CN104879238A - 多模式脉冲爆震发动机 - Google Patents

Abstract

本发明为：多模式脉冲爆震发动机。它的循环运行周期可细分为：吸气，喷油，压缩，点火，爆震，做工、喷射，排气7个过程。主要由输出轴、气缸、转子、转板、连杆、连杆固定盘、导轨等7部分组成。输出轴与转子、连杆固定盘是通过花键装配在一起；输出轴与转板是通过轴套安装在一起。一组两根连杆的一端与转板相联，另一端安装在连杆固定盘上。装有转子和转板的输出轴位于气缸内，转子上叶片将气缸内部均匀地分割成多个扇形体空间，每个扇形体中都装有一个转板，转子上的叶片和转板及气缸内壁组成了一个封闭的爆震室，这个爆震室也是呈扇形体。气缸壁上有进气口、喷油口、点火口、喷射口、排气口。连杆在发动机转动时控制转板的转动；连杆的动作是由导轨来控制的。

Description

多模式脉冲爆震发动机

技术领域

本发明涉及到一种新型常规燃料发动机。 

背景技术

自从人类利用常规燃料的热动力以来，共发明了蒸汽机、二冲程发动机、四冲程发动机、转子发动机、涡喷发动机、涡扇发动机、火箭发动机，脉冲爆震发动机还在研究阶段，还没有开发成功。人类此类技术发展进步的目标是：环保、体积小，功率大、结构简单、便于生产、节省燃料、应用广泛等。但从人类已发明应用的发动机来看，都存在着许多缺点，如：1、蒸汽机是外燃机，体积大，热效率低，污染大。2、二冲程、四冲程发动机，拥有曲轴箱，结构笨重、复杂；属于等压燃烧，热效率低。3、转子发动机，密封性能差，热效率低，环保性差。4、涡喷、涡扇、火箭发动机，材料要求高；热效率低，经济性差，环保性差。4、以上这些已实际应用的发动机都是单模发动机，只有单一模式的发动机功能，不能通用，因此应用受到限制。5、常规脉冲爆震发动机目前全世界都在研究，还没发明出来，从公开的研究资料来看，它也只能是双模发动机，即火箭发动机模式和吸气脉冲爆震发动机两种模式，因此它的应用也受到限制，只能用在航空航天领域，对车辆、舰船的应用不太适合。且辅助设施复杂，目前研究进展缓慢，全世界已研究70多年，但还未研究成功，并可能已走入一条死胡同。 

中国目前的发动机技术与国外相比差距很大，无论是蒸汽机、四冲程发动机，还是涡扇发动机，都落后于国外先进技术一大截，导致中国的国防建设和经济建设受到严重的制约，好的飞机、舰船、车辆没有好的发动机可用，花再多的钱，别国也不卖给你。国外对中国进行严加封锁，使中国的国防、经济建设相对落后。如中国投资百亿成立的大飞机项目，发动机自己造不出来，要从欧美买，欧美就找种种借口拖延交付，导致中国大飞机开发受阻，以后的命运犹未可知；又如中国的先进战机、大型运输机、大型舰船由于没有先进发动机，开发建设一再推迟。中国也投入了大量的人力、物力去研究，但都是模仿和跟踪，收效不大。因此，中国目前迫切希望有一款先进发动机来为国家的强大保驾护航。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种先进的新型常规动力发动机，该发动机的动力性、经济性、环保性、低成本性、便于生产性、应用的广泛性等各项性能必须领先于当今世界所有常规动力发动机。可取代现有的航空、航天、车、船等领域的所有常规动力发动机。 

本发明解决技术问题的方案是：多模式脉冲爆震发动机，它的循环运行周期可细分为：吸气，喷油，压缩，点火，爆震，做工、喷射，排气7个过程。 

本发明的具体技术、结构： 

本发明的循环运行周期 

本发明的循环运行周期可细分为：吸气，喷油，压缩，点火，爆震，做工、喷射，排气7个过程。 

本发明的结构特点 

本发明主要由输出轴、气缸、转子、转板、连杆、连杆固定盘、导轨等7部分结构组成。 

所述输出轴的一端位于发动机内部，一端作动力输出，位于发动机内的部分加工有花键；所述输出轴上装有所述转子、所述转板、所述连杆固定盘；所述输出轴与所述转子、所述连杆固定盘是通过花键装配在一起，形成一个整体，一块转动；所述输出轴与所述转板的安装是通过轴套安装在一起，所述输出轴和所述转板可各自自由转动。 

