CN106762113B - 吸火式转子发动机及无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸火式转子发动机及无人机。吸火式转子发动机，包括固定偏心轴以及外转子机构，固定偏心轴通过轴承支承外转子机构，外转子机构包括五角内转子以及外机匣转子，外机匣转子转动带动外机匣转子型腔内的五角内转子在外机匣转子型腔内作展成运动；五角内转子与外机匣转子有转速差，五角内转子与外机匣转子之间形成多个用于随五角内转子与外机匣转子的相对转动容腔容积大小呈周期性变化的月牙形变化容积腔，外机匣转子的第一端面设有吸火口，外机匣转子的第二端面设有排气口；吸火口、月牙形变化容积腔和排气口三者一一对应布设。平衡性优越、热能利用率高；既减小热阻，提高了热流量，又减轻了结构重量。
Description
技术领域
本发明涉及航空飞行器发动机技术领域，特别地，涉及一种吸火式转子发动机。此外，本发明还涉及一种包括上述吸火式转子发动机的无人机。
背景技术
斯特林发动机是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的闭式循环往复式发动机，工质不与外界交换，有封闭的理论热力循环过程(定容加热—等温吸热膨胀—定容冷却—等温放热收缩)。
吸火式热气发动机俗称真空发动机，是对γ型外燃加热的常压空气斯特林发动机的一种减化和改进。吸火式热气发动机的开式理论热力过程是：吸入热气(火焰)—定容冷却—等温放热收缩—排出乏气。吸火式热气发动机采用固定缸体，并采用活动阀门为动力活塞对固定缸体内进行配气，活动阀门的急停运动的撞击加速度大，限制了发动机转速，且伴随有噪音；吸火口和排气口的开闭通过同一个活动阀门控制实现并轮流使用，排气时会排出部分带火焰的热气，导致热能流失。
发明内容
本发明提供了一种吸火式转子发动机，以解决现有吸火式热气发动机，活动阀门的急停运动的撞击加速度大，限制了发动机转速，且伴随有噪音；吸火口和排气口的开闭通过同一个活动阀门控制实现并轮流使用，排气时会排出部分带火焰的热气，导致热能流失的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种吸火式转子发动机，包括固定于发动机基座上并用于作为外转子发动机的内支架的固定偏心轴以及套设于固定偏心轴外并用于转动做功的外转子机构，固定偏心轴通过轴承支承外转子机构，外转子机构包括五角内转子以及外机匣转子，外机匣转子转动带动外机匣转子型腔内的五角内转子在外机匣转子型腔内作展成运动；五角内转子与外机匣转子有转速差，五角内转子与外机匣转子之间形成多个用于随五角内转子与外机匣转子的相对转动容腔容积大小呈周期性变化的月牙形变化容积腔，外机匣转子的第一端面设有用于月牙形变化容积腔容积变大过程中将带火焰的热气吸入月牙形变化容积腔内的吸火口，外机匣转子的第二端面设有用于月牙形变化容积腔容积变小过程中将月牙形变化容积腔内降温后的乏气排出的排气口；吸火口、月牙形变化容积腔和排气口三者一一对应布设。
进一步地，吸火口处于月牙形变化容积腔变化为最大容积状态时的第一端面外露壁体上；排气口处于月牙形变化容积腔变化为最小容积状态时的第二端面外露壁体上。
进一步地，外机匣转子为旋转对称结构，外机匣转子包括气缸、封盖于气缸前端的排气端盖以及封盖于气缸后端的吸火端盖，吸火端盖形成的端面为外机匣转子的第一端面，吸火口均匀排布于吸火端盖的端面上，排气端盖形成的端面为外机匣转子的第二端面，排气口均匀排布于排气端盖的端面上。
进一步地，吸火端盖附近设有用于将吸入的带火焰热气导入到相应的吸火口的火焰导流罩，排气端盖附近设有用于收集排放的乏气的乏气收集罩；火焰导流罩和乏气收集罩固接于固定偏心轴上。
进一步地，火焰导流罩的输入端连有用于将带火焰的热气引向火焰导流罩并与散发在外机匣转子表面的热量进行热交换以提高导入热气的热量的引气斗；乏气收集罩的输出端连有用于将排气口排出的乏气回收并将乏气热量引向引气斗进行热量回收的回气回热管。
