一种回流式压气机及其发动机

摘要

本发明公开一种回流式压气机及其发动机，包括U型套筒转子，所述U型套筒转子包括内筒、外筒以及连接在所述内筒和所述外筒之间的环形筒底；所述U型套筒转子开口侧设置有端盖，所述端盖和所述U型套筒转子之间设置有内涵道静子和外涵道静子，其中，所述内涵道静子设置在所述内筒中部，所述外涵道静子设置在所述内筒和所述外筒之间；所述内筒与所述内涵道静子之间形成低压压气段；所述内筒与所述外涵道静子之间形成高压压气段；气流经过所述低压压气段后回流进入所述高压压气段，然后再次回流后排出；本发明能够提高压气机的压气能力，进而提高发动机的功率，并能够缩短发动机的轴向尺寸。

权利要求

1.一种回流式压气机，其特征在于：包括U型套筒转子，所述U型套筒转子包括内筒、外筒以及连接在所述内筒和所述外筒之间的环形筒底；内筒的内壁上设置有低压动叶片组，内筒的外壁上设置有高压动叶片组；

所述U型套筒转子开口侧设置有端盖，所述端盖和所述U型套筒转子之间设置有内涵道静子和外涵道静子，其中，所述内涵道静子设置在所述内筒中部，所述外涵道静子设置在所述内筒和所述外筒之间；

所述内筒与所述内涵道静子之间形成低压压气段；所述内筒与所述外涵道静子之间形成高压压气段；气流经过所述低压压气段后回流进入所述高压压气段，然后再次回流后排出。

2.根据权利要求1所述的回流式压气机，其特征在于：所述端盖包括内圈、外圈以及连接在所述内圈和所述外圈之间的环形凸起，所述内圈与所述内涵道静子的端部连接，所述外圈与所述外涵道静子的端部连接，所述环形凸起内侧形成所述气流由所述低压压气段进入所述高压压气段的回流空间。

3.根据权利要求2所述的回流式压气机，其特征在于：所述气流的气流路径为S型，其空间由进口至第一拐角以及由第一拐角至第二拐角逐渐缩小，第二拐角处形成扩大的弧形空间，由所述弧形空间至出口逐渐扩大。

4.根据权利要求2所述的回流式压气机，其特征在于：所述环形筒底的内侧设置有外涵道静子连接部，所述外涵道静子连接部与所述外涵道静子可转动连接；所述内筒的内壁上设置的低压动叶片组上设置有内涵道静子连接部，所述内涵道静子连接部与所述内涵道静子可转动连接。

5.根据权利要求4所述的回流式压气机，其特征在于：所述内涵道静子连接部设置在第一级和最后一级的所述低压动叶片组中部。

6.根据权利要求1‑5任一项所述的回流式压气机，其特征在于：所述内涵道静子为中空锥形结构，一端设置有开口。

7.一种发动机，其特征在于：应用如权利要求1‑6任一项所述的回流式压气机，所述环形筒底的内侧设置有燃烧室，所述外筒与所述外涵道静子之间形成涡轮排气段。

8.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于：所述环形筒底的外底面设置有整流罩连接部，所述整流罩连接部可转动连接有整流罩。

9.根据权利要求8所述的发动机，其特征在于：所述整流罩与所述内涵道静子固定连接，所述端盖包括内圈、外圈以及连接在所述内圈和所述外圈之间的环形凸起，所述整流罩还与所述外圈固定连接。

说明书

一种回流式压气机及其发动机

技术领域

[0001] 本发明涉及发动机领域，特别是涉及一种回流式压气机及其发动机。

背景技术

[0002] 随航空工业的不断发展，飞机性能也越发优异，对于发动机性能的要求也水涨船高。为了满足对发动机更高功率的需求，发动机压气机压气能力尤其是效率的提升势在必
行。现有压气机发展的主要方向：增加压气机级数、提高单级压气比、提高轴承转速、实现多
级轴承。

[0003] 但增加压气机级数会使得零件增多，轴向尺寸增大的同时会大大削弱压气机的整体可靠性；提高单级压气比对于叶片材料性能的提升会有相当高的要求；提高轴承转速除
了对轴承材料有很高要求外，也对于叶片在更高速度下的压气效率提出了更苛刻的性能要
求；至于实现多级轴承，虽然会使得各压气机之间的配合更加高效，但是也会提高机械复杂
性，引起总体可靠性的明显降低，不利于保养维护，另外，以上的发展方向势必会或多或少
的加剧压气机冷却方面的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种回流式压气机及其发动机，以解决上述现有技术存在的问题，能够提高压气机的压气能力，进而提高发动机的功率，并能够缩短发动机的轴向尺
寸。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0006] 本发明提供一种回流式压气机，包括U型套筒转子，所述U型套筒转子包括内筒、外筒以及连接在所述内筒和所述外筒之间的环形筒底；

