大功率短时动力装置的制作方法

本发明涉及一种动力装置，具体涉及一种大功率短时动力装置。

背景技术：

固定翼飞机飞行速度快、乘坐舒适，但是它不能垂直起降，需要占地很多的长跑道用于起飞和降落，这限制了固定翼飞机的应用，特别是限制了军用飞机的应用。直升机不仅能够垂直起降，所需要的起降场地不大，而且能够做垂直上下、前后左右和悬停飞行，因此被广泛应用于军事和许多重要领域，但因其自身原因造成飞行速度慢、耗油量大，有效载荷小，仅仅主变速器重量就占直升机重量的近10％，最大速度难以超过360千米/小时等缺点，这又限制了它的使用。人们一直在研究寻找一种飞行器，能把固定翼飞机的高速性能与直升机的垂直起降和悬停飞行性能结合起来，现在已取得一些成果，如采用升力风扇的f35b飞机、采用升力发动机的雅克-38飞机、av-8b垂直起降飞机、同样技术比较成熟的v-22倾转旋翼飞机等。但都存在性能大幅降低及许多自身特点造成的无法克服的缺点：f35b飞机，其大尺寸升力风扇的直径达1.23米，加上传动轴等配套部件，至少占据机内空间2立方米，大尺寸升力风扇导致机身上下大开口，付出的结构重量代价也相当大，这导致结构严重超重，价格昂贵，牺牲了最大速度和作战半径；f35b、雅克-38垂直起降飞机、av-8b垂直起降飞机起飞时有烧蚀甲板的缺点；雅克-38飞机使用工作时间为2-3分钟的rd-38升力发动机，推重比14，推力31.9千牛，质量231千克，因其自身特点，存在效率低，结构复杂等缺点；av-8满载情况下，垂直起降，作战半径不超过100千米；v-22倾转旋翼飞机，考虑到起飞降落的升力要求，倾转旋翼的直径要远大于巡航飞行时螺旋桨的最佳尺寸，并且功率由于要满足垂直起降要求，要比常规螺旋桨飞机高出许多，另外此项技术不能用于喷气式飞机；历史上也出现过瑞安xv-5升力风扇飞机，因为2台涡轮喷气发动机既要提供升力风扇动力又要提供前飞推力，转换过程复杂滞后，调整难度大，造成垂直改平飞的转换速度区间太小，这种近乎苛刻的狭窄操作范围要求严重限制了飞机的操作灵活性，飞行员几乎难以做到；20世纪50年代，英国费尔雷公司也设计制造了一种复合式旋翼机，虽然这种设计有不少优点，但该机飞行中主旋翼尖端喷气发动机会产生很大的噪音，并且一架直升机有六台发动机，且主旋翼系统中要安装桨距调整机构以及燃油和空气管路，变得异常复杂，该项目1962年被取消。

技术实现要素：

本发明的目的是根据飞机垂直起降要求时间短、大功率的特点，利用高压容器储存高压空气代替笨重的压气机和带动压气机工作的涡轮，提供一种运行时间20秒至10分钟的的大功率短时动力装置，有结构简单、故障率低、燃料范围广、效率高、操作简单、耐用、价格低廉、应用范围广、负载能力大的特点，适合飞机和轮船及赛车使用。

