一种带垂直起降动力装置的涡扇发动机复合防冰系统的制作方法

1.本技术属于航空发动机设计领域，特别涉及一种带垂直起降动力装置的涡扇发动机复合防冰系统。


背景技术：

2.由于不同类型的发动机在不同飞行任务包线内具有各自的性能优势，为了能够实现部署灵活、机动性好、攻防兼备、火力强等作战特点，计划将涡扇发动机与直升机的优点相结合，形成能够实现垂直起降同时能够悬停的发动机。为了实现上述功能，需要在涡扇发动机的基础上添加垂直起降动力装置，为飞机提供升力。
3.由于垂直起降动力装置完全暴露于大气中，当飞机遭遇结冰气象条件时，空气中的过冷水会撞击该装置，此外带有过冷水的空气会进入到主机的进气道，过冷水同时会撞击主机进口整流支板，若不提供防冰保护，上述部件会产生结冰。结冰会造成的影响如下：
4.1、垂直起降动力装置结冰会堵塞装置进气口，改变进口气动外形，影响动力装置的升力，降低升重比；
5.2、主机进口部件结冰会影响其气动外形，减小气流流通面积，降低发动机性能；
6.3、积冰脱落可能会打伤发动机部件，严重时会影响到发动机的运行安全。
7.现有的热气防冰系统在防冰应用中存在以下不足：现有的热气防冰系统只能为发动机进口部件提供防冰保护，无法为其他有需求的防冰部件提供防冰保护；由于现有发动机防冰系统只涉及到进口部件，因此引气管路数量较少，布置相对比较简单，但是管路接口仍有一些空间可以简化；此外现有发动机防冰系统是单控制方案，该方案无法实现独立控制多个防冰系统开启及调节系统供气流量。
8.为保证发动机的性能与安全，需要针对上述部件采取防冰措施，形成复合防冰系统，确保其具有可接受的气动外形，防止危及发动机安全的结冰产生。


