CN107061316B - 超导磁旋转叶轮及流体推进器 - Google Patents

Abstract

本发明提供超导磁旋转叶轮及流体推进器，涉及航空航天、航海设备技术领域，超导磁旋转叶轮包括至少一个叶轮单元，叶轮单元包括涡轮叶轮和设置在涡轮叶轮外周的磁力发生器线圈；涡轮叶轮上设置有合金磁钢，涡轮叶轮中部设置用于流体通过的第一导流通孔，解决现有有轴叶轮能耗大技术问题；流体推进器包括超导磁旋转叶轮，还包括燃烧室、导流涡轮扇叶和列瀑喷射区域，燃烧室为环形壳体，超导磁旋转叶轮的第一导流通孔较小一侧固定设置在燃烧室一个端面上，燃烧室另一个端面中心固定设置有导流涡轮扇叶，导流涡轮扇叶远离燃烧室的一侧设置有列瀑喷射区域；燃烧室靠近列瀑喷射区域一侧设置有燃烧口，提高流体推进器的效率，节省能耗，减少成本。

Description

超导磁旋转叶轮及流体推进器

技术领域

本发明涉航天及航海设备的技术领域，尤其是涉及超导磁旋转叶轮及流体推进器。

背景技术

目前，推进器一般用来提供动力、提高速度，在航海航空，船舶，汽车等领域有广泛应用，它是通过旋转叶片或喷气(水)来产生推力的，现有技术中常见的是螺旋桨推进器、喷水推进器、矢量推进器等，上述各推进器大多使用螺旋桨或涡轮叶片等采用主轴传递能量，即螺旋桨或涡轮叶片固定套接在主轴上，螺旋桨、涡轮叶片等即可随主轴的转动而旋转，实现能量的传递，然而，此种带有主轴的流体推进器要求具有高耐温性能的材料，且由于主轴旋转具有惯性作用，导致能量消耗较大，为了改善现有技术的叶轮旋转能耗大、推进器能耗大的技术问题，亟需一种新型流体推进器，用来替换具有主轴的推进器。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种超导磁旋转叶轮，以减少现有技术中存在的叶轮旋转过程的能耗大且生产成本高的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种流体推进器，以解决和改善现有的流体推进器功效低、能耗大的技术问题。

本发明提供的一种超导磁旋转叶轮，包括至少一个叶轮单元，所述叶轮单元包括涡轮叶轮和设置在所述涡轮叶轮外周的磁力发生器线圈；所述涡轮叶轮上设置有合金磁钢，所述涡轮叶轮的中部设置有用于流体通过的第一导流通孔。

需要说明的是，本发明的涡轮叶轮为内部设置有叶片的环形叶轮；本实施例的涡轮叶轮的中部设置有贯穿的第一导流通孔，即涡轮叶轮为中空的结构，第一导流通孔形成涡轮叶轮中流体流通的通道，即导流通道。

进一步的，所述第一导流通孔为喇叭形导流通孔，所述喇叭形导流通孔的用于流体流入的入口的一端的口径大于用于流体流出的出口的一端的口径。

进一步的，所述叶轮单元设置有多个，多个所述叶轮单元由上及下同轴间隔设置。

进一步的，每两个相邻的叶轮单元之间设置有用于增压固定的固定叶轮，固定叶轮的叶片的安装角度与蜗轮叶轮的叶片的安装角度呈相反方向设置，固定叶轮的中间设置有与第一导流通孔相重合的第二导流通孔。