装有所述转子和所述转板的所述输出轴位于气缸内，所述转子上叶片将气缸内部均匀地分割成多个扇形体空间，每个扇形体中都装有一个所述转板，每个所述转板上都有上、下两个扇形块，所述转子上的叶片位于所述转板上的两个扇形块之间；所述转子上的叶片和所述转板及所述气缸内壁组成了一个封闭的爆震室，这个爆震室也是呈扇形体。一台发动机可以有1、2、3、4......等多个爆震室，根据需要来制造。扇形体爆震室的长度也可根据需要来制造，可以是几厘米长，也可以是几十米长，在其他因素不变的情况下，爆震室越长，功率越大。 

所述气缸主要由气缸体和缸套组成，配有缸套的原因主要是为了节省成本，便于维修等；缸套的材料要求稍高一些。所述气缸壁上有进气口、喷油口、点火口、喷射口、排气口，为了提高进气速度、效率和喷油的均匀度，可以有多个进气口和喷油口；也可以事先将混合好的可燃气体直接进入爆震室，喷油口就不用了。点火口位于爆震室的上端，爆震发生后，爆震波从上端向下端传播；也可设多个点火口，在发动机不作为脉冲爆震发动机的情况下使用。喷射口、排气口位于爆震室的下部；燃料爆震后从喷射口中喷出，产生喷射反作用力。排气口是用于清空爆震室内的废气。如果该发动机是用于车辆和舰船的，可以将喷射口取消，让爆震气体充分做功后再从排气口排出。 

一组所述连杆是由两根连杆构成，两根连杆的连接轴上装有轴承，轴承又被放置在导轨内；所述连杆的一端与所述转板相联，另一端安装在所述连杆固定盘上。每个所述转板的两端各装有一组所述连杆。设置所述连杆的目的是为了在发动机转动时控制所述转板的转动，从而形成爆震室气体压缩、做功、排气、进气的功能。所述连杆的动作是由所述导轨来控制的。 

所述导轨通过支架和缸体或安装载体连接在一起，所述导轨设置的目的是为了通过所述连杆控制所述转板的转动。 

发动机运转时，所述输出轴旋转一周，发动机循环运行周期可以是1次、2次、3次......等，根据需要来制造。如果爆震室体积不变，所述输出轴旋转一周，发动机循环运行周期越多，功率就越大。 

运行 

当爆震室转到进气口时，转板相对于转子叶片转动，爆震室吸气；吸气完成后，爆震室 就已转到喷油口处，进行燃油喷射；喷油后，转板再相对于转子叶片转动，对爆震室内可燃气体进行压缩；压缩完成后，爆震室就已转到点火口处，进行点火；随后，可燃气体爆燃转变为爆震；因转板的转动受到导轨的限制，不能后退，转板又相对于转子叶片，小幅转动，爆震的气体做功，推动转子的叶片绕转子中心旋转，带动输出轴转动；当爆震室转到喷射口时，爆震气体喷射出来，产生推力；爆震室继续旋转到排气口时，转板又相对于转子叶片转动，排空爆震室内的废气；然后开始下一个循环。 

密封 

所述转子的叶片和所述转板上都安装有密封条和密封弹簧片，爆震室的密封均为面密封，且爆震室壁厚(可达几厘米厚)，密封条宽度较宽，因此密封性能好，磨损少，寿命长。 

润滑 

在所述输出轴、所述转子、所述转板、所述导轨上都钻(或铸造)有润滑油孔，类似于四冲程发动机的曲轴润滑。润滑油从油泵、所述输出轴到所述转子和所述转板，再到所述输出轴、油槽、油泵，进行循环；凡是有相对运动的地方都钻有润滑油孔，进行润滑。 

冷却 

每个爆震室的气体爆震由于是脉冲式的，因此所述转子和所述转板的温度都不是很高，且壁厚，材料、冷却要求都不高，一般情况下利用润滑油来冷却就可以了，特殊情况下，可钻(或铸造)冷却孔，利用冷却液冷却。位于爆震处的气缸壁温度很高，可以在气缸壁内钻(或铸造)冷却孔，利用冷却液来冷却；也可装散热板，利用外部流动的冷空气来冷却。 

