CN205779789U - 一种带内嵌式同轴电机的压气机结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带内嵌式同轴电机的压气机结构，属于航空小型涡喷发动机技术领域，其关键在于压气机采用高轮毂比设计，抬高压气机进口内流道高度，从压气机轮盘内圆进口沿车出一轴向环槽，将高速同轴电机嵌入轴向环槽内，在维持压气机气动性能和压气机轮盘强度的前提下，充分利用发动机内部极其有限的空间，安装高速同轴电机，并且能缩短发动机转轴长度，满足发动机转子系统的动力学要求。该实用新型可直接用于小型涡喷发动机，能够在不增加发动机外形尺寸的前提下实现发电功能，摒弃飞机机载电源，增加飞机有效载荷并延长续航时间。

Description

一种带内嵌式同轴电机的压气机结构

技术领域

本实用新型涉及一种压气机结构，尤其涉及一种进口带内嵌式同轴电机的高轮毂比压气机结构，特别适用于需要取电的小型涡喷发动机，能够在维持压气机气动性能和压气机轮盘强度的前提下在转轴上安装同轴电机，既能给飞行器提供电力，又保证整个转子系统的动力学特性。

背景技术

小型涡喷发动机由于其尺寸小、重量轻，适合高空高速飞行，被广泛地用作中小型无人机，特别是靶机及侦察无人机动力。目前国内的中小型无人机机载设备所需电力较低，基本都由飞机配载的电池提供，但机载电池体积大、重量大且续航能力低，严重制约了飞机的飞行时间，减小了飞机的有效载荷。因此，若能利用发动机自身的轴功发电，由发动机向飞机提供电力，将完全能满足飞机所需，且能有效地延长飞机续航能力，摒弃机载电池从而增大飞机负载，这也是现今国内外无人机发展的大趋势。

由于受无人机尺寸结构限制，小型涡喷发动机在飞机上的安装空间较小，发动机外部无法安装发电机，因此发电机必须安置于发动机内部。而涡喷发动机为了减小尺寸、提高推重比，本身结构异常紧凑，可谓“寸土寸金”，已没有多余的空间容纳发电机，所以只能优化发电机设计将其直接置于发动机转轴上。但如此势必明显增长发动机转轴，恶化转子动力学特性，体现在转子系刚度降低，临界转速下降，甚至诱使发动机出现共振，这将对发动机带来结构性破坏，大大损伤发动机使用寿命。因此，亟需寻求一种发动机转子结构布局，在不影响转子动力学特性的前提下安装发同轴电机，给飞机有效供电。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺点和不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种设计合理、既实现在发动机转轴上安装同轴电机，又能保证满足发动机转子动力学特性要求的压气机结构布局。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种带内嵌式同轴电机的压气机结构，包括压气机轮盘、压气机机匣和同轴电机，其特征在于，所述压气机轮盘安装在驱动轴上，所述压气机轮盘在其内圆进口的轮毂上设置一轴向环槽，所述同轴电机嵌入在所述轴向环槽内，其中，所述同轴电机的电机转子固定在所述驱动轴上或固定在所述轴向环槽的侧壁上，所述同轴电机的电机静子安装在所述压气机机匣上。

本实用新型的带内嵌式同轴电机的压气机结构中，压气机轮盘采用高轮毂比设计，通过抬高压气机进口内流道高度，使得压气机轮盘随之增高，同时从压气机轮盘内圆进口的轮毂上沿轴向车出一环槽，将同轴电机嵌入该轴向环槽内，将电机转子固定在驱动轴上或固定在轴向环槽的侧壁上，电机静子安装在压气机机匣上，电机转子随驱动轴或压气机轮盘旋转，产生交流电供出。

优选的，所述同轴电机为无刷交流电机。

优选的，所述驱动轴为发动机转轴。

优选的，所述压气机进口段的内流道高度为外流道高度的40％～50％，所述轴向环槽的深度为压气机轮盘轴向总长度的30％～40％。

优选的，所述同轴电机的最大外径小于压气机的进口内流道，所述同轴电机的轴向总长度为压气机总长的80％～100％。

优选的，所述同轴电机嵌入所述轴向环槽的轴向长度为同轴电机总长度的40％～60％。

优选的，所述同轴电机及压气机的驱动轴在电机段直径为压气机段直径的60％～70％。

与小型涡轮喷气发动机传统结构布局相比，本实用新型采用进口内嵌同轴电机的高轮毂比压气机结构布局之后，有效地将高速交流电机植入发动机内部，利用发动机自身的转动能量，同轴电机能够稳定地发出交流电，极大地满足了飞机的电力需求，从而摒弃了沉重的机载电源，显著增加了飞机的有效载荷并提高了飞机的续航时间。同时压气机提高高轮毂比，将同轴电机内嵌的设计，有效减轻了压气机重量且转子轴向长度增加较少，完全满足发动机转子系统动力学要求。某型涡喷发动机采用此种结构布局，地面试车以及空中试飞效果良好，对我国航空事业的发展起到了促进作用。

