一种直接加热空气产生推力的通用发动的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种直接加热空气产生推力的通用发动机,包括热源反应装置、传热装置、热交换系统,热源反应装置安装在传热装置始端，传热装置终端连接热交换系统，发动机直接利用热源反应装置产生的热量，通过传热装置将热量传递至发动机的进气道，并使空气流能在短时间内充分受热，受热后的空气流经膨胀、降温、加速，排出发动机产生推力。合理的传热与空气分流设计，使流入发动机的空气流高效受热，经由空气流道3～5度的膨胀面后，空气加速排出而获得推力。其过程无需发生燃烧反应，发动机摆脱了传统的燃烧供热模式，采用直接供热方式，避免了影响燃烧反应而降低发动机效率的因素，同时也为高效新能源的应用提供了接口和载体。
【专利说明】一种直接加热空气产生推力的通用发动机
【技术领域】
[0001]本发明属于航空航天发动机应用领域，具体地说，涉及一种直接加热空气产生推力的通用发动机。
【背景技术】
[0002]发动机是航空航天飞行器的核心技术之一。
[0003]现有公开的技术文献“航空发动机核心机技术及发动机发展型谱研究”(电子科技大学，2007年，硕士毕业论文)，文中介绍了国内、外航空发动机及其核心机的发展现状、规律、研制技术途径，全面分析国外发动机核心机的特点。在文献“核能航空发动机的发展”(飞航导弹，2009年，第4期)中，介绍了国外自20世纪40年代以来在核能航空发动机领域的研究进展，重点讨论了美国在飞机核能推进项目中研究的方案。在中国专利CN103527319 A中公开了 “一种新型发动机”，有效地解决了涡轴发动机在低转速工作时油耗较高，且效率低下的缺陷。
[0004]但文献“航空发动机核心机技术及发动机发展型谱研究”及专利“一种新型发动机”中描述的发动机存在以下缺陷:第一，现有的航空发动机主要利用燃烧产生的热量为气体加热，导致其燃烧反应效率决定了发动机的性能。很多导致燃烧效率降低的因素都会降低发动机比冲，如氧化剂、还原剂本身的化学性质及配比，氧化剂与还原剂能否充分混合，燃烧反应催化剂选择及用量，诸多因素难以得到精确控制，导致发动机性能无法进一步提高。第二，随着一些新能源的出现，如核能、太阳能，其反应产热效率远远大于传统的燃烧反应，如0.1kg铀裂变产能与传统的125吨航空燃油燃烧产能是一样的，但是很多高效新能源的最原始反应方式并不是燃烧产热，而是直接产生热量。现有的航空发动机要使用这些新能源，就必须经过能量形式的转换，至使效率大大降低。
[0005]在文献“核能航空发动机的发展”中所介绍的美国核能推进方案存在以下不足:第一，传热系统结构过于简单，且概念化，难以保证反应热源的热量高效传输并加热气体；第二，未进行热交换系统的设计，无法保证气体能够最大程度的受热、膨胀、产生推力。
【发明内容】
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种直接加热空气产生推力的通用发动机，其利用热源直接产生的热量，通过传热装置将热量传递至发动机的进气流道，并使空气流能够在短时间内充分受热，受热后的空气流经膨胀、降温、加速，排出发动机产生推力。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括热源反应装置、传热装置、热交换系统，
[0008]所述热源反应装置包括固定球、管路、反应球、反应热接口，反应球和固定球为两个直径不同、同心的空腔球体结构，反应球和固定球两端有通孔，两球通孔通过两个拉瓦耳形管路连接，固定球轴向两端有圆孔与反应热接口固连，反应球内填充液态锂为通用反应源；
[0009]所述传热装置包括连接管、锂流板、锂流管、锂流板接口、导向流板，所述锂流板为长方体结构，锂流板两端有锂流板接口，锂流板上两端部有多块弧形导向流板，两端部的导向流板内弧面相对、对称安装，锂流板上均布若干锂流管，所述连接管为两根L形管，连接管一端与锂流板接口固连，连接管的另一端通过反应热接口与固定球连接；
