專利名稱：一種離心發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離心發(fā)動(dòng)機(jī)，屬于動(dòng)力機(jī)械領(lǐng)域，特別是屬于發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。
以空氣作為氧化劑和工作介質(zhì)的開式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的類型之一，常見的內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)都屬于這種類型。這類發(fā)動(dòng)機(jī)的共同特點(diǎn)是其工作循環(huán)都包括空氣壓縮、空氣與燃料混合燃燒、燃?xì)馀蛎涀鞴θ齻€(gè)過程，正因?yàn)檫@樣，不同發(fā)動(dòng)機(jī)可以相互組合構(gòu)成新型發(fā)動(dòng)機(jī)，如渦輪增壓式內(nèi)燃機(jī)、自由活塞-渦輪組合發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。在這類組合式發(fā)動(dòng)機(jī)中，完成空氣壓縮、空氣與燃料混合燃燒、產(chǎn)生高壓高溫燃?xì)獾粚?duì)外輸出功率的機(jī)構(gòu)稱為燃?xì)獍l(fā)生裝置或燃?xì)獍l(fā)生器；負(fù)責(zé)把前級(jí)燃?xì)獍l(fā)生裝置產(chǎn)生的高壓高溫燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并對(duì)外輸出功率的機(jī)構(gòu)稱為燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置或功率輸出裝置。就實(shí)現(xiàn)功能的難度和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性而言，燃?xì)獍l(fā)生器要比功率輸出裝置困難復(fù)雜許多，因?yàn)閮H就轉(zhuǎn)化功率相比，壓縮空氣所消耗功率往往大于發(fā)動(dòng)機(jī)所輸出功率，燃?xì)獍l(fā)生器還同時(shí)要完成空氣壓縮、燃油燃燒等多種功能，所以說燃?xì)獍l(fā)生器是組合式發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)構(gòu)。一種燃?xì)獍l(fā)生器往往可以組合出多種發(fā)動(dòng)機(jī)，例如基于渦輪式燃?xì)獍l(fā)生器的有渦軸、渦旋、渦扇、渦噴等多種航空發(fā)動(dòng)機(jī)。由此可見，如果能給出一種性能優(yōu)越的新型燃?xì)獍l(fā)生裝置對(duì)發(fā)展新型發(fā)動(dòng)機(jī)有著非常重要的意義。
本發(fā)明給出一種離心燃?xì)獍l(fā)生裝置，并給出了這種離心燃?xì)獍l(fā)生裝置跟不同形式的燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置結(jié)合構(gòu)成的多種離心發(fā)動(dòng)機(jī)。離心燃?xì)獍l(fā)生裝置核心構(gòu)件為一離心轉(zhuǎn)子，它由離心空氣壓縮葉輪、轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室、徑流渦輪依次同軸疊加而成，它利用不同溫度的氣體在相同離心力場(chǎng)作用下可以產(chǎn)生不同壓強(qiáng)的原理進(jìn)行工作來產(chǎn)生高壓高溫燃?xì)狻ｋx心燃?xì)獍l(fā)生裝置與活塞式燃?xì)獍l(fā)生裝置相比，具有比功率高、排放污染小的優(yōu)點(diǎn)；與渦輪式燃?xì)獍l(fā)生裝置相比，具有氣流量調(diào)節(jié)范圍寬、不受蕹塞現(xiàn)象制約的優(yōu)點(diǎn)。
整個(gè)離心發(fā)動(dòng)機(jī)由機(jī)體(1)、離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)、燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)以及一些輔助機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分構(gòu)成。
機(jī)體(1)的功能是給離心發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)部件提供合適的安裝位置，并使它們共同組成一協(xié)調(diào)統(tǒng)一的離心發(fā)動(dòng)機(jī)。
離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)的功能是產(chǎn)生高壓高溫燃?xì)狻ｋx心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)由離心轉(zhuǎn)子(4)、轉(zhuǎn)子腔體(5)、轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)三個(gè)部分構(gòu)成。
