微小型分體式渦噴驅動壓氣機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的微小型分體式渦噴驅動壓氣機，屬于一種航空動力裝置，可作為超輕型翼尖噴氣式旋翼飛行器的動力系統(tǒng)的壓縮氣源。其主要結構包括前螺母、進氣道、前端蓋、離心式葉輪、徑向擴壓器、雙通道式蝸殼收集器、后端蓋、壓氣機軸、軸套、軸承等。它通過聯(lián)軸器與一臺改裝的微型渦噴發(fā)動機相連，由渦噴發(fā)動機進行驅動，來持續(xù)獲得所需要的壓縮空氣。其核心在于：壓氣機可以獨立進行設計，飛行器用氣來自壓氣機的氣流通道與渦噴發(fā)動機氣流通道相互獨立，而使發(fā)動機的運行較少受到干擾，大大減小了對發(fā)動機工作穩(wěn)定性的影響，同時對發(fā)動機本體所做的適應性改裝也比較簡單，從而提高了安全性和可靠性。此外發(fā)動機單元與壓氣機單元可以單獨更換，大大方便了修理和使用維護。
【專利說明】
微小型分體式渦噴驅動壓氣機
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種微小型航空動力裝置，可作為超輕型翼尖噴氣式旋翼飛行器的動力系統(tǒng)的壓縮氣源。確切地說是用一臺改裝的微型渦噴發(fā)動機驅動本專利描述的壓氣機，由壓氣機提供飛行器旋翼所需的壓縮空氣，從而推動旋翼旋轉。由于壓氣機與渦噴發(fā)動機單元相對獨立，僅通過聯(lián)軸器相互連接，故稱為分體式渦噴驅動壓氣機。
【背景技術】
[0002]限于超輕型旋翼飛行器對于重量的苛刻要求，采用翼尖噴氣帶動旋翼旋轉的方式受到關注。由于要利用壓縮空氣在旋翼翼尖噴出產生的反作用力來推動旋翼旋轉，這就必須考慮一種空氣壓縮裝置，能夠持續(xù)穩(wěn)定地提供所需的壓縮空氣?；谶@一要求，本專利設計了一種由改裝的微型渦噴發(fā)動機驅動的壓氣機，該壓氣機能夠提供滿足飛行器所需的壓力、溫度和流量要求的壓縮空氣。本專利采用的分體式結構方式，可以在微型渦噴發(fā)動機上做較小的改動，增加一個壓氣機單元，即可滿足需求。這種結構方式由于飛行器用氣來自壓氣機的氣流通道與渦噴發(fā)動機氣流通道相互獨立，而使發(fā)動機的運行較少受到干擾，從而提高了安全性和可靠性。此外發(fā)動機單元與壓氣機單元可以單獨更換，大大方便了修理和使用維護。

【發(fā)明內容】

[0003]與傳統(tǒng)的電驅動或其它動力驅動的壓氣機不同，本專利提供一種能持續(xù)穩(wěn)定地產生壓縮空氣的微小型壓氣機，它由一臺經過改裝的微型渦噴發(fā)動機驅動，可作為翼尖噴氣式超輕型旋翼飛行器的壓縮氣源。它要求提供較大流量和較高壓力的壓縮空氣，并能夠在50000?250000rpm的轉速范圍內穩(wěn)定工作。
[0004]本專利采用飛行器用氣和渦噴發(fā)動機用氣相互分離的方式，提出一種獨特的壓氣機結構，并通過改裝渦噴發(fā)動機主軸和尾噴口，由單獨設計的聯(lián)軸器將發(fā)動機與壓氣機相連。
[0005]為解決上述問題，本專利所采用的技術方案如下:
