CN117644979A - 双电机的混合动力航空发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双电机的混合动力航空发动机，包括：核心机，具有高压轴；第一电机，与高压轴连接，第一电机具有第一工作模式和第二工作模式，在第一工作模式下第一电机能够驱动高压轴转动，在第二工作模式下，高压轴能够驱动第一电机转动发电；风扇轴，与高压轴间隔设置并位于高压轴的上游位置；第二电机，与风扇轴连接，第二电机具有第三工作模式和第四工作模式，在第三工作模式下第二电机能够驱动风扇轴转动，在第四工作模式下，风扇轴能够驱动第二电机转动发电。本发明通过增设第一电机和第二电机可以实现四种工作模式切换，使核心机长期处于高效率状态工作，提高了发动机工作效率。

Description

双电机的混合动力航空发动机

技术领域

本说明书涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种双电机的混合动力航空发动机。

背景技术

近年来，随着储能电池技术和高速电机技术的发展，以电推进技术为代表的新一轮电气化能量系统技术革命正在重构全球航空与地面运输产业格局，被看作航空工业进入“第三时代”的重要标志，获得了世界主要航空强国的高度关注。航空推进系统的电气化有多种实现路径，其中受当前电池能量密度水平所限，混合电推进系统是近中期重点研究方向。混合电推进技术在汽车行业已经被广泛采用，并验证为一种行之有效的技术。目前各国航空业均将混合电推进系统视为有潜力在2030年后投入使用的、具有前景的民用和军用航空动力解决方案，正在加速推进之中。

混合电推进系统是以航空燃气涡轮发动机和储能电池共同提供能源的推进系统。常规航空发动机高压转子与低压转子存在耦合关系，难以保证核心机长期处于高效率工作状态，因此对于如何实现混合电推进系统在不同使用工况的性能最优，需要提出一种创新性的混合动力航空发动机，是核心机工作时长期处于高效率工作状态。同时，目前较多混合电推进系统采取分布式构型，增加了整体系统复杂度，需要一种更集中的构型方案。

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供一种双电机的混合动力航空发动机，以实现发动机在不同工况的高效率工作的目的。

本发明的技术方案为：一种双电机的混合动力航空发动机，包括：核心机，具有高压轴；第一电机，与高压轴连接，第一电机具有第一工作模式和第二工作模式，在第一工作模式下第一电机能够驱动高压轴转动，在第二工作模式下，高压轴能够驱动第一电机转动发电；风扇轴，与高压轴间隔设置并位于高压轴的上游位置；第二电机，与风扇轴连接，第二电机具有第三工作模式和第四工作模式，在第三工作模式下第二电机能够驱动风扇轴转动，在第四工作模式下，风扇轴能够驱动第二电机转动发电。

进一步地，双电机的混合动力航空发动机还包括储能电池组，第一电机和第二电机均与储能电池组连接。

进一步地，高压轴上设置有第一传动齿轮，第一电机上设置有第二传动齿轮，第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合传动。

进一步地，风扇轴上设置有第三传动齿轮，第二电机上设置有第四传动齿轮，第三传动齿轮和第四传动齿轮啮合传动。

进一步地，双电机的混合动力航空发动机包括中介机匣和第一支架，第一支架与中介机匣固定连接，第一电机安装在第一支架上。

进一步地，双电机的混合动力航空发动机包括中介机匣和第二支架，第二支架与中介机匣固定连接，第二电机安装在第一二支架上。

进一步地，双电机的混合动力航空发动机包括外涵机匣，储能电池组固定在外涵机匣外侧。

进一步地，双电机的混合动力航空发动机包括电动燃油附件，设置在外涵机匣外侧并与储能电池组连接。

进一步地，双电机的混合动力航空发动机包括电动滑油附件，设置在外涵机匣外侧并与储能电池组连接。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本发明通过增设第一电机和第二电机可以实现四种工作模式切换，使核心机长期处于高效率状态工作，提高了发动机工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例的结构示意图。