辅助系统 

本发明所需的辅助系统很简单，进气口、喷射口、排气口都不需要阀门；喷油、点火控制装置只需在导轨处装上正时器，就可以进行自行控制了，类似于四冲程发动机的喷油、点火控制装置。如果用作飞行器发动机时，进气的涡轮增压问题，可以通过在输出轴装上涡轮解决，一方面给进气增压，另一方面起到螺旋桨的推力作用，同时也可给缸体冷却，类似于涡扇发动机。如果用作车船的四冲程发动机时，可利用尾气带动涡轮，对进气进行增压，以减少输出轴的功率损耗。利用输出轴还可以带动发电机和油泵。因此，本发明是一个独立的系统，不需要额外的动力系统帮助就可独立运行。 

综上所述 

本发明所涉及的发动机，是集合了现在几乎所有先进发动机的优点和性能于一身的发动机，它是一种多模式发动机，即在同一发动机上可以同时具有：四冲程发动机、涡扇发动机、火箭发动机、脉冲爆震发动机的功能，而且体积小，功率大、结构简单、热效率高，便于控制，环保性好，成本低，材料、工艺要求低，便于生产，应用广泛等特点。本发明的发动机属于等容燃烧发动机，热效率非常高。该发动机可用几乎所有燃料如：汽油、柴油、煤油、酒精、乙烯、甲烷、天然气等，虽然不是每种燃料在同一条件下都可以进行爆震，但它们都可以爆燃，从而推动发动机运转，只是功率大小不同而已。也可以根据不同燃料的特点，设定不同的喷油量、混合比、运转速度、点火模式等模块来运行发动机，以达到最佳的运行性 能。本发明的运转速度一般在每分钟5000转以上，因此每个爆震室的喷射频率在80Hz以上，所产生的喷射推力都可看作是连续的。它比目前世界上正在研究，但还未研究成功的脉冲爆震发动机还要领先一代。本发明巧妙地解决了脉冲爆震发动机研制过程中遇到的所有问题，同时也解决了该发动机在车辆、舰船、飞机、太空飞行器上及不同高度、不同速度的最有效的广泛的实际应用问题。本发明的发动机几乎可以取代现在所有常规动力发动机。本发明的意义非常重大，它不但使中国的常规动力发动机技术一下跳跃了几个台阶，从目前的落后状态，一下处于遥遥领先的状态，也使人类的常规动力发动机技术从此站在了新的高度，为节约能源，保护环境，探索太空等作出了伟大的贡献。 

附图说明

图1为实施例中发动机装配图的轴向剖视图。 

图2为实施例中发动机装配图的A-A处剖面图。 

图3为实施例中转子的轴向剖视图。 

图4为图3的左视图。 

图5为图3的俯视图。 

图6为图7的右视图。 

图7为实施例中转板的轴向剖视图。 

图8为图7的俯视图。 

图9为实施例中气缸的轴向剖视图。 

图10为图9的俯视图。 

图11为实施例中导轨的轴向剖视图。 

图12为图11的俯视图。 

图13为实施例中连杆固定盘的轴向剖视图。 

图14为图13的俯视图。 

图15为实施例中输出轴的主视图。 

图16为图15的俯视图。 

具体实施方式

以附图1—附图16为例： 

本发明的发动机主要包括：输出轴1、套在输出轴上的连杆固定盘2、转子8、转板6、轴套9、连接转板6和连杆固定盘2的连杆3、控制连杆运动的导轨4、套在转子8、转板6外的气缸7、连接气缸7和导轨4的支架5等几部分。 

所述输出轴1的一端位于发动机内部，一端作动力输出，位于发动机内的部分加工有花键；所述输出轴1上装有所述转子8、所述转板6、所述连杆固定盘2；所述输出轴1与所述转子8、所述连杆固定盘2是通过花键装配在一起，形成一个整体，一块转动；所述输出轴1 与所述转板6的安装是通过轴套9安装在一起，所述输出轴1和所述转板6可各自自由转动。 

装有所述转子8和所述转板6的所述输出轴1位于气缸7内，所述转子8上叶片将气缸7内部均匀地分割成多个扇形体空间，每个扇形体中都装有一个所述转板6，每个所述转板6上都有上、下两个扇形块18、19，所述转子8上的叶片位于所述转板上的两个扇形块18、19之间；所述转子8上的叶片面21和所述转板6上的3个面18、19、20及所述气缸内壁组成了一个封闭的爆震室，这个爆震室也是呈扇形体。该发动机有4个爆震室。扇形体爆震室的长度可为1米。 

