CN101545415A - 涡流冲压喷气发动机 - Google Patents

Abstract

一种涡流冲压喷气发动机，采用全新的进气方式，充分利用流体运动，在燃烧室内形成一个从中心到外围转速递减的涡流，利用涡流使燃料和气体混合均匀，使燃料燃烧充分，同时降低对燃烧室内壁的烧损，同时形成一个从中心到外围转速递减的喷射气流，该气流具有更快的喷射速度和喷射推力。对涡流冲压喷气发动机施加一个高速气流，可以使涡流冲压喷气发动机实现静态启动。涡流冲压喷气发动机，包括燃料系和点火系，涡流冲压喷气发动机内腔横截面呈圆形，内腔设置燃烧室和喷气室，燃烧室连通喷气室，燃烧室内安装点火器，燃烧室设有进气口，进气口连接螺旋进气室。

Description

涡流冲压喷气发动机

技术领域

本发明涉及喷气发动机领域，具体是一种涡流冲压喷气发动机。

背景技术

现有的喷气发动机主要有冲压喷气发动机和涡轮喷气发动机，它们都存在很多缺陷，例如：冲压喷气发动机无法在低速下启动，涡轮喷气发动机造价太高，它们普遍存在燃料燃烧不够充分，能耗太高，喷射速度不够高等缺陷。

发明内容

本发明提供了一种全新结构的涡流冲压喷气发动机，它可以实现低速启动也可以实现静态启动，不用很高的速度即可维持燃烧工作，涡流燃烧，燃料燃烧充分，喷射速度更高，能量利用率更高，从中心到外围转速递减的涡流中心可产生更高的温度和压力，使热功转化率更高，燃料集中在涡流中心燃烧，能量集中在涡流中心爆发，从中心到外围转速递减的涡流可屏蔽高温，可避免缸壁烧损、磨损，喷射气流是一个从中心到外围转速递减的螺旋气流，具有更快的喷射速度和喷射推力。它造价低廉，它可以带来喷气发动机的技术革命，可以广泛用于各种飞机、火箭、飞行器上。

本发明为了实现上述目的，通过以下技术方案实现：

涡流冲压喷气发动机，包括燃料系和点火系，涡流冲压喷气发动机内腔横截面呈圆形，内腔设置燃烧室和喷气室，燃烧室连通喷气室，燃烧室内安装点火器，燃烧室设有进气口，进气口连接螺旋进气室。进气口内设有进气通道，进气通道开口朝向燃烧室横截面切线方向。螺旋进气室设有螺旋气流通道。螺旋进气室中部设有圆锥体。涡流冲压喷气发动机内壁设有螺纹。螺旋进气室连接集气管。螺旋进气室连接风机，风机周围设有进气通道。

本发明的优点在于：它充分利用了圆周运动，利用了涡流的作用，使燃料充分混合，充分燃烧，涡流延长了气流在燃烧室的滞留时间，更加有利于维持燃烧，同时使喷射气流形成一个从中心到外围转速递减的旋转前进的螺旋气流，螺旋气流形成一个锥形锋面，椎尖高速旋转，螺旋气流就像旋转的弹头一样具有更快的推进速度和更大的推力，喷气室的开口扩张使喷射气流更加不易受到周围气流的影响，更加提高了喷射气流的速度。从中心到外围转速递减的涡流中心可产生更高的温度和压力，使热功转化率更高，燃料集中在涡流中心燃烧，能量集中在涡流中心爆发，从中心到外围转速递减的涡流可屏蔽高温，可避免缸壁烧损、磨损，螺旋进气室的增压大大提高了进气速度，使燃烧室内进气口处形成一个正压环境，大大避免了热堵现象，使涡流冲压喷气发动机可以低速启动。螺旋进气室连接风管，风管连接风机，风管周围设有进气通道，可以借助风机产生的高速气流实现涡流冲压喷气发动机静态启动，使涡流冲压喷气发动机可以应用于所有飞行器上。

附图说明

附图1是本发明的主视结构示意图；附图2是附图1的A-A向剖视结构示意图；附图3是附图1的侧视结构示意图；附图4是本发明实施例之一的主视结构示意图；附图5是本发明实施例之二的主视结构示意图；附图6是本发明实施例之二的俯视结构示意图；

具体实施方式

涡流冲压喷气发动机，包括燃料系和点火系，涡流冲压喷气发动机内腔横截面呈圆形，内腔设置燃烧室3和喷气室5，燃烧室连通喷气室，燃烧室内安装点火器4，燃烧室设有进气口2，进气口连接螺旋进气室6。喷气室进气部位横截面面积小于燃烧室最大横截面面积。