[0007] 所述U型套筒转子开口侧设置有端盖，所述端盖和所述U型套筒转子之间设置有内涵道静子和外涵道静子，其中，所述内涵道静子设置在所述内筒中部，所述外涵道静子设置
在所述内筒和所述外筒之间；

[0008] 所述内筒与所述内涵道静子之间形成低压压气段；所述内筒与所述外涵道静子之间形成高压压气段；气流经过所述低压压气段后回流进入所述高压压气段，然后再次回流
后排出。

[0009] 优选地，所述端盖包括内圈、外圈以及连接在所述内圈和所述外圈之间的环形凸起，所述内圈与所述内涵道静子的端部连接，所述外圈与所述外涵道静子的端部连接，所述
环形凸起内侧形成所述气流由所述低压压气段进入所述高压压气段的回流空间。

[0010] 优选地，所述气流流通的气流路径为S型，其空间由进口至第一拐角以及由第一拐角至第二拐角逐渐缩小，第二拐角处形成扩大的弧形空间，由所述弧形空间至出口逐渐扩
大。

[0011] 优选地，所述环形筒底的内侧设置有外涵道静子连接部，所述外涵道静子连接部与所述外涵道静子可转动连接；所述内筒的内壁上设置的低压动叶片组上设置有内涵道静
子连接部，所述内涵道静子连接部与所述内涵道静子可转动连接。

[0012] 优选地，所述内涵道静子连接部设置在第一级和最后一级的所述低压动叶片组中部。

[0013] 优选地，所述内涵道静子为中空锥形结构，一端设置有开口。

[0014] 本发明还提供一种发动机，应用所述的回流式压气机，所述环形筒底的内侧设置有燃烧室，所述外筒与所述外涵道静子之间形成涡轮排气段。

[0015] 优选地，所述环形筒底的外底面设置有整流罩连接部，所述整流罩连接部与所述整流罩可转动连接。

[0016] 优选地，所述整流罩与所述内涵道静子固定连接，所述整流罩还与所述外圈固定连接。

[0017] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

[0018] (1)本发明将发动机转子设置成U型套筒转子，与内涵道静子和外涵道静子相配合，使得进入发动机的气流在轴向方向总共发生了两次转变，第一次转变时，能够降低气流
流速，增加静压，提高压气机的压气能力，第二次转变时，气流流速进一步变慢，且会产生湍
流，利于燃烧室中燃油的稳定充分燃烧；

[0019] (2)本发明将传统的低压压气机转子和高压压气机转子合并改造成U型套筒转子，大大缩短了发动机的轴向尺寸，使得发动机能竖直安装于直升机内部等轴线空间较小的地
方；

[0020] (3)本发明将高、低压压气机分层设计即分层设计高压压气段和低压压气段，将高、低压压气段分离到内外两个涵道，由于旋转半径不同，线速度也不同，在只有一个U型套
筒转子的基础上部分实现多级轴承所能实现的高、低压压气机转速不同的功能；

[0021] (4)本发明将高压压气段设置到了低压压气段的外侧，低压压气段的低压动叶片组装到U型套筒转子的内筒的内壁上，这使得高压动叶片组和低压动叶片组虽然旋转方向
相同，但轴向受力方向完全相反，从而使整个压气段的轴向应力能得到很大程度上的内部
抵消；

[0022] (5)本发明从涡轮动叶片组到高低压压气段的受力中心的轴向距离，相比常规轴流式双轴涡喷发动机涡轮到压气机受力中心的轴向距离大大减小，从而U型套筒转子的扭
转形变也大大减小，也就尽可能避免了U型套筒转子滑移现象的出现；

[0023] (6)本发明增大了径向半径尺寸，使得布置各部件冷却系统的空间更多，整个发动机的耐热防护能做的更好，进而能有更长的使用寿命。

附图说明

[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图
获得其他的附图。

[0025] 图1为现有轴流式双轴涡喷发动机结构示意图；

[0026] 图2为本发明压气机/发动机部件拆分图；

[0027] 图3为本发明压气机/发动机装配剖面图；

[0028] 图4为本发明发动机结构及气流路径示意图；

[0029] 图5为本发明U型套筒转子结构剖面示意图；

[0030] 图6为本发明内涵道静子结构剖面示意图；

[0031] 图7为本发明整流罩结构示意图；

[0032] 其中，1、U型套筒转子；11、低压动叶片组；12、高压动叶片组；13、涡轮动叶片组；14、外涵道静子连接部；15、内涵道静子连接部；16、整流罩连接部；2、外涵道静子；21、高压
静叶片组；22、涡轮静叶片组；3、内涵道静子；31、低压静叶片组；4、端盖；5、整流罩；6、低压
压气段；7、高压压气段；8、涡轮排气段；9、燃烧室；10、气流路径；101、低压压气机转子；102、
高压压气机转子；103、燃烧室；104、高压涡轮；105、低压涡轮；106、气流路径。