本发明采用如下技术方案：高压容器中的高压空气和燃油通过各自的管道与燃烧室连接，燃烧室开有可变口径燃气喷口，内有喷油嘴和火花塞。第一种方案是：圆环在叶片尖端将升力风扇的每片叶片刚性连接，圆环外侧有涡轮叶片，从燃气喷口喷出的高温高压燃气冲击涡轮叶片带动风扇叶片高速旋转，产生升力。第二种方案是：圆盘上有刚性连接的涡轮叶片，从燃气喷口喷出的高温高压燃气冲击涡轮叶片带动圆盘高速旋转，通过与圆盘刚性连接的传动轴输出大功率。第三种方案是：螺旋桨叶片内有高压空气和燃油管道，螺旋桨叶片尖端内有燃烧室，燃烧室开有燃气喷口，燃烧室内有喷油嘴和火花塞，高温高压燃气从燃气喷口喷出，带动螺旋桨旋转，产生升力。可以将2至4副升力风扇刚性连接，配上控制装置，组成升力平台，使军用飞机垂直升降，起飞时，升力平台置于飞机下，当升力平台和飞机达到起飞速度后，飞机与升力平台脱离，升力平台通过遥控控制装置降落，升力平台降落后加气加油后可重复利用，飞机降落时，升力平台起飞达到一定速度后与飞机对接，飞机发动机停车，升力平台带着飞机垂直降落。也可以将单个的升力风扇组成升力模块，2至4个升力模块通过翻折方式或抽屉方式安装在小型民用螺旋桨飞机或喷气式飞机机身和机翼上，可以短时间内提供垂直升力，完成飞机的垂直起降，起飞或降落前，可以利用小功率高压压气机连续给高压容器供气，也可利用地面设备给高压容器供气。现在的高压容器耐压可以达到70兆帕以上，可以存储大量空气，并且有很大的压力能，可以利用机械方法或附壁原理利用压力能来增加空气流量，延长工作时间。涡轮叶片间歇在高温高压燃气下工作，有冷却时间，也可以利用气流的离心作用，主动冷却涡轮叶片，这样可以提高涡轮前燃气温度，提高动力装置效率，并且对涡轮叶片的制造要求可适当降低。风扇叶片由周边涡轮叶片带动，风扇叶片根部承受扭矩小，中心轴只承受升力和定位作用，可以设计出更高效的风扇。通过优化燃气喷气速度和调整风扇叶片和螺旋桨直径及转速也可以提高装置的工作效率。

本发明的有益效果是：飞机起降时，前飞动力不变，大功率短时动力装置只提供升力，不存在动力转换，前飞动力和升力的合力使飞机起飞，易操控；只提供短时升力，取消了笨重的压气机及带动压气机工作的涡轮，利用结构简单质量轻的高压容器提供高压空气，装置推重比大幅提高；涡轮叶片间歇工作，有冷却时间，同样用现成的涡轮叶片，可以提高涡轮前温度，提高工作效率；可以制造成单元模块，有跑道飞行时，拆除单元模块以减轻飞机飞行重量；因为高压空气管道容易布置，可以另外增加高压容器，提高起飞重量和增加装置工作时间；无笨重的变速箱，减轻飞机垂直起飞重量；利用在舰船或赛车上，可以提供结构简单紧凑、操作简单、燃料范围广、负载能力大、可靠性高、重量轻、长寿命、价格低廉的大功率动力装置。

具体实施方式

适用于小型民用螺旋桨飞机上，飞机前部的拉进式螺旋桨可以上翻，产生向上的拉力，机舱里有耐压30兆帕的高压气瓶，高压空气可以通过地面设备供气，也可以通过飞机发动机带动的小型小功率气泵供气，两个升力单元模块可以上翻并固定在飞机机翼上，起飞时，拉进式螺旋桨上翻产生向前向上拉力，高压气瓶里的高压空气和燃油通过各自管道进入升力单元模块的燃烧室，经火花塞点燃，膨胀的高温高压气体从燃气喷口喷出，冲击涡轮叶片带动风扇叶片高速旋转，使两个升力单元模块产生主要升力，螺旋桨产生的向前向上的拉力提供前飞动力和俯仰升力，飞机达到一定速度使机翼产生部分升力后，两个升力单元模块逐渐上翻，提供部分前飞动力，如v-22飞机的起飞状态；正常飞行后，两个升力单元模块停止工作并上翻定位，飞机发动机同时带动小型小功率气泵给高压气瓶供气；降落时，两个升力单元模块下翻，高压气瓶里的高压空气和燃油通过各自管道进入升力单元模块的燃烧室，经火花塞点燃，膨胀的高温高压气体从燃气喷口喷出，冲击涡轮叶片带动风扇叶片高速旋转，产生升力，同时拉进式螺旋桨上翻，产生向上拉力，使飞机平稳降落。