本发明涡流冲压喷气发动机可使用多种燃料，可使用各种液体、气体燃料，也可使用固体燃料，使用固体燃料时可将固体燃料粉碎成细小颗粒，液体或气体燃料可以用燃料管直接输送燃料，液体燃料稍微加压输送，液体燃料可在燃料管口设雾化喷嘴，气体燃料可以利用气体压力自然输送，固体燃料可用气流输送。燃料管14进口可设在燃烧室中，也可设在螺旋进气室中，设在螺旋进气室中有利于燃料混合。

可使用煤炭作为航空燃料，只需将煤炭磨成细粉，加以净化，用高速气流输送即可，可使用常规燃料点火，点火后即可使用煤粉了。使用煤炭可大大降低燃料成本，可解决石油危机。

本发明涡流冲压喷气发动机点火系包括点火器、电路、变压器、电源等，点火器可以用火花塞，也可用高压电极，也可用等离子点火器。点火器连接电路，电路连接变压器和电源即可。点火器安装在燃烧室内即可，可以安装在燃烧室喷气口附近，可以降低点火时的回火。本发明涡流冲压喷气发动机一旦点火即可关闭点火器，可大大延长点火系的使用寿命。

燃烧室和喷气室的中心轴线的长度比例可以选择0.618：0.382，燃烧室和喷气室中心轴线的长度之和与燃烧室最大横截面直径的比例可以选择1：0.382，燃烧室喷气口的面积与燃烧室最大横截面的面积的比例可以选择0.382：1，燃烧室喷气口的面积与燃烧室进气口的面积的比例可以选择1：1至0.618：1之间，燃烧室进气口可以选择长方形，长方形的长边与燃烧室的中心轴线平行，长方形的长边的长度与燃烧室中心轴线的长度的比例可以选择0.618：1至0.382：1之间。

进气口内设有进气通道，进气通道开口朝向燃烧室横截面切线方向，进气口设在燃烧室顶部，可以使气流沿燃烧室横截面切线方向进入燃烧室，在燃烧室内壁的作用下，在燃烧室中形成一个从中心到外围转速递减的涡流。

进气口外设有螺旋进气室6，螺旋进气室开口处的直径与燃烧室最大横截面的直径的比例可以选择1：0.618，螺旋进气室开口处的唇边可以选择外壁垂直、内壁倾斜形成薄薄的刀刃状唇边，可以减轻气流摩擦。

螺旋进气室设有螺旋气流通道。螺旋进气室底部倾斜，沿燃烧室外壁螺旋向上形成一个圆环状螺旋气流通道，螺旋气流通道形成一个螺旋进气室，可以使气流形成一个沿燃烧室外壁旋转前进的高压气流。

螺旋进气室中部设有圆锥体1，圆锥体底面与燃烧室外壁最大横截面相等，圆锥体1的锥尖角可以选择55.62度，可以使气流运动顺畅，减轻气流摩擦，同时提高进气压力。

涡流冲压喷气发动机内壁设螺纹。为了减轻气流对螺旋进气室内壁的摩擦，可以在螺旋进气室内壁以及圆锥体表面设置螺纹，为减轻气流对燃烧室、喷气室内壁的摩擦，可以在燃烧室、喷气室内壁设置螺纹，螺纹与气流作用，可以在螺旋进气室、燃烧室、喷气室内壁形成一层激波，可以降低内壁的磨损与烧损。

工作原理：本发明涡流冲压发动机可以在低速条件下启动，当达到一定运行速度时，气流冲进螺旋进气室，在螺旋进气室中形成一个围绕燃烧室外壁向进气口方向旋转前进的高压气流，气流通过进气通道沿燃烧室横截面切线方向冲进燃烧室，在燃烧室内壁的作用下形成一个从中心到外围转速递减的涡流，当圆内各点作圆周运动时，受到的阻力从圆中心到圆外围递增时，就会使进入这个圆周运动的场中的气体形成一个从中心到外围转速递减的涡流气旋，气流需要同时沿着圆周运动的旋转轴方向做推进运动才能使这个涡流气旋形成并且维持存在，就像水的漩涡运动、龙卷风的气流运动有些相似，涡流气旋的中心具有更快的推进速度，推进速度也是从中心到外围递减，这就形成一个锥形锋面，使涡流中心的旋转气流具有更快的推进速度和更大的推力。涡流气旋可以使新进入的燃料混合气自动进入涡流中心，燃料在涡流中心燃烧产生热能，能量会向外传递，它的传递速度存在一个减速度，这是由于能量传递过程中的能量损耗造成的，这就使热能从涡流中心到涡流外围的传递速度存在一个减速度，使热能更加快了涡流气旋从中心到外围的转速递减，相对加快了涡流中心的转速，使能量更多的集中在涡流中心，使涡流中心形成更高的温度和压力，同时涡流可屏蔽能量，可降低涡流气旋外围的温度和压力，降低对燃烧室内壁的烧损，降低对涡流冲压发动机材料的要求，可以使用一般的材料，可以大大降低造价。燃烧室内壁的螺纹可以进一步相对提高涡流从中心到外围的转速递减，可以使燃料燃烧产生的热能更多的集中在涡流中心。

