CN1070993C - 旋转喷气式发动机 - Google Patents

Abstract

一种旋转喷气式发动机，它包括一个具有相互隔开的吸气区和排气区的壳体，一个安装成可在壳体内旋转的转子，至少一个喷射装置，所述喷射装置具有一个吸气口和一个排气口，所述喷射装置安装在所述转子上，其吸气口隔开所述转子的旋转轴而面向所述吸气区以实现空气从所述吸气区冲击进入所述喷射装置进行燃烧，从而其推力使所述转子旋转，所述喷气发动机还具有阻止流体从所述吸气区流入所述排气区的装置。

Description

旋转喷气式发动机

本发明涉及一种利用流体喷射产生动力的旋转发动机(以下称作“旋转喷气式发动机”)。

利用膨胀流体驱动输出轴的发动机，通常有一个容积随着流体的膨胀而变化的工作室。通常，工作室限定在两个壁的表面之间，至少一个壁表面可相对另一个壁表面移动，以便膨胀流体产生的动力传送到输出轴上。但是，这种需要两个壁表面互相移动的结构带来两个问题：一是两个表面之间的密封问题，另一个则是摩擦损失问题。

CN-1037192公开了一种旋转喷气式发动机，但它未能很好地解决上述问题。

本发明的目的是提供一种旋转式发动机，该发动机不使用容积可变的工作室。由此，本发明力图解决传统旋转式发动机和内燃机共同存在的密封问题和摩擦损失问题。

根据本发明的一种旋转喷气式发动机，它包括一个具有相互隔开的吸气区和排气区的壳体，一个安装成可在壳体内旋转的转子，至少一个从燃料与空气的燃烧中产生推进流体的喷射装置，所述喷射装置具有一个吸气口，用于吸入来自所述吸气区的空气和将所述空气送到一个燃烧室，在该处燃料被送入与空气混合并被点火燃烧，所述喷射装置还具有一个排气口用于将推进流体喷入所述排气区，所述喷射装置安装在所述转子上，其吸气口隔开所述转子的旋转轴而面向所述吸气区以实现空气从所述吸气区冲击进入所述喷射装置进行燃烧，从而其推力使所述转子旋转，所述喷气发动机还具有阻止流体从所述吸气区流入所述排气区的装置，其特征在于，在发动机的静止部件上还安装有至少另一个喷射装置，它安置成从其喷出的推进流体冲击着转子，从而使转子旋转。

最好所述壳体内的所述吸气和排气区至少部分被所述转子分隔开。

所述阻止流体流动的装置可以包括一个设在所述壳体和所述转子之间的密封装置。作为替换或附加所述阻止流体流动的装置可以包括一个在吸气区产生一个较之排气区的压力高的压力的装置。该在吸气区产生正压的装置可以包括一个将空气供入吸气区的供气装置。

在一种结构中，设有两个反向旋转的转子，其中一个转子上至少有一个喷射装置，该喷射装置布置成，使它所产生的推力能够驱动该喷射装置所在的转子，并使该喷射装置所产生的推进流体的冲击力能够驱动反向旋转的转子。在再一种结构中，有两个反向旋转的转子，每个转子上至少安装一个喷射装置。每个喷射装置布置成依靠本身的推力驱动该喷射装置所在的转子，依靠本身所产生的推进流体的冲击力驱动反向旋转的转子。

特别方便的是，推进流体是经过加热的大气，并可采用任何适当的装置进行加热。

在这种结构中，喷射装置最好包括一个喷燃器，喷燃器可采用传统的形式。在这种情况下，在喷燃器中，利用燃料在空气中的燃烧来加热空气。燃料可以是液体碳氢化合物燃料，例如，动力煤油。