離心轉(zhuǎn)子(4)的外形為一旋轉(zhuǎn)體，它由進(jìn)氣口(7)、離心空氣壓縮葉輪(8)、轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)、徑流渦輪(10)、出氣口(11)五個(gè)部件依次同軸疊加而成。轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)的外形為一圓柱體，在圓柱內(nèi)周對(duì)稱的設(shè)有多個(gè)與轉(zhuǎn)軸平行、截面為圓形或扇環(huán)形的燃燒管(16)。離心空氣壓縮葉輪(8)和徑流渦輪(10)的結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱，它們都具有與燃燒管(16)等數(shù)的葉片，從而把各自的氣路分隔成數(shù)目與燃燒管(16)相等的導(dǎo)氣管。離心空氣壓縮葉輪(8)的導(dǎo)氣管(17)出口與轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)的燃燒管(16)入口相連通，轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)的燃燒管(16)出口與徑流渦輪(10)的導(dǎo)氣管(19)入口相連通；離心空氣壓縮葉輪(8)導(dǎo)氣管(17)出口的中心、轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)燃燒管(16)的中心以及徑流渦輪(10)導(dǎo)氣管(19)入口的中心三者到轉(zhuǎn)子軸線的距離相等，這一距離稱為離心轉(zhuǎn)子(4)的有效半徑。為了避免起動(dòng)時(shí)燃?xì)獾沽?，離心轉(zhuǎn)子(4)進(jìn)氣口(7)的半徑應(yīng)略小于出氣口(11)的半徑，但二者都遠(yuǎn)小于離心轉(zhuǎn)子(4)的有效半徑。
發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣從進(jìn)氣口(7)進(jìn)入轉(zhuǎn)子，在離心壓縮葉輪(8)內(nèi)空氣被壓縮和加速，在燃燒室(9)內(nèi)空氣與燃油發(fā)生燃燒反應(yīng)，燃?xì)鉁囟壬卟⒌葔号蛎?，在徑流渦輪(10)內(nèi)燃?xì)鉁p壓膨脹并減速，最后燃?xì)鈴某鰵饪?11)流出轉(zhuǎn)子。由于離心壓縮葉輪(8)和徑流渦輪(10)的有效半徑相等，而離心轉(zhuǎn)子(4)的進(jìn)氣口(7)和出氣口(11)的半徑差別較小，壓縮葉輪(8)對(duì)空氣所做的功基本等于燃?xì)鈱?duì)徑流渦輪(10)所做的功；又由于在徑流渦輪(10)內(nèi)燃?xì)獾臏囟雀哂趬嚎s葉輪(8)內(nèi)空氣的溫度，因而徑流渦輪(10)內(nèi)燃?xì)獾拿芏刃∮趬嚎s葉輪(8)內(nèi)空氣的密度，在相同離心力的作用下徑流渦輪(10)內(nèi)燃?xì)鈮毫p小的數(shù)值小于壓縮葉輪(8)內(nèi)空氣壓力增加的數(shù)值，從而造成出氣口(11)處燃?xì)獾膲簭?qiáng)大于進(jìn)氣口(7)處空氣的壓強(qiáng)。
離心轉(zhuǎn)子(4)的基本特性是在它運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)除了克服摩擦阻力外幾乎不消耗能量，同時(shí)它能夠產(chǎn)生高壓燃?xì)?。離心轉(zhuǎn)子(4)的另一個(gè)重要特點(diǎn)是它的燃燒室(9)跟壓縮葉輪(8)、徑流渦輪(10)固定在同一轉(zhuǎn)軸上并一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣氣流在壓縮葉輪(8)與燃燒室(9)之間、燃燒室(9)與徑流渦輪(10)之間的流動(dòng)是在相對(duì)靜止的管道內(nèi)進(jìn)行的，而且氣體相對(duì)于管壁流動(dòng)速度較小，因此不存在復(fù)雜的速度耦合關(guān)系，這種結(jié)構(gòu)不僅有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，而且允許在較寬的范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)氣體流量。正因?yàn)檫@一點(diǎn)，離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)能夠跟多種形式的燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)耦合構(gòu)成不同形式的離心發(fā)動(dòng)機(jī)，而且這些發(fā)動(dòng)機(jī)可在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
離心轉(zhuǎn)子(4)的燃油供應(yīng)方式有兩種一種是直噴式供油，即把燃油直接噴入燃燒室(9)，這種方式需要設(shè)置一由進(jìn)油孔(12)、離心燃油增壓管(13)和噴油咀(14)三部分構(gòu)成轉(zhuǎn)子油路；進(jìn)油孔(12)在離心轉(zhuǎn)子(4)的軸心處，并通過轉(zhuǎn)動(dòng)密封件與外供油管相連通；離心燃油增壓管(13)設(shè)置在離心轉(zhuǎn)子(4)內(nèi)，它連通進(jìn)油孔(12)和噴油咀(14)；噴油咀(14)的開口位于燃燒室(9)的入口處；另一種是預(yù)混式供油，即燃油先汽化并在進(jìn)氣口(7)處與空氣混合，混合后的可燃?xì)怏w從進(jìn)氣口(7)經(jīng)離心壓縮葉輪(8)進(jìn)入燃燒室(9)，這種方式不需要再設(shè)置轉(zhuǎn)子油路。
離心轉(zhuǎn)子(4)安裝在轉(zhuǎn)子腔體(5)內(nèi)，轉(zhuǎn)子腔體(5)在轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口(7)處和出氣口(11)處設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)密封件，從而把出氣口(11)處的高壓腔與進(jìn)氣口(7)處的低壓腔隔離開。
轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)一般為一與離心轉(zhuǎn)子(4)同軸的渦輪機(jī)構(gòu)，它利用離心轉(zhuǎn)子(4)產(chǎn)生的高壓高溫燃?xì)怛?qū)動(dòng)離心轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)動(dòng)。在一些情況下，燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)可以直接驅(qū)動(dòng)離心轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)不需要再設(shè)置專用的轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置。轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)與離心轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)軸之間最好用單向轉(zhuǎn)動(dòng)的棘輪連接，這樣在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)可以驅(qū)動(dòng)離心轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)離心轉(zhuǎn)子(4)由起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)但轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)并不轉(zhuǎn)動(dòng)。在有電源的情況下，轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)還可以是一電動(dòng)機(jī)，這樣就不需要再設(shè)專用起動(dòng)機(jī)，而且轉(zhuǎn)子的起動(dòng)、停機(jī)、加速、減速非常方便。
燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)的功能是把離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)產(chǎn)生的高壓高溫燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能并對(duì)外輸出功率。離心發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)可以有多種方案，第一種方案是燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)為一渦輪機(jī)構(gòu)，它與離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)結(jié)合，可以構(gòu)成渦輪式離心發(fā)動(dòng)機(jī)。第二種方案是燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)為一活塞機(jī)構(gòu)，它與離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)結(jié)合，可以構(gòu)成活塞式離心發(fā)動(dòng)機(jī)。第三種方案是燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)為一可產(chǎn)生推力的噴射管機(jī)構(gòu)，它與離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)結(jié)合，可以構(gòu)成噴氣式離心發(fā)動(dòng)機(jī)。第四種方案是一個(gè)離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)同時(shí)和多個(gè)燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)結(jié)合構(gòu)成多端輸出離心發(fā)動(dòng)機(jī)。第五種方案是多個(gè)輸出壓力相等的離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)同時(shí)和一個(gè)燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)結(jié)合構(gòu)成大功率離心發(fā)動(dòng)機(jī)。
離心發(fā)動(dòng)機(jī)還可以在離心轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口(7)的前端設(shè)置一前級(jí)空氣壓縮裝置(15)，它一般為一軸流葉輪或一離心葉輪，它可以與離心轉(zhuǎn)子(4)同軸由轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)驅(qū)動(dòng)，也可以由燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)驅(qū)動(dòng)。前級(jí)空氣壓縮裝置(15)的設(shè)置有助于提高離心發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和比功率。當(dāng)前級(jí)空氣壓縮裝置(15)的壓強(qiáng)比遠(yuǎn)小于離心轉(zhuǎn)子(4)空氣壓縮葉輪(8)的壓強(qiáng)比時(shí)，離心發(fā)動(dòng)機(jī)的性能跟不設(shè)置前級(jí)空氣壓縮裝置(15)的情況差別不大；當(dāng)前級(jí)空氣壓縮裝置(15)的壓強(qiáng)比大于離心轉(zhuǎn)子(4)空氣壓縮葉輪(8)的壓強(qiáng)比時(shí)，離心發(fā)動(dòng)機(jī)的性能將更接近于普通的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
離心發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助機(jī)構(gòu)包括燃油系、燃?xì)庀?、起?dòng)系、潤(rùn)滑系、冷卻系等，由它們分別來實(shí)現(xiàn)離心發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油供應(yīng)、燃?xì)馀渲?、點(diǎn)火起動(dòng)、潤(rùn)滑冷卻等功能，以及執(zhí)行各種控制調(diào)節(jié)指令。