[0010]所述热交换系统包括热交换体、仿翼型型面、空气流道、半菱形翼、锂流管固定孔、流道膨胀面，所述热交换体内均布多层空气流道，竖直方向等间距排列若干锂流管固定孔，锂流管固定孔贯穿多层空气流道，且与空气流道形成栅格状结构，所述空气流道底部为水平面，空气流道上表面为流道膨胀面，每层空气流道前端有多个半菱形翼，多层仿翼型型面分别位于空气流道层之间、半菱形翼的上方，锂流板位于热交换体上面，锂流管与锂流管固定孔配合。
[0011]所述流道膨胀面为3?5度。
[0012]有益效果
[0013]本发明提出的一种直接加热空气产生推力的通用发动机，包括热源反应装置、传热装置、热交换系统，热源反应装置安装在传热装置始端，传热装置终端连接热交换系统，发动机直接利用热源反应装置产生的热量，通过传热装置将热量传递至发动机的进气流道，并使空气流能在短时间内充分受热，受热后的空气流经膨胀、降温、加速，排出发动机产生推力。合理的传热与空气分流设计，使流入发动机的空气流高效受热，经由空气流道3?5度的膨胀面后，空气流加速排出而获得推力。其过程无需发生燃烧反应，发动机摆脱传统的燃烧供热模式，采用直接供热方式，避免了影响燃烧反应而降低发动机效率的因素，同时，也为高效新能源的利用提供了接口和载体。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施方式对本发明一种直接加热空气产生推力的通用发动机作进一步详细说明。
[0015]图1为本发明通用发动机装配轴测图。
[0016]图2为本发明的热源反应装置剖面图。
[0017]图3为本发明的传热装置轴测图。
[0018]图4为本发明的锂流板剖面图。
[0019]图5为本发明的热交换系统轴测图。
[0020]图6为本发明的热交换系统剖视图。
[0021]图中:
[0022]1.热源反应装置2.传热装置3.热交换系统4.固定球5.管路6.反应球
7.反应热接口 8.连接管9.锂流板10.锂流管11.锂流板接口 12.导向流板13.热交换体14.仿翼型型面15.空气流道16.半菱形翼17.锂流管固定孔18.流道膨胀面
【具体实施方式】
[0023]本实施例是一种直接加热空气产生推力的通用发动机。
[0024]参阅图1?图6，本实施例直接加热空气产生推力的通用发动机，由热源反应装置1、传热装置2和热交换系统3组成。热源反应装置I安装在传热装置2的始端，传热装置2终端连接热交换系统3，同时，热交换系统3流入、流出空气流。
[0025]热源反应装置I包括固定球4、管路5、反应球6、反应热接口 7，反应球6和固定球4为两个直径不同、同心的空腔球体结构，反应球6和固定球4两端有通孔，反应球6和固定球4的两通孔通过两个拉瓦耳形管路5连接，两个管路5分别输入反应原料和输出反应废料，固定球4轴向两端有圆孔与反应热接口7固定连接，反应球6内填充液态锂为通用反应源。
[0026]传热装置2由连接管8、锂流板9、锂流管10、锂流板接口 11、导向流板12组成，锂流板9为长方体结构，锂流板9两端有锂流板接口 11，锂流板9上两端部有多块弧形导向流板12，两端部的导向流板12内弧面相对，导向流板12对称安装，锂流板9上均布有若干锂流管10 ;连接管8为两根L形管，连接管8 一端与锂流板接口 11固定连接，连接管8的另一端通过反应热接口 7与固定球4的圆孔连接。在发动机工作时，高温锂流质从反应球6中流出，经由连接管8接口流入锂流板9,通过导向流板12扩散,锂流质流向排布的锂流管10，在锂流管10中上下双向流动。锂流质通过导向流板12在出口处汇聚流出锂流板9，经过连接管8再次流回热源反应装置I的反应球6中，从而构成锂流质循环。在锂流质循环过程中，将反应热源源不断的输送至锂流管10中，保证产热反应持续进行，热量源源不断的流向冷空气流。
[0027]热交换系统3包括热交换体13、仿翼型型面14、空气流道15、半菱形翼16、锂流管固定孔17、流道膨胀面18，热交换体13内均布多层空气流道15，竖直方向等间距排列若干锂流管固定孔17，锂流管固定孔17贯穿多层空气流道15，锂流管固定孔17与空气流道15形成栅格状结构。空气流道15底部为水平面，空气流道15上表面为流道膨胀面18，每层空气流道15前端部设置有多个半菱形翼16，多层仿翼型型面14分别固定在空气流道层之间、半菱形翼16的上方，锂流板9固定安装在热交换体13上面，锂流管10与锂流管固定孔17配合，锂流管10沿着锂流管固定孔17插入热交换体13贯穿多层空气流道15。空气流经过空气流道15流入热交换系统中后，由空气流道15进行表面加热，由锂流管10为中心加热。