然而，可以理解，任何其它合适的装置都可用来加热空气，例如，可采用某些形式的核加热过程。

最好将转子安装在输出轴上。

转子可以包括一个转子盘，喷射装置的吸气口可以开设在转子盘的一侧，而其排气口则开设在转子盘的另一侧。

也可有一个或多个转子。在有一个以上转子的情况下，这些转子可以同向旋转，也可以反向旋转。在后一种情况下，沿输出轴相反方向旋转的转子与输出轴之间的驱动连接可采用任何合适的连接方式，例如齿轮连接方式。

该旋转喷气式发动机最好再包括一个反作用装置，从喷射装置排出的推进流体朝向该反作用装置，以增强喷射装置的推力。反作用装置可以包括许多圆周间隔设置的反作用面，例如叶片。

壳体最好有基本为圆柱形的侧壁，圆柱形侧壁基本上与转子的旋转轴线同轴。该壳体可以包括吸气区和排气区，喷射装置的吸气口与吸气区相通，而其排气口则与排气区相通。

也可以设置许多喷燃器。这些喷燃器可以成对地安装，每一对喷燃器安装在转子旋转轴线的径向相对的两侧。

本发明通过下面结合附图对几个具体实施例的描述将得到更清楚的理解。其中：

图1是第一个实施例的旋转喷气式发动机的示意端视图；

图2是图1所示发动机的示意侧视图；

图3是用于第一个实施例的旋转喷气式发动机的喷燃器示意图；

图4是第二个实施例的旋转喷气式发动机的示意图；

图5是第三个实施例的旋转喷气式发动机的示意侧视图；

图6是第四个实施例的旋转喷气式发动机的示意端视图；

图7是第五个实施例的旋转喷气式发动机的示意端视图；

图8是图7所示发动机转子从一侧观察的示意图；

图9是图8所示发动机转子从另一侧观察的示意图；

图10是一种旋转喷气式发动机输出轴的支撑方式示意图。用以容纳燃料输送系统。

如图1、2和3所示，本发明第一个实施例的旋转喷气式发动机包括转子11，转子11固定地安装在由轴承14旋转支承的输出轴13上。转子11安装在壳体15之内，壳体15有一圆柱形侧壁17，侧壁17与输出轴13的旋转轴线同轴，并形成一个内部区域19。圆柱形侧壁17与集流管21相结合，集流管21形成环形外部区域23，环形外部区域23与旋转轴同轴，并通过环形间隙25与内部区域19相通。切向排气管27与集流管21相通。

从图2中可以清楚地看出，输出轴13自壳体15的两端向外延伸。

转子11包括一个盘31，盘31的径向内端固定安装在输出轴13之上，并带有一对喷燃器33。两个喷燃器33设置在输出轴的径向相对的两侧，这可以从图1清楚地看出。盘31延伸出壳体15的侧壁17上的环形间隙25并在其外端带有刚性密封件32。刚性密封件设置在非常接近形成间隙25的侧壁17部分并与该部分相互隔开，以阻止流体流过间隙。

转子11还包括一圆柱形转子壁34，圆柱形转子壁34同轴地固定安装在输了轴13上，以随之一起旋转。更具体地说，圆柱形转子壁34安装在转子盘31和安装在输出轴13上的两支撑件36上，每个支撑件36位于转子盘31的一侧。

圆柱形转子壁34与壳体15的圆柱形侧壁17向内隔开。两壁17、34互相配合形成位于两者之间的空气室38，空气室38接收大气，这将在下文叙述。

从图3可以清楚地看出，每个喷燃器33都具有常用的结构形式，包括一个吸气口35、一燃烧室37和一排气喷咀39。吸气口35与吸气喇叭40相连接，排气喷嘴39配有伸长导管42。每个喷燃器这样布置在盘31上，使吸气口35与形成吸气区的空气室38相通，这样，伸长导管42伸出环形间隙25，使其排气口端与集流管21内形成的排气域的外部区域32相通。

