專利名稱：一種螺旋式推力發動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱氣變容式發動機裝置，尤其涉及一種推力發動機裝置， 一種將高壓工質的熱、動能直接轉化為發動機推動動能的螺旋式推力發動機。
背景技術：
.目前的推力發動機系統主要用于航空航天、車船等需用推力前進的運載體。 軍事航空航天運載體由于對大推重比和速度的要求，普遍使用噴氣式推力 發動機。噴氣式發動機的工作原理是利用燃料燃燒產生高溫高壓氣流高速向后 噴射產生反作用力即推力前進。要推高推力，必須提高噴流溫度和壓力，從而 導致大量的能量損失，這就是常見的火箭、導彈和噴氣式戰斗機拖著長長的尾 焰的根本原因。典型的噴氣式發動機如渦輪噴氣式發動機，包括設于發動機殼 體內，從進氣口至噴氣口之間依次的進氣道、空氣壓縮機、燃燒室、渦輪、尾 噴管，壓縮機和渦輪固定于同一軸上，空氣從進氣口通過進氣道進入經壓縮機 壓縮成高溫高壓氣體，再進入燃燒室與燃油混合點燃，形成高溫高壓燃氣工質， 高溫高壓燃氣推動渦輪旋轉，渦輪通過與壓縮機之間的軸帶動壓縮機旋轉，壓 縮機壓縮空氣的動力就來源于渦輪，從而形成工作循環，高溫高壓燃氣通過渦 輪后一部分能量轉化為壓縮機的功，大部分能量通過尾噴管直接從噴氣口噴出， 利用高速氣流向后噴出產生的向前的反作用力推動飛機前進。噴氣式發動機最大的缺點就是能量損失大、效率低。而且，尾噴氣流的紅外輻射量大，容易被 偵查和追蹤，隱蔽性不強。民用航空領域及部分軍機為提高噴氣發動機效率而廣泛使用的渦扇、渦槳、 渦軸噴氣推力發動機，是在渦輪噴氣式發動機基礎上設置風扇涵道、螺旋槳等， 將噴射氣流中部分熱能通過渦輪透平轉化為渦輪軸機械能，從而帶動風扇或螺 旋槳旋轉使空氣高速向后流動產生部分反作用力即推力。該類推力發動機系統 雖可降低尾噴氣流溫度，部分提高發動機系統效率，但若要進一步提高效率和 推力必然增加渦輪前燃氣溫度和壓力，從而增加渦輪葉片的熱負荷及壓力負荷， 從而對材料的耐溫耐壓性能要求苛刻，系統制造工藝復雜，這是大部分國家難 以制造大推力大推重比航空發動機的根本原因。車船用推力發動機系統，主要由活塞式發動機或燃氣渦輪機同復雜的變速、 傳動等系統構成。燃氣熱能首先轉化為機械能，再通過變速、傳動等系統驅動 車輪或螺旋槳等，由車輪或螺旋槳獲得反作用力而產生推力。該類推力發動機 系統由于發動機與變速、傳動等系統匹配和傳動，不可避免地帶來大量能量損 耗，發動機系統復雜，質量、體積大，零部件多，維護、維修頻繁。發明內容針對上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種釆用新的推力產生方式、 可直接產生推力的螺旋式推力發動機，可克服現行航空航天普遍使用的推力發 動機系統效率低、結構復雜、材料要求苛刻、制造工藝難度大、成本高的缺陷; 可克服車船推力發動機系統須變速、傳動機構，體積質量大的缺陷；結構更簡 單，使用壽命更長，擁有更小的能量損耗。本發明的技術方案是 一種螺旋式推力發動機，包括發動機殼體以及高壓 工質發生裝置，還包括固設于發動機殼體內的螺旋式推力發生器，所述螺旋式 推力發生器包括一軸芯以及固設于軸芯側面以其軸為旋轉軸沿軸向螺旋前進從 其前端延伸至后端的一螺旋葉片，且螺旋葉片內沿與軸芯密閉貼合，外沿與發 動機殼體密閉貼合，螺旋葉片相鄰葉身與軸芯之間對應形成一槽，整個螺旋葉 片在軸芯上形成從其前端面延伸至后端面連通前后端面且其槽橫截面面積從前 至后呈等比差漸進增大的一螺旋式變容導質槽，高壓工質發生裝置的工質輸出 端位于螺旋式推力發生器前端面的前方，螺旋式變容導質槽的前端開口與其工 質輸出端連通。