文丘里噴氣發動機的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種文丘里噴氣發動機，包括射流噴射裝置(1)、空氣擴散腔(3)和尾噴口(4)，應用文丘里管的射流引射原理把大量空氣卷吸進發動機體內，從射流中獲取了一定的速度，與原射流一起從尾噴管中噴出，這種大流量低速度的噴射方式比小流量高速度的噴射方式推進效率更高。更實用的是，還可以利用現有噴氣發動機的尾噴射流作為射流噴射源，同樣可以提高現有噴氣發動機的推進效率。與現有高效率的渦輪、渦槳等噴氣發動機相比，文丘里噴氣發動機具有結構簡單、造價低、可靠性好、推進效率更高等優點。
【專利說明】
文丘里噴氣發動機
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種噴氣發動機，屬于動力工程，特別是噴氣式發動機領域。
【背景技術】
[0002]噴氣發動機是一種通過加速和排出的高速流體做功的熱機或電機，使燃料燃燒時產生的氣體高速噴射而產生動力。大部分噴氣發動機都是依靠牛頓第三定律工作的內燃機。
[0003]噴氣發動機用類似于發動機/螺旋槳組合的方式產生推力。二者均靠將大量氣體向后推來推進飛機，一種是以比較低速的大量空氣滑流的形式，而另一種是以極高速的燃氣噴氣流形式。噴氣反作用絕對是一種內部現象。它不象人們經常想象的那樣說成是由于噴氣流作用在大氣上的壓力所造成的。實際上，噴氣推進發動機，無論火箭、沖壓噴氣、或者渦輪噴氣，都是設計成加速空氣流或者燃氣流并將其高速排出的一種裝置。當然，這樣做有不同的方式。但是，在所有例子中，作用在發動機上的最終的反作用力即推力是與發動機排出的氣流的質量以及氣流的速度成比例的。換言之，給大量空氣附加一個小速度或者給少量空氣一個大速度能提供同樣的推力。實用中，人們喜歡前者，因為降低噴氣速度能得到更高的推進效率。
[0004]不同類型的噴氣發動機，無論沖壓噴氣、脈沖噴氣、渦輪/沖壓噴氣或者渦輪-火箭，其差別僅在于“推力提供者”即發動機供應能量并將能量轉換成飛行動力的方式。
[0005]沖壓噴氣發動機實際上是一種氣動熱力涵道。它沒有任何主要旋轉零件，只包含一個擴張形進氣涵道和一個收斂形或者收斂-擴張形出口。當由外部能源強迫其向前運動時，空氣被迫進入進氣道。當它流過這一擴散形涵道時，其速度或動能降低，而壓力能增加。爾后，靠燃油的燃燒來增加其總能量，膨脹的燃氣通過出口涵道高速排入大氣。沖壓噴氣發動機常作為導彈和靶機的動力裝置，但單純的沖壓噴氣發動機不適于作為普通飛機動力裝置，因為在它產生推力前，要求向它施加向前的運動。
[0006]脈沖噴氣發動機采用間歇燃燒原理。與沖壓噴氣發動機不同，它能在靜止狀態工作。這種發動機是由類似沖壓噴氣發動機的一種空氣動力涵道構成。它的壓力較高，結構比較堅實。進氣涵道有許多進氣“活門”，在彈簧拉力作用下處于打開位置，通過打開的活門空氣進入燃燒室，并靠燃燒噴入燃燒室中去的燃油得到加熱，由此引起的膨脹使壓力升高，迫使活門關閉，然后膨脹的燃氣向后噴出；排氣造成降壓，使活門重新開啟。這種過程周而復始。脈沖噴氣發動機曾經被設計成直升機旋翼的推進裝置，有的還通過精心設計涵道來控制共振循環的壓力變化而省去了進氣活門。但脈沖噴氣發動機不適于作為飛機動力裝置，因為它的油耗高，又無法達到現代燃氣渦輪發動機的性能。
