微型涡喷发动机的起动和供油系统及其启动和供油方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 106640379 A(43)申请公布日 2017.05.10

(21)申请号 201610903139.6(22)申请日 2016.10.17

(71)申请人 中国民用航空飞行学院

地址 618307 四川省德阳市广汉市南昌路

四段46号(72)发明人 侯甲栋　陈志超　赖安卿　程涵　

罗文田　(74)专利代理机构 成都方圆聿联专利代理事务

所(普通合伙) 51241

代理人 曹少华(51)Int.Cl.

F02C 7/22(2006.01)F02C 7/266(2006.01)F02C 7/268(2006.01)F02C 9/48(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图1页

F02C 7/06(2006.01)

CN 106640379 A(54)发明名称

微型涡喷发动机的起动和供油系统及其启动和供油方法(57)摘要

本发明涉及发动机的控制领域，具体为微型涡喷发动机的起动和供油系统及其启动和供油方法，接收机由电池通过电调供电，接收机接收发射机的信号，接收机控制点火器，接收机给电调信号，电调控制起动电机和油泵的转速；燃油箱依次连接油泵、油滤、流量分配器，流量分配器的两个出口分别连接润滑油管道、燃油管路，润滑油管道与涡喷发动机的润滑油入口连接；燃油管路依次连接燃油阀、三通接头、涡喷发动机的燃油入口；三通接头还通过丁烷气阀连接丁烷气瓶。该系统简单易操作，结构简单，成本低廉，可实现对微型涡喷发动机推力的基本控制，适合用于发动机初始的试车和航模用微型涡喷发动机的起动控制过程。

CN 106640379 A

权　利　要　求　书

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1.微型涡喷发动机的起动和供油系统，包括燃油箱(20)、点火器(5)，其特征在于，还包括流量分配器(15)、燃油管路(14)、润滑油管道(16)、电调(3)、接收机(4)；

所述的接收机(4)由电池(2)通过电调(3)供电，接收机(4)接收发射机的信号，接收机(4)与点火器(5)连接，控制点火器(5)，点火器(5)与涡喷发动机(1)的点火电嘴(6)连接；

所述的接收机(4)给电调(3)信号，电调(3)包括两个调速器，分别与起动电机(8)、油泵(19)连接，控制起动电机(8)和油泵(19)的转速；

所述的燃油箱(20)依次连接油泵(19)、油滤(18)、流量分配器(15)，流量分配器(15)的两个出口分别连接润滑油管道(16)、燃油管路(14)，所述的润滑油管道(16)与涡喷发动机(1)的润滑油入口(17)连接；所述的燃油管路(14)依次连接燃油阀(12)、三通接头(9)、涡喷发动机(1)的燃油入口(7)；

所述的三通接头(9)还通过丁烷气阀(10)连接丁烷气瓶(11)。2.根据权利要求1所述的微型涡喷发动机的起动和供油系统，其特征在于，所述的燃油管路(14)上还连接限流器(13)，安装在燃油阀(12)上游。

3.根据权利要求1所述的微型涡喷发动机的起动和供油系统，其特征在于，所述的流量分配器(15)为一端分叉的Y型管，分叉出两个出口。

4.根据权利要求1到3任一项所述的微型涡喷发动机的起动及供油系统的启动和供油方法，其特征在于，包括以下过程：

起动时，首先关闭丁烷气阀(10)，关闭燃油阀(12)，打开油泵(19)，接通8～12秒；然后接通起动电机(8)，带动涡喷发动机(1)转子运转，此时起动电机(8)低速转动；同时逐渐打开丁烷气阀(10)，控制点火器(5)通过点火电嘴(6)点火，直到点火成功，预热20秒；

预热结束后，打开燃油阀(12)，直到燃油被点燃后，关闭丁烷气阀(10)，同时控制油泵(19)加速，起动电机(8)加速，接近慢车转速时关闭起动电机(8)，由油泵(19)控制涡喷发动机(1)到达稳定的慢车转速。

