CN106593650A - 爆震涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

一种通过燃料与空气按一定比例混合点燃后产生爆震作为推力推动涡轮转动产生动力的发动机，它的燃料可以为燃油、燃气、固体可燃粉尘等可燃物。在进气口压气轮的作用下通过旋转控制阀把空气压入环形倾斜多管爆震管，通过控制环形多爆震管的进气、燃料混合、点火引爆、扫气的程序与相适应形状涡轮来实现连续引爆，混合物的引爆带来冲击力作用在涡轮叶片使之旋转做功形成动力输出，在特制形状涡轮做功后的高压燃气带动后面一组自由涡轮转动并通过轴带动最前端的压气轮压气形成循环。爆震管为旋转间歇式工作，爆震管和涡轮叶片可以在扫气与进气中得到冷却。本爆震涡轮发动机适用于汽车、轮船、飞机、发电机及发电厂等各种动力的需求。

Description

爆震涡轮发动机

技术领域

本发明涉及一种燃料与空气按一定比例混合点燃后产生爆震作为推力推动涡轮转动产生动力的发动机，尤其是体积小、重量轻并能提供强劲动力及最大化燃料利用率的爆震涡轮发动机。适用于汽车、轮船、飞机、发电等各种需求动力的发动机。

背景技术

目前，公知爆震技术主要用于飞机等航空器，以脉冲爆震发动机产生高温燃气作为推力使飞机等航空器前进，脉冲爆震的过程中能源利用比燃料燃烧产生的内能要高。但是由于脉冲爆震需要高频维持喷气的稳定和在空气流速快的情况下难以引爆使脉冲爆震发动机技术目前难以大面积成熟应用。而传统活塞发动机比较笨重能源利用也达到顶峰很难再有突破，涡轮内燃发动机由于燃烧室温度相当高，对长期处于高温环境的转动涡轮叶片的材料及制作工艺非常高，所以维修周期间隔短对发动机的稳定性是相对不利的，在能源利用率方面也等同于传统活塞发动机再难以突破。

发明内容

为了克服现有活塞发动机比较笨重以及能源利用率低，涡轮内燃发动机涡轮叶片温度高维修间隔时间短能源利用低的情况，并综合脉冲爆震发动机的优点，本发明提出一种新的解决方案。该方案是通过燃料与空气按一定比例混合点燃后产生爆震作为推力推动涡轮转动产生动力的发动机，它的燃料不仅可以为雾化燃油，还可以是燃气、固体可燃粉尘等可燃物。解决方案是在进气口压气轮的作用下通过旋转控制阀把空气压入环形倾斜多管爆震管，通过控制环形多爆震管的进气、燃料混合、点火引爆、扫气的程序与相适应形状涡轮来实现连续引爆爆震管中的燃料与空气的混合物，混合物的引爆带来强大冲击力作用在相适应形状涡轮叶片使之旋转做功形成动力输出，在特制形状涡轮做功后的高压燃气带动后面一组自由涡轮转动形成动力通过轴带动最前端的压气轮压气形成循环。在这个过程中爆震管为旋转间歇式工作，爆震管可以在爆震做功后通过扫气与进气迅速得到冷却，而涡轮叶片也会在爆震管做功后的扫气与进气过程中迅速得到冷却。本发动机可以解决的方案：一是在飞机上使用，在直升机上取代传统的活塞式发动机和涡轴发动机，在固定翼飞机中与涡扇发动机组合取代原有涡轮发动机。二是可以在汽车、轮船与其它需要独立动力来源的地方使用，在需要大动力时可以增加它的爆震管数量和环形暴震管的直径来增加发动机的动力和力矩。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：通过燃料与空气按一定比例混合点燃后产生爆震作为推力推动涡轮转动产生动力的发动机，它的燃料不仅可以为雾化燃油，还可以是燃气、固体可燃粉尘等可燃物。

本发明的有益效果是：爆震燃烧化学能利用更充分、动力更强劲、力矩更大；爆震室与涡轮叶片冷却及时，对发动机材料要求适当降低、使用寿命变长、维护间隔时间变长；燃料来源更加广阔，可以为雾化燃油、燃气、固体可燃粉尘等。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明。

图1是正立面示意图。

图2是大直径正立面示意图。

图3是爆震管俯视图。

图4是爆震管及特制涡轮大样图。

图5是本爆震涡轮发动机在涡扇发动机上的应用。

图中1.进气道，2.整流罩，3.离心压气涡轮，4.压气涡轮，5.旋转进气阀，5-1.旋转进气阀关闭状态，5-2.旋转进气阀开启状态，6.喷油管，6-1.喷油管开启状态，7.爆震管，7-1.爆震管扫气进气时的状态，7-2.爆震管喷油时的状态，7-3.爆震管点火的状态，8.特制涡轮，8-1.特制涡轮扫气进气时的形状，8-2.特制涡轮在爆震管喷油时的形状，8-3.特制涡轮在爆震管引爆燃料时的形状，8-4.特制涡轮上的冷却孔，9.自由涡轮，10.动力输出轴，11.排气管，12.齿轮，13.火花塞，14.涡扇叶片，15.涡扇压气轮，16.本发明爆震涡轮发动机，17.涡扇尾喷管，18.爆震管固定支架，19.爆震管外空气冷却腔，20.中心轴承，21.爆震管上部盖板。