作為優選，所述螺旋式變容導質槽槽深固定不變，其槽寬呈等比差增大。 作為優選，所述螺旋式變容導質槽槽寬固定不變，其槽深呈等比差增大。 作為優選，前述高壓工質發生裝置為噴氣式發動機的燃燒室，可優選為渦 輪噴氣式發動機的燃燒室，所述螺旋式推力發生器設于燃燒室與渦輪機之間， 連接壓縮機與渦輪機的軸活動貫穿螺旋式推力器軸芯的前后端面并與其同軸 線。眾所周知，固定翼飛機之所以能夠在空中飛翔，其原理就是飛機依靠發 動機的推力向前運動，從而使前方氣流相對機翼向后快速運動，空氣流到機翼 前緣，分成上、下兩股氣流，分別沿機翼上、下表面流過，根據流體的連續性 定理"當流體連續不斷而穩定地流過一個粗細不等的管道時，由于管道中任何 一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時間內，流進任一切面的流 體的質量和從另一切面流出的流體質量是相等的"，機翼的上表面是彎曲的，下 表面是平坦的，因此在機翼與空氣相對運動時，流過上表面的空氣在同一時間內走過的路程比流過下表面的空氣的路程遠，所以在上表面的空氣的相對速度 比下表面的空氣快。根據伯努利定理——"流體對周圍的物質產生的壓力與流 體的相對速度成反比。"，因此上表面的空氣施加給機翼的壓力小于下表面的壓 力。于是機翼上、下表面出現了壓力差，垂直于相對氣流方向的壓力差的總和 就是機翼的升力。這樣重于空氣的飛機借助機翼上獲得的升力克服自身因地球 引力形成的重力，從而翱翔在藍天上了。在本發明的發動機中也應用了上述原理高壓工質從高壓工質發生裝置的 輸出端輸出，從前端進入螺旋式推力發生器的螺旋式變容導質槽，并沿導質槽 向后高速螺旋旋轉前進，由于導質槽的橫截面的面積呈等比差漸進增大，根據 流體的連續性定理，則工質的速度也隨著導質槽的橫截面的面積的增大而漸進 減小，此時在螺旋葉片任意葉身兩側的相鄰導質槽之間即存在一速度差，根據 流體的伯努利定理，相鄰導質槽之間即存在一壓力差，產生一垂直作用于螺旋 葉片葉身的壓力，作用在整個螺旋葉片上的壓力就形成螺旋式推力發生器的動 力，產生一指向螺旋式推力發生器前端的推力。本發明提出了一種采用新的推力產生方式、利用高壓工質高速螺旋旋轉前 進運動而直接產生推力的發動機，改變了以往以高壓工質噴射的反作用力獲得 推力，或是以高壓工質的沖動力作用于做工裝置界面使做工裝置運動，再將做 工裝置的運動轉化成所需運動，而獲得所需推力的間接方式。本發明由于所述 結構而產生的技術效果明顯由于做工裝置為一個固定的螺旋式推力發生器， 沒有活動部件，結構簡單可靠，制造容易，成本大幅下降，壽命卻大幅提高； 又由于依靠高壓工質在螺旋式變容導質槽內的高速流動直接獲得發動機的推 力，且沒有傳動、變速等機構，結構簡單、效率高、能量損耗小、質量體積小、運行更平穩；且由于做工裝置為固定的簡單部件，可以耐受更苛刻的高溫高壓 環境，因此可以大幅提高做工裝置前的工質溫度，進一步大幅提高整個發動機 的推重比。且由于在制造時可增減螺旋葉片數量，使工質熱能盡可能多地在發 動機內直接轉化為產生運載體動能的推力，所以尾噴氣流溫度可大大降低，從 而提高效率，降低航空航天飛行器的紅外輻射。
圖1為本發明實施例1的結構示意圖； 圖2為本發明實施例2的結構示意圖； 圖3為本發明實施例3的結構示意圖； 圖4為本發明的原理示意圖。
