一種直接加熱空氣產(chǎn)生推力的通用發(fā)動(dòng)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直接加熱空氣產(chǎn)生推力的通用發(fā)動(dòng)機(jī),包括熱源反應(yīng)裝置、傳熱裝置、熱交換系統(tǒng),熱源反應(yīng)裝置安裝在傳熱裝置始端，傳熱裝置終端連接熱交換系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)直接利用熱源反應(yīng)裝置產(chǎn)生的熱量，通過傳熱裝置將熱量傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道，并使空氣流能在短時(shí)間內(nèi)充分受熱，受熱后的空氣流經(jīng)膨脹、降溫、加速，排出發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生推力。合理的傳熱與空氣分流設(shè)計(jì)，使流入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流高效受熱，經(jīng)由空氣流道3～5度的膨脹面后，空氣加速排出而獲得推力。其過程無需發(fā)生燃燒反應(yīng)，發(fā)動(dòng)機(jī)擺脫了傳統(tǒng)的燃燒供熱模式，采用直接供熱方式，避免了影響燃燒反應(yīng)而降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率的因素，同時(shí)也為高效新能源的應(yīng)用提供了接口和載體。
【專利說明】一種直接加熱空氣產(chǎn)生推力的通用發(fā)動(dòng)機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，具體地說，涉及一種直接加熱空氣產(chǎn)生推力的通用發(fā)動(dòng)機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動(dòng)機(jī)是航空航天飛行器的核心技術(shù)之一。
[0003]現(xiàn)有公開的技術(shù)文獻(xiàn)“航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)技術(shù)及發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展型譜研究”(電子科技大學(xué)，2007年，碩士畢業(yè)論文)，文中介紹了國(guó)內(nèi)、外航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其核心機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、規(guī)律、研制技術(shù)途徑，全面分析國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)的特點(diǎn)。在文獻(xiàn)“核能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展”(飛航導(dǎo)彈，2009年，第4期)中，介紹了國(guó)外自20世紀(jì)40年代以來在核能航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，重點(diǎn)討論了美國(guó)在飛機(jī)核能推進(jìn)項(xiàng)目中研究的方案。在中國(guó)專利CN103527319 A中公開了 “一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)”，有效地解決了渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速工作時(shí)油耗較高，且效率低下的缺陷。
[0004]但文獻(xiàn)“航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)技術(shù)及發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展型譜研究”及專利“一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)”中描述的發(fā)動(dòng)機(jī)存在以下缺陷:第一，現(xiàn)有的航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要利用燃燒產(chǎn)生的熱量為氣體加熱，導(dǎo)致其燃燒反應(yīng)效率決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。很多導(dǎo)致燃燒效率降低的因素都會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)比沖，如氧化劑、還原劑本身的化學(xué)性質(zhì)及配比，氧化劑與還原劑能否充分混合，燃燒反應(yīng)催化劑選擇及用量，諸多因素難以得到精確控制，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能無法進(jìn)一步提高。第二，隨著一些新能源的出現(xiàn)，如核能、太陽能，其反應(yīng)產(chǎn)熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的燃燒反應(yīng)，如0.1kg鈾裂變產(chǎn)能與傳統(tǒng)的125噸航空燃油燃燒產(chǎn)能是一樣的，但是很多高效新能源的最原始反應(yīng)方式并不是燃燒產(chǎn)熱，而是直接產(chǎn)生熱量?，F(xiàn)有的航空發(fā)動(dòng)機(jī)要使用這些新能源，就必須經(jīng)過能量形式的轉(zhuǎn)換，至使效率大大降低。