離心發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系由油箱、油管和供油速度控制裝置等幾部分構(gòu)成，供油速度控制裝置能夠根據(jù)負(fù)載狀況、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)況狀和人為發(fā)出的指令給出最佳供油速度。離心發(fā)動(dòng)機(jī)燃油速度的基本控制方式是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持燃空比為一常數(shù)，從而使燃燒室的溫度保持恒定，在發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)可以增大燃空比，在發(fā)動(dòng)機(jī)減速時(shí)可以減小燃空比。
離心發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)庀蛋諝鉃V清器、吸氣管、排氣管以及氣路控制閥門等部件，其作用是輔助燃?xì)庋h(huán)，調(diào)控燃?xì)馀渲谩?br> 離心發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系包括起動(dòng)機(jī)和起動(dòng)點(diǎn)火裝置兩個(gè)部分。起動(dòng)機(jī)的作用是在起動(dòng)時(shí)能給離心轉(zhuǎn)子提供一初速度。起動(dòng)點(diǎn)火裝置的作用是在起動(dòng)時(shí)給燃燒室進(jìn)行初始點(diǎn)火，它由起動(dòng)電路和位于燃燒室內(nèi)的火花塞構(gòu)成。在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，起動(dòng)系停止工作。
離心發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣從轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口(7)進(jìn)入離心轉(zhuǎn)子(4)的氣路，經(jīng)絕熱壓縮、等壓升溫、絕熱膨脹，從轉(zhuǎn)子出氣口(11)流出，然后又進(jìn)入燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)的氣路，再進(jìn)一步絕熱膨脹做功，最后排出發(fā)動(dòng)機(jī)。
設(shè)在離心轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口(7)處的空氣為室溫狀態(tài)，其溫度、壓強(qiáng)、密度、最大噴射速度分別為T0＝293K、P0＝0.1Mpa、ρ0＝1.3kg/m3、W0＝750m/s，并設(shè)轉(zhuǎn)子燃燒室(9)燃燒管的中線轉(zhuǎn)動(dòng)線速度為V，燃燒室(9)出口處的燃?xì)鉁囟葹門，定義空氣壓縮參數(shù)α＝V2/W02，燃燒升溫參數(shù)β＝T/T0-(1+α)，在離心轉(zhuǎn)子出氣口(11)處燃?xì)獾臏囟萒3、壓強(qiáng)P3可以表達(dá)為T3＝(1+β)T0P3＝[(1+α)(1+β)/(1+α+β)]7/2P0離心發(fā)動(dòng)機(jī)的理想熱效率可以表達(dá)為η＝α/(1+α)由以上公式可知，離心發(fā)動(dòng)機(jī)的理想熱效率η完全決定于轉(zhuǎn)子燃燒室(9)燃燒管的中線轉(zhuǎn)動(dòng)線速度V，V越大η越大，特別是V＝W0＝750m/s時(shí)，η＝50％，而750m/s是一個(gè)非常高的速度，是常溫下音速的2.7倍，這就要求離心轉(zhuǎn)子具有極高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，它所選用的材料最好是高比強(qiáng)的纖維復(fù)合材料。
由以上公式還可以看出，在轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)速不變的情況下，燃燒室(9)工作溫度T越高，離心轉(zhuǎn)子(4)輸出的燃?xì)獾膲簭?qiáng)P3越高，因而燃燒室(9)的燃燒管和徑流渦輪(10)應(yīng)內(nèi)襯耐高溫材料，最好是高性能陶瓷材料。
對(duì)于渦輪式離心發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)其燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)為一單級(jí)徑流渦輪機(jī)構(gòu)，并設(shè)渦輪(3)的半徑為R，噴射咀截面面積為S，則它的轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩M可以表示為n＝[αβ/2(1+α)]1/260W0/2πRM＝[1+αβ/2(1+α+β)]5/2[αβ/2(1+α+β)]SRρ0W02上公式給出的轉(zhuǎn)速n為渦輪(3)效率最高時(shí)的轉(zhuǎn)速，它的數(shù)值完全由離心轉(zhuǎn)子(4)的工作狀態(tài)決定；渦輪(3)的轉(zhuǎn)矩正比于噴射咀截面面積S，通過調(diào)節(jié)噴射咀截面面積S的大小可以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率。