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说　明　书

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微型涡喷发动机的起动和供油系统及其启动和供油方法

技术领域[0001]本发明涉及发动机的控制领域，具体为微型涡喷发动机的起动和供油系统及其启动和供油方法。

背景技术[0002]微型涡喷发动(Micro Turbine Engine，MTE)是喷气发动机的一种，微型涡喷发动具有结构相对简单、体积小、推力大、速度高度性能好等特点，在航空航天领域有广泛应用。早期的涡喷发动机多采用机械液压控制器，其控制系统可靠性较高，但是精度相对低，可控参数不多。随着飞机技术的不断进步，对发动机控制水平提出更高要求，出现了数字电子控制系统，控制精度高，反应速度快，可以对发动机在各种复杂工作环境中进行有效控制，在大型喷气发动机中应用广泛，微型涡喷也有很多采用这种控制器，但是这种控制器的成本较高。而航模用微型涡喷发动机，属于消耗品，寿命周期短，工作状况相对单一，基本都是视距内飞行，可以采用相对简单的控制系统。[0003]与本发明相关的现有技术之一，控制系统部件ECU1为核心，通过控制丙烷气阀、燃油泵、起动气罐气阀、启动电机和点火电嘴，实现了涡喷发动机起动、加速、减速、等各个过程的控制，同时ECU监控发动机转速、排气温度等参数，让控制更加精确。此发明通过对涡喷发动机的各个状态采用不同的控制方法，使控制更加精确，反应更加及时，从而拓宽涡喷发动机的工作范围，提高涡喷发动机的环境适应能力和可靠性。[0004]这种控制器的优点是控制精确可靠，并且能对发动机提供一定的安全保护。但是缺点是控制系统复杂，重量大，且成本较高，很难在航模上应用如此复杂的控制系统。从成本来讲目前市场上一个普通的ECU控制单元的价格在600-1000元之间，还不包括此控制器要用到的转速、压力和温度等传感器。对于航模用微型涡喷发动机，成本较高。发明内容[0005]针对上述技术问题，本发明提供一种简单易操作的起动供油系统，结构简单，成本低廉，适合发动机初始的台架试车和航模用微型涡喷发动机的控制。[0006]具体技术方案为：[0007]微型涡喷发动机的起动和供油系统，包括燃油箱、点火器，还包括流量分配器、燃油管路、润滑油管道、电调、接收机；[0008]所述的接收机由电池通过电调供电，接收机接收发射机的信号，接收机与点火器连接，控制点火器，点火器与涡喷发动机的点火电嘴连接；[0009]所述的接收机给电调信号，电调包括两个调速器，分别与起动电机、油泵连接，控制起动电机和油泵的转速；[0010]所述的燃油箱依次连接油泵、油滤、流量分配器，流量分配器的两个出口分别连接润滑油管道、燃油管路，所述的润滑油管道与涡喷发动机的润滑油入口连接；所述的燃油管路依次连接燃油阀、三通接头、涡喷发动机的燃油入口；

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CN 106640379 A[0011][0012][0013][0014][0015][0016][0017]

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所述的三通接头还通过丁烷气阀连接丁烷气瓶。其中，所述的燃油管路上还连接限流器，安装在燃油阀上游。所述的流量分配器为一端分叉的Y型管，分叉出两个出口。该微型涡喷发动机的起动及供油系统的启动和供油方法，包括以下过程：起动时，首先关闭丁烷气阀，关闭燃油阀，打开油泵，接通8～12秒；然后接通起动电机，带动涡喷发动机转子运转，此时起动电机低速转动；同时逐渐打开丁烷气阀，控制点火器通过点火电嘴点火，直到点火成功，预热20

秒；

预热结束后，打开燃油阀，直到燃油被点燃后，关闭丁烷气阀，同时控制油泵加速，

起动电机加速，接近慢车转速时关闭起动电机，由油泵控制涡喷发动机到达稳定的慢车转速。燃油被点燃会有声音，尾喷管会有短暂“喷火”出现，比较明显；慢车转速一般在30000转左右(一般为最大转速的20％-35％)。[0019]本发明提供的微型涡喷发动机的起动和供油系统及其启动和供油方法，简单易操作，结构简单，成本低廉，可实现对微型涡喷发动机推力的基本控制，适合用于发动机初始的试车和航模用微型涡喷发动机的起动控制过程。[0020]本发明提供的微型涡喷发动机的起动和供油系统及其启动和供油方法，针对航模用微型涡喷发动机的起动供油及控制系统。相比较现有的技术，本发明控制系统不需要价格昂贵的发动机控制器ECU以及相应的传感器，同样可以实现发动机的遥控起动、供油和控制，此系统结构相对简单，成本较低。同时，此系统还可以通过简单的机构实现发动机在大功率状态的燃油和滑油的调控，对发动机进行一定的安全保护。附图说明[0021]图1是本发明的结构示意图；[0022]图2是本发明的流量分配器结构示意图。

具体实施方式[0023]结合附图说明本发明的具体实施方式。[0024]如图1所示，微型涡喷发动机的起动和供油系统，包括燃油箱20、点火器5，还包括流量分配器15、燃油管路14、润滑油管道16、电调3、接收机4；[0025]所述的接收机4由电池2通过电调3供电，接收机4接收发射机的信号，接收机4与点火器5连接，控制点火器5，点火器5与涡喷发动机1的点火电嘴6连接；[0026]所述的接收机4给电调3信号，电调3包括两个调速器，分别与起动电机8、油泵19连接，控制起动电机8和油泵19的转速；[0027]所述的燃油箱20依次连接油泵19、油滤18、流量分配器15，流量分配器15的两个出口分别连接润滑油管道16、燃油管路14，所述的润滑油管道16与涡喷发动机1的润滑油入口17连接；所述的燃油管路14依次连接燃油阀12、三通接头9、涡喷发动机1的燃油入口7；[0028]所述的三通接头9还通过丁烷气阀10连接丁烷气瓶11。[0029]其中，所述的燃油管路14上还连接限流器13，安装在燃油阀12上游。[0030]电池2通过电调3向接收机4供电，接收机4通过接收发射机的信号，控制涡喷发动