[0005]在文獻(xiàn)“核能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展”中所介紹的美國(guó)核能推進(jìn)方案存在以下不足:第一，傳熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過于簡(jiǎn)單，且概念化，難以保證反應(yīng)熱源的熱量高效傳輸并加熱氣體；第二，未進(jìn)行熱交換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，無法保證氣體能夠最大程度的受熱、膨脹、產(chǎn)生推力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種直接加熱空氣產(chǎn)生推力的通用發(fā)動(dòng)機(jī)，其利用熱源直接產(chǎn)生的熱量，通過傳熱裝置將熱量傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣流道，并使空氣流能夠在短時(shí)間內(nèi)充分受熱，受熱后的空氣流經(jīng)膨脹、降溫、加速，排出發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生推力。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括熱源反應(yīng)裝置、傳熱裝置、熱交換系統(tǒng)，
[0008]所述熱源反應(yīng)裝置包括固定球、管路、反應(yīng)球、反應(yīng)熱接口，反應(yīng)球和固定球?yàn)閮蓚€(gè)直徑不同、同心的空腔球體結(jié)構(gòu)，反應(yīng)球和固定球兩端有通孔，兩球通孔通過兩個(gè)拉瓦耳形管路連接，固定球軸向兩端有圓孔與反應(yīng)熱接口固連，反應(yīng)球內(nèi)填充液態(tài)鋰為通用反應(yīng)源；
[0009]所述傳熱裝置包括連接管、鋰流板、鋰流管、鋰流板接口、導(dǎo)向流板，所述鋰流板為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，鋰流板兩端有鋰流板接口，鋰流板上兩端部有多塊弧形導(dǎo)向流板，兩端部的導(dǎo)向流板內(nèi)弧面相對(duì)、對(duì)稱安裝，鋰流板上均布若干鋰流管，所述連接管為兩根L形管，連接管一端與鋰流板接口固連，連接管的另一端通過反應(yīng)熱接口與固定球連接；
[0010]所述熱交換系統(tǒng)包括熱交換體、仿翼型型面、空氣流道、半菱形翼、鋰流管固定孔、流道膨脹面，所述熱交換體內(nèi)均布多層空氣流道，豎直方向等間距排列若干鋰流管固定孔，鋰流管固定孔貫穿多層空氣流道，且與空氣流道形成柵格狀結(jié)構(gòu)，所述空氣流道底部為水平面，空氣流道上表面為流道膨脹面，每層空氣流道前端有多個(gè)半菱形翼，多層仿翼型型面分別位于空氣流道層之間、半菱形翼的上方，鋰流板位于熱交換體上面，鋰流管與鋰流管固定孔配合。
[0011]所述流道膨脹面為3?5度。
[0012]有益效果
[0013]本發(fā)明提出的一種直接加熱空氣產(chǎn)生推力的通用發(fā)動(dòng)機(jī)，包括熱源反應(yīng)裝置、傳熱裝置、熱交換系統(tǒng)，熱源反應(yīng)裝置安裝在傳熱裝置始端，傳熱裝置終端連接熱交換系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)直接利用熱源反應(yīng)裝置產(chǎn)生的熱量，通過傳熱裝置將熱量傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣流道，并使空氣流能在短時(shí)間內(nèi)充分受熱，受熱后的空氣流經(jīng)膨脹、降溫、加速，排出發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生推力。合理的傳熱與空氣分流設(shè)計(jì)，使流入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流高效受熱，經(jīng)由空氣流道3?5度的膨脹面后，空氣流加速排出而獲得推力。其過程無需發(fā)生燃燒反應(yīng)，發(fā)動(dòng)機(jī)擺脫傳統(tǒng)的燃燒供熱模式，采用直接供熱方式，避免了影響燃燒反應(yīng)而降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率的因素，同時(shí)，也為高效新能源的利用提供了接口和載體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種直接加熱空氣產(chǎn)生推力的通用發(fā)動(dòng)機(jī)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015]圖1為本發(fā)明通用發(fā)動(dòng)機(jī)裝配軸測(cè)圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的熱源反應(yīng)裝置剖面圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的傳熱裝置軸測(cè)圖。