對(duì)于活塞式離心發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)活塞的排氣量為L(zhǎng)，則它的轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩M可以表示為n-自由可調(diào)M＝[αβ/(1+α+β)]Lρ0W02/4π由上公式可以看出，活塞式離心發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩完全由離心轉(zhuǎn)子(4)的工作狀態(tài)決定，轉(zhuǎn)速可以任意調(diào)節(jié)，功率跟轉(zhuǎn)速成正比。
對(duì)于噴氣式離心發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)噴射管(3)出口面積為S，則氣體噴射速度U和噴射推力F可以表示為U＝[αβ/(1+α)]1/2W0F＝[αβ/(1+α+β)]Sρ0W02由上公式可知，噴射速度完全由離心轉(zhuǎn)子(4)的工作狀態(tài)決定，噴射推力F正比于噴射管(3)出口面積S，通過調(diào)節(jié)噴射管(3)出口面積S的大小可以調(diào)節(jié)推力F的大小。
由于離心發(fā)動(dòng)機(jī)具有比功率大、效率高、排放污染少、功率調(diào)節(jié)范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，并具有多種功率輸出形式，因而在汽車、航空、船舶等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。離心發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)是要求所用材料具有極高的比強(qiáng)度和較高的耐溫性能，但隨著現(xiàn)代新材料技術(shù)的發(fā)展，特別是高性能復(fù)合材料和高性能陶瓷材料技術(shù)的逐漸成熟，離心發(fā)動(dòng)機(jī)的這一技術(shù)難點(diǎn)將迎刃而解。


圖1是離心燃?xì)獍l(fā)生裝置結(jié)構(gòu)圖；4-離心轉(zhuǎn)子；5-轉(zhuǎn)子腔體；6-轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置。
圖2是不帶轉(zhuǎn)子油路的離心轉(zhuǎn)子軸向剖面圖和帶有轉(zhuǎn)子油路的離心轉(zhuǎn)子軸向剖面圖；7-轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口；8-離心空氣壓縮葉輪；9-轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室；10-徑流渦輪；11-轉(zhuǎn)子出氣口；12-進(jìn)油孔；13-離心燃油增壓管；14-噴油咀。
圖3是離心轉(zhuǎn)子的離心空氣壓縮葉輪剖面圖；17-離心空氣壓縮葉輪導(dǎo)氣管；18-離心空氣壓縮葉輪葉片。
圖4是離心轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室剖面圖；16-轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室燃燒管。
圖5是離心轉(zhuǎn)子的徑流渦輪剖面圖；19-徑流渦輪導(dǎo)氣管；20-徑流渦輪葉片。
圖6是實(shí)施例一結(jié)構(gòu)圖；1-機(jī)體；3-燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化渦輪；4-離心轉(zhuǎn)子。
圖7是實(shí)施例二結(jié)構(gòu)圖；1-機(jī)體；3-燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化渦輪；4-離心轉(zhuǎn)子；15-前級(jí)壓縮葉輪。
圖8是實(shí)施例三結(jié)構(gòu)圖；1-機(jī)體；3-燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化渦輪；4-離心轉(zhuǎn)子；6-轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)渦輪。
圖9是實(shí)施例四結(jié)構(gòu)圖；1-機(jī)體；3-旋轉(zhuǎn)活塞；4-離心轉(zhuǎn)子；6-轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)渦輪。
圖10是實(shí)施例五結(jié)構(gòu)圖。1-機(jī)體；3-燃?xì)鈬娚涔埽?-離心轉(zhuǎn)子；6-轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)渦輪。
實(shí)施例一共軸渦輪式離心發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)元件機(jī)體(1)、離心轉(zhuǎn)子(4)、轉(zhuǎn)子腔(5)，燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)為一與離心轉(zhuǎn)子(4)同軸的單級(jí)徑流渦輪。
結(jié)構(gòu)參數(shù)離心轉(zhuǎn)子(4)的有效半徑為30cm，渦輪(3)半徑為21cm，渦輪(3)噴咀截面面積在0～10cm2可調(diào)，額定轉(zhuǎn)速為45000r/min，燃燒室(9)額定工作溫度為1200K。
理想輸出參數(shù)效率為50％，轉(zhuǎn)矩為0～67Nm，功率為0～300kw，燃油消耗量為0～7.5ml/s。
實(shí)施例二帶前級(jí)壓縮葉輪的單軸渦輪式離心發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)元件機(jī)體(1)、離心轉(zhuǎn)子(4)、轉(zhuǎn)子腔(5)，燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)為一單級(jí)徑流渦輪，前級(jí)壓縮葉輪(15)為一離心壓縮葉輪，離心轉(zhuǎn)子(4)、燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化渦輪(3)、前級(jí)壓縮葉輪(15)三者固定在同一轉(zhuǎn)軸上。