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[0018]

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机1的点火器5；同时接收机4给电调3信号，通过电调3控制起动电机8和油泵19的转速。此系统的电调3由两个调速器组成，小的调油泵19转速，大的调起动电机8转速。所述丁烷气阀10控制丁烷气瓶11通过三通接头9向涡喷发动机1的燃油入口7供气。所述油泵19从燃油箱20抽油，通过油滤18，再经过流量分配器15，将燃油分成两路，一路变成润滑油通过润滑油管道16向涡喷发动机1的润滑油入口17提供滑油润滑发动机的轴承；另外一路通过燃油管路14、限流器13，再经过燃油阀12后通过三通接头9向燃油入口7供油。[0031]所述丁烷气阀10控制丁烷气的通断。所述丁烷气罐11储存丁烷气，供涡喷发动机1起动时使用。所述燃油箱20储存95％航空煤油与5％润滑油的混合油，供涡喷发动机1工作时燃烧和润滑使用。所述燃油阀12控制航空煤油的通断。起动电机8起动时带动发动机转子旋转，从而使得涡喷发动机1获得初始动能。所述油泵19为齿轮电机泵，通过控制其转速来控制涡喷发动机1的喷油量，从而实现对涡喷发动机1的转速控制。所述涡喷发动机1是整个控制系统的控制对象。[0032]实际的操作过程如下：[0033]起动时，首先关闭丁烷气阀10，关闭燃油阀12，打开油泵19，接通10秒左右，让喷发动机1轴和轴承有润滑油，此时燃油流过流量分配器15后，由于燃油阀12关闭，只能进入润滑油管道16，再从润滑油入口17进入涡喷发动机1，润滑轴承和轴。然后接通起动电机8，带动涡喷发动机1转子运转，此时起动电机8维持半速，转速不要太大，同时逐渐打开丁烷气阀10，控制点火器5通过点火电嘴6点火，直到点火成功，预热20秒左右。点火电嘴6通常采用热火头型电嘴，与之匹配的点火器5也是热火头型点火器，如RCD3007型点火器。这种点火器通常可以遥控点火，也可手动控制点火。航模用微型涡喷发动机通常采用回流环形燃烧室，蒸发管式喷嘴，这种喷嘴高温情况下会将燃油汽化，和空气混合均匀，效果好，但是低温效果不好，所以起动过程需要预热。预热结束后，打开燃油阀12，直到燃油被点燃后，关闭丁烷气阀10，同时控制油泵19加速，起动电机8加速，接近慢车转速时关闭起动电机8，由油泵19控制涡喷发动机1到达稳定的慢车转速。[0034]微型涡喷发动机由于体积小，结构相对简单，没有专门的滑油系统和润滑油，依靠燃油润滑。燃油粘度小，润滑效果不好，而滑油粘度大，不利于雾化燃烧。为了兼顾燃烧和润滑，此设计方案采用5％的润滑油和95％航空煤油组成的混合油，兼顾燃烧和润滑，此种比例的混合油在有关文献中都被证实效果较好。上述系统的供油油路部件流量分配器15的功能，就是将从油泵出来的燃油分成两路，一条滑油路，一条燃油路，滑油和燃油的流量比例基本是1:10到1:9，实际测试这个比例范围的润滑效果和燃烧经济性较好。流量分配器15是个纯机械部件，可以用类似于Y型管的结构实现，如图2所示。燃油管路14孔径是润滑油管道16孔径的9或者10倍，即可达到分配燃油和滑油的功能。[0035]限流器13的作用是限制从燃油入口7流入涡喷发动机1的最大流量，防止涡喷发动机1转速过大，温度过高。当燃油流量达到允许最大值后，限流器13将阻止燃油流量的进一步上升，同时由于限流器13的限流作用，上游流量分配器15的分配比例将发生变化，油泵9出口更多的油将进入润滑油管道16油路，增加对发动机转子轴承和轴的润滑和散热，确保涡喷发动机1的安全运行。限流器13的限流大小可以根据不同的微型涡喷发动机和同一发动机不同的工作环境调节，采用精密流量调节阀等部件实现对燃油流量限流和调节的作用。比如在高温高原地方使用，涡喷发动机性能会下降，应该通过限流器适当减小最大供油

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量，防止发动机超温。[0036]起动电机8如果不采用电起动，也可以用高压气源起动。点火系统如果不采用电控点火，也可以通过外部火源，如打火机在发动机尾部点火。其他部分相同的也应在本发明专利保护范围。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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