[0028]本实施例中流道膨胀面18为3?5度；当飞行器以超音速飞行时，空气流道15受热的空气流完全膨胀。当空气流流入空气流道15后，被锂流管10加热；由于流道膨胀面18的存在，高温高压气体在膨胀面上作用推力、升力方向的力，同时空气流在流经膨胀面时会充分膨胀，从而降温、加速，加速后的气体排出从而产生推力。
[0029]本实施例对某型发动机缩比模型进行实验并测量，主要特征尺寸参数如下表:
[0030]系统____尺寸(_)
固定球直径__1160
反应球直径__500
热源反应装置管路最大直径__300
管路最小直径__200
__热接口直径__350
连接管直径__120
连接管水平段长度__1200
连接管垂直段长度__880
锂流板长度3160
传执装置--
…、锂流板宽度__1000
锂流板厚度__240
锂流管直径__35
__锂流管长度__1000
热交换体长度__3000
热交换体高度__1200
热交换体宽度__1200
空气流道入口高__120
空气流道入口宽__130
热交换系统空气流道出口高__270
空气流道出口宽__130
仿翼型型面弦长__300
仿翼型型面展长__1000
半菱形翼弦长__300
_ 半菱形翼展长108 ^
[0031]其中，反应球、连接管、锂流板采用碳化硅材料；其余部件的材料选用铸铁。
[0032]将热源反应装置暴露在空气中，在反应球内放置燃烧反应源，在传热装置中填充液态锂。经过测试，反应温度为1000摄氏度，连接管始端温度为997摄氏度，连接管末端温度为956.2摄氏度，锂流板中央区温度为892.4摄氏度，锂流管的平均温度为856.9摄氏度，传热效率为86%。
[0033]热交换体入口空气流速度为IMa，温度为26.9摄氏度，空气密度为1.225kg/m3，经过锂流管阵列的加热，热交换体出口的空气流速度为2.85Ma，温度为142.6摄氏度，热能与动能的转换效率为89%。整个动力装置的总推力为5000N，效率值为77%。本发明通用发动机能直接运用热源反应装置的热量，使流经热交换体的空气流在短时间内充分受热，经过膨胀面的作用，高温气体降温、加速排出的同时产生极大的推力。
【权利要求】
1.一种直接加热空气产生推力的通用发动机，其特征在于:包括热源反应装置、传热装置、热交换系统， 所述热源反应装置包括固定球、管路、反应球、反应热接口，反应球和固定球为两个直径不同、同心的空腔球体结构，反应球和固定球两端有通孔，两球通孔通过两个拉瓦耳形管路连接，固定球轴向两端有圆孔与反应热接口固连，反应球内填充液态锂为通用反应源； 所述传热装置包括连接管、锂流板、锂流管、锂流板接口、导向流板，所述锂流板为长方体结构，锂流板两端有锂流板接口，锂流板上两端部有多块弧形导向流板，两端部的导向流板内弧面相对、对称安装，锂流板上均布若干锂流管，所述连接管为两根L形管，连接管一端与锂流板接口固连，连接管的另一端通过反应热接口与固定球连接； 所述热交换系统包括热交换体、仿翼型型面、空气流道、半菱形翼、锂流管固定孔、流道膨胀面，所述热交换体内均布多层空气流道，竖直方向等间距排列若干锂流管固定孔，锂流管固定孔贯穿多层空气流道，且与空气流道形成栅格状结构，所述空气流道底部为水平面，空气流道上表面为流道膨胀面，每层空气流道前端有多个半菱形翼，多层仿翼型型面分别位于空气流道层之间、半菱形翼的上方，锂流板位于热交换体上面，锂流管与锂流管固定孔配合。
2.根据权利要求1所述的直接加热空气产生推力的通用发动机，其特征在于:所述流道膨胀面为3?5度。
【文档编号】F02K7/08GK104179595SQ201410398216
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】赵成泽, 谷良贤, 龚春林, 李奥, 王若冰, 王一凡, 康博翼, 戴存喜 申请人:西北工业大学