結(jié)構(gòu)參數(shù)離心轉(zhuǎn)子(4)的有效半徑為30cm，渦輪(3)半徑為24cm，前級(jí)壓縮葉輪(15)半徑為15cm，渦輪(3)噴咀截面面積在0～10cm2可調(diào)，額定轉(zhuǎn)速為45000r/min，燃燒室(9)額定工作溫度為1350K。
理想輸出參數(shù)效率為60％，轉(zhuǎn)矩為0～90Nm，功率為0～400kw，燃油消耗量為0～8.3ml/s。
實(shí)施例三自由軸渦輪式離心發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)元件機(jī)體(1)、離心轉(zhuǎn)子(4)、轉(zhuǎn)子腔(5)、轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)渦輪(6)、功率輸出渦輪(3)，離心轉(zhuǎn)子(4)與轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)渦輪(6)固定在同一轉(zhuǎn)軸上，功率輸出渦輪(3)單獨(dú)一個(gè)轉(zhuǎn)軸，功率輸出渦輪(3)為一四級(jí)徑流渦輪。
結(jié)構(gòu)參數(shù)離心轉(zhuǎn)子(4)的有效半徑為30cm，轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)渦輪(6)半徑為15cm，功率輸出渦輪(3)半徑為30cm，功率輸出渦輪(3)的第一級(jí)噴咀截面面積在0～6.5cm2可調(diào)，離心轉(zhuǎn)子(4)的額定轉(zhuǎn)速為45000r/min，燃燒室(9)額定工作溫度為1200K。
理想輸出參數(shù)效率為50％，功率輸出渦輪的轉(zhuǎn)速為15000r/min，功率輸出渦輪的轉(zhuǎn)矩為0～200Nm，功率為0～300kw，燃油消耗量為0～7.5ml/s。
實(shí)施例四旋轉(zhuǎn)活塞式離心發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)元件機(jī)體(1)、離心轉(zhuǎn)子(4)、轉(zhuǎn)子腔(5)、轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)渦輪(6)、旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)構(gòu)(3)。
結(jié)構(gòu)參數(shù)離心轉(zhuǎn)子(4)的有效半徑為30cm，轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)渦輪(6)半徑為15cm，轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)速為45000r/min，燃燒室(9)額定工作溫度為1200K，旋轉(zhuǎn)活塞排氣量為2升，旋轉(zhuǎn)活塞(3)的轉(zhuǎn)速在0～9000r/min可調(diào)。
理想輸出參數(shù)效率為50％，旋轉(zhuǎn)活塞(3)的轉(zhuǎn)矩為58Nm，功率為0～52kw，燃油消耗量為0～1.3ml/s。
實(shí)施例五噴氣式離心發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)元件機(jī)體(1)、離心轉(zhuǎn)子(4)、轉(zhuǎn)子腔(5)、轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)渦輪(6)、燃?xì)鈬娚涔?3)。
結(jié)構(gòu)參數(shù)離心轉(zhuǎn)子(4)的有效半徑為30cm，轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)渦輪(6)半徑為15cm，轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)速為45000r/min，燃燒室(9)額定工作溫度為1200K，燃?xì)鈬娚涔?3)的截面面積在0～17cm2可調(diào)。
理想輸出參數(shù)燃?xì)鈬娚渌俣葹?50m/s，噴射推力為0～620N，燃油消耗量為0～7.5ml/s。
權(quán)利要求
1.一種離心發(fā)動(dòng)機(jī)，它由機(jī)體(1)、燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)、燃油系、燃?xì)庀?、起?dòng)系、潤(rùn)滑系、冷卻系等幾部分構(gòu)成，其特征在于，它還包括一離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)；離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)由離心轉(zhuǎn)子(4)、轉(zhuǎn)子腔體(5)、轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)三個(gè)部分構(gòu)成；離心轉(zhuǎn)子(4)的外形為一旋轉(zhuǎn)體，它由進(jìn)氣口(7)、離心空氣壓縮葉輪(8)、轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)、徑流渦輪(10)、出氣口(11)五個(gè)部件依次同軸疊加而成；轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)的外形為一圓柱體，在圓柱內(nèi)周對(duì)稱的設(shè)有多個(gè)與轉(zhuǎn)軸平行、截面為圓形或扇環(huán)形的燃燒管(16)；離心空氣壓縮葉輪(8)和徑流渦輪(10)的結