[发明专利]桨扇涡轮一体式发动机

说明书

本发明公开了一种桨扇涡轮一体式发动机，包括：压气机、桨扇、增速箱、燃烧室、及涡轮，压气机、桨扇、及增速箱沿气流流动方向依次排布，且桨扇通过增速箱带动压气机；燃烧室套设于压气机外，且与压气机连通，涡轮套设于桨扇外，且与燃烧室连通；涡轮的转子沿周向固定装设于桨扇扇叶的叶尖上，涡轮的导向器沿周向连接于桨扇涡轮一体式发动机的外机匣上。本发明桨扇涡轮一体式发动机中，燃烧室布置于压气机的上方，且涡轮整体布置于桨扇的上方，从而大大减小了发动机的轴向距离，从而在满足发动机高推力需求的前提下，充分利用了垂直方向的空间，极大地缩短了发动机的轴向距离。

技术领域

本发明涉及涡扇发动机领域，特别地，涉及一种桨扇涡轮一体式发动机。

背景技术

航空发动机从结构上可分为压气机、燃烧室及涡轮三大部件，气流在压气机中增压进入燃烧室中燃烧，最后进入涡轮膨胀做功。涡轮在涡轴发动机中不但带动压气机旋转，还要输出机械功；涡轮在涡扇发动机中带动压气机及风扇外，还需在涡轮出口喷出高速气流，从而产生推力。

传统的涡轮风扇发动机中，风扇、压气机、燃烧室及涡轮等部件沿轴向依次线性排列。风扇将空气压缩到一定压力后，分别进入内涵道和外涵道。内涵道气体进入压气机，压气机通过叶片高速旋转将空气压缩到更高的压力，具有高压力的空气进入燃烧室与燃料混合燃烧，形成高温高压气体，从而驱动涡轮快速旋转并做功，带动压气机及风扇；经涡轮膨胀做功后的气体温度和压力降低，与外涵道空气混合后继续膨胀加速，并排出发动机。传统的涡轮风扇发动机由于风扇、压气机、燃烧室及涡轮为线性排列，整个发动机尺寸较大，显得极为笨重，大大增加了发动机的重量，影响发动机推重比，且对军用涡扇发动机的隐身十分不利。

当前燃气涡轮发动机的一大发展趋势，是逐渐向更高功重比、更高的热力循环参数、结构更紧凑的方向发展。目前，对发动机高推力，低油耗的需求越来越迫切，这就需要进一步提高发动机的循环参数，如提高压气机压比、提高涡轮前温度和提高涵道比等，但是，受限于材料耐温性能和涡轮冷却水平，想要提高涡轮前温度变得越来越难，材料性能提高远远赶不上涡轮前温度的提高；而涵道比受到涡轮前温度、叶片切线速度等的限制，也无法快速实现；提高压气机压比，对提高发动机推力十分有效，然而提高压比将增多压气机级数，从而使发动机轴向距离增加，将带来结构布局及发动机重量等更多的问题。因此，提升常规涡轮风扇发动机的性能将变得越来越难。

首先，在现有技术方案中，涡轮风扇、压气机、燃烧室及涡轮等部件沿轴向依次线性分布，发动机轴向距离较长，垂直方向的空间没有被利用，且涡轮采用常规的设计手段；其次，想要进一步提高发动机性能难度较大，靠增加发动机轴向距离来提高压气机压比将带来更多的问题；提高涡轮前温度来提高发动机性能，将给涡轮叶片的冷却带来更大的挑战，材料使用由于耐温能力也有所限制。

发明内容

本发明提供了一种桨扇涡轮一体式发动机，以解决现有的桨扇发动机存在的整个发动机轴向尺寸较大，大大增加了发动机的重量，影响发动机推重比，且对军用涡扇发动机的隐身十分不利的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种桨扇涡轮一体式发动机，包括：压气机、桨扇、增速箱、燃烧室、及涡轮，压气机、桨扇、及增速箱沿气流流动方向依次排布，且桨扇通过增速箱带动压气机；燃烧室套设于压气机外，且与压气机连通，涡轮套设于桨扇外，且与燃烧室连通；涡轮的转子沿周向固定装设于桨扇扇叶的叶尖上，涡轮的导向器沿周向连接于桨扇涡轮一体式发动机的外机匣上。

进一步地，涡轮包括沿气流流动方向依次设置的一级涡轮和二级涡轮；一级涡轮包括沿气流流动方向依次设置的一级导向器和一级转子，一级导向器的一级导向叶片沿周向连接于外机匣的内壁上，一级转子的一级转子叶片沿周向固定安装于扇叶的叶尖上；二级涡轮包括沿气流流动方向依次设置的二级导向器和二级转子，二级导向器的二级导向叶片沿周向连接于外机匣的内壁上，二级转子的二级转子叶片沿周向固定安装于扇叶的叶尖上。