[0007]渦輪噴氣式發動機應用于噴氣推進避免了火箭和沖壓噴氣發動機固有的弱點，因為采用了渦輪驅動的壓氣機，因此在低速時發動機也有足夠的壓力來產生強大的推力。渦輪噴氣發動機按照“工作循環”工作。它從大氣中吸進空氣，經壓縮和加熱這一過程之后，得到能量和動量的空氣以高達2000英尺/秒(610米/秒)或者大約1400英里/小時(2253公里/小時)的速度從推進噴管中排出。在高速噴氣流噴出發動機時，同時帶動壓氣機和渦輪繼續旋轉，維持“工作循環”。渦輪發動機的機械布局比較簡單，因為它只包含兩個主要旋轉部分，即壓氣機和渦輪，還有一個或者若干個燃燒室。然而，并非這種發動機的所有方面都具有這種簡單性，因為熱力和氣動力問題是比較復雜的。這些問題是由燃燒室和渦輪的高工作溫度、通過壓氣機和渦輪葉片而不斷變化著的氣流、以及排出燃氣并形成推進噴氣流的排氣系統的設計工作造成的。
[0008]飛機速度低于大約450英里/小時(724公里/小時)時，純噴氣發動機的效率低于螺旋槳型發動機的效率，因為它的推進效率在很大程度上取決于它的飛行速度；因而，純渦輪噴氣發動機最適合較高的飛行速度。然而，由于螺旋槳的高葉尖速度造成的氣流擾動，在350英里/小時(563公里/小時)以上時螺旋槳效率迅速降低。這些特性使得一些中等速度飛行的飛機不用純渦輪噴氣裝置而采用螺旋槳和燃氣渦輪發動機的組合一渦輪螺旋槳式發動機。
[0009]螺旋槳/渦輪組合的優越性在一定程度上被內外涵發動機、涵道風扇發動機和槳扇發動機的引入所取代。這些發動機比純噴氣發動機流量大而噴氣速度低，因而，其推進效率與渦輪螺旋槳發動機相當，超過了純噴氣發動機的推進效率。
[0010]渦輪/沖壓噴氣發動機將渦輪噴氣發動機(它常用于馬赫數低于3的各種速度)與沖壓噴氣發動機結合起來，在高馬赫數時具有良好的性能。這種發動機的周圍是一涵道，前部具有可調進氣道，后部是帶可調噴口的加力噴管。起飛和加速、以及馬赫數3以下的飛行狀態下，發動機用常規的渦輪噴氣式發動機的工作方式；當飛機加速到馬赫數3以上時，其渦輪噴氣機構被關閉，氣道空氣借助于導向葉片繞過壓氣機，直接流入加力噴管，此時該加力噴管成為沖壓噴氣發動機的燃燒室。這種發動機適合要求高速飛行并且維持高馬赫數巡航狀態的飛機，在這些狀態下，該發動機是以沖壓噴氣發動機方式工作的。
[0011 ]通過以上了解可知，目前噴氣發動機推進效率的提高，都是通過渦輪或螺旋槳的機械作用把大量空氣吸引進到噴氣發動機內，大幅增加了噴氣發動機的噴射的空氣量，從而降低了噴氣速度，因為給大量空氣附加一個小速度或者給少量空氣一個大速度能提供同樣的推力。降低噴氣速度可以提高推進效率。但是，目前的高效率噴氣發動機在提高了推進效率的同時，卻導致結構復雜、阻力增加、材料要求高，加工工藝高及成本大幅增加等問題，也給發動機的可靠性帶來了很大的影響。
【發明內容】
[0012]本發明的目的就是為了克服上述現有技術中存在的缺陷，提供了一種結構簡單、推進效率高的文丘里噴氣發動機。
[0013]為達上述目的，本發明采取的具體技術方案如下:本發明主要包括射流噴射裝置、空氣擴散腔及尾噴口，射流噴射裝置后為內徑比射流噴射裝置噴嘴要大的空氣擴散腔，射流噴射裝置的噴嘴與空氣擴散腔之間與大氣連通，射流噴射裝置尾部的噴管噴射出射流，對大氣中的空氣產生卷吸作用，在卷吸作用下，噴嘴周圍的空氣被抽吸進空氣擴散腔內，并從射流中獲得一定的流速，而射流速度則隨之下降，大流量的氣體從尾噴口噴射而出，從而實現了大流量低速度的高效率噴射方式，大幅提高了推進效率。這種利用文丘里管原理的噴流引射噴氣發動機，具有結構簡單、造價低、可靠性高、推進效率高等優點。
