專利名稱：旋轉噴氣軸發動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及發動機，特別指車用、航空用旋轉噴氣軸發動機。
目前，通用航空用發動機還沒有一種較理想的機型，這是迄今為止通用航空器——特別是小型航空器和微型航空器不能迅速發展的一個主要原因。而現有的車用發動機幾乎全部采用了活塞式發動機。由于活塞機燃燒的不連續性和缸體冷卻時對燃油燃燒的淬熄作用，使得其產生的尾氣成為當今大氣污染的一個最主要的污染源。改善這種工作原理上的缺陷所花的代價是巨大的，根除則幾乎是不可能的。另一個困擾人們的問題是發動機的效率問題。為保證發動機正常工作冷卻是必須的，而冷卻系統所散失的熱量又是令人痛心的。一條提高效率的捷徑是提高發動機的轉速，而眾所周知的是往復運動構件在高速運轉時所產生的慣性力將成為往復式活塞發動機的一個不可逾越的障礙。旋轉式活塞發動機雖成功地回避了慣性力的干擾，卻產生了排氣污染更嚴重、工作腔密封線長、低速漏氣嚴重、易產生震紋、徑向密封片易磨損等等不足而使得其商品化程度至今仍遠遠低于往復式活塞機。斯特林發動機采用連續燃燒方式，幾乎不產生污染，向人們展示了綠色環保發動機的美好前景。然而它卻是以犧牲效率為代價而得到的。它那巨大的冷卻器散失了較一般發動機大得多的熱量，因而也就帶走了人們研究、開發它的熱情。同時，它還存在工質的密封和使用中的安全問題，這些問題的發生往往將產生災難性的后果。因此，斯特林發動機也同樣受到了某些制約。
渦輪發動機(如燃氣輪機、渦輪或渦扇噴氣式發動機)的動力渦輪或高壓渦輪是工作在高溫、高壓和高速條件下的。這對渦輪葉片的材料性能、加工工藝和制造精度提出了很高的要求。為了獲得更高的效率，渦輪葉片的工作條件將更加惡劣，這就對渦輪葉片的材料性能提出了更高的要求。除了將提高葉片的制造成本外，提高材料性能的路似乎也已經走到了盡頭，一種解決問題的方法是對葉片進行冷卻，但這又導致了發動機結構的更加復雜化。另一個人們不愿意看到的事實是，渦輪的排能、排熱很大，并且存在喘震。
本實用新型的目的是針對以上背景技術中的缺點進行改進，提供一種無污染、效率高、結構簡單、運行可靠、使用壽命長的新型車用或通用航空用旋轉噴氣軸發動機。
本實用新型由機架、飛輪、壓氣機三大部件組成，其裝配結構為壓氣機通過空心軸套裝在飛輪軸上，飛輪通過飛輪軸經軸承和軸承座裝在機架上；飛輪外周設有進氣道、高壓氣室和切向噴口，套裝在飛輪外的燃氣渦輪盤對應飛輪噴口處設有渦輪葉片，燃氣渦輪盤與壓氣機空心軸固接，空心軸上還設有內旋葉片和葉輪，機架內裝有換熱器，它與外罩固接。
高溫高速燃氣從飛輪上的噴嘴沿切線方向高速噴出(飛輪上有一個或多個這樣的噴嘴)，在動量矩作用下，飛輪按與噴氣速度相反的方向轉動，通過飛輪軸對外輸出機械能。為了減少排能損失，同時利用噴氣速度與飛輪旋轉時的切線速度之差，驅動另一設有燃氣渦輪葉片的輪盤和空心軸旋轉。輪盤的一端設有離心式風扇葉片進行吸氣，另一端帶動與飛輪同軸線旋轉的空心軸。空心軸的一端設有軸流式壓氣機的葉片和離心式高壓壓氣機的葉輪進行壓氣，另一端則對外輸出機械能。為了減少排熱損失，作功后的燃氣經集氣罩收集后進入換熱器，對新鮮空氣進行加熱(燃氣本身被冷卻)從而完成排熱回收。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作詳細說明
圖1是發動機的主視圖圖2是
圖1的B-B剖視圖，圖2的A-A剖視圖即為
圖1圖3是壓氣機組件主視圖圖4是圖3的A向視圖圖5是圖3的C-C剖視圖圖6是換熱器主視圖圖7是圖6D-D剖視圖從