进一步的，每个所述叶轮单元中，所述涡轮叶轮与所述磁力发生器线圈之间设置有支承滚珠圈。

需要说明的是，支承滚珠圈用于支撑涡轮叶轮转动时与磁力发生器线圈的摩擦，减少能量损耗。

进一步的，还包括外壳，所述磁力发生器线圈固定设置在所述外壳的内壁；

所述外壳的顶部和底部均设置有与所述涡轮叶轮的喇叭形导流通孔相适配的外壳入口和外壳出口；

还包括电源和控制系统，所述电源连接所述控制系统，所述控制系统连接所述磁力发生器线圈。

本发明提供的一种流体推进器，包括上述的超导磁旋转叶轮，还包括燃烧室、导流涡轮扇叶和列瀑喷射区域，所述燃烧室为环形壳体，所述超导磁旋转叶轮的第一导流通孔较小的一侧固定设置在所述燃烧室的一个端面上，所述燃烧室的另一个端面的中心固定设置有所述导流涡轮扇叶，所述导流涡轮扇叶远离所述燃烧室的一侧设置有列瀑喷射区域；所述燃烧室靠近所述列瀑喷射区域的一侧设置有燃烧口。

进一步的，所述燃烧室为环形等离子燃烧室；

所述超导磁旋转叶轮的底部与所述燃烧室之间通过隔热板间隔设置。

进一步的，所述导流涡轮扇叶包括旋转轴和在旋转轴上沿圆周均匀设置的多个叶片，每个所述叶片相对所述旋转轴的轴端面倾斜设置，并且，每个所述叶片在叶片长轴方向上设置为弧形面。

进一步的，所述涡轮叶轮为多级流体增压涡轮叶轮；

所述磁力发生器线圈为变频超导磁发生器线圈或自供电发电线圈。

本发明提供的一种超导磁旋转叶轮，采用中空的涡轮叶轮外部套设有磁力发生器线圈的结构，使用时，磁力发生器线圈的线圈连接电源，线圈通电后，电流产生磁场，同时生成磁力，此时，磁力作用在设置有合金磁钢的涡轮叶轮上，涡轮叶轮的叶片开始旋转，同时，电源供电，促使涡轮叶轮循环转动，控制系统控制输入磁力发生器线圈的电流大小和方向、电压大小和频率大小，增加磁力的大小，进而涡轮叶轮在磁力方向和大小改变的同时，涡轮叶轮的叶片旋转速度加快，在第一导流通孔形成增压区域，将流体由第一导流通孔孔径较大的一侧向孔径较小的一侧压出，即超导磁旋转叶轮取代了传统的主轴涡扇式推动结构，采用超导磁无轴涡轮叶轮，电磁场能量转化系统，并且叶轮在旋转过程中，涡轮叶轮的中部导流通道能够形成加压通道，促进流体在该通道的流入与流出，增加流量流速，节省能源的浪费，节约生产成本。

本发明提供的一种流体推进器，采用上述无轴的超导磁旋转叶轮，其中，叶轮单元设置有多个，多个叶轮单元由上到下同轴间隔设置，使用时，涡轮叶轮连接电源，采用恒频或变频超导磁，电磁场能量转化系统，功效高流量大，当超导磁发生器线圈通电后，产生磁力，多个涡轮叶轮形成的导流通道整体也为喇叭形，涡轮叶轮的合金磁钢与磁力发生器线圈通电产生磁场的作用下，促使涡轮叶轮的叶片旋转，涡轮叶轮的旋转过程中，在每个导流通道形成不同压力的增压区域，且压力值由孔径较大的一端向孔径较小的一端逐渐增大，流体经过增压区域后，通过导流涡轮扇叶高速旋转，将气流增压方式压入列瀑喷射区域，增加了列瀑喷射，作为流体推进的速度加速度一部分动力，另外，通过多级涡轮叶轮气流压缩，达到燃电等离子燃烧气压要求，压入等离子燃烧室的燃烧口处通电，实现等离子的燃烧，等离子燃烧产生的巨大推力作为流体推进器的主要部分动力。综上，采用超导磁流体推进的动力输出装置为静止的磁体，这样就能大大提高船舶主机的功率级，不再受转动机械的功率限制，撤掉了以往的主轴，从而可制造出超大功率的高航速舰船；由于超导磁流体推进取消了常规的螺旋桨、喷水推进、泵喷灯转动机构，因而可大大降低由转动机构引起的噪声和振动，尤其在高速船舶中，螺旋桨推进不可避免地会产生空泡，空泡的产生不仅会引起船舶的振动，产生噪声，而且严重影响螺旋桨的推进效率，缩短使用寿命，而超导磁流体推进将不受此种危害，使舰船真正实现安静航行，同时，摩擦损失的减小使得效率进一步提高；本发明的磁流体推进器功效高能量大，适应于汽垫艇、浅滩船艇，利用轮圈形中空导流无轴多环形涡扇方法，使气流增大，压缩比相对较高，能效高，改善了传统流体推进器的能耗大、功效低的技术问题，采用多级超导磁叶轮气流压缩，达到燃电等离子燃烧气压要求，解决了零排放无污染问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的只有一个叶轮单元的超导磁旋转叶轮的结构示意图一；