技术实现要素：

9.本技术的目的是提供了一种带垂直起降动力装置的涡扇发动机复合防冰系统，以解决现有技术中难以同时对垂直起降动力装置和主机进口部件进行防冰的问题。
10.本技术的技术方案是：一种带垂直起降动力装置的涡扇发动机复合防冰系统，与垂直起降动力装置和主机进口部件的进口整流支板相连，包括防冰引气总管、第一引气支管、第二引气支管、第一防冰系统和第二防冰系统，所述发动机主机内部的高压压气机的静子叶片上开设有至少一组引气孔，所述防冰引气总管一端插入至发动机主机内并与引气孔连通，所述防冰引气总管的另一端与第一引气支管和第二引气支管连通；所述第一防冰系统设于垂直起降动力装置上，所述第二防冰系统设于主机进口部件上，所述第一防冰系统包括第一防冰集气腔，所述第二防冰系统包括第二防冰集气腔，所述第一引气支管与第一防冰集气腔连通，所述第二引气支管与第二防冰集气腔连通；所述防冰引气总管的数量为1根。
11.优选地，还包括第一控制附件和第二控制附件，所述第一控制附件连接于第一防冰集气腔和第一引气支管之间，所述第二控制附件连接于第二防冰集气腔和第二引气支管之间，所述第一控制附件和第二控制附件均能够通过控制内部的金属弹片开合程度对流入到第一控制附件或第二控制附件内的防冰热气流量进行控制。
12.优选地，所述第一控制附件上连接有第一控制管路，所述第一控制管路内能够接入高温高压空气，所述第一控制管路上设有第一电磁阀；所述第二控制附件上连接有第二控制管路，所述第二控制管路上能够接入高温高压空气，所述第二控制管路上设有第二电磁阀。
13.优选地，所述第一控制附件和第一防冰集气腔之间连接有第一连接管路，所述第二控制附件与第二防冰集气腔之间连接有第二连接管路；所述第一控制附件入口处与第一连接管路之间连接有第一感应管路，所述第二控制附件入口处与第二连接管路之间连接有第二感应管路，所述第一感应管路和第二感应管路内均设有压力传感器。
14.优选地，所述压力传感器、第一控制附件和第二控制附件均与第一防冰系统或第二防冰系统电连接，在第一防冰系统或第二防冰系统接收到压力传感器感应到的压力信号超过设定阈值时，控制该压力传感器对应的控制附件关闭。
15.优选地，还包括三通，所述三通连接于防冰引气总管和第一引气支管和第二引气支管之间，所述三通的流通面积大于等于防冰引气总管的流通面积，所述第一引气支管和第二引气支管的流通面积大于等于三通的流通面积。
16.优选地，所述引气孔设于高压压气机的一级静子叶片的叶尖上，多组所述引气孔沿着静子叶片的周向均布，每组所述引气孔均为腰型孔并且引气孔垂直于发动机主机的径向方向设置，多组所述引气孔的总流通面积在1000-1500mm2之间。
17.本技术的一种带垂直起降动力装置的涡扇发动机复合防冰系统，包括防冰引气总管、第一引气支管、第二引气支管、第一防冰系统和第二防冰系统；在垂直起降动力装置和进口整流支板遭遇含有液态过冷水的气流时，发动机主机工作，高压压气机产生高温高压空气，高温高压空气通过引气孔进入到防冰引气总管内，而后分别进入到第一引气支管和第二引气支管内，形成防冰热气；第一引气支管内的高温高压空气进入到第一防冰集气腔内，第一防冰集气腔内的防冰热气流向垂直起降动力装置内部防冰传热结构上，对防冰传热结构的外壁进行加热，为其提供防冰保护；第二引气支管内的高温高压空气进入到第二防冰集气腔内，第二防冰集气腔内的防冰热气流入进口整流支板，通过加热进口整流支板侧壁使其壁温高于冰点，从而保证发动机在结冰包线内能够稳定工作。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
19.图1为本技术发动机主机整体结构示意图；
20.图2为本技术垂直起降动力装置整体结构示意图；
21.图3为本技术防冰流路整体结构示意图；
22.图4为本技术引气孔排布结构示意图；
23.图5为本技术引气孔整体结构示意图。
24.1、垂直起降动力装置；2、发动机主机；3、进口整流支板；4、高压压气机；5、防冰引气总管；6、第一引气支管；7、第二引气支管；8、第一防冰集气腔；9、第二防冰集气腔；10、第一控制附件；11、第二控制附件；12、第一控制管路；13、第一电磁阀；14、第二控制管路；15、第二电磁阀；16、第一连接管路；17、第一感应管路；18、第二连接管路；19、第二感应管路；20、三通；21、引气孔。
具体实施方式
25.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
26.一种带垂直起降动力装置的涡扇发动机复合防冰系统，如图1-2所示，与垂直起降动力装置1和主机进口部件的进口整流支板3相连，进口整流支板3位于发动机主机2的入口处，垂直起降动力装置1和进口整流支板3均设于发动机主机2上，发动机主机2内设有进气风扇、高压压气机4、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮等结构，高压压气机4在工作时能够产生高温高压空气。上述结构均为现有技术，具体不再赘述。