具体实施方式

在图1中为小直径爆震涡轮发动机，适用于小型飞机、汽车、小型发电机等需要独立动力来源的地方。发动机工作流程为：空气从进气道(1)引进，通过整流罩(2)进入离心压气涡轮(3)中，在离心压气涡轮的作用下气体压入下一级压气涡轮(4)进行进一步加压并喷出，在旋转进气阀(5)的控制下进入倾斜爆震管(7)中。通过特制涡轮(8)上不同形状在旋转通过爆震管下部时来确定爆震管的工作状态：第一状态在特制涡轮形状(8-1)通过一根爆震管时这根爆震管处于扫气与进气时的状态(7-1)，在这个状态下它顶部的旋转进气阀处于打开状态(5-1)，这时爆震管处于上一次爆震的废气排出和新的空气进入状态，在新空气进入状态同时兼顾对爆震管起到冷却作用。第二状态在特制涡轮形状(8-2)通过一根爆震管时这根爆震处于喷油状态(7-2)，这时特制涡轮形状对此爆震管处于封堵状态，新进的空气不在向外流通，喷出的油雾不会受到损失，顶部旋转进气阀处于打开状态(5-1)继续压入新鲜空气，增加油雾于空气的预混时间。第三状态在特制涡轮形状(8-3)转到上一根已喷油爆震管下口时这根爆震管处于爆震点火状态(7-3)，这时爆震管上端旋转进气阀处于关闭状态，空气与油雾的混合还没有开始流通，解决了传统大流速空气燃油混合物不易于点火的情况，爆震管内点火后空气与燃油混合物发生爆震现象，在爆震管一端关闭的情况下爆震波冲击特制涡轮旋转通过动力输出轴(10)带动尾部齿轮(12)进行做功。这个状态结束循环到第一个状态，如此反复。由传统的脉冲爆震4个进程改为了现在的旋转爆震3个进程，1.扫气进气，2.喷油预混，3.点火爆震。特制涡轮形状也为这三个状态一循环。在爆震过程中对特制涡轮产生的高温也在爆震管的扫气与进气过程中得到冷却。这个冷却气体与高温燃气进行预混后进压入特制涡轮后一组自由涡轮(9)自由涡轮通过转动轴带动进气口的离心压气涡轮(3)与压气涡轮(4)转动压气形成循环。最后剩余废气经过排气管排出。

在图2中为大直径爆震涡轮发动机，适用于大型飞机、汽车、轮船、发电厂等需要独立动力来源的地方，可以通过增加爆震管的直径和爆震管的数量来增加它的动力，通过增加发动机的总直径来增加发动机的力矩。发动机的工作流程同上图1所述。

在图3中为爆震管俯视图。其中(6)为燃料喷口，(18)为爆震管固定支架连接中心轴与爆震管，(19)为爆震管外空气冷却腔，(20)为中心轴承，(21)为爆震管上部盖板。

在图4中是爆震管及特制涡轮大样图。图中描述了旋转爆震3个进程，1.扫气进气，2.喷油预混，3.点火爆震。特制涡轮形状也为这三个状态一循环。其中爆震管(7)做成倾斜角度与特制涡轮叶片形成夹角，好处是可以增加涡轮的力矩，还可以减小爆震冲击波对涡轮叶片的直接冲击，增加叶片寿命。在特制涡轮叶片上还做了空气流通的冷却孔(8-4)。

在图5中本爆震涡轮发动机在涡扇发动机上的应用。(14)为涡扇叶片，(15)涡扇压气轮，(16)本发明爆震涡轮发动机，(17)涡扇尾喷管，其中本发明爆震涡轮发动机(16)去掉了离心压气涡轮(3)，特制涡轮输出动力从进气口方向直接带动涡扇叶片和压气轮进行工作。

Claims (3)

1.一种爆震涡轮发动机，由进气口，压气轮，旋转进气控制阀，环形多管倾斜爆震管，特制涡轮，自由涡轮，动力输出轴，尾喷管等组成，其特征是：是在进气口压气轮的作用下通过旋转控制阀把空气压入环形倾斜多管爆震管，通过控制环形倾斜多爆震管的进气、燃料混合、点火引爆、扫气的程序与相适应形状涡轮来实现连续引爆爆震管中的燃料与空气的混合物，混合物的引爆带来强大冲击力作用在相适应形状涡轮叶片使之旋转做功形成动力输出，在特制形状涡轮做功后的高压燃气带动后面一组自由涡轮转动形成动力通过轴带动最前端的压气轮压气形成循环，在这个过程中爆震管为旋转间歇式工作，爆震管可以在爆震做功后通过扫气与进气迅速得到冷却，而涡轮叶片也会在爆震管做功后的扫气与进气过程中迅速得到冷却。

2.根据权利要求1所述的爆震涡轮发动机，其特征是：环形多管倾斜爆震管，旋转进气控制阀的控制下间歇式进气，降低爆震管的温度，倾斜爆震管做成倾斜角度与特制涡轮叶片形成夹角，增加涡轮的力矩，减小爆震冲击波对涡轮叶片的直接冲击，增加叶片寿命。

3.根据权利要求1所述的爆震涡轮发动机，其特征是：特制涡轮形状，形状一扫气进气时涡轮叶片间距大而流畅，以利于排气和进气，形状二燃料预混时涡轮叶片封闭，以利于空气进一步压缩，燃料不会逸出，燃料空气混合气体静止为下一步爆震做准备，形状三点火爆震时涡轮叶片间距缩小，角度正对倾斜爆震管，利于爆震波产生更大的推力而又不损坏叶片，特制涡轮形状分布为这三个状态一循环。