[0006]—種微小型壓氣機，主要構件包括前螺母、進氣道、前端蓋、離心式葉輪、徑向擴壓器、雙通道式蝸殼收集器、后端蓋、壓氣機軸、軸套、軸承等。壓氣機軸通過軸承支撐在軸套內，軸套安裝邊與徑向擴壓器相連。離心式葉輪安裝在壓氣機軸上，后端靠在軸承內鋼套上，前段則由前螺母壓緊。徑向擴壓器與雙通道式蝸殼收集器的后安裝邊連接在一起，蝸殼收集器的前安裝邊則與前端蓋的大安裝邊相連。進氣道后端則與前端蓋的小安裝邊相連。后端蓋前安裝邊與徑向擴壓器連接，后端則支撐在聯(lián)軸器上。以上結構構成了壓氣機的主體。
[0007]為適應高速旋轉和承受一定軸向力的要求，壓氣機軸承采用陶瓷球軸承。
[0008]雙通道式蝸殼收集器可以在兩側得到流量基本相同兩股氣流。
[0009]為增大渦噴發(fā)動機的軸輸出功，對發(fā)動機的尾噴口進行了改裝設計，增大了渦輪落壓比。同時為了通過聯(lián)軸器與壓氣機相連，對發(fā)動機主軸做了改裝設計。
[0010]考慮到渦噴發(fā)動機的起動問題，在壓氣機前端還需串聯(lián)一個起動電機，并由一個支架固定在壓氣機上。
[0011 ]工作時，由起動電機帶動壓氣機和渦噴發(fā)動機一起轉動，當達到一定轉速時，發(fā)動機進入正常工作狀態(tài)，起動電機與壓氣機脫開。發(fā)動機產生的能量主要用于驅動壓氣機產生壓縮空氣。
[0012]本專利的微小型分體式渦噴驅動壓氣機，可以提供壓力為0.25?0.45兆帕、流量為0.25?2.0公斤、溫度為70?200°C的壓縮空氣。
【附圖說明】
[0013]圖1是本專利的微小型分體式渦噴驅動壓氣機與微型渦噴發(fā)動機及起動電機連接方式示意圖。
[0014]圖2是本專利的微小型分體式渦噴驅動壓氣機的剖視圖。
[0015]圖3是本專利的微小型分體式渦噴驅動壓氣機的前軸側剖視圖。
[0016]圖4是本專利的微小型分體式渦噴驅動壓氣機的后軸側剖視圖。
[0017]圖5是本專利的微小型分體式渦噴驅動壓氣機的離心葉輪和徑向擴壓器軸側圖。
[0018]圖6是本專利的微小型分體式渦噴驅動壓氣機的雙通道式蝸殼收集器軸側圖。
[0019]圖中:1.起動電機，2.起動電機支架，3.壓氣機，4.微型渦噴發(fā)動機，5.前螺母，6.離心葉輪，7.軸套，8.壓氣機軸，9.聯(lián)軸器，10.后端蓋，11.雙通道式蝸殼收集器，12.前端蓋，13.徑向擴壓器，14.進氣道，15.軸承。
【具體實施方式】
[0020]下面，結合附圖以及【具體實施方式】，對本專利做進一步描述，以便更清楚地理解本發(fā)明所要求保護的技術思路。
[0021]如圖1所示，為本專利的微小型分體式渦噴驅動壓氣機與微型渦噴發(fā)動機和起動電機的連接示意圖。起動電機1、壓氣機3和發(fā)動機4采用串聯(lián)的方式，起動電機通過支架2固定在壓氣機上。
[0022]圖2是本專利描述壓氣機的結構主示意圖，壓氣機主要構件包括前螺母5、進氣道14、前端蓋12、離心式葉輪6、徑向擴壓器13、雙通道式蝸殼收集器11、后端蓋10、壓氣機軸8、軸套7、軸承15、聯(lián)軸器9等。壓氣機軸通過軸承支撐在軸套內，軸套安裝邊與徑向擴壓器相連。離心式葉輪安裝在壓氣機軸上，后端靠在軸承內鋼套上，前段則由前螺母壓緊。徑向擴壓器與雙通道式蝸殼收集器的后安裝邊連接在一起，蝸殼收集器的前安裝邊則與前端蓋的大安裝邊相連。進氣道后端則與前端蓋的小安裝邊相連。后端蓋前安裝邊與徑向擴壓器連接，后端則支撐在軸套上。