喷燃器经过吸气口35吸入空气室38中的大气，并由碳氢化合物燃料的燃烧加热空气。以产生推进流体。燃料由燃料喷射器43喷进喷燃器中，并由点火装置45引燃。随着燃烧过程的进行，空气受热膨胀，结果空气以喷射形式经过排气喷咀39喷进集流管21内的区域。从喷燃器喷出的空气，产生推力使转子旋转，将扭矩传给输出轴13。

反作用装置50包括以圆周间隔的叶片51形式构成的多个反作用表面，设置在集流管21内。从每个喷嘴39喷出的推进流体冲击在叶片51上，增强了推进流体产生的推进力。叶片51也起均匀引导推进流体，沿着远离转子的方向流动的作用，从而产生通向切向排气管的流动图形。

如上所述，每个喷燃器33从壳体15内的空气室38接吸入空气。每个喷燃器产生的推进效率和/或推力可以通过增加由其吸气口35进入喷燃器的空气的质量流量而提高。而进入喷燃器的空气质量流量可以通过升高空气室38中的空气压力而增大。在该实施例中，这可通过在转子11上设置两个叶片装置52，并且每个叶片装置52设在转子盘31的一侧来实现。叶片装置52随同输出轴的旋转而旋转，将空气鼓入空气室38，从而提高空气室38中的空气压力。一系列固定导叶53设置在每个叶片装置52和喷燃器之间，以将空气均匀导向转子的轴向中心区域，并进入喷燃器的吸气口35的吸气喇叭通道中。

由两叶片装置52输送到空气室38中并到达转子轴向中心区域的空气可以直接来源于大气，或者通过一个与过滤装置结合在一起的空气输送系统供给。

空气室38和集流管21之内所形成的区域之间的分隔有助于避免或至少限制喷燃器排出的推进流体对吸入空气的污染。这样，也有利于发动机运行过程中在叶片装置52的作用下在空气室38中产生的正空气压力的提高。

第二个实施例如图4所示，它与第一个实施例在许多方面类似，但每个喷燃器33安装在一单独的转子盘31上。此外，喷燃器是这样取向的，使其吸气口35设置在各自盘的一侧，其排气喷嘴39设置在各自盘的另一侧。这种结构安排对于保持吸气与推进流体之间的分隔特别有用，从而，避免或至少减少了推进流体对吸气的污染。两个转子盘31将内部区域19分成中心部分61和一对端部63三部分。喷燃器的排气喷嘴39与中心部分61相通，每个喷嘴的吸气口35分别与一个端部63相通。转子盘31与壳体相互配合形成密封，或至少限制相邻部分62和63之间的流体流动。

在该实施例中，每个叶片装置52在压力作用下，将空气分别输送到壳体的一个相应的端部63。尽管仅给出一种图4所示的发动机的一侧结构，每个叶片装置还可从空气输送系统65接受空气。

图5所示的实施例，发动机的结构形式与上述几个实施例相比，比较简单。喷燃器33安装在一个中心盘31上，并且每个喷燃器直接从大气中接收空气。没有叶片装置或其它在压力作用下将空气输送到容纳转子的区域中的空气输送装置。正如图4所示的实施例那样，其喷燃器倾斜安装，使吸气口35和排气喷嘴39设置在盘的相对的两侧。

图6所示的实施例结构与前述几个实施例有些类似，不同之处在于喷燃器33设置在相对靠近输出轴13的位置处。这有利于减少转子的转动惯量，并易于转子的平衡。每个吸气口35有一个延长的吸气喇叭40，吸气喇叭40延伸到转子的圆周上，每个排气喷咀也有一个延伸导管42，该导管42延伸到盘的外面，以将推进流体导向反作用叶片51。