27.在飞机遭遇结冰气象条件时，含有液态过冷水的气流会进入垂直起降动力装置1进气道和发动机主机2入口，过冷水撞击到垂直起降动力装置1、进口整流支板3上会产生结冰，进而导致发动机入口流场发生变化，同时积冰的脱落还可能会打伤发动机部件，因此需要对垂直起降动力装置1和进口整流支板3进行防冰保护。
28.防护保护结构的具体设计为：
29.结合图3，包括防冰引气总管5、第一引气支管6、第二引气支管7、第一防冰系统和第二防冰系统，发动机主机2内部的高压压气机4的静子叶片上开设有至少一组引气孔21，防冰引气总管5一端插入至发动机主机2内并与引气孔21连通，防冰引气总管5的另一端与第一引气支管6和第二引气支管7连通。
30.第一防冰系统设于垂直起降动力装置1上，第二防冰系统设于主机进口部件上，第一防冰系统包括第一防冰集气腔8、主控芯片、管路等结构，第二防冰系统包括第二防冰集气腔9、主控芯片、管路等结构，第一引气支管6与第一防冰集气腔8连通，第二引气支管7与第二防冰集气腔9连通。
31.防冰引气总管5的数量为1根。
32.本技术采用热气防冰的方式对垂直起降动力装置1和进口整流支板3进行防冰保护，在垂直起降动力装置1和进口整流支板3遭遇含有液态过冷水的气流时，发动机主机2工作，高压压气机4产生高温高压空气，高温高压空气通过引气孔21进入到防冰引气总管5内，而后分别进入到第一引气支管6和第二引气支管7内，形成防冰热气。
33.第一引气支管6内的高温高压空气进入到第一防冰集气腔8内，第一防冰集气腔8内的防冰热气流向垂直起降动力装置1内部防冰传热结构上，对防冰传热结构的外壁进行加热，为其提供防冰保护；第二引气支管7内的高温高压空气进入到第二防冰集气腔9内，第二防冰集气腔9内的防冰热气流入进口整流支板3，通过加热进口整流支板3侧壁使其壁温高于冰点，从而保证发动机在结冰包线内能够稳定工作。
34.第一引气支管6和第二引气支管7并联设置，使得垂直起降动力装置1和进口整流支板3的防冰互不干涉，能够进行单独控制。
35.通过仅设置1根防冰引气总管5，并选择合适的管径，能够在满足垂直起降动力装置1和进口整流支板3引气量的需求前提下，最大程度减少了管路数量和接口空间，有效降低发动机重量。
36.优选地，还包括第一控制附件10和第二控制附件11，第一控制附件10连接于第一防冰集气腔8和第一引气支管6之间，第二控制附件11连接于第二防冰集气腔9和第二引气支管7之间，第一控制附件10和第二控制附件11均能够通过控制内部的金属弹片开合程度对流入到第一控制附件10或第二控制附件11内的防冰热气流量进行控制。
37.通过设置第一控制附件10和第二控制附件11，能够实现单独控制第一防冰系统和第二防冰系统开启或断开、单独调节每个防冰系统的防冰用气量的目的。通过分别控制第一控制附件10和第二控制附件11内金属弹片的开合程度与防冰热气流量进行控制，满足发动机结冰包线内不同状态的防冰引起量需求。
38.优选地，第一控制附件10和第二控制附件11均为电控结构。
39.优选地，第一控制附件10上连接有第一控制管路12，第一控制管路12内能够接入高温高压空气，第一控制管路12上设有第一电磁阀13；第二控制附件11上连接有第二控制管路14，第二控制管路14上能够接入高温高压空气，第二控制管路14上设有第二电磁阀15。
40.第一电磁阀13和第二电磁阀15由控制信号进行开断控制，当第一电磁阀13和第二电磁阀15开启时，第一控制管路12和第二控制管路14通过发动机燃烧室处获得高温高压空气，通过该部分高温高压空气推动第一控制附件10和第二控制附件11的开启。
41.通过分别设置第一控制管路12和第二控制管路14，能够分别对第一防冰系统和第二防冰系统进行单独的通断控制，保证互不干涉。
42.优选地，第一控制附件10和第一防冰集气腔8之间连接有第一连接管路16，第二控制附件11与第二防冰集气腔9之间连接有第二连接管路18；第一控制附件10入口处与第一连接管路16之间连接有第一感应管路17，第二控制附件11入口处与第二连接管路18之间连接有第二感应管路19，第一感应管路17和第二感应管路19内均设有压力传感器。通过在第一感应管路17和第二感应管路19内均设置压力传感器，能够实时监控第一控制附件10和第二控制附件11的出口压力，保证第一防冰系统和第二防冰系统的强度满足要求。
43.优选地，压力传感器、第一控制附件10和第二控制附件11均与第一防冰系统或第二防冰系统电连接，在第一防冰系统或第二防冰系统接收到压力传感器感应到的压力信号超过设定阈值时，通过发出控制信号控制该压力传感器对应的控制附件关闭，以保证第一防冰系统和第二防冰系统的安全性；同时第一控制附件10和第二控制附件11的开度同时感应第一引气支管6和第一连接管路16的压力进行自动控制。
44.优选地，还包括三通20，三通20连接于防冰引气总管5和第一引气支管6和第二引气支管7之间，从而保证防冰引气总管5和第一引气支管6和第二引气支管7之间连接稳定。
45.三通20的流通面积大于等于防冰引气总管5的流通面积，从而有效减少流阻；第一引气支管6和第二引气支管7的流通面积大于等于三通20的流通面积，从而避免在第一引气支管6和第二引气支管7内产生节流，避免影响第一防冰系统和第二防冰系统的防冰引气量。
