[发明专利]一种外缘式电力推进喷气发动机系统及设计方法

说明书

本发明公开了一种外缘式电力推进喷气发动机系统以及设计方法，属于发动机技术领域。本发明的外缘式电力推进喷气发动机系统包括涵道单元、电机单元与扇叶单元，所述涵道单元呈中空的柱状结构，所述电机单元包括电机转子与电机静子，所述电机静子固设于所述涵道单元内，所述电机转子对应于所述电机静子的内壁设置，所述扇叶单元设置于所述电机转子的内壁内，并与所述电机转子固定连接，所述电机转子转动会带动所述扇叶单元转动，进而产生沿所述涵道单元轴线方向的力。本发明的外缘式电力推进喷气发动机系统适应于电力推进，结构简单、整体结构重量轻、气动效率高。

技术领域

本发明属于发动机设计技术领域，尤其是涉及一种外缘式电力推进喷气发动机系统及设计方法。

背景技术

随着当前交通工具朝着清洁能源方向发展，采用涵道式电力推进的飞机已经出现而且在一些领域具有较大潜在市场，当前已经出现的产品有欧洲空客Airbus E-Fan、德国Lilium Jet，并且，随着蓄电技术和燃料电池技术的进步，电力推进甚至有可能在大型客机或者军机上使用。

当前，飞机上使用的电力喷气发动机普遍采用传统石油能源发动机设计方式，比如欧洲空客Airbus E-Fan与德国Lilium Jet的发动机是将传统涡扇发动机的涡轮和燃烧室部分换成了电机，这种简单改型的设计没有考虑电力推进与燃油推进的区别，没有针对性设计适合电力推进的航空发动机系统，燃油发动机由于有复杂的燃烧单元、涡轮单元、增压单元，这些单元只能布置于发动机中轴线附近，并内置于整流壳体内，无法整合到涵道壳体内，从而导致发动机结构复杂，气动效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单、气动效率高的外缘式电力推进喷气发动机系统。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种适用于电力推进的外缘式电力推进喷气发动机系统的设计方法。

本发明解决上述技术问题所采用的解决方案是：提供一种外缘式电力推进喷气发动机系统，包括涵道单元、电机单元与扇叶单元，所述涵道单元呈中空的柱状结构，所述电机单元包括电机转子与电机静子，所述电机静子固设于所述涵道单元内，所述电机转子对应于所述电机静子的内壁设置，所述扇叶单元设置于所述电机转子的内壁内，并与所述电机转子固定连接，所述电机转子转动会带动所述扇叶单元转动，进而产生沿所述涵道单元轴线方向的力。

作为上述技术方案的进一步改进，所述扇叶单元包括若干扇叶，若干所述扇叶呈圆周排布，所述扇叶包括叶尖部、叶根部以及位于所述叶尖部与所述叶根部之间的中间部，所述叶尖部固设于所述电机转子上，所述叶根部靠近所述涵道单元的中轴线设置。

作为上述技术方案的进一步改进，沿所述电机转子的径向方向上，所述叶根部、中间部、叶尖部宽度逐渐增加，从而使得所述叶尖部弦长大、承受载荷大、而与合力作用点之间的距离短，所述叶根部弦长小、承受载荷小、而与合力作用点之间的距离长。

作为上述技术方案的进一步改进，所述涵道单元内开设有环槽，所述电机单元嵌设于所述环槽内，以使所述电机转子的内径大小与所述涵道单元的内径大小相等，进而减小所述电机单元独立外置时产生的空气阻力并节省所述电机单元的占用空间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述涵道单元的尾缘设有锯齿部，所述锯齿部将所述涵道单元的尾缘的气流的大尺度涡结构打破形成小尺度涡结构，以降低噪声。

本发明还提供一种上述的外缘式电力推进喷气发动机系统的设计方法，包括如下步骤：步骤一、参照实际发动机机型，确定发动机尺寸、设计点推力、最大推力、效率参数；步骤二、根据设计点推力及效率确定电机单元设计点输出功率、工作转速、最大输出功率；步骤三、确定的电机单元的参数设计出涵道单元与扇叶单元。

本发明的有益效果是：