进一步地，固定偏心轴通过花键机械连接在发动机基座的安装节上；固定偏心轴内具有用于引入润滑油的空气道。
进一步地，气缸外设有用于加快气缸内腔散热的散热片，散热片上设有用于为散热片提供喷淋水以加快散热片散热的喷淋水冷装置以及用于收集使用后的废水的收集装置。
进一步地，外机匣转子与五角内转子的转速比为5：4，五角内转子与外机匣转子的型腔配合形成五个隔离的月牙形变化容积腔。
进一步地，固定偏心轴通过固定偏心轴外表面的外齿轮啮合于五角内转子内表面的内齿圈上，内齿圈与外齿轮之间的位置之差为齿轮中心距，齿轮中心距由固定偏心轴的偏心距保证；五角内转子偏心设于外机匣转子的型腔中，五角内转子在外机匣转子的型腔中作展成运动；五角内转子和外机匣转子的转动方向相同，且处于同一根固定偏心轴上；五角内转子外表面开设有用于将吸入的带火焰热气分配到相应月牙形变化容积腔内的吸火配气槽以及用于将相应月牙形变化容积腔内的乏气引导排出的排气配气槽。
根据本发明的另一方面，还提供了一种无人机，其包括上述吸火式转子发动机，无刷电动机通过皮带传动连接并起动吸火式转子发动机，由吸火式转子发动机驱动无刷电动机发电和/或驱动螺旋桨产生推力。
本发明具有以下有益效果：
本发明吸火式转子发动机，既利用了吸火式热气发动机的原理，直接吸入高温燃气，简化了斯特林发动机的高温传热过程，使开放气室容积增加的过程中气压接近大气压强；又利用了转缸发动机散热性能良好的特点，利用在空气中高速旋转的散热片冷却封闭空间的热气，使封闭空间容积缩小的过程中气压小于大气压强。结构简单，只需要很少的附件，容易制造和维护。
平衡性优越，有自转运动的外转子缸体组件和五角转子组件，没有往复运动活塞，没有摆动的连杆，没有旋转的曲轴，没有不平衡惯性力且分区吸进热气——散热——排出乏气，热力性能比吸火式活塞式热气发动机有了显著提升。扭矩比普通的吸火式热气发动机和常压封闭式斯特林发动机高，因为在吸火式转子发动机中燃气吸入后，已经转移到了缸体的低温区并良好地封闭起来，高温气体与缸壁的相对速度也高，内部辐射和对流传热系数较高，外部冷却空气与散热片的相对速度也高，外部对流传热系数较高，能较快地冷却气体，产生较大的真空度。
热能利用率高，由于吸火口和排气口分开，工质单向流动，换气率高、温差大。火焰不会被排气吹散，绝大部分被吸入发动机。普通斯特林发动机的外露火焰的外焰一部分直接流入周围的冷却空气中，热短路损失大。实际上吸火式转子发动机吸入常压高温(100℃以上)水蒸气，在气缸内封闭冷凝，也会产生真空度而驱动气缸旋转。
吸火式转子发动机工作气压低，无暴发力，可采用薄壁结构的缸体和缸盖。既减小热阻，提高了热流量，又减轻了结构重量。可以与外转子无刷电动机同轴组合或机械传动，扭矩匹配，结构紧凑，很好地解决发动机电起动和发电及冷却问题。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的吸火式转子发动机的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的吸火端盖部位的结构示意图；
图3是本发明优选实施例的排气端盖部位的结构示意图；
图4是本发明优选实施例的回气回热系统的结构示意图；
图5是本发明优选实施例的火焰导流罩部分的结构示意图。
图例说明：
1、固定偏心轴；2、外转子机构；201、五角内转子；202、外机匣转子；2021、气缸；2022、排气端盖；2023、吸火端盖；3、月牙形变化容积腔；4、吸火口；5、排气口；6、火焰导流罩；7、吸火配气槽；8、乏气收集罩；9、引气斗；10、回气回热管；11、空气道；12、散热片；13、喷淋水冷装置；14、排气配气槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本发明优选实施例的吸火式转子发动机的结构示意图；图2是本发明优选实施例的吸火端盖部位的结构示意图；图3是本发明优选实施例的排气端盖部位的结构示意图；图4是本发明优选实施例的回气回热系统的结构示意图；图5是本发明优选实施例的火焰导流罩部分的结构示意图。