图中附图标记：1、进气装置；3、风扇转子；4、第二电机；5、第一电机；6、中介机匣；7、压气机；8、外涵机匣；9、主燃烧室；10、高压涡轮；11、后承力机匣；12、内涵传力装置；13、外涵排气装置；15、储能电池组；16、电动燃油附件；17、电动滑油附件；18、高压轴；19、风扇轴；61、第一支架；62、第二支架；51、第一传动齿轮；52、第二传动齿轮；41、第四传动齿轮；42、第三传动齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种双电机的混合动力航空发动机，包括核心机、第一电机5、风扇轴19和第二电机4。核心机具有高压轴18；第一电机5与高压轴18连接，第一电机5具有第一工作模式和第二工作模式，在第一工作模式下第一电机5能够驱动高压轴18转动，在第二工作模式下，高压轴18能够驱动第一电机5转动发电；风扇轴19与高压轴18间隔设置并位于高压轴18的上游位置；第二电机4与风扇轴19连接，第二电机4具有第三工作模式和第四工作模式，在第三工作模式下第二电机4能够驱动风扇轴19转动，在第四工作模式下，风扇轴19能够驱动第二电机4转动发电。

本发明通过增设第一电机5和第二电机4可以实现四种工作模式切换，使核心机长期处于高效率状态工作，提高了发动机工作效率。

本发明实施例中第一电机5与第二电机4的定子与转子冷却可通过从发动机外部引入滑油，经过中介机匣6进入电机内部进行冷却，然后通过发动机中介机匣滑油回油管路排出。

双电机的混合动力航空发动机还包括储能电池组15，第一电机5和第二电机4均与储能电池组15连接。通过设置储能电池组15可以用于将第一电机5和第二电机4产生的电量进行储存，并供给到航空发动机或者飞机的用电部件上。

储能电池组15通过传输电缆传输给第二电机4电能，使第二电机4转动，从而带动风扇转子3转动，对气流压缩做功。其中，第一电机5能够通过发动机控制系统调节其输出功率，调整其输出转速，实现风扇工作状态调整。

风扇转子3通过滚棒轴承和滚珠轴承分别支撑在进气装置1和中介机匣6上。风扇转子3的轴向载荷通过中介机匣6向外传递，径向载荷分别通过进气装置1和中介机匣6向外传递。

高压轴18上设置有第一传动齿轮51，第一电机5上设置有第二传动齿轮52，第一传动齿轮51和第二传动齿轮52啮合传动。风扇轴19上设置有第三传动齿轮42，第二电机4上设置有第四传动齿轮41，第三传动齿轮42和第四传动齿轮41啮合传动。

压气机7和高压涡轮10连接成一根轴，在轴前段设置有第一传动齿轮51，第一传动齿轮51驱动第二传动齿轮52转动，第二传动齿轮52带动第一电机5转动产生电能，产生的电能通过传输电缆传递给储能电池组15，在储能电池组15中储存。其中，第一电机5能够通过发动机控制系统调节其发电功率，从而调整其从核心机提取功率的大小。

如图1所示，本发明实施例中的双电机的混合动力航空发动机包括中介机匣6、第一支架61和第二支架62，第一支架61与中介机匣6固定连接，第一电机5安装在第一支架61上。第二支架62与中介机匣6固定连接，第二电机4安装在第二支架62上。

其中，中介机匣6、压气机7、主燃烧室9、高压涡轮10构成的核心机单元体，可选用常规涡喷/涡扇发动机的核心机单元体，也可选用经过验证的试验核心机。

本发明实施例中的双电机的混合动力航空发动机包括外涵机匣8，储能电池组15固定在外涵机匣8外侧。

双电机的混合动力航空发动机包括电动燃油附件16和电动滑油附件17，电动燃油附件16设置在外涵机匣8外侧并与储能电池组15连接。电动滑油附件17设置在外涵机匣8外侧并与储能电池组15连接。

电动燃油附件16和电动滑油附件17的驱动，通过储能电池组15通过传输电缆传输的电能驱动。电动燃油附件16输出发动机工作所需燃油，电动滑油附件17对发动机滑油系统的滑油进行增压。

