力，以及燃气的热腐蚀。如此重要的火焰筒燃烧室，可它的零部件却主要是薄壁金属合金件，当然难免会出现例如：燃烧室出口局部温度过高，会引起涡轮叶片过热或烧毁，使燃烧室的可靠性差及寿命短，会使发动机的使用性能及工作可靠性变坏，燃烧室的工作不稳定，会导致熄火，使发动机停车。燃烧室工作情况的恶化，还会影响发动机的效率，例如：由于燃烧过程组织不好，会使燃烧室中的热量损失增加和燃油消耗增大，同时还会在火焰筒壁及涡轮叶片上产生积炭，火焰筒壁上的积炭使筒壁冷却变差，造成过热、变形、甚至开裂；涡轮叶片上的积炭使叶片的气动性能变差，降低涡轮效率，并影响发动机转子的平衡。