如图1所示，本实施例的吸火式转子发动机，包括固定于发动机基座上并用于作为外转子发动机的内支架的固定偏心轴1以及套设于固定偏心轴1外并用于转动做功的外转子机构2，固定偏心轴1通过轴承支承外转子机构2，外转子机构2包括五角内转子201以及外机匣转子202，外机匣转子202转动带动外机匣转子202型腔内的五角内转子201在外机匣转子202型腔内作展成运动；五角内转子201与外机匣转子202有转速差，五角内转子201与外机匣转子202之间形成多个用于随五角内转子201与外机匣转子202的相对转动容腔容积大小呈周期性变化的月牙形变化容积腔3，外机匣转子202的第一端面设有用于月牙形变化容积腔3容积变大过程中将带火焰的热气吸入月牙形变化容积腔3内的吸火口4，外机匣转子202的第二端面设有用于月牙形变化容积腔3容积变小过程中将月牙形变化容积腔3内降温后的乏气排出的排气口5；吸火口4、月牙形变化容积腔3和排气口5三者一一对应布设。本发明吸火式转子发动机，外转子和内转子都作定轴旋转，偏心轴是固定的内支架。既利用了吸火式热气发动机的原理，直接吸入高温燃气，简化了斯特林发动机的高温传热过程，使开放气室容积增加的过程中气压接近大气压强；又利用了转缸发动机散热性能良好的特点，利用在空气中高速旋转的散热片冷却封闭空间的热气，使封闭空间容积缩小的过程中气压小于大气压强。吸火式转子发动机没有不平衡惯性力且分区吸进热气——散热——排出乏气，热力性能比吸火式活塞式热气发动机有了显著提升。做功频次高，扭矩均匀，外机匣转子202转动惯量大，不需要额外附加的飞轮，转速波动小。结构简单，只需要很少的附件，容易制造和维护。平衡性优越，有自转运动的外转子缸体组件和五角转子组件，没有往复运动活塞，没有摆动的连杆，没有旋转的曲轴，没有不平衡惯性力且分区吸进热气——散热——排出乏气，热力性能比吸火式活塞式热气发动机有了显著提升。扭矩比普通的吸火式热气发动机和常压封闭式斯特林发动机高，因为在吸火式转子发动机中燃气吸入后，已经转移到了缸体的低温区并良好地封闭起来，高温气体与缸壁的相对速度也高，内部辐射和对流传热系数较高，外部冷却空气与散热片的相对速度也高，外部对流传热系数较高，能较快地冷却气体，产生较大的真空度。热能利用率高，由于吸火口和排气口分开，工质单向流动，换气率高、温差大。火焰不会被排气吹散，绝大部分被吸入发动机。普通斯特林发动机的外露火焰的外焰一部分直接流入周围的冷却空气中，热短路损失大。实际上吸火式转子发动机吸入常压高温(100℃以上)水蒸气，在气缸内封闭冷凝，也会产生真空度而驱动气缸旋转。吸火式转子发动机工作气压低，无暴发力，可采用薄壁结构的缸体和缸盖。既减小热阻，提高了热流量，又减轻了结构重量。可以与外转子无刷电动机同轴组合或机械传动，扭矩匹配，结构紧凑，很好地解决发动机电起动和发电及冷却问题。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，吸火口4处于月牙形变化容积腔3变化为最大容积状态时的第一端面外露壁体上。排气口5处于月牙形变化容积腔3变化为最小容积状态时的第二端面外露壁体上。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，外机匣转子202为旋转对称结构。外机匣转子202包括气缸2021、封盖于气缸2021前端的排气端盖2022以及封盖于气缸2021后端的吸火端盖2023。吸火端盖2023形成的端面为外机匣转子202的第一端面，吸火口4均匀排布于吸火端盖2023的端面上。排气端盖2022形成的端面为外机匣转子202的第二端面，排气口5均匀排布于排气端盖2022的端面上。
如图1和图5所示，本实施例中，吸火端盖2023附近设有用于将吸入的带火焰热气导入到相应的吸火口4的火焰导流罩6。排气端盖2022附近设有用于收集排放的乏气的乏气收集罩8。火焰导流罩6和乏气收集罩8固接于固定偏心轴1上。
如图1和图4所示，本实施例中，火焰导流罩6的输入端连有用于将带火焰的热气引向火焰导流罩6并与散发在外机匣转子202表面的热量进行热交换以提高导入热气的热量的引气斗9。乏气收集罩8的输出端连有用于将排气口5排出的乏气回收并将乏气热量引向引气斗9进行热量回收的回气回热管10。