具体实施方式

[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 本发明的目的是提供一种回流式压气机及其发动机，以解决现有技术存在的问题，能够提高压气机的压气能力，进而提高发动机的功率，并能够缩短发动机的轴向尺寸。

[0035] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0036] 本发明提供一种回流式压气机，包括U型套筒转子1，如图5所示，U型套筒转子1包括内筒、外筒以及连接在内筒和外筒之间的环形筒底，至于三者之间的连接关系，可以为一
体成型，也可以将环形筒底通过现有的连接方式(如螺栓连接等方式)连接到内筒和外筒的
端部；内筒的内壁上设置有低压动叶片组11，内筒的外壁上设置有高压动叶片组12，外筒的
内壁上设置有涡轮动叶片组13(作为压气机使用时，可以不设置涡轮动叶片组13)，需要说
明的是，本发明的重点不在于叶片结构的改进，关于本发明的所有叶片的设置均基于现有
技术，其中，低压动叶片组11和高压动叶片组12分别相当于现有技术中的低压压气机动叶
片组和高压压气机动叶片组，本发明只是相应的进行适应性的修改，该修改是本领域技术
人员能够得知的；如图3‑4所示，内筒和外筒之间形成容纳外涵道静子2的空间，内筒中部形
成容纳内涵道静子3的空间，环形筒底内侧形成容纳燃烧室9的弧形空间。

[0037] 如图2‑3所示，还包括内涵道静子3、外涵道静子2以及设置在U型套筒转子1开口侧的端盖4；其中，内涵道静子3设置在内筒中部，外涵道静子2设置在内筒和外筒之间；U型套
筒转子1为活动部件，外涵道静子2、内涵道静子3和端盖4为固定部件，外涵道静子2、内涵道
静子3和端盖4起到支撑结构的同时，也起到组成气流通道的作用。

[0038] 参考图2，外涵道静子2为圆筒形结构，其内壁设置有高压静叶片组21，外壁设置有涡轮静叶片组22(作为压气机使用时，可以不设置涡轮静叶片组22)；参考图6，内涵道静子3
外壁上还设置有低压静叶片组31；需要再次说明的是，根据前文记载可知，关于本发明的所
有叶片的设置均基于现有技术，高压静叶片组21、涡轮静叶片组22和低压静叶片组31同样
基于现有技术做适应性的调整。

[0039] 如图3所示，U型套筒转子1开口侧设置有端盖4，端盖4和U型套筒转子1之间设置有内涵道静子3和外涵道静子2，其中，内涵道静子3设置在内筒中部，外涵道静子2设置在内筒
和外筒之间；

[0040] 如图4所示，内筒与内涵道静子3之间形成低压压气段6；内筒与外涵道静子2之间形成高压压气段7；气流经过低压压气段6后回流进入高压压气段7，然后再次回流后排出。

[0041] 如图4所示，U型套筒转子1与外涵道静子2和内涵道静子3配合后，被分隔成S型的气流路径10，气流路径10由进口至第一拐角以及由第一拐角至第二拐角逐渐缩小，第二拐
角处形成扩大的弧形空间(在发动机中用于形成燃烧室9)，由弧形空间至出口逐渐扩大。

[0042] 再次参考图5，U型套筒转子1的环形筒底的内侧设置有外涵道静子连接部14，需要注意的是，外涵道静子连接部14距离环形筒底的内部具有一定间距，以形成容纳燃烧室9的
弧形空间；低压动叶片组11的中部设置有内涵道静子连接部15(具体参见后文所述)。

[0043] 进一步的，内涵道静子连接部15设置在第一级和最后一级低压动叶片组11中部的内环上。

[0044] 本发明还提供一种发动机，应用前文所述的回流式压气机。

[0045] 如图4所示，U型套筒转子1的内筒与内涵道静子3之间形成低压压气段6；U型套筒转子1的内筒与外涵道静子2之间形成高压压气段7；U型套筒转子1的外筒与外涵道静子2之
间形成涡轮排气段8；U型套筒转子1的环形筒底的内侧设置有燃烧室9；