所述转子8上与所述转板6、气缸7内壁组成爆震室的部位边缘都有密封条16和弹簧片15，以防漏气；所述转板6上与所述转子8、气缸7内壁组成爆震室的部位边缘也都有密封条16和弹簧片15，以防漏气。 

所述气缸7主要由气缸体和缸套17组成，配有缸套17的原因主要是为了节省成本，便于维修；缸套17的材料要求稍高一些。所述气缸7壁上有进气口11、喷油口12、点火口13、喷射口14、排气口10，为了提高进气速度、效率和喷油的均匀度，可以有多个进气口和喷油口；也可以事先将混合好的可燃气体直接进入爆震室，喷油口就不用了。点火口13位于爆震室的上端，爆震发生后，爆震波从上端向下端传播。喷射口14、排气口10位于爆震室的下部；燃料爆震后从喷射口14中喷出，产生喷射反作用力。排气口10是用于清空爆震室内的废气。如果该发动机是用于车辆和舰船的，可以将喷射口14取消，让燃料充分做功后再从排气口10排出。 

一组所述连杆3是由两根连杆构成，两根连杆的连接轴上装有轴承，轴承又被放置在导轨4的导轨槽23内；所述连杆3的一端与所述转板6相联，另一端安装在所述连杆固定盘2上。每个所述转板6的两端各装有一组所述连杆3。设置所述连杆3的目的是为了在发动机转动时控制所述转板6的转动，从而形成爆震室气体压缩、做功、排气、进气的功能。所述连杆3的动作是由所述导轨4来控制的。 

所述导轨4通过支架5和气缸7体或安装载体连接在一起，设置所述导轨4的目的是为了通过所述连杆3控制所述转板6的转动。 

该发动机运转时，所述输出轴1旋转一周，发动机循环运行1个周期。该发动机的运转方向为顺时针方向；当爆震室转到进气口11时，转板6相对于转子8叶片进行逆时针方向的转动，爆震室吸气；吸气完成后，爆震室就已转到喷油口12处，进行燃油喷射；喷油后，转板6再相对于转子8叶片进行顺时针方向的转动，对爆震室内可燃气体进行压缩；压缩完成后，爆震室就已转到点火口13处，进行点火；随后，可燃气体爆燃转变为爆震；因转板6的转动受到导轨4的限制，不能后退，同时转板6相对于转子8的叶片进行逆时针方向的小幅转动，爆震的气体就做功，推动转子8的叶片绕转子8的中心进行顺时针方向的旋转，带动输出轴1进行顺时针方向的转动；当爆震室转到喷射口14时，爆震气体喷射出来，产生推力；爆震室继续旋转到排气口10时，转板6又相对于转子8的叶片进行顺时针方向转动，排空爆震室里的废气；然后开始下一个循环。该发动机运转速度为每分钟5000转以上，因此每个爆震室的喷射频率在80Hz以上，所产生的喷射推力都可看作是连续的。 

Claims (10)

1.多模式脉冲爆震发动机，是一种常规动力发动机，其特征在于：循环运行周期可细分为：吸气，喷油，压缩，点火，爆震，做工、喷射，排气7个过程；主要由输出轴、气缸、转子、转板、连杆、连杆固定盘、导轨等7部分结构组成；当爆震室转到进气口时，转板相对于转子叶片转动，爆震室吸气；吸气完成后，爆震室就已转到喷油口处，进行燃油喷射；喷油后，转板再相对于转子叶片转动，对爆震室内可燃气体进行压缩；压缩完成后，爆震室就已转到点火口处，进行点火；随后，可燃气体爆燃转变为爆震；因转板的转动受到导轨的限制，不能后退；转板又相对于转子叶片，小幅转动，爆震的气体做功，推动转子的叶片绕转子中心旋转，带动输出轴转动；当爆震室转到喷射口时，爆震气体喷射出来，产生推力；爆震室继续旋转到排气口时，转板又相对于转子叶片转动，排空爆震室内的废气；然后开始下一个循环。

2.如权利要求1所述的多模式爆震发动机，其特征在于：所述输出轴的一端位于发动机内部，一端作动力输出，位于发动机内的部分加工有花键；所述输出轴上装有所述转子、所述转板、所述连杆固定盘；所述输出轴与所述转子、所述连杆固定盘是通过花键装配在一起，形成一个整体，一块转动；所述输出轴与所述转板的安装是通过轴套安装在一起，所述输出轴和所述转板可各自自由转动。