如图1所示，本实施例中，固定偏心轴1通过花键机械连接在发动机基座的安装节上。固定偏心轴1内具有用于引入润滑油的空气道11。吸火式转子发动机采用消耗式滑油润滑系统，从固定偏心轴1中心孔添加微量耐高温自润滑材料(含二硫化钼、石墨)和油脂。五角内转子201上的密封弹簧都采用小弹力，减少摩擦力，使低功率的发动机也可以顺利运转。
如图1和图4所示，本实施例中，气缸2021外设有用于加快气缸2021内腔散热的散热片12。散热片12上设有用于为散热片12提供喷淋水以加快散热片12散热的喷淋水冷装置13以及用于收集使用后的废水的收集装置。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，外机匣转子202与五角内转子201的转速比为5：4。五角内转子201与外机匣转子202的型腔配合形成五个隔离的月牙形变化容积腔3。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，固定偏心轴1通过固定偏心轴1外表面的外齿轮啮合于五角内转子201内表面的内齿圈上。内齿圈与外齿轮之间的位置之差为齿轮中心距，齿轮中心距由固定偏心轴1的偏心距保证。五角内转子201偏心设于外机匣转子202的型腔中，五角内转子201在外机匣转子202的型腔中作展成运动。五角内转子201和外机匣转子202的转动方向相同，且处于同一根固定偏心轴1上。五角内转子201外表面开设有用于将吸入的带火焰热气分配到相应月牙形变化容积腔3内的吸火配气槽7。五角内转子201外表面开设有用于将相应月牙形变化容积腔3内的乏气引导排出的排气配气槽14。
本实施例的无人机，包括上述吸火式转子发动机，无刷电动机通过皮带传动连接并起动吸火式转子发动机，由吸火式转子发动机驱动无刷电动机发电和/或驱动螺旋桨产生推力。
实施时，提供了一种吸火式转子发动机。该外燃发动机采用普通酒精灯或喷灯提供高温火焰。预热空气从高速旋转的气缸散热片边沿引来，故总压略高于大气压，可以保持安稳的火焰。机械结构采用转子发动机，将五角转子发动机的外壳(气缸组件)旋转，其内部的五角内转子201(内转子)与气缸2021(外转子)有转速差，固定偏心轴1作为内支架固定在发动机座上。由于径向密封条与气缸2021型面滑动接触，形成五个旋转的容积变化的气室(月牙形变化容积腔3)。每个气室(月牙形变化容积腔3)旋转到吸气位置时，五角内转子201边沿打开吸气口(吸火口4)，气室(月牙形变化容积腔3)容积最大时吸足了热气，吸气口(吸火口4)也关闭了，由于这段时间气室(月牙形变化容积腔3)内的气温高，密度低，故吸入的工质质量并不多，散热冷却过程已经开始。热气与镀银的气缸2021壁体接触，气温迅速降低，由于此时气室(月牙形变化容积腔3)封闭，气压也迅速降低，形成部分真空度，两个转子相对运动使气体容积收缩。在容积减小的后期，气压回升到接近于大气压，此时排气口5由五角内转子另一边沿开启，降温后的密度较高的乏气由排气口5冲出。由于容积机械地增加过程中气压高，容积机械地减少过程中气压低，工质散热并容积变化时就输出机械功。与其它吸火式热气动机或封闭式常压空气斯特林发动机一样，缸内最高气压只与大气压相当，但是强制旋转的外转子发动机的缸体的散热系数高于固定缸体式斯特林发动机(目前绝大多数斯特林发动机都是采用固定缸体和圆柱活塞)的散热系数，加上转子月牙容积的散热面容比大，吸火式转子发动机内会形成较高的真空度，故吸火式转子发动机做功能力稍强。另外固定缸体吸火式热气发动机的吸火口和排气口是同一个阀门控制的开口，轮流使用，因此排气时会吹走部分火焰；而本发明吸火式转子发动机的吸火口与排气口是分开的前后缸盖的开口，因此绝大部分火焰都会被利用。由于气缸2021缸内有五个控制容积和四个变容部位安排了四个吸火口4与四个排气口5，吸火式外转子每转一圈做功四次，做功频次高，扭矩均匀，缸体转动惯量大，不需要额外附加的飞轮，转速波动很小。
