[发明专利]一种氢电混合动力涡轮风扇发动机

说明书

本发明公开了一种氢电混合动力涡轮风扇发动机，包括风扇和低压涡轮，所述风扇不与低压涡轮传动连接，风扇的整流罩内设置有用于驱动风扇转动的电动机，所述低压涡轮内嵌有发电机，低压涡轮与发电机的转子部分固定连接，发电机的电力输出端通过输电线与电动机的电力输入端接通，所述电动机的电力输入端还接通氢燃料电池的电力输出端，所述氢燃料电池用于给电动机提供电力。本发明在原有的涡轮风扇发动机结构基础之上，将风扇和低压涡轮之间的传动连接断开，使用电动机来驱动风扇，同时将低压涡轮的动能部分转化为电能来使用，这样可以使风扇与低压涡轮之间可以产生较大的转速差，实现了涡轮风扇发动机的氢电混合动力输出。

技术领域

本发明涉及涡轮风扇发动机技术领域，特别涉及一种氢电混合动力涡轮风扇发动机。

背景技术

传统涡扇发动机的结构主要由进气口、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，风扇设置在进气口处，进气口处的风扇通过低压转轴与位于尾喷管前端的低压涡轮机械连接，高压压气机通过高压转轴与高压涡轮机械连接，由燃烧室产生的燃气中的可用能量，一部分带动低压涡轮转动以驱动风扇，一部分在喷管中加速喷出的燃气，由喷管喷射出的燃气与风扇排出的空气共同产生反作用推力。传统涡轮风扇发动机中，为适应航空煤油作为燃料，通常低压涡轮转速需要慢一些、风扇需要转快一些，以提高发动机的工作效率以及降低发动机的油耗，目前最新的技术是使用齿轮传动减速，进气口处的风扇通过减速器(与低压转轴机械连接，进而使风扇与低压涡轮之间产生转速差，由此提高发动机的工作效率以及降低发动机的油耗。

未来，航空器可能会采用氢作为燃料，大涵道比涡轮风扇发动机会向氢燃料涡轮发动机方向发展。目前存在的比较严重的问题是，采用氢做燃料，由于氢燃料特性的问题，低压涡轮和前风扇的转速差更大，传统的机械结构设计难度过大。同时，若想使飞机具有良好的高原起降能力，则需要将发动机的预留推力做大，这将使发动机系统占飞机的重量比例增大。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种氢电混合动力涡轮风扇发动机，本发明在原有的涡轮风扇发动机结构基础之上，取消了减速器的设置，将风扇和低压涡轮之间的传动连接断开，使用电动机来驱动风扇，同时将低压涡轮的动能部分转化为电能来使用，这样可以使风扇与低压涡轮之间相互独立运转，可以产生较大的转速差，进而为实现氢电混合动力提供了先决条件，而且，本发明设计了将氢燃料电池作为风扇的补充动力源，实现了涡轮风扇发动机的氢电混合动力输出，克服了原发动机难以实现氢电混合动力的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种氢电混合动力涡轮风扇发动机，包括位于进气口处的风扇，位于尾喷管前端的低压涡轮，所述风扇不与低压涡轮传动连接，风扇的整流罩内设置有用于驱动风扇转动的电动机，所述低压涡轮内嵌有发电机，低压涡轮与发电机的转子部分固定连接，以通过低压涡轮的转动使发电机发电，发电机的电力输出端通过输电线与电动机的电力输入端接通，以将发电机产生的电力传输给电动机，进而驱动风扇转动，所述电动机的电力输入端还接通氢燃料电池的电力输出端，所述氢燃料电池用于给电动机提供电力。

在本发明中，使用电动机来驱动风扇，同时将低压涡轮的动能部分转化为电能来使用，这样可以使风扇与低压涡轮之间可以产生较大的转速差，进而为实现氢电混合动力提供了先决条件，而且，本发明设计了将氢燃料电池作为风扇的补充动力源，实现了涡轮风扇发动机的氢电混合动力输出，在不需要增大发动机重量比例的情况下，可以使发动机产生更大的推力，满足了飞机在特殊环境下(例如在高原环境中进行飞机起降)对推力的高要求。

在本发明中，所述电动机包括具有励磁绕组结构的第一内定子和具有永磁体结构的第一外转子，所述第一内定子与发动机的中轴固定连接，所述第一外转子与所述风扇固定连接，以通过第一外转子来驱动风扇转动。

进一步，通过改变第一内定子的输入电压来调整所述风扇的转速。