工作时：

进气装置1将一股气流引入发动机，气流经过风扇转子3压缩后，一股气流在中介机匣6分成两股气流，分别进入外涵通路和内涵通路；内涵通路中的气流经过压气机7压缩，压缩后的气流进入主燃烧室9与燃油混合燃烧，燃烧后的混合气流进入高压涡轮10膨胀做功，膨胀做功后的气流经过后承力机匣11后，进入内涵传力装置12膨胀加速后排入大气产生推力；进入外涵通路的气流经过外涵排气装置13内膨胀加速后排入大气产生推力。

本发明具有以下工作模式：

纯电模式，储能电池组15给第一电机5供电并驱动第二传动齿轮52转动，从而驱动风扇转子3转动，此时主燃烧室9内不喷射燃油，核心机处于风车状态。纯电模式主要用于飞行器小推力需求状态，比如地面慢车、地面滑行、高空小表数等工况。

串联模式，核心机处于全转速工作，通过增加第一电机5的发电功率，使核心机功率主要用于带动第一电机5发电，飞行器所需推力主要由外涵通路气流产生。串联模式主要用于飞行器巡航状态或储能电池组15电量不足状态，保证飞行器长时稳定工作。

并联模式，核心机处于全转速工作，第一电机5的发电功率调整到合适状态，飞行器所需推力由内涵通路气流与外涵通路气流共同产生。并联模式主要用于飞行器大推力需求状态，比如爬升、加速灯工况。

动能回收模式，发动机处于风车模式，第一电机5和第二电机4均处于发电状态，同时给储能电池组15充电。动能回收模式主要用于飞行器空中风车或降落状态。

以上工作模式是通过上述第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式和第四工作模式的组合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种双电机的混合动力航空发动机，其特征在于，包括：

核心机，具有高压轴（18）；

第一电机（5），与高压轴（18）连接，第一电机（5）具有第一工作模式和第二工作模式，在所述第一工作模式下第一电机（5）能够驱动高压轴（18）转动，在所述第二工作模式下，高压轴（18）能够驱动第一电机（5）转动发电；

风扇轴（19），与高压轴（18）间隔设置并位于高压轴（18）的上游位置；

第二电机（4），与风扇轴（19）连接，第二电机（4）具有第三工作模式和第四工作模式，在所述第三工作模式下第二电机（4）能够驱动风扇轴（19）转动，在所述第四工作模式下，风扇轴（19）能够驱动第二电机（4）转动发电。

2.根据权利要求1所述的双电机的混合动力航空发动机，其特征在于，所述双电机的混合动力航空发动机还包括储能电池组（15），第一电机（5）和第二电机（4）均与储能电池组（15）连接。

3.根据权利要求1所述的双电机的混合动力航空发动机，其特征在于，高压轴（18）上设置有第一传动齿轮（51），第一电机（5）上设置有第二传动齿轮（52），第一传动齿轮（51）和第二传动齿轮（52）啮合传动。

4.根据权利要求1所述的双电机的混合动力航空发动机，其特征在于，风扇轴（19）上设置有第三传动齿轮（42），第二电机（4）上设置有第四传动齿轮（41），第三传动齿轮（42）和第四传动齿轮（41）啮合传动。

5.根据权利要求1所述的双电机的混合动力航空发动机，其特征在于，所述双电机的混合动力航空发动机包括中介机匣（6）和第一支架（61），第一支架（61）与中介机匣（6）固定连接，第一电机（5）安装在第一支架（61）上。

6.根据权利要求1所述的双电机的混合动力航空发动机，其特征在于，所述双电机的混合动力航空发动机包括中介机匣（6）和第二支架（62），第二支架（62）与中介机匣（6）固定连接，第二电机（4）安装在第二支架（62）上。

7.根据权利要求2所述的双电机的混合动力航空发动机，其特征在于，所述双电机的混合动力航空发动机包括外涵机匣（8），储能电池组（15）固定在外涵机匣（8）外侧。

8.根据权利要求7所述的双电机的混合动力航空发动机，其特征在于，所述双电机的混合动力航空发动机包括电动燃油附件（16），设置在外涵机匣（8）外侧并与储能电池组（15）连接。

9.根据权利要求7所述的双电机的混合动力航空发动机，其特征在于，所述双电机的混合动力航空发动机包括电动滑油附件（17），设置在外涵机匣（8）外侧并与储能电池组（15）连接。