3.如权利要求1所述的多模式爆震发动机，其特征在于：装有所述转子和所述转板的所述输出轴位于气缸内，所述转子上叶片将气缸内部均匀地分割成多个扇形体空间，每个扇形体中都装有一个所述转板，每个所述转板上都有上、下两个扇形块，所述转子上的叶片位于所述转板上的两个扇形块之间；所述转子上的叶片和所述转板及所述气缸内壁组成了一个封闭的爆震室，这个爆震室也是呈扇形体；一台发动机可以有多个爆震室，根据需要来制造；扇形体爆震室的长度也可根据需要来制造，可长可短。

4.如权利要求1所述的多模式爆震发动机，其特征在于：所述气缸主要由气缸体和缸套组成，缸套的材料要求稍高一些；所述气缸壁上有进气口、喷油口、点火口、喷射口、排气口，为了提高进气速度、效率和喷油的均匀度，可以有多个进气口和喷油口；也可以事先将混合好的可燃气体直接进入爆震室，喷油口就不用了；点火口位于爆震室的上端，爆震发生后，爆震波从上端向下端传播；喷射口、排气口位于爆震室的下部；燃料爆震后从喷射口中喷出，产生喷射反作用力；也可设多个点火口，在发动机不作为脉冲爆震发动机的情况下使用；排气口是用于清空爆震室内的废气；如果该发动机是用于车辆和舰船的，可以将喷射口取消，让爆震气体充分做功后再从排气口排出。

5.如权利要求1所述的多模式爆震发动机，其特征在于：一组所述连杆是由两根连杆构成，两根连杆的连接轴上装有轴承，轴承又被放置在导轨内；所述连杆的一端与所述转板相联，另一端安装在所述连杆固定盘上；每个所述转板的两端各装有一组所述连杆；设置所述连杆的目的是为了在发动机转动时控制所述转板的转动，从而形成爆震室气体压缩、做功、排气、进气的功能；所述连杆的动作是由所述导轨来控制的。

6.如权利要求1所述的多模式爆震发动机，其特征在于：所述导轨通过支架和缸体或安装载体连接在一起，所述导轨设置的目的是为了通过所述连杆控制所述转板的转动。

7.如权利要求1所述的多模式爆震发动机，其特征在于：发动机运转时，所述输出轴旋转一周，发动机循环运行周期可以是1，次或多次，根据需要来制造；本发明所需的辅助系统很简单，进气口、喷射口、排气口都不需要阀门；喷油、点火控制装置只需在导轨处装上正时器，就可以进行自行控制了，类似于四冲程发动机的喷油、点火控制装置；如果用作飞行器发动机时，进气的涡轮增压问题，可以通过在输出轴装上涡轮解决，一方面给进气增压，另一方面起到螺旋桨的推力作用，同时也可给缸体冷却，类似于涡扇发动机；如果用作车船的四冲程发动机时，可利用尾气带动涡轮，对进气进行增压，以减少输出轴的功率损耗。利用输出轴还可以带动发电机和油泵；本发明是一个独立的系统，不需要额外的动力系统帮助就可独立运行。

8.如权利要求1所述的多模式爆震发动机，其特征在于：所述转子的叶片和所述转板上都安装有密封条和密封弹簧片，爆震室的密封均为面密封。

9.如权利要求1所述的多模式爆震发动机，其特征在于：在所述输出轴、所述转子、所述转板、所述导轨上都钻(或铸造)有润滑油孔，类似于四冲程发动机的曲轴润滑；润滑油从油泵、所述输出轴到所述转子和所述转板，再到所述输出轴、油槽、油泵，进行循环；凡是有相对运动的地方都钻有润滑油孔，进行润滑。

10.如权利要求1所述的多模式爆震发动机，其特征在于：每个爆震室的气体爆震由于是脉冲式的，因此所述转子和所述转板的温度都不是很高，且壁厚，材料、冷却要求都不高，一般情况下利用润滑油来冷却就可以了，特殊情况下，可钻(或铸造)冷却孔，利用冷却液冷却；位于爆震处的气缸壁温度很高，可以在气缸壁内钻(或铸造)冷却孔，利用冷却液来冷却；也可装散热板，利用外部流动的冷空气来冷却。