图2为本发明实施例1提供的只有一个叶轮单元的超导磁旋转叶轮的结构示意图二；

图3为本发明实施例1提供的只有一个叶轮单元的超导磁旋转叶轮的结构示意图三；

图4为本发明实施例1提供的具有三个叶轮单元的超导磁旋转叶轮的结构示意图四；

图5为本发明实施例2提供的流体推进器的结构示意图四。

图标：

100-变频磁力发生器线圈；200-涡轮叶轮；300-支承滚珠圈；400-第一变频超导磁发生器线圈；500-第二变频超导磁发生器线圈；600-自供电发电线圈；700-第－环流体增压涡轮叶轮；800-第二环流体增压涡轮叶轮；900-第三环流体增压涡轮叶轮；1000-等离子燃烧室；1100-列瀑喷射区域；1200-导流涡轮扇叶；1300-固定叶轮；1400-导流通道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-4所示，本实施例提供的一种超导磁旋转叶轮，包括一个叶轮单元或者多个叶轮单元，叶轮单元包括涡轮叶轮200和设置在涡轮叶轮200外周的磁力发生器线圈100；涡轮叶轮200上设置有合金磁钢，涡轮叶轮200的中部设置有用于流体通过的第一导流通孔，需要说明的是，本实施例的超导磁旋转叶轮优选用于航海领域，其中，本实施例的涡轮叶轮为超导磁涡轮叶轮，优选的，涡轮叶轮200上设置有合金磁钢，磁力发生器线圈为变频磁力发生器线圈100或恒频磁力发生器线圈，变频磁力发生器线圈100和恒频磁力发生器线圈的供电来源均为控制器电源，优选的，本实施例的磁力发生器线圈为变频磁力发生器线圈100。

还需要说明的是，如图1所示，本实施例的涡轮叶轮200为内部设置有叶片的环形叶轮，本实施例的涡轮叶轮200的中部设置有第一导流通孔，即本实施例的涡轮叶轮200为中空的结构，中空的部分形成流体的导流通道1400。

具体的，本实施例的电源为蓄电池或充电电源，如电瓶，电瓶用于储备电能；当磁力发生器线圈100的线圈为顺时针向上缠绕时，线圈产生的磁力的方向与线圈缠绕的方向相反，即磁力的方向为向下的方向，如图4中箭头所指方向，磁力作用在带有合金磁钢的涡轮叶轮200的叶片上。

其中，如图1和图2所示，本实施例的超导磁旋转叶轮的第一导流通孔的入口和出口可以为孔径相互对称的结构，也可以是由第一导流通孔的入口到第一导流通孔的出口孔径逐渐增大或逐渐减小的结构。

优选的，如图2所示，第一导流通孔为喇叭形通孔，喇叭形通孔的孔径由上及下逐渐减小。

优选的，如图3所示，叶轮单元设置有多个，多个叶轮单元由上及下同轴间隔设置。

具体的，每两个相邻的叶轮单元之间设置有用于增压固定的固定叶轮1300，固定叶轮1300的叶片的安装角度与蜗轮叶轮200的叶片的安装角度呈相反方向设置，固定叶轮1300的中间设置有与第一导流通孔相重合的第二导流通孔。