具體實施例方式
作為本發明的一種實施方式，如圖1所示， 一種螺旋式推力發動機，包括 發動機殼體1以及高壓工質發生裝置，還包括固定于發動機殼體1內的螺旋式 推力發生器，所述高壓工質發生裝置為噴氣式發動機的燃燒室，如本實施例中 所示的渦輪噴氣式發動機的燃燒室3。所述螺旋式推力發生器設于燃燒室3與渦 輪機5之間，連接壓縮機4與渦輪機5的軸6活動貫穿螺旋式推力器2軸芯2 的前后端面并與其同軸線。所述螺旋式推力發生器包括一軸芯2以及固設于軸 芯2側面以其軸為旋轉軸沿軸向螺旋前進從其前端延伸至后端的一螺旋葉片21， 且螺旋葉片21內沿與軸芯2密閉貼合，外沿與發動機殼體l密閉貼合，螺旋葉 片21相鄰葉身與軸芯2之間對應形成一槽，整個螺旋葉片21在軸芯2上形成從其前端面延伸至后端面連通前后端面且其槽橫截面面積從前至后呈等比差漸
進增大的一螺旋式變容導質槽22，高壓工質發生裝置的工質輸出端位于螺旋式 推力發生器前端面的前方，螺旋式變容導質槽22的前端開口與其工質輸出端連 通。所述螺旋式變容導質槽22槽深固定不變，其槽寬呈等比差增大，如本實施 例所示，螺旋式推力發生器整體呈一圓柱體，軸芯2呈一圓柱體。
空氣從發動機的進氣口通過進氣道進入，經壓縮機4壓縮成高溫高壓氣體， 再進入燃燒室3與燃油混合點燃，形成高溫高壓燃氣工質，高溫高壓燃氣工質 在螺旋式推力發生器內高速螺旋旋轉前進做工，產生發動機的推力，高溫高壓 工質的大部分熱能在螺旋式推力發生器中轉化為產生運載體動能的推力，做工 后的氣流再推動渦輪5旋轉，并最終從噴氣口排出，渦輪5通過與壓縮機4之 間的軸6帶動壓縮機4旋轉，壓縮機4壓縮空氣的動力就來源于渦輪5，從而形 成工作循環，本發明的發動機通過此方式做工。
作為本發明的第2種實施方式，如圖2所示，其他部分如實施例l，其區別 在于所述螺旋式變容導質槽22槽寬固定不變，其槽深呈等比差增大。如本實 施例所示，螺旋式推力發生器整體呈一圓柱體，螺旋式變容導質槽22槽深漸進 增大，軸芯2呈一前大后小的錐臺體形狀。
作為本發明的第3種實施方式，如圖3所示，其他部分如實施例l，其區別 在于所述螺旋式變容導質槽22槽寬固定不變，其槽深呈等比差增大。如本實 施例所示，所述螺旋式推力發生器整體呈一前小后大的錐臺體，螺旋式變容導 質槽22槽深漸進增大，軸芯2呈一圓柱體形狀。
本發明原理如圖4所示高壓工質從高壓工質發生裝置的工質輸出端輸出， 進入后端的螺旋式推力發生器的螺旋式變容導質槽，并沿導質槽向后高速螺旋旋轉前進，由于導質槽的橫截面的面積呈等比差漸進增大，根據流體的連續性 定理，工質的速度也隨著導質槽的橫截面的面積的增大而漸進減小，此時在任
意相鄰導質槽之間即存在一速度差，如圖中相鄰導質槽0、 1、 2級導質槽，高 壓工質沿0、 1、 2級導質槽順序從前至后高速螺旋旋轉前進，在l級導質槽中
的流體速度為V"壓強為P,;在2級導質槽屮的流體速度為V."壓強為P2;由
于1級導質槽的橫截面積小于2級導質槽，所以Vl>v2, 1、 2級導質槽對兩槽間 的螺旋葉片上的一點X產生的壓力分別為R、 F2，根據流體的伯努利定理，1、 2 級導質槽之間即存在一壓力差，Pl〈p2， F,〈F2，產生一垂直作用于螺旋葉片點X的 壓力F,作用于整個螺旋葉片上的壓力的合力就形成螺旋式推力發生器的推力， 產生一指向螺旋式推力發生器前端的推動力。