旋转喷气式发动机的另一个实施例如图7、8和9所示，发动机的径向尺寸与前述几个有环形排集流器的实施例相比较，比较紧凑。由于其紧凑性，这种发动机适于用在汽车领域。该发动机包括转子111，转子111固定安装在由轴承114旋转支承的输出轴113上。转子111安装在壳体115中，壳体115有一圆柱形侧壁117，圆柱形侧壁117与输出轴113的旋转轴线同轴，并形成内部区域119。壳体115具有位于内部区119两端的第一端壁120和第二端壁122。第一端壁120设有进气口(未示)，第二端壁122与圆柱形侧壁117共同形成排气口导管124，排气口导管124在环形出口126处终止。

输出轴113伸出壳体115的两端，从图7可以清楚地看出这种结构。

转子111包括一个盘131，盘131径向内端固定安装在输出轴113上，并带有一对喷燃器133。两个喷燃器113设置在输出轴的径向相对的两侧。

转子盘将内部区域119分成两个区，即一个与端壁120上的吸气口相通的吸气区119a，一个与排气口导管124相通的排气区119b。

圆柱形侧壁117上装有环形密封件130，它非常接近转子盘131的径向外部，但又与之隔开。转子131和密封件130互相配合，使119a和119b两个区域之间的流体流动受到限制。

转子111还包括圆柱形转子壁134，圆柱形转子壁134位于吸气区119a，并同轴而固定地安装在输出轴113上，与之一起转动。更具体地说，圆柱形转子壁134安装在转子盘131和一个支撑件136之上，支撑件136设置在输出轴113上，并位于转子盘131的侧面，转子盘131面对着端壁120。

圆柱形转子壁134与壳体115的圆柱形侧壁117向内隔开。两个壁117、134互相配合形成位于两者之间的空气室138，空气室138接收通过端壁120上的吸气口(未示)的大气。

每个喷燃器133采用传统形式，包括一吸气口135、一燃烧室137和一排气喷嘴139。吸气口135包括吸气喇叭管140，排气喷嘴139配有延伸导管142。每个喷燃器安装在盘131上，使吸气口135与吸气区119a中的空气室138相通，而延伸导管142与排气区119b相通。

反作用装置150包括多个以圆周上间隔开的叶片的形式构成的反作用表面，设置在排气区119b中。从每个喷嘴139喷射出来的推进流体冲击在叶片151上，从而增强了推进流体产生的推进力。叶片151也起均匀引导推进流体沿着远离转子的方向流动的作用，从而形成通向排气口导管124的流动图形。

叶片151安装在圆柱形侧壁117上，并径向后内朝圆柱形挡板154延伸，圆柱形挡板154有助于容纳推进流体并将其导向排气口导管124。挡板154固定地安装在壳体115的第二端壁122之上，并横过排气区119b向转子盘131延伸。另一个安装在转子盘131上的密封件155与挡板154互相配合，限制转子盘和挡板间的流体流动。

每个喷燃器133从壳体115内的空气室138吸入空气。经过端壁120上的吸气口进入空气室的空气，由叶片装置152和与之配合工作的导叶153送进喷燃器。叶片装置152包括两级，即第一组156和第二级158。空气经过空气室138送进气体喷燃器的过程中，两级叶片装置逐级增加空气压力。导叶153安装在壳体115上，并且也有两级，包括位于两级叶片装置之间的第一级160，和位于第二级叶片装置与转子盘131之间的第二级162。

在另一个实施例中(图中未示)，旋转喷气式发动机具有反向旋转的转子，每个转子驱动连接在公共输出轴上。这种结构的好处是：反向旋转消除或至少减小3陀螺效应。每个转子至少有一个喷燃器和一个辅助反作用装置，如叶片。采用这种结构，每个转子上的喷燃器能够推动两个转子。携带每个喷燃器的转子，由喷燃器产生的推力推动。喷燃器还布置得使从中喷出的推进流体直接喷到另一转子的反作用装置上。推进流体冲到另一转子上的这一作用使该转子旋转。