由于吸火式转子发动机工作气压低，没有爆发压力，结构强度问题不突出，密封条的泄漏量也不多，主要考虑机匣、进气口的耐高温问题。采用薄壁导热结构提高热气冷却速率能提高吸火式转子发动机的真空度和转速，因此可提高功率并减轻重量。铝合金比重低，导热性能良好，但是熔化点低(580～650℃)，故限制了可吸入的最高燃气温度。吸火式转子发动机的吸火口4在运动中会离开火焰而冷却，因此允许瞬时火焰温度超过1000℃，为安全起见，工作一分钟后要把火焰温度降到600℃以下。在高温区电镀铜合金(熔化点1080℃)可提高工作温度。对于地面使用的吸火式转子发动机，有条件淋水冷却的地方，可以持续地把水滴在旋转的气缸2021散热片12上，显著地加快缸内气体的冷却速度并保护缸体和缸盖不受高温损坏，功率也会上升。喷淋冷却生产热水可做其他用途。
控制燃料流量和火焰大小可以缓慢改变输出功率。无刷电动机可通过皮带传动起动吸火式转子发动机，然后由吸火式转子发动机驱动无刷电动机发电或驱动螺旋桨产生推力。由于工作气压低，吸火式转子发动机功重比不高，但预热空气利用了一部分气缸散发的热量和排气散热，回气回热系数高，原理上总热效率较高，故有可能用作固定翼无人机的辅助动力装置，在起飞和爬升阶段由无刷电动机和吸火式转子发动机共同做功发出最大起飞功率，达到巡航高度后吸火式转子发动机以低于额定功率的回热模式运转，维持飞行高度并给锂电池组缓慢充电。
从真空原理上分析计算，吸火式转子发动机疲弱乏力，但回热利用效率高而且可以利用外部的廉价热量，例如工业废热、太阳能，因此开发千瓦级的吸火式转子发动机可以达到实用要求，有良好的经济性能。根据初步设计一台2kw～8kw的吸火式转子发动机外径540mm，长度250mm，重量80kg以内。
吸火式转子发动机有以下优点：
1)该发动机的平衡性优越，有自转运动的外转子缸体组件和五角转子组件，没有往复运动活塞，没有摆动的连杆，没有旋转的曲轴。
2)该发动机的扭矩比普通的吸火式热气发动机和常压封闭式斯特林发动机高。因为在吸火式转子发动机中燃气吸入后，已经转移到了缸体的低温区并良好地封闭起来，高温气体与缸壁的相对速度也高，内部辐射和对流传热系数较高，外部冷却空气与散热片的相对速度也高，外部对流传热系数较高，能较快地冷却气体，产生较大的真空度。相比之下，普通的圆柱气缸内的燃气与缸壁的相对速度很低，固定气缸的外部冷却空气流场紊乱，不利于内外壁对流传热。
3)该发动机的热能利用率高。由于吸火口和排气口分开，工质单向流动，换气率高、温差大。火焰不会被排气吹散，绝大部分被吸入发动机。普通斯特林发动机的外露火焰的外焰一部分直接流入周围的冷却空气中，热短路损失大。实际上吸火式转子发动机吸入常压高温(100℃以上)水蒸气，在气缸内封闭冷凝，也会产生真空度而驱动气缸旋转。
4)可以试验燃烧多种气体或液体燃料，对于固体燃料(矿物和煤)和有灰烬的有机燃料(木柴秸杆干牛粪)可以通过热交换烟道生成干净的热空气解决污染发动机的问题。可以用燃烧废气和气缸排气的热量预热空气。回热循环使总热效率提高。
5)吸火式转子发动机工作气压低，无暴发力，可采用薄壁结构的缸体和缸盖。既减小热阻，提高了热流量，又减轻了结构重量。
6)发动机可以与外转子无刷电动机同轴组合或机械传动，扭矩匹配，结构紧凑，很好地解决发动机电起动和发电及冷却问题。
7)吸火式转子发动机采用消耗式滑油润滑系统，从偏心轴中心孔添加微量耐高温自润滑材料(含二硫化钼、石墨)和油脂。五角转子上的密封弹簧都采用小弹力，减少摩擦力，使低功率的发动机也可以顺利运转。