本發明不僅限于上述通過螺旋式推力發生器設于渦輪噴氣式發動機內，由 渦輪噴氣式發動機的燃燒室提供高壓工質，并與渦輪噴氣式發動機的壓縮機、 渦輪等其他機構構成整個螺旋式推力發動機的實現方式，還可以通過螺旋式推 力發生器設于火箭、導彈等中使用的火箭噴氣式發動機內，由火箭噴氣式發動 機的燃燒室提供高壓工質，無需壓氣機、渦輪等機構配合，而構成整個螺旋式 推力發動機的實現方式，或者由其他高壓工質發生裝置與螺旋式推力發生器應 用本發明原理從而構成整個螺旋式推力發動機的實現方式。
最后應當說明的是以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案， 盡管參照上述實施例對本發明進行了詳盡說明，本領域的普通技術人員應當理 解依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精祌和范圍 的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種螺旋式推力發動機，包括發動機殼體(1)以及高壓工質發生裝置，其特征在于還包括固設于發動機殼體(1)內的螺旋式推力發生器，所述螺旋式推力發生器包括一軸芯(2)以及固設于軸芯(2)側面以其軸為旋轉軸沿軸向螺旋前進從其前端延伸至后端的一螺旋葉片(21)，且螺旋葉片(21)內沿與軸芯(2)密閉貼合，外沿與發動機殼體(1)密閉貼合，螺旋葉片(21)相鄰葉身與軸芯(2)之間對應形成一槽，整個螺旋葉片(21)在軸芯(2)上形成從其前端面延伸至后端面連通前后端面且其槽橫截面面積從前至后呈等比差漸進增大的一螺旋式變容導質槽(22)，高壓工質發生裝置的工質輸出端位于螺旋式推力發生器前端面的前方，螺旋式變容導質槽(22)的前端開口與其工質輸出端連通。
2. 根據權利要求1所述的一種螺旋式推力發動機，其特征在于所述螺旋 式變容導質槽(22)槽深固定不變，其槽寬呈等比差增大。
3. 根據權利要求1所述的一種螺旋式推力發動機，其特征在于所述螺旋 式變容導質槽(22)槽寬固定不變，其槽深呈等比差增大。
4. 根據權利要求1至3中任一權利要求中所述的一種螺旋式推力發動機， 其特征在于所述高壓工質發生裝置為噴氣式發動機的燃燒室。
5. 根據權利要求4所述的一種螺旋式推力發動機，其特征在于所述高壓 工質發生裝置為渦輪噴氣式發動機的燃燒室(3)，所述螺旋式推力發生器設于 燃燒室(3)與渦輪機(5)之間，連接壓縮機(4)與渦輪機(5)的軸(6)活 動貫穿螺旋式推力器軸芯(2)的前后端面并與其同軸線。
全文摘要
本發明公開了一種螺旋式推力發動機，涉及一種熱氣變容式發動機裝置，包括發動機殼體以及高壓工質發生裝置，還包括固設于發動機殼體內的螺旋式推力發生器，所述螺旋式推力發生器包括一軸芯以及固設于軸芯側面以其軸為旋轉軸沿軸向螺旋前進從其前端延伸至后端的一螺旋葉片，整個螺旋葉片在軸芯上形成從其前端面延伸至后端面連通前后端面且其槽橫截面面積從前至后呈等比差漸進增大的一螺旋式變容導質槽，螺旋式變容導質槽的前端開口與其工質輸出端連通。本發明提供了一種采用新的推力產生方式、可直接產生推力的螺旋式推力發動機，結構簡單，使用壽命長，制造容易，材料要求低，成本低，擁有更小的能量損耗。
文檔編號F02G1/00GK101576021SQ20091005957
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月11日 優先權日2009年6月11日
發明者巍 胡 申請人:巍 胡