[发明专利]一种空气涡轮火箭用新型高压比大流量涡轮增压装置

说明书

本发明属于空气涡轮火箭组合发动机技术领域，具体涉及一种空气涡轮火箭用新型高压比大流量涡轮增压装置。本发明工作时，燃气发生器产生的燃气经缩放式钻孔斜喷嘴排出，驱动对称叶型纯冲击式涡轮转动，工作轮带动压气机叶轮，对轴向进气道中的来流空气进行增压。然后空气流经压气机壳体组件中的扩压器，并由扩压器外壁中的转弯段将其方向由径向转变为轴向，最后由扩压器中的导流叶栅完成气流的整流。涡轮工作轮和压气机导流叶栅排出的气流在涡轮增压装置后进行掺混燃烧。本发明为空气涡轮火箭组合发动机提供了一种可产生大推力、高比冲性能的核心动力装置。

技术领域

本发明属于空气涡轮火箭(ATR)组合发动机技术领域，具体涉及一种空气涡轮火箭用新型高压比大流量涡轮增压装置。

背景技术

推进系统的概念在新的飞行任务需求驱动下不断更新，由传统动力装置衍生的组合动力成为各国的研究热点。其中采用固体推进剂的空气涡轮火箭(Air Turbo Rocket，ATR)被认为是一种可应用于飞行器的先进吸气式推进系统，它组合了固体火箭发动机和涡喷发动机，不需要助推器即可产生静推力，通过燃气流量调节可实现低推力巡航、高推力加速及末端攻击，具有比冲高、工作包线宽、技术成熟度高和推力调节范围广等优势。燃气涡轮增压装置作为ATR发动机的核心部件，可为ATR发动机变工况性能计算分析、ATR发动机变工况流量调节提供设计依据，为后续宽包线、高比冲、大机动、远射程的动力系统提供技术核心支持。该系统研制满足了未来工作要求并提高了进气流量1.5kg/s、增压比为3的增压装置可靠性，具有较大的社会、经济效益和应用推广价值。

空气涡轮火箭发动机(ATR)是涡轮基组合循环发动机的一种特殊类型。基本工作原理是：使用独立于空气系统的富燃燃气发生器，驱动涡轮带动压气机工作，大气中的空气经过压气机增压后直接进入涡轮后的燃烧室，在燃烧室内和经过涡轮做功后的富燃燃气进行燃烧，生成高温燃气通过喷管膨胀产生推力。ATR作为火箭发动机和航空发动机的有机融合，其比冲性能高于火箭发动机，推重比高于航空发动机，速度、高度适应范围广，技术难度适中。

目前，国内尚无见到有适用于ATR的燃气涡轮增压装置成功研制的先例，尤其是针对大流量、高增压比的工程样机出现，研制出能够满足ATR使用的燃气涡轮泵增压装置使保证ATR可靠稳定工作亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：提供一种空气涡轮火箭用新型高压比大流量涡轮增压装置，为ATR发动机变工况性能及后续宽包线、高比冲、大机动、远射程的动力系统提供技术核心支持。

本发明的技术方案如下所述：

一种空气涡轮火箭用新型高压比大流量涡轮增压装置，包括进气道、压气机和涡轮。燃气发生器产生的燃气经缩放式钻孔斜喷嘴排出，驱动对称叶型纯冲击式涡轮转动，工作轮带动压气机叶轮，对轴向进气道中的来流空气进行增压。然后空气流经压气机壳体组件中的扩压器，并由扩压器外壁中的转弯段将其方向由径向转变为轴向，最后由扩压器中的导流叶栅完成气流的整流。涡轮工作轮和压气机导流叶栅排出的气流在涡轮增压装置后进行掺混燃烧。

扩压器内外壁通过焊接连为一体，组成压气机壳体组件，构成整个增压器的气流扩压通道，进气道用于对高空来流气体进行预增压，并进行一次整流，确保流入压气机叶轮的气流经减速增压后具有一定的初始压力。通过燃气发生器产生的高温高压气体通过涡轮进气管上的拉瓦尔喷嘴驱动涡轮，涡轮通过转轴带动同轴的压气机叶轮进行高速旋转，压气机叶轮通过轴系螺母采用螺纹连接与转轴固为一体，固定螺母将涡轮与转轴固为一体。轴套在涡轮轴系中起着固定支撑作用，同时兼作涡轮轴系转速采集基准。涡轮壳体作为结构承力件，挡板通过螺钉与涡轮壳体相连，构成扩压器的支撑部件。O型密封圈分别布置在进气道和挡板上，起着密封作用。垫片承担涡轮盘和固定螺母的锁紧作用，弹性垫片承担压气机叶轮和轴系的锁紧作用。石墨密封环密封高温高压燃气，以防工作中燃气外漏造成涡轮轴功率损失。

本发明的有益效果为：