46.结合图4和图5，优选地，引气孔21设于高压压气机4的一级静子叶片的叶尖上，多组引气孔21沿着静子叶片的周向均布，这样在引气孔21排出高温高压空气时，能够快速地
被防冰引气总管5接收，同时能够保证引气的均匀性，减少对发动机机匣强度的影响。每组引气孔21均为腰型孔并且引气孔21垂直于发动机主机2的径向方向设置，能够避免发动机喘振。
47.多组引气孔21的总流通面积在1000-1500mm2之间，在该流通面积下能够保证防冰的效率。
48.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种带垂直起降动力装置(1)的涡扇发动机复合防冰系统，与垂直起降动力装置(1)和主机进口部件的进口整流支板(3)相连，其特征在于：包括防冰引气总管(5)、第一引气支管(6)、第二引气支管(7)、第一防冰系统和第二防冰系统，所述发动机主机(2)内部的高压压气机(4)的静子叶片上开设有至少一组引气孔(21)，所述防冰引气总管(5)一端插入至发动机主机(2)内并与引气孔(21)连通，所述防冰引气总管(5)的另一端与第一引气支管(6)和第二引气支管(7)连通；所述第一防冰系统设于垂直起降动力装置(1)上，所述第二防冰系统设于主机进口部件上，所述第一防冰系统包括第一防冰集气腔(8)，所述第二防冰系统包括第二防冰集气腔(9)，所述第一引气支管(6)与第一防冰集气腔(8)连通，所述第二引气支管(7)与第二防冰集气腔(9)连通；所述防冰引气总管(5)的数量为1根。2.如权利要求1所述的带垂直起降动力装置(1)的涡扇发动机复合防冰系统，其特征在于：还包括第一控制附件(10)和第二控制附件(11)，所述第一控制附件(10)连接于第一防冰集气腔(8)和第一引气支管(6)之间，所述第二控制附件(11)连接于第二防冰集气腔(9)和第二引气支管(7)之间，所述第一控制附件(10)和第二控制附件(11)均能够通过控制内部的金属弹片开合程度对流入到第一控制附件(10)或第二控制附件(11)内的防冰热气流量进行控制。3.如权利要求2所述的带垂直起降动力装置(1)的涡扇发动机复合防冰系统，其特征在于：所述第一控制附件(10)上连接有第一控制管路(12)，所述第一控制管路(12)内能够接入高温高压空气，所述第一控制管路(12)上设有第一电磁阀(13)；所述第二控制附件(11)上连接有第二控制管路(14)，所述第二控制管路(14)上能够接入高温高压空气，所述第二控制管路(14)上设有第二电磁阀(15)。4.如权利要求2所述的带垂直起降动力装置(1)的涡扇发动机复合防冰系统，其特征在于：所述第一控制附件(10)和第一防冰集气腔(8)之间连接有第一连接管路(16)，所述第二控制附件(11)与第二防冰集气腔(9)之间连接有第二连接管路(18)；所述第一控制附件(10)入口处与第一连接管路(16)之间连接有第一感应管路(17)，所述第二控制附件(11)入口处与第二连接管路(18)之间连接有第二感应管路(19)，所述第一感应管路(17)和第二感应管路(19)内均设有压力传感器。5.如权利要求4所述的带垂直起降动力装置(1)的涡扇发动机复合防冰系统，其特征在于：所述压力传感器、第一控制附件(10)和第二控制附件(11)均与第一防冰系统或第二防冰系统电连接，在第一防冰系统或第二防冰系统接收到压力传感器感应到的压力信号超过设定阈值时，控制该压力传感器对应的控制附件关闭。6.如权利要求1所述的带垂直起降动力装置(1)的涡扇发动机复合防冰系统，其特征在于：还包括三通(20)，所述三通(20)连接于防冰引气总管(5)和第一引气支管(6)和第二引气支管(7)之间，所述三通(20)的流通面积大于等于防冰引气总管(5)的流通面积，所述第一引气支管(6)和第二引气支管(7)的流通面积大于等于三通(20)的流通面积。7.如权利要求1所述的带垂直起降动力装置(1)的涡扇发动机复合防冰系统，其特征在于：所述引气孔(21)设于高压压气机(4)的一级静子叶片的叶尖上，多组所述引气孔(21)沿着静子叶片的周向均布，每组所述引气孔(21)均为腰型孔并且引气孔(21)垂直于发动机主
机(2)的径向方向设置，多组所述引气孔(21)的总流通面积在1000-1500mm2之间。

技术总结
本申请属于航空发动机设计领域，为一种带垂直起降动力装置的涡扇发动机复合防冰系统，包括防冰引气总管、第一引气支管、第二引气支管、第一防冰系统和第二防冰系统；在垂直起降动力装置和进口整流支板遭遇含有液态过冷水的气流时，发动机主机工作，高压压气机产生高温高压空气，高温高压空气通过引气孔进入到防冰引气总管内，而后分别进入到第一引气支管和第二引气支管内，形成防冰热气；第一引气支管内的高温高压空气流向垂直起降动力装置内部防冰传热结构上，对防冰传热结构的外壁进行加热，为其提供防冰保护；第二引气支管内的高温高压空气加热进口整流支板侧壁使其壁温高于冰点，从而保证发动机在结冰包线内能够稳定工作。作。作。


技术研发人员：李淼 刘国朝 龚欢 贾琦 李云单
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.02.08
技术公布日：2023/6/14