[0018]圖4為本發(fā)明的鋰流板剖面圖。
[0019]圖5為本發(fā)明的熱交換系統(tǒng)軸測(cè)圖。
[0020]圖6為本發(fā)明的熱交換系統(tǒng)剖視圖。
[0021]圖中:
[0022]1.熱源反應(yīng)裝置2.傳熱裝置3.熱交換系統(tǒng)4.固定球5.管路6.反應(yīng)球
7.反應(yīng)熱接口 8.連接管9.鋰流板10.鋰流管11.鋰流板接口 12.導(dǎo)向流板13.熱交換體14.仿翼型型面15.空氣流道16.半菱形翼17.鋰流管固定孔18.流道膨脹面

【具體實(shí)施方式】
[0023]本實(shí)施例是一種直接加熱空氣產(chǎn)生推力的通用發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0024]參閱圖1?圖6，本實(shí)施例直接加熱空氣產(chǎn)生推力的通用發(fā)動(dòng)機(jī)，由熱源反應(yīng)裝置1、傳熱裝置2和熱交換系統(tǒng)3組成。熱源反應(yīng)裝置I安裝在傳熱裝置2的始端，傳熱裝置2終端連接熱交換系統(tǒng)3，同時(shí)，熱交換系統(tǒng)3流入、流出空氣流。
[0025]熱源反應(yīng)裝置I包括固定球4、管路5、反應(yīng)球6、反應(yīng)熱接口 7，反應(yīng)球6和固定球4為兩個(gè)直徑不同、同心的空腔球體結(jié)構(gòu)，反應(yīng)球6和固定球4兩端有通孔，反應(yīng)球6和固定球4的兩通孔通過兩個(gè)拉瓦耳形管路5連接，兩個(gè)管路5分別輸入反應(yīng)原料和輸出反應(yīng)廢料，固定球4軸向兩端有圓孔與反應(yīng)熱接口7固定連接，反應(yīng)球6內(nèi)填充液態(tài)鋰為通用反應(yīng)源。
[0026]傳熱裝置2由連接管8、鋰流板9、鋰流管10、鋰流板接口 11、導(dǎo)向流板12組成，鋰流板9為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，鋰流板9兩端有鋰流板接口 11，鋰流板9上兩端部有多塊弧形導(dǎo)向流板12，兩端部的導(dǎo)向流板12內(nèi)弧面相對(duì)，導(dǎo)向流板12對(duì)稱安裝，鋰流板9上均布有若干鋰流管10 ;連接管8為兩根L形管，連接管8 一端與鋰流板接口 11固定連接，連接管8的另一端通過反應(yīng)熱接口 7與固定球4的圓孔連接。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，高溫鋰流質(zhì)從反應(yīng)球6中流出，經(jīng)由連接管8接口流入鋰流板9,通過導(dǎo)向流板12擴(kuò)散,鋰流質(zhì)流向排布的鋰流管10，在鋰流管10中上下雙向流動(dòng)。鋰流質(zhì)通過導(dǎo)向流板12在出口處匯聚流出鋰流板9，經(jīng)過連接管8再次流回?zé)嵩捶磻?yīng)裝置I的反應(yīng)球6中，從而構(gòu)成鋰流質(zhì)循環(huán)。在鋰流質(zhì)循環(huán)過程中，將反應(yīng)熱源源不斷的輸送至鋰流管10中，保證產(chǎn)熱反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，熱量源源不斷的流向冷空氣流。
[0027]熱交換系統(tǒng)3包括熱交換體13、仿翼型型面14、空氣流道15、半菱形翼16、鋰流管固定孔17、流道膨脹面18，熱交換體13內(nèi)均布多層空氣流道15，豎直方向等間距排列若干鋰流管固定孔17，鋰流管固定孔17貫穿多層空氣流道15，鋰流管固定孔17與空氣流道15形成柵格狀結(jié)構(gòu)?？諝饬鞯?5底部為水平面，空氣流道15上表面為流道膨脹面18，每層空氣流道15前端部設(shè)置有多個(gè)半菱形翼16，多層仿翼型型面14分別固定在空氣流道層之間、半菱形翼16的上方，鋰流板9固定安裝在熱交換體13上面，鋰流管10與鋰流管固定孔17配合，鋰流管10沿著鋰流管固定孔17插入熱交換體13貫穿多層空氣流道15。空氣流經(jīng)過空氣流道15流入熱交換系統(tǒng)中后，由空氣流道15進(jìn)行表面加熱，由鋰流管10為中心加熱。
[0028]本實(shí)施例中流道膨脹面18為3?5度；當(dāng)飛行器以超音速飛行時(shí)，空氣流道15受熱的空氣流完全膨脹。當(dāng)空氣流流入空氣流道15后，被鋰流管10加熱；由于流道膨脹面18的存在，高溫高壓氣體在膨脹面上作用推力、升力方向的力，同時(shí)空氣流在流經(jīng)膨脹面時(shí)會(huì)充分膨脹，從而降溫、加速，加速后的氣體排出從而產(chǎn)生推力。