采用五角内转子201旋转产生变化容积。五角内转子201和气缸2021构成五个月牙形旋转变化的月牙形变化容积腔3，在气缸2021内有四处容积峰值。由于容积位置移动，可以设计出热气保温区和散热区，使热胀冷缩的压差增加，做功能力强。端面进气口用作吸火口，对面端盖排气口排气。由于外机匣转子202的缸体缸盖采用铝合金基体，在进气口和热气保温区喷涂热障层。端面排气口可以保证热气冷却收缩阶段的密封性，并隔离进气和排气过程。利用旋转对称的缸体高速旋转并与外部空气对流散热。使热气发动机的功率密度有所增加。因为热气发动机的功率受限于固体壁面的对流散热和热传导。全风冷旋转气缸可喷淋水冷，提高功率。总体的径向温度梯度是外冷内热，散热区呈圆环形。缸体外表是圆柱形，旋转起来也不占额外的空间，由于环形散热片粘附粘性空气，在外圆切向有特斯拉涡轮增压效应可利用。从缸体切向引入的微热空气扩散增压后输向排气回热器，温度达到200℃左右，在酒精喷灯中与燃料混合燃烧产生火焰，与部分排气掺混成500℃左右的热气，通过火焰导流罩进入吸火口。因此工作过程中不断地添加热量(新鲜空气和燃料化合生成)，大部分热空气带着热能在吸火口和排气口之间循环，回热率高。通过传动箱将两台或多台吸火式转子发动机组合成多缸机，空心的固定偏心轴两端固定支承，使总功率倍增。提高了吸火式热气发动机的单机功率、功重比和热效率。虽然吸火式转子发动机的平均有效工作气压低，但对结构强度的要求较低，结构轻量化，使用寿命长。直接吸火、直接在气缸内冷却的工作方式省去了专用的冷热交换器。可利用多种外部热源或太阳能，经济性好。高热效率的轻量化吸火式转子发动机和高放电系数的锂电池无刷电机组合可用作固定翼无人机的辅助动力装置。吸火式转子发动机节省了配气气缸、配气活塞、曲轴箱等零部件的重量，可望达到早期活塞式航空发动机的功重比水平(0.13～0.2kw/kg)。全风冷发动机，转速高，缸温高但气压低，不易发生拉缸、烧瓦、抱轴、卡死等故障。不用高压电点火，不用高压喷油嘴，燃料在常压低速气流中连续燃烧，熄火故障率低。结构简单，只需要很少的附件，容易制造和维护。外转子的旋转储蓄机械能多，储蓄热也多，转速波动小。发动机整机外形呈圆柱形，迎风面积小，由于平衡气缸旋转，振动水平非常低。运转噪音水平非常低。
设计中等排量的吸火式转子发动机，初步设计一台2～8kw的吸火式转子发动机外径540mm，长度250mm，重量80kg以内。偏心距E＝15mm，形状系数K＝15，缸体厚度150mm，单个气室吸火容积：1.722升。吸火侧的火焰导流罩和缸盖采用铁基高温合金，适应更高的吸火温度。气缸外沿引入微弱增压和预热的新鲜空气作为主燃气流；从排气口引回的热气(250～300℃)作为掺混气流。吸火式转子发动机预热运转起来以后再打开喷淋水阀门，使缸体快速均匀的冷却。控制水流量不要流失太多。采用滚动轴承，油脂润滑，简化润滑系统，提高机械效率和可靠性，延长使用寿命。还有无刷电调、无刷电机、传动皮带等可选附件。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种吸火式转子发动机，包括固定于发动机基座上并用于作为外转子发动机的内支架的固定偏心轴(1)以及套设于所述固定偏心轴(1)外并用于转动做功的外转子机构(2)，
所述固定偏心轴(1)通过轴承支承所述外转子机构(2)，
其特征在于，
所述外转子机构(2)包括五角内转子(201)以及外机匣转子(202)，
所述外机匣转子(202)转动带动所述外机匣转子(202)型腔内的所述五角内转子(201)在所述外机匣转子(202)型腔内作展成运动；
所述五角内转子(201)与所述外机匣转子(202)有转速差，
所述五角内转子(201)与所述外机匣转子(202)之间形成多个用于随所述五角内转子(201)与所述外机匣转子(202)的相对转动容腔容积大小呈周期性变化的月牙形变化容积腔(3)，
所述外机匣转子(202)的第一端面设有用于所述月牙形变化容积腔(3)容积变大过程中将带火焰的热气吸入所述月牙形变化容积腔(3)内的吸火口(4)，
所述外机匣转子(202)的第二端面设有用于所述月牙形变化容积腔(3)容积变小过程中将所述月牙形变化容积腔(3)内降温后的乏气排出的排气口(5)；
所述吸火口(4)、所述月牙形变化容积腔(3)和所述排气口(5)三者一一对应布设。
2.根据权利要求1所述的吸火式转子发动机，其特征在于，
所述吸火口(4)处于月牙形变化容积腔(3)变化为最大容积状态时的第一端面外露壁体上；
所述排气口(5)处于月牙形变化容积腔(3)变化为最小容积状态时的第二端面外露壁体上。