【附圖說明】
[0014]圖1是文丘里噴氣發動機的結構示意圖；
[0015]圖2是文丘里噴氣發動機的二級串聯結構示意圖。
[0016]圖3是文丘里噴氣發動機作為噴氣發動機的壓氣機的實施例示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明做進一步解釋。
[0018]如圖1所示，是本發明的基本結構示意圖，在射流噴射裝置(I)的噴嘴(2)后是空氣擴散腔(3)，空氣擴散腔(3)的入口內徑比噴嘴(2)的內徑要大，噴嘴(2)與空氣擴散腔(3)之間隔開一段距離，并與大氣連通。射流噴射裝置(I)從噴嘴(2)噴出射流，由于射流的卷吸作用，外界大氣被抽吸進空氣擴散腔(3)內，從射流從獲得一定的流速，與原射流一起從尾噴口(4)噴射而出。
[0019]如圖2所示，是本發明的二級串聯結構示意圖，第一級空氣擴散腔(3)和第二級空氣擴散腔(5)之間隔開一段距離，再次與大氣相連通，從第一級空氣擴散腔(3)出來的射流，噴射入第二級空氣擴散腔(5)，對外界大氣再次產生更大的卷吸作用，更多的空氣進入了第二級空氣擴散腔(5)內，最后大量空氣從尾噴口(4)噴出。從結構上來看，實質上就是在本發明的基本結構串聯實現，其目的是通過串聯組合增加射流對空氣的卷吸能力，進一步提高文丘里噴氣發動機的推進效率。
[0020]如圖3所示，是本發明作為噴氣發動機的壓氣機的實施例示意圖，文丘里噴氣發動機主要作為增加噴氣發動機的進氣量的壓氣機部件而存在，噴氣發動機(6)為沖壓發動機等發動機，位于文丘里噴氣發動機的空氣擴散腔(5)內，噴氣發動機(6)在大流量具有一定速度的空氣流中加力燃燒，射流一起從尾噴口( 4)中噴射而出。
[0021]本發明還可以通過對文丘里噴氣發動機的基本結構進行多級串聯、或多級并聯、或多級串聯加并聯等組合，更進一步的提高文丘里噴氣發動機的空氣卷吸量，使噴氣流量更大且速度更低，更進一步提高了推進效率。本發明最易實現的方式是利用現有的噴氣式飛機尾噴口的高溫高速射流作為射流噴射裝置，對此高溫高速射流進一步與卷吸進的空氣混合噴射，這樣也能大幅提高目前的噴氣式飛機的推進效率。噴氣發動機進氣口也可以利用本發明對空氣卷吸以提高進氣量。另外還可以利用高效利用等離子體等高速射流來實現。
【主權項】
1.一種文丘里噴氣發動機，包括射流噴射裝置、空氣擴散腔及尾噴口，其特征在于:射流噴射裝置的噴嘴后為空氣擴散腔，射流噴射裝置的噴嘴與空氣擴散腔之間與大氣連通，射流噴射裝置尾部的噴管噴射出射流，對大氣中的空氣產生卷吸作用，卷吸進的空氣和原射流一起從空氣擴散腔后端的尾噴口噴出。2.根據權利要求1所述的文丘里噴氣發動機，其特征是:射流噴射裝置的噴嘴內徑比空氣擴散腔小。3.根據權利要求1所述的文丘里噴氣發動機，其特征是:文丘里噴氣發動機可多級串聯、并聯或串聯加并聯來提高推進效率。4.根據權利要求1所述的文丘里噴氣發動機，其特征是:文丘里噴氣發動機可置于前端作為壓氣機用，也可以置于后端作為噴氣發動機推進用。
【文檔編號】F02K1/28GK105927421SQ201610229404
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】韋翔
【申請人】韋翔