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱，它們都具有與燃燒管(16)等數(shù)的葉片，從而把各自的氣路分隔成數(shù)目與燃燒管(16)相等的導(dǎo)氣管；離心空氣壓縮葉輪(8)的導(dǎo)氣管(17)出口與轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)的燃燒管(16)入口相連通，轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)的燃燒管(16)出口與徑流渦輪(10)的導(dǎo)氣管(19)入口相連通；離心空氣壓縮葉輪(8)導(dǎo)氣管(17)出口的中心、轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)燃燒管(16)的中心以及徑流渦輪(10)導(dǎo)氣管(19)入口的中心三者到轉(zhuǎn)子軸線的距離相等，這一距離稱為離心轉(zhuǎn)子(4)的有效半徑；離心轉(zhuǎn)子(4)的進(jìn)氣口(7)的半徑略小于出氣口(11)的半徑，但二者都遠(yuǎn)小于離心轉(zhuǎn)子(4)的有效半徑；離心轉(zhuǎn)子(4)應(yīng)選用抗拉強(qiáng)度高且密度較小比強(qiáng)度大的材料；轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)的燃燒管(16)和徑流渦輪(10)應(yīng)內(nèi)襯耐高溫材料；發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣從進(jìn)氣口(7)進(jìn)入轉(zhuǎn)子，在離心壓縮葉輪(8)內(nèi)空氣被壓縮和加速，在燃燒室(9)內(nèi)空氣與燃油發(fā)生燃燒反應(yīng)，燃?xì)鉁囟壬卟⒌葔号蛎?，在徑流渦輪(10)內(nèi)燃?xì)鉁p壓膨脹并減速，最后燃?xì)鈴某鰵饪?11)流出轉(zhuǎn)子；由于離心壓縮葉輪(8)和徑流渦輪(10)的有效半徑相等，而離心轉(zhuǎn)子(4)的進(jìn)氣口(7)和出氣口(11)的半徑差別較小，壓縮葉輪(8)對(duì)空氣所做的功基本等于燃?xì)鈱?duì)徑流渦輪(10)所做的功；又由于在徑流渦輪(10)內(nèi)燃?xì)獾臏囟雀哂趬嚎s葉輪(8)內(nèi)空氣的溫度，在徑流渦輪(10)內(nèi)燃?xì)鈮毫p小的數(shù)值小于在壓縮葉輪(8)內(nèi)空氣壓力增加的數(shù)值，從而造成出氣口(11)處燃?xì)獾膲簭?qiáng)大于進(jìn)氣口(7)處空氣的壓強(qiáng)；離心轉(zhuǎn)子(4)的基本特性是在它運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)除了克服摩擦阻力外不消耗能量，同時(shí)它能夠產(chǎn)生高壓燃?xì)?；離心轉(zhuǎn)子(4)的另一個(gè)重要特點(diǎn)是它的燃燒室(9)跟壓縮葉輪(8)、徑流渦輪(10)固定在同一轉(zhuǎn)軸上并一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣氣流在壓縮葉輪(8)與燃燒室(9)之間、燃燒室(9)與徑流渦輪(10)之間的流動(dòng)是在相對(duì)靜止的管道內(nèi)進(jìn)行的，而且氣體相對(duì)于管壁流動(dòng)的速度較小，因此不存在復(fù)雜的速度耦合關(guān)系，這種結(jié)構(gòu)不僅有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，而且可以允許在較寬的范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)氣體流量；離心轉(zhuǎn)子(4)的燃油供應(yīng)方式有兩種一種是直噴式供油，即把燃油直接噴入轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)，這種方式需要設(shè)置一由進(jìn)油孔(12)、離心燃油增壓管(13)和噴油咀(14)三部分構(gòu)成的轉(zhuǎn)子油路；進(jìn)油孔(12)在離心轉(zhuǎn)子(4)的軸心處，并通過轉(zhuǎn)動(dòng)密封件與外供油管相連通；離心燃油增壓管(13)設(shè)置在離心轉(zhuǎn)子(4)內(nèi)，它連通進(jìn)油孔(12)和噴油咀(14)；噴油咀(14)的開口位于燃燒室(9)的入口處；另一種是預(yù)混式供油，即燃油先汽化并在進(jìn)氣口(7)處與空氣混合，混合后的可燃?xì)怏w從進(jìn)氣口(7)經(jīng)離心壓縮葉輪(8)進(jìn)入燃燒室(9)，這種方式不需要再設(shè)置轉(zhuǎn)子油路；離心轉(zhuǎn)子(4)安裝在轉(zhuǎn)子腔體(5)內(nèi)，轉(zhuǎn)子腔體(5)在轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口(7)處和出氣口(11)處設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)密封件，從而把出氣口(11)處的高壓腔與進(jìn)氣口(7)處的低壓腔隔離開；轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)一般為一與離心轉(zhuǎn)子(4)同軸的渦輪機(jī)構(gòu)，它利用離心轉(zhuǎn)子(4)產(chǎn)生的高壓高溫燃?xì)怛?qū)動(dòng)離心轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)動(dòng)；在一些情況下，燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)可以直接驅(qū)動(dòng)離心轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)不需要再設(shè)置專用的轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)；轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)與離心轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)軸之間最好用單向轉(zhuǎn)動(dòng)的棘輪連接；在有電源的情況下，轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)還可以是一電動(dòng)機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1給出的一種離心發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它的離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)可以與多種形式的燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)結(jié)合構(gòu)成不同形式的離心發(fā)動(dòng)機(jī)；第一種方案是燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)為一渦輪機(jī)構(gòu)，它與離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)結(jié)合，可以構(gòu)成渦輪式離心發(fā)動(dòng)機(jī)；第二種方案是燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)為一活塞機(jī)構(gòu)，它與離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)結(jié)合，可以構(gòu)成活塞式離心發(fā)動(dòng)機(jī)；第三種方案是燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)為一可產(chǎn)生推力的噴射管機(jī)構(gòu)，它與離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)結(jié)合，可以構(gòu)成噴氣式離心發(fā)動(dòng)機(jī)；第四種方案是一個(gè)離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)同時(shí)和多個(gè)燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)結(jié)合構(gòu)成多端輸出離心發(fā)動(dòng)機(jī)；第五種方案是多個(gè)輸出壓力相等的離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)同時(shí)和一個(gè)燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)結(jié)合構(gòu)成大功率離心發(fā)動(dòng)機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2給出的一種離心發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，在離心轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口(7)的前端可以設(shè)置一前級(jí)空氣壓縮裝置(15)；它一般為一軸流葉輪或一離心葉輪，它可以與離心轉(zhuǎn)子(4)同軸由轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置(6)驅(qū)動(dòng)，也可以由燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)驅(qū)動(dòng)；前級(jí)空氣壓縮裝置(15)的設(shè)置有助于提高離心發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和比功率。
全文摘要
本發(fā)明給出一種離心發(fā)動(dòng)機(jī),它由機(jī)體(1)、離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)、燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)以及一些輔助機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分構(gòu)成。離心燃?xì)獍l(fā)生裝置(2)的核心構(gòu)件為一離心轉(zhuǎn)子(4),離心轉(zhuǎn)子(4)由進(jìn)氣口(7)、離心空氣壓縮葉輪(8)、轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室(9)、徑流渦輪(10)、出氣口(11)依次同軸疊加而成。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),離心轉(zhuǎn)子(4)能夠產(chǎn)生高壓高溫燃?xì)?燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)化裝置(3)把高壓高溫燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能并對(duì)外輸出功率。
文檔編號(hào)F02C3/00GK1356454SQ0013411
公開日2002年7月3日 申請(qǐng)日期2000年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月5日
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