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[技术] “空气压缩航空发动机”可行性论证.2

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发表于 2009-10-31 14:57:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
《空气压缩航空发动机》的可行性论证.2

北京航空航天大学能源与动力工程学院 高歌 教授

五. 设置压力腔对航空涡轮发动机的噪音抑制作用:
现代航空涡轮发动机的噪音有两个主要来源,首当其冲的是发动
机燃烧室的燃烧噪音,其次是尾喷管气流喷射的湍流噪音。消减噪音
的方法也分为两大类,一.是消除噪音的产生源; 二.是吸收或隔离消
弱已经产生的噪音。在涡轮与尾喷管之间设置稳压储气箱(压力腔)
之后,在燃烧室中产生的燃烧噪音将有效地被阻隔在压力腔中,这是
因为压力腔对于涡轮后的燃气流股而言是一个典型的突扩装置,燃气
流进入压力腔的过程中将会产生复杂的回流旋涡和流速、流动压力的
变化,噪音声能在这一过程中将被极大的消弱。压力腔的尺寸较大,
其特征声共振频率亦较低,因而可以有效地抑制高频噪音。同时,主
进气道及压力腔里的高压气流也将对燃烧室中的燃烧噪音产生隔离、
吸收的效果,从而进一步减弱燃烧噪音的强度。经过压力腔之后,燃
烧噪音将会被大幅消减,使传出尾喷管的燃烧噪音达到人们普遍可以
接受的程度。
尾喷管的气流在喷射过程产生的湍流噪声一般而言是无法避免
的。在要求低噪音的城市环境中使用该专利所述的发动机时,可在各
喷口之前的流道内安置等离子体发生器,使喷出气体中具备一定量的
等离子流(一般而言其比例小于1%即可),等离子的粒子将对湍流
进行梳理,使湍流噪声强度得以大幅度降低。等离子体发生器可固定
在储气箱的外部,仅将电极插入喷管流道前部即可。
采用上述措施后,本专利所述的空气压缩航空发动机将为达到在
城市地区使用的空中飞行汽车的噪声环保要求提供有效的技术保证。
六. 主发动机内的气流分流技术的功效:
在本专利所述的主发动机气流流动布局方案中可以看出,在中心燃
烧室之外气流是有旁路的,也就是说并非全部流量均同时流过燃烧
室。这是本专利所述发动机的一项高明的技术举措,它使以下技术特
性的获得成为可能:1.旁路气流的存在使得燃烧室中得以实现富油猝
熄¡ 复燃两段燃烧法,使得使用柴油或汽油等廉价燃油作为航空涡轮
发动机的燃料成为可能。2.旁路气流的存在提供了大量的低温冷气
源,可有效地用于对高温部件的温度隔离或冷却。3.旁路气流的存在
可对燃烧室中的燃烧噪音产生隔离、吸收的效果,从而大幅降低飞行
器运行时外传噪音的强度。 4.旁路气流的存在,和现有涡扇内外函
发动机相类似,为今后进一步改善提高发动机的推进效率提供了的预
留空间。
七. 采用增加喷气压力减少吸气量的方式提升飞行高度:
《空气压缩航空发动机》与现在的喷气式航空涡轮发动机的重大
区别在于:现在的喷气式航空涡轮发动机喷出气流的流量非常大,但
喷出气流的气压却不高,一般收敛喷管前的气压只有二个大气压左
右,它主要是依靠喷出大流量气流来产生有效推力的。而《空气压缩
航空发动机¡ 》喷出气流的气压却比较高,可达到三至五个大气压,
甚至可根据特殊的要求把喷出气流的气压提升至大约十个大气压(只
要压气机在燃烧腔里产生的压力超过33 个大气压或更高的压力就能
做到),可以采用拉瓦尔喷管。故《空气压缩航空发动机》只需吸入
比普通喷气式航空涡轮发动机少得多的气流量就可产生和普通喷气
式航空涡轮发动机同样的推力,这种特性导致它在空气稀薄的高空也
可产生有效推力,使安装《空气压缩航空发动机》的飞行器飞行高度
要远远超过现在的喷气式飞机。如果这种飞行器在2 万米以上高 空
的飞行速度达到2 马赫以上,它就有可能飞到大气层的边沿,这时它
若启动自带的火箭就可耗费很少的火箭燃料而飞出外太空,使生产具
有自带火箭的新型空天飞机成为可能。
由于《空气压缩航空发动机》可以非常容易地改变喷口方向,当
这种新型的空天飞机要返航时可先启动自带火箭,它只需耗费很少的
火箭燃料就可减速并飞到大气层边沿,再启动《空气压缩航空发动机》
并改变喷口方向,使它产生的推力用来减速及克服万有引力,然后像
普通飞机那样在大气层中长距离飞行并在普通的机场降落。
综上所述,该专利提出的在涡轮后、尾喷管前增加稳压储气箱(压
力腔)的技术措施,在基础原理上是完全成立的,该技术为增加发动
机操控以及飞行器变工况操控的稳定性提出了有效的措施。同时,该
技术也使得在航空涡轮发动机上使用价格较为低廉而燃烧值相对较
高的柴油或汽油燃料成为可能;使发动机外传的燃烧噪音得以大幅降
低。只要合理地选择储气箱(压力腔)的工作参数,就可获得优越的
性能和使用效果,使生产操控简易普通人都可驾驶、低噪音能够在城
市中间川梭来往、可使用价格较为低廉而燃烧值相对较高的柴油或汽
油燃料并可垂直升降、在空中悬浮的喷气式可载人空中飞行汽车成为
可能。
《空气压缩航空发动机》吸入气流量少而喷出气流压力较高的特
性可令飞行器飞到空气稀薄的高空,它可用来装备自带火箭的新型空
天飞机,使它能像现在的普通喷气式民航客机那样在大气层中以较低
的速度(亚音速)长距离飞行并可全天候地在普通的民用机场起飞、
降落,大大降低太空飞行的成本。


本成果已申请国际专利(中国发明专利号:ZL 2005-1-0034447.1, 国际专利
申请号: PCT/CN2006/000730 , 欧共体专利申请号:
06722377.6-1267-CN2006000730,俄罗斯专利申请号:20071398,美国专利
申请号:11/659888,日本专利申请号:2008-508053,),拥有独立知识产权,
任何单位或个人未经专利权人(张鸿元)许可,不得为生产经营目的制造、使
用、销售本发明产品,或者使用其发明方法以及使用、销售依照该发明方法直
接获得的产品。
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