[0023]應根據飛行器所需壓縮空氣的流量和壓力來確定壓氣機的詳細設計方案，并需要與使用的微型渦噴發(fā)動機進行匹配設計。
[0024]通常情況下，離心式葉輪可以達到4.0的增壓比，如果進行優(yōu)化設計，增壓比可提高到6.0以上。采用徑向擴壓器的作用一是導流，二是可以進一步提高空氣壓力，并且氣流在進入蝸殼收集器之前不發(fā)生大的轉折，盡量減小了流動損失。雙通道式蝸殼收集器與傳統(tǒng)的單通道蝸殼收集器有很大不同，它采用了漸開線式流道設計，目的是較為均勻收集沿徑向向四周流出的空氣，盡可能降低壓力波動，并且在對稱方向得到流量基本相同的兩股氣流。
[0025]為了與壓氣機進行匹配，需要對微型渦噴發(fā)動機進行較少量的改裝設計。普通的微型渦噴發(fā)動機的主要作用是提供氣流噴射產生的推力，通過改裝設計尾噴口來提高渦輪落壓比，并且不影響發(fā)動機氣流的暢通，盡可能將發(fā)動機產生的能量轉化為軸輸出能量。此外為了與壓氣機連接，重新設計了發(fā)動機主軸。關于微型渦噴發(fā)動機的改裝設計不在此專利中詳細描述。
[0026]微小型分體式渦噴驅動壓氣機的工作原理如下:首先由起動電機帶動壓氣機和微型渦噴發(fā)動機一起轉動，當達到一定轉速時，發(fā)動機進入正常工作狀態(tài)，起動電機與壓氣機脫開，壓氣機由發(fā)動機軸驅動，與發(fā)動機同步運轉。離心葉輪轉動時，吸入前方空氣進行壓縮，壓縮空氣經由徑向擴壓器和雙通道式蝸殼收集器排出。
[0027]上述實施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，不能以此來限定本發(fā)明的保護范圍，本領域的技術人員在本發(fā)明的基礎上所作的任何非實質性的變化及替換均屬于本發(fā)明所要求保護的范圍。
【主權項】
1.一種微小型分體式渦噴驅動壓氣機，其特征在于:主要構件包括前螺母、進氣道、前端蓋、離心式葉輪、徑向擴壓器、雙通道式蝸殼收集器、后端蓋、壓氣機軸、軸套、軸承等。2.如權利要求1所述的微小型分體式渦噴驅動壓氣機，其特征在于:壓氣機軸通過軸承支撐在軸套內，軸套安裝邊與徑向擴壓器相連。離心式葉輪安裝在壓氣機軸上，后端靠在軸承內鋼套上，前段則由前螺母壓緊。徑向擴壓器與雙通道式蝸殼收集器的后安裝邊連接在一起，蝸殼收集器的前安裝邊則與前端蓋的大安裝邊相連。進氣道后端則與前端蓋的小安裝邊相連。后端蓋前安裝邊與徑向擴壓器連接，后端則支撐在聯(lián)軸器上。3.如權利要求1所述的微小型分體式渦噴驅動壓氣機，其特征在于:壓氣機獨立進行設計，壓氣機的氣流通道與渦噴發(fā)動機氣流通道相互獨立。4.如權利要求1所述的微小型分體式渦噴驅動壓氣機，其特征在于:專門設計的雙通道式蝸殼收集器可以在兩側得到流量基本相同兩股氣流。
【文檔編號】F04D29/42GK105927559SQ201510192073
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年4月22日
【發(fā)明人】張新宇, 其他發(fā)明人請求不公開姓名
【申請人】張澄宇, 張新宇