本发明实施例之一的结构是：在本发明的实施例之一的主体结构基础上螺旋进气室连接集气管7，集气管直径与螺旋进气室直径相等，集气管直径也可以大于螺旋进气室直径，可提高进气压力。集气管与螺旋进气室可以制造为一体，集气管高度可以与圆锥体高度相等，也可以比圆锥体矮一些，具体根据需要而定，集气管可以增加螺旋进气室进气量，提高进气压力。

本发明实施例之二的结构是：在本发明的实施例之一的结构基础上，螺旋进气室连接风机9，风机周围设有进气通道11。风机直径可以与螺旋进气室直径相同，风机可设在涡流冲压发动机中也可设在其它位置，可通过风管与涡流冲压发动机连接。

风机设在涡流冲压发动机中时，风机直径可以与燃烧室外部直径相同，风机出气口正对螺旋进气室的圆锥体，风机周围设有进气通道，风机与涡流冲压发动机之间用板材10连接固定，板材相互之间构成进气通道，板材顶部连接呈圆锥形，圆锥形锥尖角可以选择55.62度，圆锥形可以使气流运动顺畅，同时可避免异物进入。

本实施例可以实现涡流冲压喷气发动机的静态启动，使用时用外部电源启动风机旋转产生高速气流，高速气流使涡流冲压发动机实现点火，当飞行器运动速度达到一定程度时即可关闭风机，当飞行器运动速度降到一定程度时重新启动风机。为启动风机运转，飞行器上可以另设风机发电电源，可以设一个普通发动机带动的发电机，发电机发电用于带动风机运转同时也用于飞行器其它需要。

风机设在涡流冲压发动机中时，也可利用风机发电，飞行器一旦实现高速运动关闭风机后，高速气流可以带动风机叶轮高速旋转，可以利用风机叶轮带动发电机发电，可以将发电线圈与起动线圈同时装在风机电机内。

为减轻气流对风机电机部位的摩擦，可在风机电机上安装锥形罩，锥形罩锥尖朝向气流，锥尖角可选用55.62度，锥形罩以及风机叶轮、进气通道等与气流产生摩擦的部位可以设置与气流运动方向成一定倾斜角度的螺纹，可以减轻摩擦生热。

本方案可应用在所有飞机上，可取代现有的所有涡轮喷气发动机、冲压发动机，可大大降低飞机发动机制造成本，大大降低能耗、降低排放，大大提高飞行速度。

本发明的技术方案并不限制于本发明所述的实施例的范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (7)

1、涡流冲压喷气发动机，包括燃料系和点火系，其特征在于：涡流冲压喷气发动机内腔横截面呈圆形，内腔设置燃烧室(3)和喷气室(5)，燃烧室连通喷气室，燃烧室内安装点火器(4)，燃烧室设有进气口(2)，进气口连接螺旋进气室(6)。

2、根据权利要求1所述的涡流冲压喷气发动机，其特征在于：进气口内设有进气通道，进气通道开口朝向燃烧室横截面切线方向。

3、根据权利要求1所述的涡流冲压喷气发动机，其特征在于：螺旋进气室设有螺旋气流通道。

4、根据权利要求1所述的涡流冲压喷气发动机，其特征在于：螺旋进气室中部设有圆锥体(1)。

5、根据权利要求1所述的涡流冲压喷气发动机，其特征在于：涡流冲压喷气发动机内壁设置螺纹。

6、根据权利要求1、2、3、4或5所述的涡流冲压喷气发动机，其特征在于：螺旋进气室连接集气管(7)。

7、根据权利要求1、2、3、4或5所述的涡流冲压喷气发动机，其特征在于：螺旋进气室连接风机(9)，风机周围设有进气通道(11)。

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