具体的，每个叶轮单元中，涡轮叶轮200与磁力发生器线圈之间设置有支承滚珠圈300。

需要说明的是，支承滚珠圈300用于缓解涡轮叶轮200转动时与变频磁力发生器线圈100的摩擦，减少能量损耗。

具体的，还包括外壳，磁力发生器线圈100固定设置在外壳的内壁。

外壳的顶部和底部均设置有与涡轮叶轮200的喇叭形通孔相适配的外壳入口和外壳出口。

还包括电源和控制系统，电源连接控制系统，控制系统连接磁力发生器线圈。

需要说明的是，如图4所示，当由箭头所指方向俯视本实施例的结构时，变频磁力发生器线圈100的线圈为顺时针向上缠绕，磁力如箭头所指的方向，此时涡轮叶轮200由于磁力的相互作用，进而促使涡轮叶轮200叶片的旋转，此时，由于第一导流通孔形成的不同增压区域，将水流由涡轮叶轮200开口较大的一端压入，并由涡轮叶轮200通道开口较小的一端压出，磁力作用促使涡轮叶轮200的叶片旋转，随着控制系统不断改变电流、电压和频率，磁力不断增大，促使涡轮叶轮200的旋转速度不断增大，随着涡轮叶轮200的旋转速度的增加，涡轮叶轮200的喇叭形通孔内形成增压带，进一步加快水流的压出。

本实施例提供的一种超导磁旋转叶轮，变频磁力发生器线圈100连接控制系统，控制系统连接电源，控制系统可以安装在与本实施例的涡轮叶轮200固定连接的元件上，如外壳的内壁上，控制系统用于控制数据大小，即电流大小、电压大小和频率大小，流入变频磁力发生器线圈100的电流大小及方向不同、电压不同、电流频率的不同，会导致磁力发生器线圈100周围产生的磁力大小不同以及方向不同，磁力作用在涡轮叶轮200的叶片上，磁力的相互作用促使涡轮叶轮200的叶片旋转，控制系统控制输入变频磁力发生器线圈100的电流大小、电压大小和频率大小，增加磁力的大小，进而涡轮叶轮200的叶片的旋转速度加快，在第一导流通孔形成增压区域，将流体由第一导流通孔孔径较大的一侧向孔径较小的一侧压出，通过提高电流大小，增加电流频率，提高水流流入涡轮叶轮200通道的速度，优选用于航海领域的流体推进器，实现航海领域的快速推进，还能避免由于现有技术的转轴的惯性转动造成的能量损耗。即超导磁旋转叶轮取代了传统的主轴涡扇式推动结构，采用超导磁无轴涡轮叶轮，电磁场能量转化系统，并且涡轮叶轮200在旋转过程中，涡轮叶轮200的中部导流通道1400能够形成加压通道，促进流体在该通道的流入与流出，增加流速，节省能源的浪费，节约生产成本。

实施例2

本实施例提供的一种流体推进器，如图5所示，不仅包括上述的超导磁旋转叶轮的全部技术特征，还包括燃烧室、导流涡轮扇叶1200和列瀑喷射区域1100，燃烧室为环形壳体，涡轮叶轮200为超导磁旋转叶轮，该叶轮的第一导流通孔较小的一侧固定设置在燃烧室的一个端面上，燃烧室的另一个端面的中心固定设置有导流涡轮扇叶1200，导流涡轮扇叶1200远离燃烧室的一侧设置有列瀑喷射区域1100；燃烧室靠近列瀑喷射区域1100的一侧设置有燃烧口。具体的，燃烧室为环形的等离子燃烧室1000。

超导磁旋转叶轮的底部与燃烧室之间通过隔热板间隔设置。

需要说明的是，采用等离子燃烧增加流体推进器的推力，不需要考虑材料的耐高温性能，同时提高了功效。

具体的，导流涡轮扇叶1200包括旋转轴和在旋转轴上沿圆周均匀设置的多个叶片，每个叶片相对旋转轴的轴端面倾斜设置，并且，每个叶片在叶片长轴方向上设置为弧形面。

具体的，涡轮叶轮200为多级环流体增压涡轮叶轮。

磁力发生器线圈100为变频超导磁发生器线圈或自供电发电线圈600。

需要说明的是，本实施例的流体推进器优选用于航空航天领域，包括三个叶轮单元，分别为第一叶轮单元、第二叶轮单元和第三叶轮单元，第一叶轮单元包括第一变频超导磁发生器线圈400和第－环流体增压涡轮叶轮700；第二叶轮单元包括第二变频超导磁发生器线圈500和第二环流体增压涡轮叶轮800；第三叶轮单元包括自供电发电线圈600和第三环流体增压涡轮叶轮900；控制系统连接电瓶，电瓶连接自供电发电线圈600，电瓶内储存自供电发电线圈600产生的电能，控制系统首先控制电瓶向第一变频超导磁发生器线圈400输入电能，磁力推动气流由大口径一侧压入喇叭形通孔内；控制系统继续控制电瓶向第二变频超导磁发生器线圈500输入电能，通过磁力推动第二环流体增压涡轮叶轮200，把压缩气流进一步压入，第三环流体增压涡轮叶轮900转动，由于导流涡轮扇叶1200的叶片本身为弧形面，且每片导流涡轮扇叶1200的叶片相对旋转轴的轴端面倾斜设置，能够使导流涡轮扇叶1200旋转过程中，将气流增压方式压入列瀑喷射区域1100，并产生极大的推力，等离子燃烧室1000设置有燃烧口，等离子燃烧室1000的燃烧口通过高压电线与控制系统连接，控制系统控制输入到燃烧口的电能，在燃烧口产生电弧线，实现等离子体的燃烧，并为本实施例的流体推进器增加燃烧推力。

本实施例提供的一种流体推进器，采用上述无轴的超导磁旋转叶轮，其中，叶轮单元设置有多个，多个叶轮单元由上到下同轴间隔设置，使用时，涡轮叶轮200连接电源，采用恒频磁力发生器线圈或变频磁力发生器线圈100，优选的，为变频磁力发生器线圈100，电磁场能量转化系统，功效高流量大，当变频磁力发生器线圈100通电后，产生磁力，多个涡轮叶轮200形成的导流通道1400整体也为喇叭形，涡轮叶轮200的叶片在磁力的相互作用下旋转，涡轮叶轮200的加速旋转过程中，在每个导流通道1400形成不同压力的增压区域，且压力值由孔径较大的一端向孔径较小的一端逐渐增大，流体经过增压区域后，通过导流涡轮扇叶1200高速旋转，将气流增压压入列瀑喷射区域1100，作为流体推进的一部分动力，另外，等离子燃烧室1000的燃烧口处通电，实现等离子的燃烧，等离子燃烧产生的推力作为流体推进器的另一部分动力。综上，采用超导磁流体推进的动力输出装置为静止的磁体，这样就能大大提高船舶主机的功率级，不再受转动机械的功率限制，撤掉了以往的主轴，从而可制造出超大功率的高航速舰船；由于超导磁流体推进取消了常规的螺旋桨、喷水推进、泵喷灯转动机构，因而可大大降低由转动机构引起的噪声和振动，尤其在高速船舶中，螺旋桨推进不可避免地会产生空泡，空泡的产生不仅会引起船舶的振动，产生噪声，而且严重影响螺旋桨的推进效率，缩短使用寿命，而超导磁流体推进将不受此种危害，使舰船真正实现安静航行，同时，摩擦损失的减小使得效率进一步提高；本实施例的磁流体推进器功效高能量大，适应于汽垫艇、浅滩船艇，利用轮圈形中空导流无轴的涡轮叶轮200，以及多个叶轮单元的多环形涡扇方法，使气流增大，压缩比相对较高，能效高，改善了传统流体推进器的能耗大、功效低的技术问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种流体推进器，包括至少一个叶轮单元、燃烧室、导流涡轮扇叶和列瀑喷射区域；所述叶轮单元包括涡轮叶轮和设置在所述涡轮叶轮外周的磁力发生器线圈；所述涡轮叶轮上设置有合金磁钢，所述涡轮叶轮的中部设置有用于流体通过的第一导流通孔；

所述第一导流通孔为喇叭形导流通孔，所述喇叭形导流通孔的用于流体流入的入口的一端的口径大于用于流体流出的出口的一端的口径；

每两个相邻的叶轮单元之间设置有用于增压固定的固定叶轮，固定叶轮的叶片的安装角度与蜗轮叶轮的叶片的安装角度呈相反方向设置，固定叶轮的中间设置有与第一导流通孔相重合的第二导流通孔；

所述燃烧室为环形壳体，超导磁旋转叶轮的第一导流通孔较小的一侧固定设置在所述燃烧室的一个端面上，所述燃烧室的另一个端面的中心固定设置有所述导流涡轮扇叶，所述导流涡轮扇叶远离所述燃烧室的一侧设置有列瀑喷射区域；

所述燃烧室靠近所述列瀑喷射区域的一侧设置有燃烧口；

所述燃烧室为环形等离子燃烧室；

所述超导磁旋转叶轮的底部与所述燃烧室之间通过隔热板间隔设置；

所述涡轮叶轮为多级流体增压涡轮叶轮；

多个所述涡轮叶轮形成的导流通道整体为喇叭形。

2.根据权利要求1所述的流体推进器，其特征在于，所述导流涡轮扇叶包括旋转轴和在旋转轴上沿圆周均匀设置的多个叶片，每个所述叶片相对所述旋转轴的轴端面倾斜设置，并且，每个所述叶片在叶片长轴方向上设置为弧形面。

3.根据权利要求1或2所述的流体推进器，其特征在于，

所述磁力发生器线圈为变频超导磁发生器线圈或自供电发电线圈。

4.一种超导磁旋转叶轮，用于权利要求1-3中任一所述的一种流体推进器，其特征在于，包括：至少一个叶轮单元，所述叶轮单元包括涡轮叶轮和设置在所述涡轮叶轮外周的磁力发生器线圈；所述涡轮叶轮上设置有合金磁钢，所述涡轮叶轮的中部设置有用于流体通过的第一导流通孔；

所述第一导流通孔为喇叭形导流通孔，所述喇叭形导流通孔的用于流体流入的入口的一端的口径大于用于流体流出的出口的一端的口径；

每两个相邻的叶轮单元之间设置有用于增压固定的固定叶轮，固定叶轮的叶片的安装角度与蜗轮叶轮的叶片的安装角度呈相反方向设置，固定叶轮的中间设置有与第一导流通孔相重合的第二导流通孔。

5.根据权利要求4所述的超导磁旋转叶轮，其特征在于，所述叶轮单元设置有多个，多个所述叶轮单元由上及下同轴间隔设置。

6.根据权利要求4所述的超导磁旋转叶轮，其特征在于，每个所述叶轮单元中，所述涡轮叶轮与所述磁力发生器线圈之间设置有用于支撑旋转叶轮的支承滚珠圈。

7.根据权利要求6所述的超导磁旋转叶轮，其特征在于，还包括外壳，所述磁力发生器线圈固定设置在所述外壳的内壁，所述外壳的顶部和底部均设置有与所述涡轮叶轮的喇叭形导流通孔相适配的外壳入口和外壳出口。