[0029]本實(shí)施例對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)縮比模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并測(cè)量，主要特征尺寸參數(shù)如下表:
[0030]系統(tǒng)____尺寸(_)
固定球直徑__1160
反應(yīng)球直徑__500
熱源反應(yīng)裝置管路最大直徑__300
管路最小直徑__200
__熱接口直徑__350
連接管直徑__120
連接管水平段長(zhǎng)度__1200
連接管垂直段長(zhǎng)度__880
鋰流板長(zhǎng)度3160
傳執(zhí)裝置--
…、鋰流板寬度__1000
鋰流板厚度__240
鋰流管直徑__35
__鋰流管長(zhǎng)度__1000
熱交換體長(zhǎng)度__3000
熱交換體高度__1200
熱交換體寬度__1200
空氣流道入口高_(dá)_120
空氣流道入口寬__130
熱交換系統(tǒng)空氣流道出口高_(dá)_270
空氣流道出口寬__130
仿翼型型面弦長(zhǎng)__300
仿翼型型面展長(zhǎng)__1000
半菱形翼弦長(zhǎng)__300
_ 半菱形翼展長(zhǎng)108 ^
[0031]其中，反應(yīng)球、連接管、鋰流板采用碳化硅材料；其余部件的材料選用鑄鐵。
[0032]將熱源反應(yīng)裝置暴露在空氣中，在反應(yīng)球內(nèi)放置燃燒反應(yīng)源，在傳熱裝置中填充液態(tài)鋰。經(jīng)過測(cè)試，反應(yīng)溫度為1000攝氏度，連接管始端溫度為997攝氏度，連接管末端溫度為956.2攝氏度，鋰流板中央?yún)^(qū)溫度為892.4攝氏度，鋰流管的平均溫度為856.9攝氏度，傳熱效率為86%。
[0033]熱交換體入口空氣流速度為IMa，溫度為26.9攝氏度，空氣密度為1.225kg/m3，經(jīng)過鋰流管陣列的加熱，熱交換體出口的空氣流速度為2.85Ma，溫度為142.6攝氏度，熱能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)換效率為89%。整個(gè)動(dòng)力裝置的總推力為5000N，效率值為77%。本發(fā)明通用發(fā)動(dòng)機(jī)能直接運(yùn)用熱源反應(yīng)裝置的熱量，使流經(jīng)熱交換體的空氣流在短時(shí)間內(nèi)充分受熱，經(jīng)過膨脹面的作用，高溫氣體降溫、加速排出的同時(shí)產(chǎn)生極大的推力。
【權(quán)利要求】
1.一種直接加熱空氣產(chǎn)生推力的通用發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:包括熱源反應(yīng)裝置、傳熱裝置、熱交換系統(tǒng)， 所述熱源反應(yīng)裝置包括固定球、管路、反應(yīng)球、反應(yīng)熱接口，反應(yīng)球和固定球?yàn)閮蓚€(gè)直徑不同、同心的空腔球體結(jié)構(gòu)，反應(yīng)球和固定球兩端有通孔，兩球通孔通過兩個(gè)拉瓦耳形管路連接，固定球軸向兩端有圓孔與反應(yīng)熱接口固連，反應(yīng)球內(nèi)填充液態(tài)鋰為通用反應(yīng)源； 所述傳熱裝置包括連接管、鋰流板、鋰流管、鋰流板接口、導(dǎo)向流板，所述鋰流板為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，鋰流板兩端有鋰流板接口，鋰流板上兩端部有多塊弧形導(dǎo)向流板，兩端部的導(dǎo)向流板內(nèi)弧面相對(duì)、對(duì)稱安裝，鋰流板上均布若干鋰流管，所述連接管為兩根L形管，連接管一端與鋰流板接口固連，連接管的另一端通過反應(yīng)熱接口與固定球連接； 所述熱交換系統(tǒng)包括熱交換體、仿翼型型面、空氣流道、半菱形翼、鋰流管固定孔、流道膨脹面，所述熱交換體內(nèi)均布多層空氣流道，豎直方向等間距排列若干鋰流管固定孔，鋰流管固定孔貫穿多層空氣流道，且與空氣流道形成柵格狀結(jié)構(gòu)，所述空氣流道底部為水平面，空氣流道上表面為流道膨脹面，每層空氣流道前端有多個(gè)半菱形翼，多層仿翼型型面分別位于空氣流道層之間、半菱形翼的上方，鋰流板位于熱交換體上面，鋰流管與鋰流管固定孔配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接加熱空氣產(chǎn)生推力的通用發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述流道膨脹面為3?5度。
【文檔編號(hào)】F02K7/08GK104179595SQ201410398216
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】趙成澤, 谷良賢, 龔春林, 李?yuàn)W, 王若冰, 王一凡, 康博翼, 戴存喜 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)