圖1可知，發動機由三大部件組成1、機架其上設有軸承(1)和軸承座(2)，用以支承飛輪軸(3)及輔助動力輸出軸(4)，支承飛輪軸的一端設有空氣濾網(5)、進氣口(6)。機架兩端及外周設有外罩(7)，外罩里面襯有絕熱層(8)用以阻止熱量散失。外罩(7)內裝有換熱器(9)與外罩固接。換熱器(9)與絕熱層之間設有空氣通道(10)以便新鮮空氣流過。換熱器(9)的一端設有燃氣集氣罩(11)與燃氣渦輪盤(12)相套合，其間設有密封金屬絲環(13)以避免燃氣外泄。換熱器(9)的另一端設有排氣管(14)穿過外罩(7)與消聲器(圖中未畫)相連接。
2、飛輪這是發動機的主要部件。飛輪(15)用鑄剛制成。其外周設有進氣道(16)、高壓氣室(17)和切向噴口(18)，進氣道、高壓氣室、切向噴口三者串聯相通。高壓氣室內設有燃燒器(19)。燃燒器為一形如棗核的筒狀薄壁體，薄壁上開有許多進氣小孔(圖中未畫出)與高壓氣室相通。燃燒器(19)一端設有燃油噴嘴(20)和火花塞(21)，另一端為尾噴口(22)。飛輪(15)的一端設有燃油泵(23)和電子點火組件(24)。燃油泵(23)通過輸油管(圖中未畫出)與燃油噴嘴(20)相連，電子點火組件通過高壓電線(圖中未畫出)與火花塞(21)相連。飛輪(15)的另一端設有一筒狀胴體(27)，胴體內設有軸流式壓氣機外旋葉片(28)。飛輪(15)中心有一空腔，即為高壓壓氣機的壓氣腔。壓氣腔與進氣道(16)相通。飛輪(15)與飛輪軸(3)固接一體，飛輪軸(3)的一端通過軸承(1)和軸承座(2)支承在機架上，另一端通過軸承(1)與空心軸(31)相聯接。飛輪軸(3)與機架軸承相連的一端為空心，燃油通過這里進入燃油泵(圖中未畫出)。
3、壓氣機它的基本零件為一空心軸(31)，通過軸承套裝在飛輪軸(3)上，尾端部固接一輔助動力輸出軸(4)，通過軸承與軸承座支承在機架上。空心軸(31)上設有軸流式壓氣機的內旋葉片(32)，端部設有離心式高壓壓氣機的葉輪(33)。空心軸(31)通過連接體(34)與燃氣渦輪盤(12)固接。燃氣渦輪盤(12)中間設有渦輪葉片(35)，另一端設有離心式風扇葉片(36)。燃氣渦輪盤(12)與飛輪(15)外周邊套裝，其間亦有密封金屬絲環(13)以免燃氣外泄。
工作原理如下在起動力矩作用下，飛輪和壓氣機作相對轉動。壓氣機上的離心式風扇葉片(36)將新鮮空氣(圖中用細實線箭頭表示)通過空氣濾網(5)從進氣口(6)吸入，經過風扇葉片(36)后甩入空氣通道(10)，流經換熱器(9)和連接體(34)后被軸流式壓氣機吸入。軸流式壓氣機的內旋葉片(32)與外旋葉片(28)作相對轉動，空氣在這里被劇烈壓縮后流向離心式高壓壓氣機的葉輪(33)，在這里空氣被進一步壓縮并改變流動方向，沿離心式高壓壓氣機旋轉的切線方向甩出，進入飛輪進氣道(16)。因飛輪旋向與壓氣機旋向相反，空氣在這里迅速滯止并被進一步壓縮。空氣通過進氣道(16)后進入高壓氣室(17)。由于高壓氣室(17)截面比進氣道(16)截面突然加大，空氣流速驟減，壓力進一步增高。部分空氣從燃燒器(19)的壁孔進入燃燒器內，與燃油噴嘴(20)噴出的燃油混合形成混合燃油氣，被火花塞(21)放電點燃后燃燒，放出所含熱能，產生高溫、高壓燃氣(圖中用虛線箭頭表示)。從燃燒器(19)尾噴口(22)噴出進入切向噴口(18)，切向噴口(18)將其熱能和壓力勢能迅速轉變成動能，再與高壓氣室(17)空氣混合后從切向噴口高速噴出，在動量矩作用下使飛輪(15)高速反向旋轉，通過飛輪軸(3)將燃氣動能轉變為機械能對外輸出。作功后的燃氣仍具有很大的動能和熱能。從切向噴口(18)噴出的燃氣噴到飛輪(15)外周的燃氣渦輪葉片(35)上，燃氣將剩余動能傳給渦輪葉片使其反向旋轉，帶動離心式風扇(36)進行吸氣并通過連接體(34)驅動壓氣機旋轉進行壓氣，同時通過輔助動力輸出軸(4)向外輸出機械能，從而完成動能回收。從渦輪作功出來的燃氣，經集氣罩(11)導入換熱器(9)，在此釋放余熱對新鮮空氣進行加熱，從而完成余熱回收。同時燃氣自身被冷卻，最后經排氣管(14)進入消聲器進一步冷卻，降壓后形成尾氣排入大氣。
發動機起動后，點火系統停止工作，燃油噴入燃燒器進行連續、干凈的燃燒，釋放熱能推動發動機連續運轉。(燃油徑由飛輪軸芯進入油泵，再經油管進入噴嘴，圖中未畫出。)
由上述過程可知，本實用新型具有以下優點1、無污染燃油在燃燒器內進行連續、干凈的燃燒，爾后與外函道空氣匯合可繼續氧化，無氮氧，碳氧化合物等有害氣體產生。
2、效率高獨特的壓氣形成，較大的涵道比和簡潔的運動形式，將使發動機能長時間可靠地運行在高壓、高速狀態。
3、結構簡單配氣、冷卻、潤滑系統與其工作原理渾然天成。因此制造方便，工作可靠，使用壽命長。
4、運動形式簡單三個部件中，一個靜止，兩個僅作相對、定軸、勻速轉動。除軸承外，無其它運動副存在，因此摩擦耗能小，磨損小。
5、支承形式靈活，可立式，亦可臥式。
6、運轉平穩，無脈動，亦無反轉矩產生。
權利要求1.一種旋轉噴氣軸發動機，其特征在于它由機架、飛輪、壓氣機三大部件組成，其裝配結構為壓氣機通過空心軸(31)套裝在飛輪軸(3)上，飛輪(15)通過飛輪軸(31)裝在機架上；飛輪(15)外周設有進氣道(16)、高壓氣室(17)和切向噴口(18)，套裝在飛輪外的燃氣渦輪盤(12)對應飛輪(15)噴口處設有渦輪葉片(35)，燃氣渦輪盤(12)與壓氣機空心軸(31)固接，空心軸(31)上還設有內旋葉片(32)和葉輪(33)，機架內裝有換熱器(9)，它與外罩(7)固接。
2.根據權利要求1所述的旋轉噴氣軸發動機，其特征在于機架上設有軸承(1)和軸承座(2)，用以支承飛輪軸(3)用輔助動力輸出軸(4)，支承飛輪軸的一端設有空氣濾網(5)、進氣口(6)，機架兩端及外周設有外罩(7)，外罩里面襯有絕熱層(8)用以阻止熱量散失，外罩(7)內裝有換熱器(9)與外罩固接，換熱器(9)與絕熱層之間設有空氣通道(10)以便新鮮空氣流過，換熱器(9)的一端設有燃氣集氣罩(11)與燃氣渦輪盤(12)相套合，其間設有密封金屬絲環(13)以避免燃氣外泄，換熱器(9)的另一端設有排氣管(14)穿過外罩(7)與消聲器相連接。
3.根據權利要求1所述的旋轉噴氣軸發動機，其特征在于進氣道(16)、高壓氣室(17)、切向噴口(18)三者串聯相通，高壓氣室內設有燃燒器(19)，它一端設有燃油噴嘴(20)和火花塞(21)，另一端為尾噴口(22)，飛輪(15)的另一端設有一筒狀胴體(27)，胴體內設有軸流式壓氣機外旋葉片(28)，飛輪(15)中心有一空腔，即為高壓壓氣機的壓氣腔，壓氣腔與進氣道(16)相通，飛輪(15)與飛輪軸(3)固接一體。
4.根據權利要求1所述的旋轉噴氣軸發動機，其特征在于壓氣機通過軸承套裝在飛輪軸(3)上，尾端部固接一輔助動力輸出軸(4)，通過軸承與軸承座支承在機架上，空心軸(31)上設有軸流式壓氣機的內旋葉片(32)，端部設有離心式高壓壓氣機的葉輪(33)，空心軸(31)通過連接體(34)與燃氣渦輪盤(12)固接，燃氣渦輪盤(12)中間設有渦輪葉片(35)，另一端設有離心式風扇葉片(36)，燃氣渦輪盤(12)與飛輪(15)外周邊套裝，其間亦有密封金屬絲環(13)以免燃氣外泄。
專利摘要一種旋轉噴氣軸發動機,其特征在于它由機架、飛輪、壓氣機三大部件組成,其裝配結構為壓氣機通過空心軸(31)套裝在飛輪軸(3)上,飛輪(15)通過飛輪軸(31)裝在機架上;飛輪(15)外周設有進氣道(16)、高壓氣室(17)和切向噴口(18),套裝在飛輪外的燃氣渦輪盤(12)對應飛輪(15)噴口處設有渦輪葉片(35),燃氣渦輪盤(12)與壓氣機空心軸(31)固接,空心軸(31)上還設有內旋葉片(32)和葉輪(33),機架內裝有換熱器(9),它與外罩(7)固接。本實用新型無污染、效率高、結構簡單、運行可靠。
文檔編號F02C3/00GK2387274SQ9923411
公開日2000年7月12日 申請日期1999年9月22日 優先權日1999年9月22日
發明者蔡盛龍 申請人:蔡盛龍