脉冲射扇发动机的制作方法

1.本公开涉及航空发动机技术领域。具体涉及脉冲射扇发动机技术。


背景技术：

2.我国军用航空发动机的研制水平与世界先进国家的差距逐渐缩小，新一代航空发动机以变循环发动机为主要发展方向。新型航空发动机的研制周期通常为30年，在相同技术路径上追赶，难以实现超越。


技术实现要素：

3.鉴于新型航空发动机研发周期过长，期待提供一种在传统涡喷发动机后端加装脉冲射扇，构成脉冲射扇发动机。在提升发动机性能的同时，大幅缩短研发周期。
4.1.脉冲射扇航空发动机
5.脉冲射扇航空发动机是脉冲喷气式发动机与涡扇发动机的组合。将风扇的中空扇叶作为喷管使用，构成喷射扇【简称射扇】。射扇进流口由叶片分割出数量较多的通道，每条通道对应一个扇叶形喷管，扇叶形喷管的喷口位于叶尾。脉冲射扇的扇叶形喷管内腔布置有小容量冲压室，通道脉冲冲压时、冲压室开始冲压。通道内脉冲能量衰减后、冲压室喷射，以定向喷射、射流射吸，提高通道的扫气速度与冷却效果。见图1。
6.图1中的主视剖面为效果图，与结构图有一定出入。
7.环绕射扇的扇叶形喷管构成单级轴流风扇与旋转喷射阵列。射扇内通道构成单级离心风扇兼单级斜流式涡轮。射扇置于喷气机的后端，转速自适应、独立运转。喷气机输出废气射流注入射扇进流口，输入能量提高时，射扇转速提高。空气稀薄时，射扇转速提高。喷气机输出的废气射流，吸带空气进入射扇的进流口，射扇进流口的各个通道处于连续进流状态，构成射扇发动机。稳流射扇需要大截面积进流口，依靠吸入足量空气降低射扇内通道温度。多用于扫射吸冲压式高超音速压气机。
8.喷气机输出的废气射流吸带空气进入分束管，分束管输出多束有一定间距的射流注入射扇进流口。射流束通过射扇进流口对应的通道、进入扇叶形喷管内腔。使喷管内腔冲压产生喷射，喷射反冲力与射扇内的斜流涡轮产生扭矩驱动射扇旋转，射扇旋转使进流口的各条通道处于脉冲进流状态，扇叶形喷管处于脉冲喷射状态。射扇旋转构成单级轴流风扇与单级离心风扇，旋转运动中的脉冲喷射对扇背气流构成扫射式冲压与脉冲波压。通道内脉冲能量喷射释放后惯性吸入空气、通道内的离心风机功能使吸入空气的速度提高、，扇叶形喷管内小容量冲压室蓄压气体的定向喷射，使通道扫气动力加强、通道冷却效果提高。
9.扇叶形喷管的尾气流作用于喷口，导致喷口区气体密度增加，气体惯性构成反作用力，气体增量构成反作用力增量，使脉冲喷射的反冲能量提高、推力增大、脉冲能量利用率提高、叶尾喘流得到一定程度的抑制。旋转运动中的脉冲喷射，对扇背气流构成扫射式冲压与脉冲波压。配合涵道内设置的谐振腔致反冲波阻，使射扇背压提高，发动机的高空性能提升。
10.由涡喷发动机、分束管、射扇、谐振管【谐管喷管与风扇涵道的组合】，构成单动型脉冲射扇航空发动机。见图2.
11.使用火箭取代图2中的涡喷发动机，由火箭、分束管、射扇、谐振管，构成单动型脉冲射扇火箭发动机。
12.在射扇进流口的中心轴上安装一个旋转分束器【简称旋分器】，旋分器设定为正时针旋转时，射扇设定为逆时针旋转，构成正逆相对旋转。
13.旋分器输出多束有径向分量的射流，产生扭矩，旋分器上需要安装小尺度风扇。由射扇、旋分器，构成双动射扇。高能废气射流输入管需要留有空气透窗，使空气能够进入旋分器的冷却气道。
14.设定：旋分器正旋，转速每秒100转，逆旋射扇转速每秒50转，则正逆旋相对转速每秒150转。将旋分器输出射流束的喷孔数量设定为18个，射扇进流口的通道数量设定为32条。正旋旋分器的单个喷孔，每秒扫过逆旋通道4800条，逆旋单条通道每秒被正旋喷孔扫过2700次，逆旋单条通道的进流脉冲频率为2700hz.
15.扇叶形喷管内的小容量冲压室导致主脉冲喷射产生寄生脉冲喷射，通过脉冲组合、谐振腔设定、脉冲噪音的复合主频可以超过20khz，实现运行噪音的等效降低。
16.由涡喷发动机、射扇、旋分器、谐振管，构成双动型脉冲射扇航空发动机。见图3.
附图说明
17.图1：射扇。图中1.进流口。2.通道分割片。3.叶片内的冲压室。4.喷口。5.射流运动轨迹。6.射扇轴。7.叶片形喷管。8.喷孔。
18.图2：单动型脉冲射扇航空发动机。图中1.涡喷发动机。2.分束管。3.射扇。4.谐振管。5.谐振腔。
19.图3：双动型脉冲射扇航空发动机。图中1.涡喷发动机。2.旋分器。3.射扇。4.谐振管。5.谐振腔。6.废气射流输入口。7.冷却气道。
20.图4：脉冲波压、扫射冲压式高超音速压气机。图中1.涡喷发动机。2.旋分器。3.射扇。4.冲压进气管。
21.具体实施方法
22.1.脉冲波压、扫射冲压式高超音速压气机；脉冲射扇的运转等同于单级风扇压气与单级离心压气，旋转运动中的脉冲喷射对扇背区气流构成扫射流冲压压气、脉冲波压压气。由于射扇喷射的脉冲射流与旋转喷射形成的扫射式射流，作用范围大，射扇截面积可以是风道截面积的1/3。满足高超音速气流的流通要求。
23.由中小量级涡喷发动机、射扇、旋分器、大截面积冲压进气道，构成脉冲波压、扫射冲压式高超音速压气机。见图4.
24.双动射扇的扇背气流处于复合高频脉冲状态，可不需要缓冲室缓冲，直接为后端大量级的高超音速燃烧提供进气增压。由于压缩气中含有一定比例的燃烧废气，使压缩气的温度有所提高，对抑制高超音速燃烧系统中的冷激猝熄，有一定作用。


技术特征：
1.单动脉冲射扇航空发动机。2.双动脉冲射扇航空发动机。3.单动脉冲射扇火箭发动机。4.双动脉冲射扇火箭发动机。5.射扇发动机。6.脉冲波压、扫射冲压式高超音速压气机。

技术总结
本申请公开一种脉冲射扇发动机，适用于航空动力。将扇叶作为喷管使用，构成射扇。射扇进流口由叶片分割出数量较多的通道，每条通道对应一个扇叶形喷管。环绕射扇的扇叶形喷管构成单级轴流风扇与喷射阵列，进流口分割叶片构成离心风扇兼斜流涡轮。喷射反冲力与进流口斜流涡轮，构成旋转驱动。高能分束射流注入射扇进流口，使扇叶形喷管处于脉冲喷射状态。扇叶形喷管的尾流作用于喷口，使喷口区气体密度增加，气体惯性构成反作用力、气体增量构成反作用力增量，使脉冲喷射的反冲能量提高、推力增大，能量转化率提高。谐振腔与涵道组成射扇喷道，谐振腔反冲波阻导致扇背压力提高，发动机的高空性能提升，形成优势互补扇喷复合型发动机。机。机。


技术研发人员：赵渺 赵书柱
受保护的技术使用者：北京啮研科技有限公司
技术研发日：2022.06.06
技术公布日：2023/9/13