[0046] 如图4所示，气流经过低压压气段6后回流进入高压压气段7，再经过燃烧室9后进入涡轮排气段8，同时驱动U型套筒转子1转动，也就是说，气流路径10形成S型，U型套筒转子
1与内涵道静子3、外涵道静子2以及端盖4相配合，使得进入发动机的气流在轴向方向总共
发生了两次转变，第一次转变时，能够降低气流流速，增加静压，提高压气机的压气能力，第
二次转变时，气流流速进一步变慢，且会产生湍流，利于燃烧室9中燃油的稳定充分燃烧。

[0047] 如图5所示，并同时参考图3‑4，U型套筒转子1的环形筒底的内侧设置有外涵道静子连接部14，外涵道静子连接部14与外涵道静子2可转动连接，例如滑动轴承的连接方式；
低压动叶片组11的中部设置有内涵道静子连接部15，内涵道静子连接部15与内涵道静子3
可转动连接，例如滑动轴承的连接方式，需要说明的是，低压动叶片组11设置有多级，为了
保证转动连接的可靠性，优选地，在第一级和最后一级上设置有内涵道静子连接部15。

[0048] 如图6所示，进一步的，将内涵道静子3的气流冲击的一端设置成弧形，能够将气流导向进入低压压气段6，内涵道静子3为中空锥形结构，在内涵道静子3的气流冲击的反向一
端设置有开口，能够减轻多余重量，进而使发动机达到轻量化的设计要求，另外，为实现前
文所述的滑动轴承连接的设置方式，在内涵道静子3与内涵道静子连接部15相对应的位置
设置有槽，槽内安装有滑动轴承。

[0049] 如图2和图3所示，端盖4包括内圈、外圈以及连接在内圈和外圈之间的环形凸起，内圈与内涵道静子3设置有开口的一端连接，外圈与外涵道静子2的一端连接，其中，连接方
式均为现有技术，如现有技术中常用的螺栓连接，参考图4，端盖4的环形凸起内侧形成低压
压气段6进入高压压气段7的回流空间，另外，端盖4的内圈和外圈上还设置有用于定位的楔
槽。

[0050] 如图5所示，U型套筒转子1的环形筒底的外底面设置有整流罩连接部16，整流罩连接部16与整流罩5可转动连接，如图4所示，该连接方式可以采用滑动轴承的形式，需要注意
的是，滑动轴承可以沿环形设置成一个整体，也可以沿环形设置有多个，此时，整流罩5可以
实现限制U型套筒转子1的轴线位移的作用。

[0051] 如图7所示，并参考图2‑4，整流罩5迎向气流的一端设置有三幅式的支撑结构，该结构中心设置有第一圆环，第一圆环能够套设到内涵道静子3前端的弧形结构上，以形成对
整流罩5的支撑，另外，参考图3，整流罩5的另一端设置有多幅式支撑结构，其中心设置有更
大的第二圆环，第二圆环与端盖4的外圈固定连接，以形成对整流罩5的另一侧支撑，最终形
成对整流罩5稳定的支撑结构，整流罩5能够起到提高发动机整体结构强度和减小阻力的作
用。

[0052] 本发明发动机的工作原理如下：如图4所示，气流先进入到低压压气段6，完成第一阶段的压缩，然后，气流通过端盖4的环形凸起内侧形成的空间，使得气流回流由低压压气
段6流入到高压压气段7，完成从向后流动到向前流动的回流压缩过程，此为第二阶段的压
缩，之后，气流进入高压压气段7，完成第三阶段的压缩，最后，气流进入位于U型套筒转子1
的环形筒底内侧的燃烧室9，完成助燃过程，推动U型套筒转子1的外筒内侧的涡轮动叶片组
13做功，使得U型套筒转子1转动，最终，气流经过涡轮排气段8离开发动机；本发明将高、低
压压气机分层设计即分层设计高压压气段7和低压压气段6，将其分离到内外两个涵道，虽
然高压动叶片组12和低压动叶片组11的角速度相同且绕同一条轴转动，但由于各自的叶片
分别装配于U型套筒转子1的内筒的内壁和外壁，距离转轴的平均半径不同，故线速度也明
显不同，每级动叶片的具体线速度差值，可根据实际需要，通过设计距离转轴半径来调节，
因此，本发明能够在只有一个U型套筒转子1的基础上部分实现多级轴承所能实现的高、低
压压气机转速不同的功能。

[0053] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依
据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容
不应理解为对本发明的限制。