附图说明

图1为本实用新型的内嵌同轴电机的高轮毂比压气机结构布局示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。需要说明的是，以下所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不因此而限定本实用新型的保护范围。

需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型。

如图1所示，本实用新型的带内嵌式同轴电机的压气机结构，包括压气机轮盘3、压气机机匣1和同轴电机2，压气机轮盘3安装在驱动轴4上，压气机轮盘3在其内圆进口的轮毂上设置一轴向环槽，同轴电机2嵌入在轴向环槽内，同轴电机2的电机转子固定在驱动轴4上或固定在轴向环槽的侧壁上，同轴电机2的电机静子安装在压气机机匣1上。其中驱动轴4为发动机转轴，由轴承5进行支撑。

本实用新型的压气机结构可用于小型涡喷发动机上，通过抬高压气机的进口内流道，保证内流道高度为外流道高度的40％～50％，由此使得压气机轮盘3高度增加。同时在压气机轮盘3前缘沿轴向车出环槽，环槽深度为压气机轮盘3轴向总长度的30％～40％，在保证压气机轮盘3强度要求的前提下为实现内嵌同轴电机2提供了空间。同轴电机2采用高速交流无刷设计，其最大外径小于压气机进口内流道，轴向总长度为压气机3总长的80％～100％，其中嵌入压气机轮盘环槽的轴向长度为电机总长度的40％～60％。同轴电机2的静子部分依靠压气机机匣1定位，转子部分则安装在发动机转轴4上并固定。同时设计发动机转轴4为台阶轴，要求其在同轴电机2处直径为压气机3处直径的60％～70％，以此保证同轴电机具有足够大的体积，工作时产生足够大的功率。

本实用新型采用的这种结构布局，使得高速同轴电机2能够顺利地嵌入高轮毂比压气机轮盘3，有效地利用了发动机内部的轴向和径向空间。同时，紧凑的结构布局，使得发动机转子系统的轴向长度大为缩短，转子重量有所降低，完全满足了发动机的转子动力学特性。工作时，同轴电机2随发动机转轴4一起旋转，产生电功率输出，有效满足了飞机的用电需求。

综上所述，本实用新型采用带内嵌式同轴电机的高轮毂比压气机结构布局，可直接用于小型涡喷发动机，能够在不增加发动机外形尺寸的前提下实现发电机取电，摒弃飞机机载电源，增加飞机有效载荷幷延长续航时间。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种带内嵌式同轴电机的压气机结构，包括压气机轮盘、压气机机匣和同轴电机，其特征在于，所述压气机轮盘安装在驱动轴上，所述压气机轮盘在其内圆进口的轮毂上设置一轴向环槽，所述同轴电机嵌入在所述轴向环槽内，其中，所述同轴电机的电机转子固定在所述驱动轴上或固定在所述轴向环槽的侧壁上，所述同轴电机的电机静子安装在所述压气机机匣上。

2.根据权利要求1所述的压气机结构，其特征在于，所述同轴电机为无刷交流电机。

3.根据权利要求1所述的压气机结构，其特征在于，所述驱动轴为发动机转轴。

4.根据权利要求1所述的压气机结构，其特征在于，所述压气机进口段的内流道高度为外流道高度的40％～50％，所述轴向环槽的深度为压气机轮盘轴向总长度的30％～40％。

5.根据权利要求1所述的压气机结构，其特征在于，所述同轴电机的最大外径小于压气机的进口内流道，所述同轴电机的轴向总长度为压气机总长的80％～100％。

6.根据权利要求1所述的压气机结构，其特征在于，所述同轴电机嵌入所述轴向环槽的轴向长度为同轴电机总长度的40％～60％。

7.根据权利要求1所述的压气机结构，其特征在于，所述同轴电机及压气机的驱动轴在电机段直径为压气机段直径的60％～70％。