3.根据权利要求1所述的吸火式转子发动机，其特征在于，
所述外机匣转子(202)为旋转对称结构，
所述外机匣转子(202)包括气缸(2021)、封盖于所述气缸(2021)前端的排气端盖(2022)以及封盖于所述气缸(2021)后端的吸火端盖(2023)，
所述吸火端盖(2023)形成的端面为所述外机匣转子(202)的第一端面，所述吸火口(4)均匀排布于所述吸火端盖(2023)的端面上，
所述排气端盖(2022)形成的端面为所述外机匣转子(202)的第二端面，所述排气口(5)均匀排布于所述排气端盖(2022)的端面上。
4.根据权利要求3所述的吸火式转子发动机，其特征在于，
所述吸火端盖(2023)附近设有用于将吸入的带火焰热气导入到相应的所述吸火口(4)的火焰导流罩(6)，
所述排气端盖(2022)附近设有用于收集排放的乏气的乏气收集罩(8)；
所述火焰导流罩(6)和所述乏气收集罩(8)固接于所述固定偏心轴(1)上。
5.根据权利要求4所述的吸火式转子发动机，其特征在于，
所述火焰导流罩(6)的输入端连有用于将带火焰的热气引向所述火焰导流罩(6)并与散发在所述外机匣转子(202)表面的热量进行热交换以提高导入热气的热量的引气斗(9)；
所述乏气收集罩(8)的输出端连有用于将所述排气口(5)排出的乏气回收并将乏气热量引向所述引气斗(9)进行热量回收的回气回热管(10)。
6.根据权利要求3所述的吸火式转子发动机，其特征在于，
所述固定偏心轴(1)通过花键机械连接在发动机基座的安装节上；
所述固定偏心轴(1)内具有用于引入润滑油的空气道(11)。
7.根据权利要求3所述的吸火式转子发动机，其特征在于，
所述气缸(2021)外设有用于加快所述气缸(2021)内腔散热的散热片(12)，
所述散热片(12)上设有用于为所述散热片(12)提供喷淋水以加快散热片(12)散热的喷淋水冷装置(13)以及用于收集使用后的废水的收集装置。
8.根据权利要求1所述的吸火式转子发动机，其特征在于，
所述外机匣转子(202)与所述五角内转子(201)的转速比为5:4，
所述五角内转子(201)与所述外机匣转子(202)的型腔配合形成五个隔离的月牙形变化容积腔(3)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的吸火式转子发动机，其特征在于，
所述固定偏心轴(1)通过所述固定偏心轴(1)外表面的外齿轮啮合于五角内转子(201)内表面的内齿圈上，内齿圈与外齿轮之间的位置之差为齿轮中心距，齿轮中心距由所述固定偏心轴(1)的偏心距保证；
所述五角内转子(201)偏心设于所述外机匣转子(202)的型腔中，所述五角内转子(201)在所述外机匣转子(202)的型腔中作展成运动；
所述五角内转子(201)和所述外机匣转子(202)的转动方向相同，且处于同一根所述固定偏心轴(1)上；
所述五角内转子(201)外表面开设有用于将吸入的带火焰热气分配到相应所述月牙形变化容积腔(3)内的吸火配气槽(7)以及用于将相应所述月牙形变化容积腔(3)内的乏气引导排出的排气配气槽(14)。
10.一种无人机，其特征在于，
包括权利要求1至9中任一项所述的吸火式转子发动机，
无刷电动机通过皮带传动连接并起动吸火式转子发动机，由吸火式转子发动机驱动无刷电动机发电和/或驱动螺旋桨产生推力。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 412002 Dong Jiaduan, Zhuzhou, Hunan Applicant after: China Hangfa South Industrial Co. Ltd. Address before: 412002 Dong Jiaduan, Zhuzhou, Hunan Applicant before: China Southern Airlines Industry (Group) Co., Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |