CN108138570B - 旋转脉冲爆震发动机，包括其的发电系统，及其制造和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种发动机、发电系统、及其制造和使用的方法。所述发动机包括：配置用于引爆燃料并围绕从所述爆震和/或燃烧室伸出的中心转轴旋转的爆震和/或燃烧室、配置用于提供所述燃料到所述室的燃料供应入口、配置用于供应空气到所述室的空气供应通道、至少两个从所述室径向伸出的旋转臂并配置用于排出由引爆所述室中燃料产生的气体和提供旋转推力和/或力、以及配置用于接收至少一部分所述旋转推力和/或力的机械功单元。每个所述旋转臂具有在其末端的排气喷嘴，所述排气喷嘴处于或具有配置用于提供所述旋转推力和/或力的角度。

Description

旋转脉冲爆震发动机，包括其的发电系统，及其制造和使用 方法
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2015年6月8日的62/172,560号、申请日为2015年10月21日的62/285,174号美国临时专利申请和申请日为2016年2月18日的15/046,965号美国专利申请的权益，其中的每一个通过引用并入本文，犹如在本文进行完整阐述一样。
技术领域
本发明通常涉及的领域为爆震和/或燃烧发动机。更具体地，本发明的实施方式涉及一种新的旋转脉冲爆震和/或燃烧发动机，包括其的发电系统、及其制造和使用方法。
背景技术
传统的煤和油燃烧仍然作为主要能量来源来发电和驱动汽车以及现代喷气机。然而，这些技术导致空气污染和全球变暖。
在传统的喷射发动机中，空气被压缩机压缩并减速，然后在进入燃烧室之前与燃料混合。来自燃烧反应的热产物于是驱动与该压缩机共轴的涡轮机。所述热产物通过喷嘴聚集并加速喷出喷嘴，从而产生向前的动力。喷射发动机的净推力是发动机内压力和动量交换的结果。这些交换中的部分产生向前的力，但是部分产生向后的或反向的力。主要的向后的力取决于用于驱动涡轮机的能量。因此，能量的一部分为了喷射发动机的推力被遗弃。
脉冲喷射发动机，脉冲爆震发动机，和其它类似类型的发动机具有至少大体上简单且有效的内燃机。这类发动机在过去的70年受到注意。通常，在传统的脉冲发动机和爆震发动机中，一根管从燃烧室伸出，其引起反作用冲击波。
脉冲喷射发动机现今被用于无人驾驶飞机，飞行控制线模式的飞行器，无线电控制的飞行器，雾发生器，工业干燥和家庭加热设备。脉冲爆震发动机(PDE)标志着一种朝向非连续的喷射发动机新方案，并至少在非常高的速度下，相比于涡轮扇喷射发动机可能具有更高的燃料效率。目前，普惠和通用电气公司具有活跃的脉冲爆震发动机研究计划。大部分脉冲爆震发动机研究计划早在设计阶段就使用脉冲喷射发动机来测试各种创意。波音公司拥有专有的脉冲喷射发动机技术，称为脉冲喷射器推力增强器(PETA)。因为噪音和振动，这些发动机相对难以整合到商用载人飞机的设计中，尽管它们适合于规模较小的无人驾驶车辆。尽管脉冲爆震发动机已经被考虑用于提供推进力超过70年，还没有投入大量生产的实用脉冲爆震发动机。
通常，涡轮发动机已经被用于推进交通工具(例如，喷气式飞机)还被用于产生工业电力和中心电力。典型地，涡轮发动机包括顺序设置的压缩器、燃烧室、以及涡轮。流入的空气在压缩机中被压缩至高压，并在高速和高压下送入燃烧室中，在燃烧室中空气与燃料混合并燃烧以产生热的、已增压的气体流，该气体流进入涡轮机部段并在其中膨胀和驱动涡轮机。该涡轮机将气体的能量(例如，焓)转换为驱动压缩机以及(可选地)其它耦合至该气体涡轮机的装置的机械功。
图1A示出了一种传统的涡轮发动机100，其通常被用在飞机中和用于发电。图1A的燃气涡轮发动机100包括用于增加(例如，从进气口112)流入的气体的压力和温度的压缩机部段114(其可以具有多级)；具有多个位于发动机周边附近的燃烧室的燃烧部段或室116，燃料在其中被点燃以进一步增加流入的气体的温度和压力；以及涡轮机部段118，热的、已增压的气体在涡轮机部段中传递至排气口120以驱动涡轮机的转子并产生机械能以使涡轮机的中心轴旋转并发电和/或产生推力。
尽管最近的技术进步使得能够利用更小、更轻的燃气涡轮机，这比其他类型发动机(例如，内燃机)效率更高且污染更少，但燃气涡轮机的效率仍然能够被提高。例如，常规的以天然气为燃料的涡轮发电机仅能将25％至35％之间的天然气热值转换为可用的电。此外，常规发动机携带有沉重的燃料和氧化剂负载。而且，常规发动机一般要求特定类型的燃料。因此，需要效率更高和/或适应性更强的涡轮技术来推进交通工具以及产生能量和/或电。
图1B示出了一种常规的火箭发动机130，包括翅片132、鼻锥135、有效载荷或有效载荷系统140、制导系统145、燃料箱150、氧化剂箱160、分别从燃料箱150和氧化剂箱160输送燃料和氧化剂的泵165、以及具有喷口175的燃烧室170。燃烧室170中的燃料利用氧化剂燃烧产生推力以将(例如，有效载荷系统/存储区域140中的)有效载荷移动一长段距离。然而，燃料和氧化剂必须存储于火箭外壳之内，且燃料和氧化剂的重量需要更多的燃料和氧化剂(例如，以便移动燃料和氧化剂)，并降低了发动机的效率。
本“背景技术”部分仅用于提供背景信息。本“背景技术”部分中的陈述不是对本“背景技术”部分中公开的主题构成本公开的现有技术的承认，且本“背景技术”部分中的任何部分都不应视为承认本申请的任何部分(包括本“背景技术”部分)构成本公开的现有技术。
发明内容
本发明涉及一种新的爆震和/或燃烧发动机，包括其的发电系统、及其制造和使用方法。本发明提供一种发动机，其有利地使用脉冲爆震来为马达产生旋转的驱动力。因此，该发动机相比于比传统内燃机可以具有更高的效率而磨损更小，而且因更小的磨损而具有更少的部件。而且，该发动机能够有效地利用爆震气体来驱动涡轮单元，其可以连接到从该发动机伸出的排气管道，从而可以增大净推力。
一方面，本发明涉及一种发动机，所述发动机包括：配置用于引爆燃料并围绕从爆震和/或燃烧室伸出的中心转轴旋转的所述爆震和/或燃烧室、配置用于提供所述燃料到所述室的燃料供应入口、配置用于供应空气到所述爆震和/或燃烧室的空气供应通道、至少两个从所述爆震和/或燃烧室径向伸出的旋转臂、以及配置用于接收至少一部分所述旋转推力和/或力的机械功单元。所述旋转臂配置用于排出由引爆所述室中燃料产生的气体并提供旋转推力和/或力。每个所述旋转臂具有在其末端的排气喷嘴。所述排气喷嘴处于或具有配置用于提供所述旋转推力和/或力的角度。
在本发明的示例性实施例中，所述发动机进一步包括一壳体，其大体上包围所述爆震和/或燃烧室和所述旋转臂。所述壳体包括至少一个从其伸出的排气管道。所述爆震和/或燃烧室可以包括内壁和外壁。所述内壁可以包括多个开口(其可以是间接开口)以在所述爆震和/或燃烧室内提供来自爆震气体的气流(例如，交叉气流、反向气流和/或旋转气流)。
在本发明的各种实施例中，所述发动机包括阀(例如，一个或多个单向阀)，其位于(a)所述空气供应通道和所述燃料入口中的至少一者与(b)所述爆震和/或燃烧室之间。在本发明的一些实施例中，所述发动机可以包括点火装置，其用于将爆震和/或燃烧室中的燃料点燃或引爆。
在本发明的示例性实施例中，每个所述旋转臂包括圆柱状或弯曲的管状臂。此外，每个所述旋转臂可以进一步包括金属片或箔，其附加或连接到每个所述旋转臂的上和下表面。所述金属片或箔的形状可以优化空气动力学功能和/或最小化空气阻力(例如，形成一个或多个翅片或形成螺旋桨的结构)。而且，每个所述旋转臂可以是隔热的，以避免和/或最小化能量损失。在各种实施例中，所述旋转臂彼此之间可以被360°/n相等地隔开，其中n等于所述径向臂的数量。例如，所述发动机可以包括至少四个旋转臂。在进一步的实施例中，所述喷嘴具有开口，该开口相对于一假象直线或角度成大约90°，该直线在旋转轴和喷嘴开口之间，该角度为相应的旋转臂从爆震和/或燃烧室伸出的角度。所述发动机也可以包括与所述旋转臂数量相等的若干个所述爆震和/或燃烧室。
在本发明的一些实施例中，所述发动机可以包括从中枢转轴接收旋转力或机械能量的发电机、马达、泵、或涡轮机。在本发明的示例性实施例中，所述发动机进一步包括涡轮单元，其包括一个或多个被所述爆震气体旋转的涡轮风扇。在后一情况下，所述发动机可以进一步包括与所述涡轮单元共轴的压缩机。所述压缩机压缩通过所述空气供应通道供应到所述爆震和/或燃烧室的空气。
本发明另一方面涉及一种将燃料转换为能量的方法，其包括通过空气供应通道将空气引入爆震和/或燃烧室，通过燃料供应入口将燃料引入爆震和/或燃烧室，引爆所述爆震和/或燃烧室中的燃料，通过多个从所述爆震和/或燃烧室径向伸出的旋转臂和位于每个旋转臂末端的排气喷嘴排出爆震气体，从而旋转所述旋转臂，并生成旋转推力和/或力，并将所述旋转推力和/或力转换为机械功或能量。
在本发明的各种实施例中，所述爆震气体可以通过至少一个壳体上的排气管道引，所述壳体包围或大体上包围所述爆震和/或燃烧室、旋转臂和所述喷嘴。在示例性实施例中，所述排气管道将爆震气体引导至涡轮单元。所述涡轮单元产生额外的机械功或能量。在本发明进一步的实施例中，所述方法包括通过压缩机压缩引入所述爆震和/或燃烧室的空气，所述压缩机从所述涡轮接收所述额外的机械功或能量。
在一些实施例中，所述爆震和/或燃烧室具有外壁和在其中具有多个开口的内壁。所述内壁中的多个开口在所述爆震和/或燃烧室内产生来自爆震气体的交叉气流、反向气流和/或旋转气流。在一些实施例中，每个所述排气喷嘴以一角度排出所述爆震气体,该角度与所述旋转轴到所述喷嘴开口之间的假想直线成大约90°，或者该角度为所述旋转臂中相应的一个从所述爆震和/或燃烧室伸出的角度。
在本发明的各种实施例中，用于引爆所述爆震和/或燃烧室中的燃料的脉冲频率可以通过阀来调节，该阀位于(i)所述爆震和/或燃烧室与(ii)所述空气供应通道和所述燃料入口中的至少一者之间。在本发明的一些实施例中，所述阀可以包括单向阀或止回阀，其通过在所述阀每一侧的相对压力下打开或关闭来将流体流流动限制到单一方向。
而且，本涡轮发动机可以适合于发电或其他机械驱动的应用(例如，研磨或地面交通工具)。例如，本发明有利地提供了一种能够用于常规发电的混合涡轮发动机。所述涡轮机的旋转轴可以用于驱动发电机。因此，所述新颖的涡轮机可以与常规发电系统相结合而不需要特别的设计改变或过度的费用。此外，所述新颖的混合涡轮机可以使用与常规涡轮机中所使用的相似的材料和部件来制造，并因此可以与常规涡轮机的制造成本大体上相同。而且，本发明能够导致基本上接近永续的能量而没有重大的污染或者环境影响。本发明通过最小化污染和全球变暖的影响，具有彻底改变经济和日常生活的潜能。
本发动机(其在示例性实施例中，可以被称为“旋转脉冲爆震发动机”[RPDE]，声型脉冲发动机)的优势是相对简单。而且，由于很少或没有活动部件的磨损，本发明相对容易维护并便于构建。本发动机具有成本与功能的卓越平衡，并且基于简单的设计，其表现相当好并且成本相对较低或者最低。本发动机对杂物不敏感并可以运行于各种各样不同种类的燃料。本旋转脉冲爆震发动机(RPDE)能够被容易地按比例增大或缩小，并能够被设置在一个或多个级和/或阵列中。
本旋转脉冲爆震发动机技术实现了低成本的发电(LEG)、超音速运输(SST)、以及垂直起降(VTOL)。因此，本发明有益于各行各业，比如发电、运输、航空和国防。例如，包括发电厂和移动式电站的LEG设施能够为工业和农业设备供电。本发明能够有助于提高通过风车发电的效率。此外，本发明有助于实现具有超音速和垂直起降能力的SST和VTOL飞行交通工具。而且，本发明实现了各种传统商业发电应用，比如供应电力到马达以驱动交通工具、船舶、以及各种机车，并为磨铣作业提供动力。本发明有利地从SST和VTOL应用中受益并扩展此能力来用于国防目的。
本RPDE优于传统脉冲爆震发动机(PDE)技术。例如，传统PDE技术通常是一种类型推进系统，其使用来自脉冲燃烧(例如，燃料和空气混合物的燃烧，随后被脉冲化)的爆震波。在爆震发动机中，燃料和空气输入到室中并混合以产生点火时易燃的混合物。生成的燃烧产生向各个方向的冲击波，其使调整好的共振腔中的压力升高到差不多超过传统发动机十倍的水平。在此压力下的燃烧气体通过各种出口和/或入口高速膨胀以产生推力。此脉冲冲击波通过自点火以一频率重复，例如，每分钟大约几千次循环。类似于以一定标准建造来产生特定谐波共振特性的铜管乐器，所述室大小和所述出口的大小之间的关系，所述出口的结构和位置，以及所述脉冲爆震发动机的入口的大小应当被优化(例如，合调)以实现PDE的成功运行。
相对于常规的火箭发动机，本发动机和方法的优势在于其制造和维修更简单也更容易，由于可以没有有效载荷，燃料和氧化剂箱可以位于包含燃烧室的同一壳体之外(这同样可以提高本发明的安全性)，并可以极大地提高效率。例如，由于包含燃烧/爆震室的壳体中的重量减少，摩擦力得以减少，并且发动机内部大气的稠密度得以降低，进一步地减小了本发动机中的转动阻力。因此，本发动机和方法能够贡献相对高比例的朝向的旋转力矩的推力。本发明的这些以及其他优势将通过下文对各种实施例的详细描述而变得显而易见。
附图说明
图1A是一种传统的涡轮发动机的剖视图。
图1B是一种传统火箭发动机的剖视图。
图2A是根据本发明的一个或多个实施例的示例性旋转脉冲爆震发动机的剖视图。
图2B是图2A的示例性发动机的俯视图。
图3A-C是各种示例性旋转脉冲爆震发动机的剖视图，其中图3A是另一个示例性旋转脉冲爆震发动机的剖面图，示出了根据本发明一个或多个实施例的燃料入口和点火装置；图3B是进一步的示例性旋转脉冲爆震发动机的剖视图，示出了根据本发明另一实施例的单向阀；以及图3C是又一示例性旋转脉冲爆震发动机的剖视图，其具有根据本发明一个或多个实施例的双层壁的腔体。
图4示出了根据本发明一个或多个实施例的示例性容器。
图5A-B示出了根据本发明实施例的另一种示例性旋转脉冲爆震发动机
图6A-D示出了根据本发明实施例的各种用于旋转臂的示例性配置。
图7示出了根据本发明一个或多个实施例的示例性喷嘴，其位于旋转臂上。
图8A-E是根据本发明实施例的示例性喷嘴的剖面图。
图9是流程图，示出了一种示例性方法的步骤，该方法使用根据本发明一个或多个实施例的旋转脉冲爆震发动机将燃料转换为能量。
具体实施方式
下文将对本发明的各个实施例进行详细介绍，其示例将通过附图举例阐明。虽然本发明将结合下文的实施例进行描述，应当理解的是，这些说明并不是为了将本发明限制在这些实施例中。相反，本发明旨在涵盖那些可能包括在本发明的主旨和范围内的替换、修改和等同物。而且，在下文的详细说明中，对许多具体细节进行了阐明以便于彻底理解本发明。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不采用这些具体细节来实施。在其他实例中，没有详细描述众所周知的方法、程序、部件、和材料以免本发明的相关方面被不必要地掩盖。
因此，将结合下文的实施例中的附图对本发明的实施例的技术方案进行全面和清楚地描述。应当理解的是，这些描述并不是为了将本发明限制在这些实施例中。基于本发明已描述的实施例，本领域的技术人员能够在不做出创造性贡献的情况下获得其他实施例，而这些都在本发明所获取的法律保护范围之内。
而且，本文公开的所有的特征、措施或处理(除非特征和/或处理相互排斥)能够以任意方式结合并结合成任何可能的组合。除非另有说明，本说明书、权利要求书、摘要、和附图中公开的特征能够被其他等效特征或具有相似目标、目的和/或功能的特征替代。每一特征通常仅是本文公开的发明的一种实施例。
本发明的实施例涉及一种旋转脉冲爆震发动机、发电系统、及其制造和使用方法。本发动机相比于传统发动机具有更简单和容易制造和维修的优势，因为其可以少到只有两个活动部件(中心转轴，以及爆震和/或燃烧室与旋转臂的结合体)，并且一旦燃料被点燃，随后的脉冲爆震能够自动点燃，简化了点火机制和/或系统。而且，由于包含爆震和/或燃烧室的壳体中的重量相对减少，活动部件上或来自其的摩擦力得以减少，并且发动机内部大气的稠密度得以降低，进一步地减小了本发动机中的转动阻力。因此，本发动机和方法能够贡献相对高比例的旋转推力到旋转力矩。此外，本发动机相比于传统火箭发动机更具优势，因为可以不要净载荷，且燃料和氧化剂供应能够设置在相同的包括燃烧室的壳体的外部(这也能够提高本发明的安全性)。本发动机能够容易地按比例放大或缩小，并能够广泛使用各种燃料。通过进一步优化，能够继续改进本发动机和方法的效率，使得本发动机的应用和使用潜力几乎不受限制。
一种示例性发动机
图2A-2B示出了根据本发明实施例的一种示例性发动机200。发动机200通常包括壳体210、中心转轴226、具有第一和第二旋转臂215a和215b的爆震和/或燃烧室230、至少一个燃料供应入口227、至少一个空气供应通道225、至少两个排气喷嘴240和245、一个可选的排气管道255、以及一个可选的机械功单元260。像火箭发动机一样，排气喷嘴240和245将排气(例如，爆震气体)导向特定的方向以使旋转臂215a-b向前移动，但是旋转臂215a-b的移动受到约束(例如，在中心转轴226周围的固定轨道)。从排气喷嘴240和245排出的爆震气体转动臂215a-b和中心转轴上的室230，以产生能够通过轴226直接或间接地传递的旋转力来驱动发动机或为其提供动力，该发动机用于航空器或其它载具、用于发电、或者用于任何其它创造或生成旋转力的发动机能够被利用的目的。
图2A是图2B中发动机200的剖视图。壳体210，在俯视或仰视时可以为圆盘形或其它形状(例如，椭圆形或方形、六边形、八面体、矩形、或者其它规则或不规则多边形)，可以包括在其中具有至少一个开口241的壁(见图2B)，以与排气管道或端口255连接。所述壳体的尺寸(例如，周长)可以不同，这取决于排气喷嘴240和245、室230、以及旋转臂215a-b的尺寸。通常，壳体210的形状设置为允许臂215a-b和排气喷嘴240、245旋转。
在一些实施例中，壳体210的内和/或外表面上(或者在多壁壳体的壁之间)可以具有绝缘层。典型地，所述绝缘层为热-绝缘材料。其他各种绝缘材料也可以被用于该绝缘层，诸如聚氨脂泡沫、发泡聚苯乙烯、膨胀珍珠岩、玻璃纤维、和/或软木。壳体210可以进一步配备用于将额外的空气引入到室230的周围和/或其内部的空气喷嘴(未示出)，用于冷却室230、驱动爆震气体和/或微粒穿过排气导管(例如图2B的255)等。
中心转轴226(图2A)沿着爆震和/或燃烧室230的中心轴220(图2B)的设置。在一些实施例中，中心转轴226贯穿壳体210的下或朝后的表面，而在其他实施例中，中心转轴226贯穿壳体210的上/朝前和下/朝后的表面212和214二者。中心转轴226可以被关联或连接至共轴杆或缆(未示出)的一端，且一个或多个齿轮、轮子或风扇可以连接到所述杆或缆的另一端(例如，所述杆或缆的对端)，和/或被该另一端驱动。
在一个示例性的实施例中，空气供应通道225接收压缩空气并将所述压缩空气引导至爆震和/或燃烧室230。在各种实施例中，空气供应通道225可以包括密封件229a-b，配置用于维持空气、燃料或二者从壳体210到爆震和/或燃烧室230的密闭供应；以及轴承235a-b，其允许某些部件转动(例如，中心轴226和室230)，而其它部件保持固定。优选地，至少有两组轴承235a-b，其分别呈环形或环形截面设置在爆震和/或燃烧室230和中心轴226的周围，如图2A所示。
发电机、马达、泵、涡轮机或其它机械设备可以配置用于接收来自中心转轴226的旋转力。或者，所述机械设备可以接收从所述旋转力转换的另一种形式的机械能量，比如凸轮中的凸轮从动件，其被接收所述旋转力的传动装置驱动。当所述机械设备是发电机时，通过所述发电机接收的其它形式的机械能量通常是间接的。例如，中心转轴226可以驱动皮带，其转而驱动发电机中的轮子。或者，中心转轴226可以驱动机轮或其他机构，机轮或其他机构转而驱动活塞、凸轮、或其他能够产生功、动力、或电的机构。
燃料入口227和空气供应和/或分配通道225方便地将燃料和空气(A)供应到爆震和/或燃烧室230。在一些实施例中，燃料入口227和空气通道225可以包括单一的导管或路径，其提供燃料和空气(A)的混合物到爆震和/或燃烧室230。在本发明的一些实施例中，发动机200可以包括点火装置(图2A-B中未示出)，其点燃或引爆爆震和/或燃烧室230中的燃料，以及连接到点火装置的点火电缆或电线。所述点火装置可以包括电子点火器(例如，火花发生器或火花塞)或者本领域公知的其它形式的点火装置，包括但不限于高温电线(例如，钨或不锈钢细丝)。所述点火装置可以配置用于燃料的初始点燃。在一次或多次爆震(例如，爆震脉冲或周期)之后，室230中的燃料可以被自动点燃(例如，由于室中的余热以及引入了足够的压缩空气来用于燃料的燃烧或爆震)。
所述发动机200具有至少一个燃烧室230。或者，所述发动机200可以具有多个燃烧室230(参见图6B的燃烧系统621a-b)。所述室230配置用于接收来自燃料供应管道227和空气通道225的燃料和空气。通常，所述燃料供应管道227邻近(例如，连接到)所述空气供应管道225或者与其共轴，并且可以包括销或阀(未示出)以将燃料引入爆震和/或燃烧室230。所述空气供应管道225可以包括一个类似或相同的销或阀(未示出)以在所述爆震周期(或脉冲)中合适的时间将压缩空气引入爆震和/或燃烧室230。所述燃烧室230可以包括内外壁(未示出)。通常，在此种配置中，爆震和/或燃烧室230的外壁是完整的，而爆震和/或燃烧室230的内壁具有多个开口，其配置用于使特定的空气流入爆震和/或燃烧室230，以减少噪声和/或爆震产生的微粒排放等。在一些实施例中，爆震和/或燃烧室230的外壁上除了旋转臂215a-b之外没有开口。
如图2A所示，示例性发动机200具有旋转臂215a和215b，其从爆震和/或燃烧室230伸出并且绕轴220旋转或转动。旋转臂215a-b可以是焊接和/或通过螺栓、夹子、螺丝等连接到爆震和/或燃烧室230，或者与室230一体成型。在发动机200中，旋转臂215a-b可以相对较长(例如，比燃烧室230长2倍、3倍或更多倍)以在燃烧室230中保留足够多的热燃气，从而点燃进入爆震和/或燃烧室230中用于下一次爆震/燃烧脉冲的燃料。爆震和/或燃烧室230以及旋转臂215a-b的大小可以优化来用于特定脉冲频率、旋转速率等，并且本领域的技术人员有确定此大小的能力。例如，旋转臂215a-b的直径或高度和/或宽度大于每个旋转臂215a-b(例如，大1.5倍、2倍或更多倍)以达到相同的目的和/或调整爆震脉冲到特定的、预先确定的或期望的频率。旋转或转动臂215a-b的离心效应有利于为冲出喷嘴240和245的热气体提供额外的速度，从而增加了通过中心转轴226产生的扭矩和/或旋转力。
在各种实施例中，喷嘴240和245可以具有各种任意形状，包括但不限于，圆形、椭圆形、弧形、收缩形、外扩形、以及其中的组合等(参见，例如图9A-D和本文的论述)。喷嘴240和245也可以表现为或是增压器的形式，其可以具有环形、同心、或类似环的形状。通常，喷嘴的数量等于旋转臂215a-b的数量。
图2B是图2A中发动机200的俯视图。示例性发动机200包括至少一个从壳体210伸出的排气管道、开孔或出口255。排气管道255可以配置用于将废气241从壳体210导向机械功单元(例如，涡轮单元)260。在一些实施例中，反射器(未示出)可以位于排气管道255的末端，以将来自壳体210的推力引导至涡轮单元260。因此，所述爆震废气可以被传输或引导至发动机的一位置或级，在该处废气能够做功(例如，在涡轮单元中，其可以包括一个或多个涡轮机262和至少一个压缩机264)。
在一些实施例中，每个旋转臂215a和215b可以是隔热的以避免能量损失，并且可以在其上具有的一个或多个翅片250。所述翅片250可以位于旋转臂215a-b的相对的和/或后缘表面上。所述翅片250可以相当于垂直或水平的平面(例如，由旋转臂215a-b所定义)具有一角度，或者可以是弯曲的(例如，沿着至少部分是由旋转臂215a-b的转动路径所定义的圆弧)。
优选的，所述发动机200具有偶数个旋转臂215a-b(例如，2、4、6、8等)和相同数量的排气喷嘴。然而，旋转臂215a-b和排气喷嘴240、245的数量可以是3、5、9、或者其它任何能够等分360并获得整数或规则分数的数字。均匀隔开、完全相同的旋转臂(例如，215a、215b)可以提高发动机200的效率并保持平衡。
在示例性的实施例中，每个旋转臂215a-b包括一个排气喷嘴240或245。排气喷嘴240和245中的每一个可以永久地或者可拆卸地连接到一个相应的旋转臂215a或215b。排气喷嘴与旋转臂的比例通常为1：1，并不限于此。例如，可以将多个排气喷嘴(例如，两个或更多)放置在和/或附着到每一旋转臂的末端。排气喷嘴可以通过各种方法附于旋转臂，包括但不限于焊接、收缩连接、粘合、螺丝/螺纹接合，和/或压力连接。
每个排气喷嘴240或245配置用于排出由引爆爆震和/或燃烧室230中燃料产生的爆震气体，并提供旋转推力和/或力来使旋转臂215a-b和中心转轴226围绕中心轴220转动。排气喷嘴240和245可以相对于一条线具有大约60°至大约120°的角，以便提供转动的推力和/或力，相应的旋转臂215a-b经由该线从爆震和/或燃烧室230伸出。所述喷嘴可以与相应的旋转臂和爆震和/或燃烧室230在同一平面。在一些实例中，所述排气喷嘴240和245相对于一假象直线成90°或大约90°，该线在旋转轴到喷嘴开口之间，或者相应的旋转臂215a-b经由该线从爆震和/或燃烧室230伸出。
在爆震/燃烧燃料之后，废气首先通过旋转臂240或245中的一个，然后在离开喷嘴240、245之前转动大约90°。应用牛顿第三运动定律，发动机200产生径向加速运动，其提供动力来驱动其它装置。旋转单元(例如，旋转轴226、燃烧室230、以及臂215a-b)可以被包围在像鼓的、具有一个或多个出口或开口255的隔间(例如，壳体210)中。壳体210中的废气能够通过连接到旋转臂215a、215b的翅片250排出到壳体之外。壳体210也可以用于抑制爆震/燃烧的噪音(例如，作为噪音消除器)。
如图2B所示，机械功单元可以包括位于不同位置或壳体(例如，喷气机的机体)外部的隔间处的涡轮单元260，但其仍能够产生压缩空气(A)以提供给发动机200。涡轮单元260包括涡轮262和经由杆或轴265连接到涡轮262的压缩机264。在一些实施例中，涡轮262包括一个或多个可旋转地固定到杆或轴265上的旋转扇，其转而提供驱动压缩机264中的一个或多个风扇、泵或活塞的旋转力。压缩机264从发动机外部吸入外部空气270，将所述空气压缩到相对的高压，并迫使压缩空气通过管道271。在壳体210之外具有涡轮单元260能够消除在与发动机200相同的壳体中设置涡轮/压缩机组合262、264的负担(这可以具有优势，例如在喷气发动机中，高温和空间不足能够不利地影响其中的机械部件)，并提供供应压缩空气(A)的益处，该压缩空气从涡轮单元260经由导管或管道271被供应到燃烧室。本系统中的净推力因此被增大。
图3另一个示例性旋转脉冲爆震发动机(RPDE)300的剖视图，示出了根据本发明的燃料入口326和点火装置335。所述示例性发动机包括爆震和/或燃烧室330，其具有至少两个(例如，管状的)旋转臂315a、315b。对于旋转发动机的应用，中心转轴327可以位于爆震和/或燃烧室330的一个或多个表面上，垂直于旋转平面，并从燃烧室330的外表面的中心伸出。空气和/或燃料入口通道325和326爆震和/或燃烧室330的表面伸出(例如，与中心轴327的伸出方向相反)。所述燃料入口326有利于供应燃料到爆震和/或燃烧室330。
为了启动所述发动机，首先在燃烧室330中混合空气和燃料。在最开始的几秒钟内可能从入口325引入额外的空气，直到发动机启动为止。空气和燃料的混合物被点火装置335点燃，此时燃料燃烧或爆震，此后在室330中形成低气压空间，以吸入更多空气和燃料。点火装置335再次点燃燃料，再次形成低气压空间，并且在最开始的大约几秒内点火和吸气循环会再次发生，直到发动机启动(例如，开始自动爆震)。此时，点火装置335被关闭和/或断开连接。由于点火和吸气循环而产生高压爆震冲击波。冲击波通过入口325和出口315a和315b冲出。通常，所述冲击波先从入口325离开，因为入口325大体上比臂315a-b更近和/或更短。冲击波的冲力在室330中留下了低压空间，其导致空气和燃料进入并穿过入口325。在自动爆震中，所述燃料和空气被室壁330的余热和/或从出口315a和315b抽回的热气体点燃。所述循环自动重复不需要点火，并且优选地，不需要增加加压空气。对于类似的脉冲喷气机，所述频率可以为大约250个循环/s，并且对于较大的喷气机，其频率可以为大约50个循环/s。
所述发动机300是一种相对简单的RPDE。所述发动机300是无阀的，相对成本较低，重量轻，相对地很强大且相对地很容易操作。
图3B示出了又一个示例性旋转脉冲爆震发动机300，展示着根据本发明一个或多个实施例的单向阀。所述发动机300的空气和燃料入口325、326具有止回阀328(例如，在轴上的弹簧加压碟片)，其通过在阀328各侧的相对压力改变下打开或关闭来将流体的流动限制为单一方向。例如，当室330中的压力大约等于或高于空气入口325中的压力时，室330中的压力(和/或止回阀328中的弹簧)将阀328推起，关闭室330。在冲击波离开室330之后，室压小于空气入口325中的压力，因此阀328打开，允许空气和燃料进入到室330中。因此，当室压较高(例如，在爆震期间)，燃料和空气停止流入室330，而当室压较低时，燃料和空气注入到室330中。所述单向阀328可以包括簧片阀，并可以由不锈钢制成。或者，转子/定子阀设计也可以被用于控制流入室330的空气和燃料(参阅，例如2005年11月17日授权的美国专利9,188,002号[代理人案号LEE-003]，其相关部分通过引用并入本文)。
图3C示出了进一步的示例性旋转脉冲爆震发动机300c，其具有根据本发明一个或多个实施例的双壁室330。可选的，所述双壁室330包括内壁331，在其中具有多个小开口332a-332h。金属盖333a-h可以被焊接在所述开口上面或越过开口，并留有间隙。因此，在一些实施例中，所述内壁和和盖可以形成挡板。流体能够从内壁331和外壁330之间的空间流入到燃烧室330的内壁，反之亦然。然而，由于通过盖333a-h形成的间接通道路径，所述冲击/爆震阀并不立即“见到”所述开口，从而使得爆震更容易。而且，所述开口332a-332h和/或臂315a-b越弯曲或越流畅，所述爆震或冲击波的路径就变得的越迂回，从而提高爆震的效率和效果。所述小开口332a-332h可以指向不同的方向，以便生成空气和燃料的湍流来用于完全燃烧。
此外，包括导热导管的冷却管道(未示出)围绕在爆震和/或燃烧室330(例如，以线圈或弯弯曲曲的形式)。在一个实例中，可以使水通过所述冷却管道来作为冷却剂。所述导管可以在其中具有一个或多个孔或开口(例如，以便释放蒸汽到壳体中)，并且壳体(例如，壳体210，其类似于鼓壳)中的高压蒸汽能够与废气发生化学反应来形成酸，比如硝酸(HNO3)和碳酸(H2CO3)。将所述酸冷却到液相之后(例如，使用在排气管道中使用冷凝器)，所述酸能够被收集来用于回收。本RPDE能够达到零排放，这是此类发动机的巨大优势。
在本发明的一些实施例中，所述发动机300可以包括点火装置335(例如，火花塞)，其用于将爆震和/或燃烧室330中的燃料点燃或引爆。所述点火装置335可以包括电点火器(例如，火花发生器或火花塞)或者本领域已知的其它形式的点火装置，如前文所讨论的。爆燃由点火装置335引发，且排气冲下到臂315a-b并作为推力从喷嘴341a-b冲出，从而提供了室330、臂315a-b和轴327的旋转运动。来自旋转运动的离心力使排气下到臂315a-b加快，快到燃烧室330中的燃料燃烧足够迅速而成为爆震。
在所述旋转脉冲爆震发动机的工作期间，来自燃烧室的排气或热气体冲出喷嘴，被用作旋转臂的推进剂。根据牛顿力学，调整喷嘴附接到旋转臂的方向(例如，成60-120°角，而在一个实例中大约为90°)，能够增大施加到旋转臂上的力和旋转速度。排气/推进剂上的离心力随着旋转速度而增大，从而增大了旋转力/推力并缩短了爆震/脉冲循环的周期。当旋转推力和/或力增大时，旋转速度也增大。这是一种可控的连锁反应，其使得推力达到超音速并超过许多倍，但没有额外消耗燃料的负担。因此，所述RPDE连锁反应为超音速运输(SST)和垂直起降(VTOL)载具提供了巧妙的解决方案。
下表1示出了本旋转脉冲爆震发动机(RPDE)与传统燃气涡轮技术的对比图表。
表1
Figure GDA0002439310190000131
本RPDE配备多个功率输出接口和多种功率输出，优于传统发动机只具有单个功率输出接口/输出，如下表2所示。
表2
Figure GDA0002439310190000132
从微观视点来看，单一出口发动机中爆震产生的大约一半微粒必须改变它们的行进方向以便从该单一出口离开。这些微粒与室壁之间的碰撞导致其动能大量损失。然而，本多出口发动机显著地减少或基本上消除了爆震或排放气体中的此种动能损失，提高了本发动机的效率。
图4示出了根据本发明实施例的示例性空气供应容器400。在各种实施例中，所述发动机(例如，图2A-B的发动机200和图3的发动机300)包括至少一个容器400，其位于压缩机(例如图2B中的压缩机264)与爆震和/或燃烧室(例如图2A-B的室230和图3的330)之间。如图4所示，第一调节器410a将压缩空气从所述压缩机引入容器箱体401。容器400进一步包括管道或出口425，其将来自容器箱体401的空气运输或运送到爆震和/或燃烧室(例如，通过其上的空气供给入口)。在各种实施例中，容器400可以包括第二调节器以允许压缩空气从所述容器箱体401漏出，如果容器箱体401中的压力太高的话(例如，超过了预先确定的阈值)。而且，所述容器400可以包括压力传感器或仪表来测量容器箱体401中的压力。
在一些实施例中，一个或多个阀(未示出)可以位于(i)爆震和/或燃烧室(例如，图2A的室230)与(ii)所述空气供给通道和燃料供给入口(例如，图2A的燃料入口227)中的至少一者之间，以便调节流入到所述爆震的空气和/或燃料和/或到所述爆震和/或燃烧室的燃料，并控制爆震和/或燃烧室中的燃料用于爆震的脉冲频率。所述阀可以之间或间接地接收至少部分来自所述中心转轴(例如，图2A中的轴226)的旋转推力和/或力。此种阀已经公开在美国专利9,188,002号中，其相关部分通过引用并入本文。
图5A-B示出了根据本发明额外实施例的示例性发动机500和501。图5A示出了示例性发动机500，其包括爆震和/或燃烧室520、至少两个从所述爆震和/或燃烧室520的相对边或端伸出的旋转臂515a和515b、以及壳体510。所述发动机500具有中心转轴(未示出)，其沿着轴530从爆震和/或燃烧室520的表面的中心伸出。所述旋转壁515a和515b可以是弯曲的或圆形的。这样设置能够减小来自排气或爆震气体穿过旋转臂的回压(例如，相对于旋转臂在其中具有较急的弯头)。
图5B示出了另一个示例性发动机501，其包括至少两个位于壳体510中的爆震和/或燃烧室521a和521b。每个爆震和/或燃烧室521a、521b各自具有一个从其伸出的旋转臂515a、515b。在一些实施例中，每个爆震和/或燃烧室521a具有一表面邻近或接触到最近的爆震和/或燃烧室521b的表面。所述爆震和/或燃烧室521a和521b可以被焊接在一起，通过栓、钳夹和/或皮带连接，和/或被包围在副室中(未示出)。爆震和/或燃烧室521a和521b周围的这种副室可以被冷却(例如，通过在其中携带有冷却液/气的导热管)。类似于图5A的发动机的旋转臂，图5B的旋转臂515a-b中的每一个都可以是弯曲的或圆形的。此外，旋转臂515a-b中的每一个各自在其末端上具有喷嘴542a或542b。
图6A-D示出了根据本发明实施例的进一步的示例性发动机600-603。图6A的发动机600包括四个旋转臂615a、615b、615c、和615d，其从壳体610中的爆震和/或燃烧室620伸出。所述发动机600可以包括中心转轴(未示出)，其沿着轴530从爆震和/或燃烧室630的表面的中心伸出。所述四个旋转臂旋转臂615a、615b、615c、和615d可以提供更高的效率(例如，在将能量从膨胀的爆震气体转换为机械能量方面)，相比于相同的但仅具有两个旋转臂的发动机。图6A的所述旋转臂615a、615b、615c、和615d可以弯曲的或弯的，尽管只显示了其直线部分。所述旋转臂615a、615b、615c、和615d接近爆震和/或燃烧室620的第一部分或区段的宽度大于所述旋转臂615a、615b、615c、和615d接近所述喷嘴(未示出)或所述壳体610的第二部分或区段的宽度。所述旋转臂615a、615b、615c、和615d通常等距分布在爆震和/或燃烧室600周围。臂615a-d也可以具有逐渐减少的直径或为锥形。
图6B示出了另一种发动机601，其具有的四个旋转臂616a、616b、616c和616d从爆震和/或燃烧室621伸出，爆震和/或燃烧室621具有沿着轴631从爆震和/或燃烧室621的表面伸出的中心转轴(未示出)。图6B的旋转臂616a、616b、616c和616d是弯曲的或圆形的。此外，旋转臂616a-d中的每一个在其末端上具有喷嘴646a-d。
图6C示出了一种示例性发动机602，其中的每个旋转臂617a、617b具有连接到其上或与其一体成型的螺旋桨叶片650a、650b。在一些实施例中，所述发动机602可以包括从爆震和/或燃烧室622的表面伸出的中心转轴635，其驱动马达或发电机(例如，在飞机、无人机、VTOL载具或其它飞行物体之内)。所述螺旋桨叶片650a和650b可以增大通过臂617a-b的转动提供的推力。在一些实施例中，每个旋转臂617a-b可以设计为螺旋桨叶片650a-b的形状，在其中具有圆柱形的开口来用于废气或爆震气体穿过。在各种实施例中，螺旋桨叶片650a和650b可以沿着旋转臂617a-b的整体长度延伸，如图6C所示。在一些实施例中，螺旋桨叶片650a和650b的延伸可以小于旋转臂617a-b的整体长度。每个旋转臂617a-b在其末端上具有喷嘴640或645。螺旋桨叶片650a和650b的宽度可以不同，这取决于旋转臂的数量和期望和/或需要的推力大小。
图6D示出了示例性发电机603，其中每个旋转臂615a、615b具有贴附或连接到其上(例如，卷绕以形成圆盘状)或与其形成整体的金属片或箔630。设置所述金属片630比仅有所述旋转臂更符合空气动力学，因此能够将空气阻力最小化。在一些实施例中，所述旋转臂615a-b具有为空气动力学功能而优化的形状。例如，所述旋转臂615a-b可以具有相对圆滑或弯成角度的形状以减少或最小化空气阻力。在各种实施例中，所述金属片630可以围绕爆震和/或燃烧室620和所述旋转臂615a-b，如图6D所示。在一些实施例中，所示金属片630可以仅围绕所述旋转臂615a-b。所示金属片630的宽度可以不同，这取决于所示壳体的尺寸以及最小化风或空气阻力的必要性。所示发电机603进一步包括空气供应和/或分配通道625,其配置用于将空气(以及可选的燃料)供应到爆震和/或燃烧室620。通过减小空气阻力能够使所示发电机603提供更大的扭矩给沿着或通过所示中心轴626产生的力。
图7示出了根据本发明实施例的旋转臂715上的示例性喷嘴740。在一些实施例中，所述喷嘴740可以通过可调节的连接器720连接到对应的旋转臂715，其可以是螺口或螺纹、胶合、或压合连接器。所述可调节连接器720位于所述旋转臂715的末端，能够允许调节所述喷嘴740的位置。例如，所述旋转臂715的角度相对于所述臂旋转的平面是可以调节的。而且，旋转臂715和喷嘴740结合的长度可以通过调节所述转接器720的位置来改变。
图8A-B是根据本发明实施例的示例性喷嘴800a-b的剖面图。图8A示出了示例性喷嘴800a，其具有出口850，通过该出口爆震或废气离开所述喷嘴800a。所述出口850的宽度或直径815可以与相应的旋转臂或可调节连接器(未示出)的宽度或直径相同，大体上相同或相似。图8A的示例性喷嘴800a具有收缩部段810，其宽度或直径大体上小于所述出口850或连接器805的宽度或直径。此外，喷嘴800a的连接器805具有开口801，其连接到旋转臂或可调节连接器(未示出)。所述连接器805的开口801的宽度或直径大体上等于或者稍微大于所述出口850的宽度或直径。在一些实施例中，所述连接器805的长度至少为所述喷嘴800a的长度的一半。所述喷嘴800a有利于最小化空气阻力并真的好推力(例如，通过提高排出气体的速度。然而，喷嘴800a相比于完全为圆柱形的喷嘴对废气流动的方向控制较少。
图8B示出了另一种大体上与图8A的喷嘴800a相同的喷嘴800b，但进一步包括排气部件820，其长度等于或小于连接器805的长度。所述喷嘴800b能够更好地控制废气流动的方向。然而，喷嘴800b相比于图8A的喷嘴800a可以给予废气稍大的阻力和稍小的速度。
图8C示出了根据本发明实施例的另一个示例性喷嘴(例如，增压器)800c。所述喷嘴800c具有附加推力增强椎体805，其位于或连接到喷嘴连接器区域802。所述增强椎体805吸引更多空气进入喷嘴并增大推力。椎体805的一端可以滑到喷嘴连接器802上和/或滑入喷嘴开口中。图8C的所述喷嘴800c具有出口850，爆震或废气通过其离开喷嘴。最初，出口850外面的空气在爆震或废气上产生消极作用，而当空气进入椎体805时，空气在爆震或废气上产生积极作用，抵消了消极作用。因此，从椎体805出来的推力被放大了。所述出口850的宽度或直径830大于喷嘴800c和相应的的旋转臂以及可调节连接器(未示出)的剩余部分的宽度和/或直径。图8C的示例性喷嘴800c和/或椎体805具有扩张器(未示出)，其宽度小于出口850，但大于连接器802。所述扩张器可以是锥形的(直线型)、向外展开形的(弯曲型)、及其结合等。椎体805的开口801连接到连接器部分或旋转臂的末端。在一些实施例中，所述连接器部分802插入到椎体805中大约其长度一半处(例如，从所述椎体的长度的大约10％到大约50％)。
图8D示出了另一个示例性喷嘴800d，其具有连接到椎体805和喷嘴连接器部分或端802的支撑/连接装置860。所述装置860和椎体805是分开的结构。所述支撑/连接装置860可以包括支撑环或环状结构，在其一端配合在喷嘴连接器802周围，而在另一端配合在椎体805周围，从而提供安全的机械连接。
图8E示出了大体上与图8C的喷嘴800c相同的另一种喷嘴800e，但其包括具有环形或环状形状的完整排气部分835。喷嘴800e的排气部分835具有外壁840和在其中的导向装置860。所述导向装置860可以是向外展开的或线型的(例如，锥形的)。排气部分835可以轻微地增大喷嘴800e的空气阻力，并且导向装置860可以给予稍大的回压，但导向装置860可以使废气的速度增大(或至少保持不变)，同时分散(例如壳体中的)废气流动以使湍流最小化。
本燃烧室有利于实现燃料的完全燃烧和/或爆震，并因此，通过排气(例如，至涡轮风扇或外部环境)实现最大燃料效率和最小的固体微粒产生和输送量，从而使得能够将风扇设计为增加或最大化利用来自离开爆震和/或燃烧室的废气的推力并减少排放到环境中的污染物。总之，本发明相对简单且制造成本低。此外，制造本发明时可以不需要精密组件。而且，本发明有利于实现较高的效率和/或提高发电机的性能。可供选择的燃料(例如，硝酸铵粉末、氨气、肼等)，以及诸如丙烷、甲烷、天然气、汽油、柴油或喷气燃料、纤维粉末(木粉或锯屑)等碳基材料也能够被用在本发动机中。本领域的技术人员有能力将燃料供应通过与燃料入口之间的调节器连接到燃料入口。对于液相的燃料，诸如燃料喷射器的装置可以完成此任务。对于粉末状的燃料，存储在箱中的粉末需要流化床来使粉末变松散，然后空气供给能够携带粉末到燃料入口。对于气相的燃料，简单地将燃料供应通过与燃料入口之间的调节器连接到燃料入口。因此，本发动机对环境友好，并适合用于发电工业、运载工具等。
一种将燃料转换为能量的示例性方法
图9是流程图900，示出了根据本发明一个或多个实施例的示例性方法的步骤，该方法将燃料转换为能量。所述示例性方法通常包括通过空气供应通道将空气引入爆震和/或燃烧室，通过燃料供应和/或入口将燃料引入爆震和/或燃烧室，引爆所述爆震和/或燃烧室中的燃料，通过多个从所述爆震和/或燃烧室径向伸出的旋转臂排出爆震气体，并将由此而来的旋转推力和/或力转换为机械功或能量。每个旋转臂具有在其末端的排气喷嘴，当爆震气体通过喷嘴时转动所述旋转臂，从而产生旋转推力和/或力。
在步骤910，燃料和空气通过供应管道被引入一个或多个爆震和/或燃烧室，如本文述。在各种实施例中，燃料通过燃料供应和/或入口引入爆震和/或燃烧室。空气(其可以是压缩空气)通过空气供应管道引入爆震和/或燃烧室。当有多于一个燃烧室时，每个燃烧室可以具有其自己的燃料和空气供给管道。所述空气供应管道可以从一容器供应压缩空气。连接到该容器的第一调节器将压缩空气引入容器箱体，其通过空气供应通道将空气导入爆震或燃烧室。连接到所述容器的第二调节器可以释放过量的空气或者减小容器箱体中的压力。空气或燃料可以通过一个或多个位于燃料和/或空气供应通道和爆震和/或燃烧室之间的阀引入爆震和/或燃烧室。所述燃料和空气供应通道可以沿着中心轴设置，该中心轴沿着与爆震和/或燃烧室的外表面正交的中心轴伸出(例如，旋转臂和爆震和/或燃烧室的旋转轴)。
在步骤920，燃料在爆震和/或燃烧室中被点燃或引爆。优选的，位于爆震和/或燃烧室中的点火器(例如，火花塞)点燃从燃料供应管道供给到爆震和/或燃烧室中的燃料。在一些实施例中，仅在初始的爆震和/或燃烧循环(例如，最初的1-100个循环)期间点燃燃料。之后，燃料可以自动点燃(例如，由于爆震和/或燃烧室中的余热)，并且点火器可以被关闭。理想的情况下，单次点火就足够了，但在一些实施例中，可能需要或使用多余一次的点火。
在步骤930，排出的爆震气体通过旋转臂和相应的排气喷嘴以旋转从爆震和/或燃烧室伸出的臂，从而为发动机提供推力。随后，臂的旋转导致中心转轴旋转或转动，从而提供旋转力以用于动力或机械功。此外，喷嘴相对于旋转臂旋转的平面的角度能够提供用于动力的推力或力(例如，用于VTOL载具中)。
在步骤940，本方法示例性实施例中，来自喷嘴的排出/爆震气体通过至少一个排气导管导入到机械功单元(例如，涡轮单元)，其与排气管道联通或毗邻(例如，在包括爆震和/或燃烧室和旋转臂的壳体之外)。排气管道可以从壳体中的开口伸出。可以使用反射器将废气从排气管道引导至涡轮单元。所述涡轮可以包括一个或多个涡轮扇，其可以连接或固定到可以驱动压缩机的杆或轴上。压缩机吸收来发动机外面的空气，并将压缩空气通过空气供应通道提供到爆震和/或燃烧室。或者，来自喷嘴的排出/爆震气体可以提供用于动力的推力或力。
在步骤950，旋转功或力可以直接或间接地从旋转的爆震和/或燃烧室转换到另一个机械功单元，并与接收排出/爆震气体相分开。例如，发电机、泵、或涡轮机可以接收来自本文所述中心转轴的旋转力，例如，直接转动或驱动发电机或泵中的机轮，或者直接驱动涡轮机中的风扇。或者，来中心转轴的旋转可以驱动马达、泵、或其它功、能量、或电力生成设备或装置中的皮带、活塞、凸轮或其它旋转力接收机构。
总结/概要
本发明提供的发电机有利于与常规发电系统相结合而不需要特别的设计改变或过多的费用。此外，本发动机可以使用与传统发动机中所使用的材料和部件类似的材料和部件来制造，并且因此制造成本可以大体上等于(或少于)传统发动机的制造成本。而且，本发动机可以更高效并具有少于传统内燃机的磨损。
此外，本发动机具有比传统的火箭引擎更简单且更易于制造和维修的优势，因为可以没有净载荷，燃料和氧化剂舱可以位于包括燃烧室的相同壳体外部(其也可以提高本发明的安全性)，并且效率也可以大幅提高。例如，由于包含燃烧/爆震室的壳体中的重量减少，摩擦力得以减少，并且发动机内部大气的稠密度得以降低，进一步地减小了本发动机中的转动阻力。因此，本发动机和方法能够贡献朝向的旋转力矩的较高推力。
基于图示和说明的目的提供了前述的本发明具体实施方式的描述。其不是穷尽性的或意图将本发明限制在这些已公开的确切形式。所选择和描述的实施例是为了最好地解释本发明的原则及其实际应用。其应理解为本发明的范围由附于本文的权利要求及其等同物界定。

Claims (20)

1.一种发动机，包括：
a.燃烧室，配置用于引爆燃料并围绕从所述燃烧室伸出的中心转轴旋转，所述燃烧室包括内壁和外壁，所述内壁包括多个开口，各开口具有位于其上的盖，使得所述盖和所述开口之间具有间隙，所述多个开口配置用于在所述燃烧室内生成来自爆震气体的交叉气流、反向气流或旋转气流；
b.燃料供应入口，配置用于提供所述燃料到所述燃烧室；
c.空气供应通道，其居中的位于所述燃烧室中，并配置用于供应空气到所述燃烧室；
d.至少两个从所述燃烧室径向伸出的旋转臂并配置用于排出来自所述燃烧室中的所述爆震气体，每个所述旋转臂具有在其末端的排气喷嘴，所述排气喷嘴处于配置用于提供旋转力的角度；以及
e.机械功单元，配置用于接收至少一部分所述旋转力。
2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，每个所述旋转臂包括圆柱状或弯曲的管状臂。
3.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，每个所述旋转臂进一步包括一个或多个金属片、金属箔、或陶瓷结构，配置用于优化空气动力学功能。
4.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述旋转臂彼此之间被360°/n相等地隔开，其中n等于所述旋转臂的数量。
5.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述喷嘴具有开口，该开口和与之相连的旋转臂成直角，而该旋转臂是从燃烧室延伸出来的。
6.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，进一步包括阀，其位于a.所述空气供应通道和所述燃料供应入口中的至少一者与b.所述燃烧室之间。
7.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，进一步包括点火装置，配置用于点燃所述燃烧室中的燃料。
8.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述机械功单元包括发电机、马达、泵、或者涡轮机。
9.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，进一步包括大体上包围所述燃烧室和所述旋转臂的壳体，所述壳体包括至少一个从其伸出的排气管道。
10.如权利要求9所述的发动机，其特征在于，进一步包括涡轮单元，其包括一个或多个被所述爆震气体旋转的涡轮风扇。
11.如权利要求10所述的发动机，其特征在于，进一步包括与所述涡轮单元共轴的压缩机，配置用于压缩通过所述空气供应通道供应到所述燃烧室的所述空气。
12.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，包括与所述旋转臂数量相等的若干个所述燃烧室。
13.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，进一步包括围绕所述燃烧室的冷却管道，所述冷却管道包括传热导管和在其中的冷却剂。
14.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述燃烧室是爆震室。
15.一种将燃料转换为能量的方法，包括：
a.通过空气供应通道将空气引入燃烧室，所述空气供应通道居中的位于所述燃烧室中，所述燃烧室包括内壁和外壁，所述内壁包括多个开口，各开口具有位于其上的盖, 使得所述盖和所述开口之间具有间隙，所述开口配置用于在所述燃烧室内生成交叉气流、反向气流或旋转气流；
b.通过燃料供应入口将燃料引入燃烧室；
c.引爆所述燃烧室中的燃料；
d.通过多个从所述燃烧室径向伸出的旋转臂和位于每个旋转臂末端的排气喷嘴排出爆震气体，从而旋转所述旋转臂，并生成旋转力；以及
e.将所述旋转力转换为能量。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：通过至少一个排气管道引导所述爆震气体，所述排气管道在壳体上，所述壳体大体上包围所述燃烧室、所述旋转臂和所述喷嘴。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述至少一个排气管道将所述爆震气体引导至涡轮单元，所述涡轮单元生成额外的机械功，并且所述方法进一步包括通过从所述涡轮接收所述额外的机械功的压缩机来压缩所述空气。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述排气喷嘴从一角度排出所述爆震气体，该角度相对于所述旋转臂中对应的一个从所述燃烧室伸出的方向大体上为90°。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括使用阀来调节用于引爆所述燃烧室中的燃料的脉冲频率，所述阀位于i.所述燃烧室与ii.所述空气供应通道和所述燃料供应入口中的至少一者之间，所述阀直接或间接地接收至少一部分所述旋转力。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述燃烧室是爆震室。
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