在再一个实施例中(图中也未示)，将喷燃器安装在发动机的一个静止部件上，并布置得使从喷燃器喷出的推进流体冲击在转子上，从而使转子旋转。转子配备有反作用表面，如叶片，推进流体直接对着叶片冲击，从而产生旋转运动。

尽管前述各种实施例中，旋转喷气式发动机工作时利用的是液体碳氢化合物燃料，但可以理解，任何合适的燃料都可用来加热空气，以产生推进流体。

然而，液体碳氢燃料是一种方便的燃料形式，这种燃料可由输送管线70(见图10)送到喷燃器，输送管线70沿发动机的输出轴13延伸。在输出轴旋转地支承在轴承14的位置处，设置有通道套筒71，输送管线70可从通道套筒71中通过。每个通道套筒71包括一套筒元件73，套筒元件73有一个或多个轴向孔75，输送管线可以通过这些轴向孔75延伸。

从上述可以明显看出，各种实施例所提供的旋转喷气式发动机与许多传统的发动机结构相比，其结构较简单。

虽然，已对本发明的几种具体实施例进行了详述，但是，很明显，本发明并不限于此，可以做出各种替换和变型，但都不会超出本发明的范围。

Claims (13)

1．一种旋转喷气式发动机，它包括一个具有相互隔开的吸气区和排气区的壳体，一个安装成可在壳体内旋转的转子，至少一个从燃料与空气的燃烧中产生推进流体的喷射装置，所述喷射装置具有一个吸气口，用于吸入来自所述吸气区的空气和将所述空气送到一个燃烧室，在该处燃料被送入与空气混合并被点火燃烧，所述喷射装置还具有一个排气口用于将推进流体喷入所述排气区，所述喷射装置安装在所述转子上，其吸气口隔开所述转子的旋转轴而面向所述吸气区以实现空气从所述吸气区冲击进入所述喷射装置进行燃烧，从而其推力使所述转子旋转，所述喷气发动机还具有阻止流体从所述吸气区流入所述排气区的装置，

其特征在于，在发动机的静止部件上还安装有至少另一个喷射装置，它安置成从其喷出的推进流体冲击着转子，从而使转子旋转。

2．如权利要求1所述的旋转喷气式发动机，其特征在于，所述壳体内的所述吸气和排气区至少部分被所述转子分隔开。

3．如权利要求1所述的旋转喷气式发动机，其特征在于，所述阻止流体流动的装置包括一个设在所述壳体和所述转子之间的密封装置。

4．如权利要求1所述的旋转喷气式发动机，其特征在于，所述阻止流体流动的装置包括一个在吸气区产生一个较之排气区的压力高的压力的装置。

5．如权利要求1所述的旋转喷气式发动机，其特征在于，它还包括一个在吸气区产生正压的装置，该装置包括一个将空气供入吸气区的供气装置。

6．如权利要求5所述的旋转喷气式发动机，其特征在于，所述供气装置包括一个可工作地接于所述转子的叶片组件。

7．如权利要求1所述的旋转喷气式发动机，其特征在于，所述转子包括一个转子盘，其上安装有至少一个喷射装置。

8．如权利要求7所述的旋转喷气式发动机，其特征在于，所述吸气区和排气区位于转子盘轴向上相对两侧。

9．如权利要求1所述的旋转喷气式发动机，其特征在于，所述排气区相对于转子位于吸气区径向向外处。

10．如权利要求1所述的旋转喷气式发动机，其特征在于，它还包括一个反作用装置，从喷射装置排出的推进流体直接导向所述反作用装置。

11．如权利要求1所述的旋转喷气式发动机，其特征在于，所述反作用装置包括多个沿圆周间隔开的反作用表面。

12．如权利要求11所述的旋转喷气式发动机，其特征在于，所述壳体具有一个与排气区连通的排气口，所述反作用装置安置成将排气区内的推进流体导向排气口。

13．如权利要求1所述的旋转喷气式发动机，其特征在于，所述喷射装置包括一个喷射燃烧器。

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