CN109139292B - 一种旋转喷气转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种旋转喷气转子，属于喷气发动机设备技术领域。该转子包括箱体、箱盖、中心轴、转盘、导电环、火花塞、导流管、阀芯以及弹簧；箱体和箱盖固定连接形成机座，导电环与箱盖固定连接，中心轴与转盘固定连接形成轴对称回转体，转盘上设置主燃烧室和C形气道。高压混合燃气进入主燃烧室，由火花塞点火燃烧产生的高压燃气经阀芯前端喷射与导流管吸入的空气或可燃混合气在C形气道内混合或燃烧形成高能量的气体，该气体从转盘上的喷嘴喷射产生推力，推动回转体高速转动并输出转动力矩。本发明所提供的旋转喷气转子具有输出功率与自重比大、轴向结构紧凑、制造成本低及动平衡性能好等特点。

Description

一种旋转喷气转子

技术领域

本发明属于喷气发动机设备技术领域，具体涉及一种旋转喷气转子。

背景技术

喷气发动机通常是飞行器的动力设备，它能利用高速飞行的气流进入发动机的静止燃烧室产生大量高压气流由尾喷口向后喷射而产生推力，具有结构紧凑、推重比大、推力稳定且易于控制等特点，在高速汽车、飞机、导弹等领域有广泛的应用。然而现有的喷气发动机不能直接应用于旋翼飞行器，如碟形飞行器，因为旋翼飞行器要求输出大转矩，且具有功率与自重比高、轴向结构尺寸小的特点。

发明内容

本发明针对现有喷气发动机存在的不足，提供一种旋转喷气转子，以期具有轴向结构紧凑、热效率高而污染小、输出转矩大而稳定可控、振动噪音小的特点，可应用于旋转喷气发动机的研发。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明所提供的一种旋转喷气转子包括箱体、箱盖、端盖、导电环、中心轴、转盘、火花塞、导流管、阀芯和弹簧；所述箱体、箱盖、端盖、导电环、中心轴和转盘都是轴对称结构，它们的轴线重合，箱体和箱盖固定连接形成转子的机座，箱盖和端盖固定连接，导电环位于机座的内部，导电环的绝缘端面与箱盖的端面接触并固定连接，从导电环的导体上引出点火导线；所述箱体的左端面不同圆周上设有两组轴向的气孔，一组是高压气孔，另一组是低压气孔，箱体右端的外圆周上设有径向的排气口；所述中心轴和转盘固定连接形成可绕轴线转动的回转体，中心轴由轴承支承在箱体的内孔中，转盘位于上述机座的内部并将机座的内腔分隔成集气腔和排气腔，集气腔与上述低压气孔相通，排气腔与上述排气口相通，转盘的左端面与箱体的端面接触形成无间隙的平面滑动副，而转盘的右端外圆柱面与端盖形成间隙配合，转盘中间的外圆面与箱体的内圆面间隙配合；所述转盘的内圆周上设置主燃烧室，主燃烧室的左侧壁有进气口，该进气口与上述高压气孔间歇相通，主燃烧室的右侧壁上固定安装火花塞，火花塞的外伸端与导电环的导体接触并可相对滑动；所述转盘沿圆周设置C形气道，C形气道的入口位于转盘的左侧，而C形气道的出口位于转盘的右侧，C形气道的入口段是圆柱形孔并经圆锥面过渡到断面渐缩的圆弧形通道，C形气道的出口设置喷嘴，喷嘴接近转盘的外圆周；C形气道入口段的圆柱形孔轴线与转盘的回转平面之间的夹角为α（α=30～40º）且沿圆柱形孔轴线所在圆周的切线方向，C形气道出口的喷嘴方向平行于转盘的回转平面且沿转盘的切线方向；所述阀芯和导流管皆为轴对称结构，两者的轴线重合，阀芯的外圆面与C形气道入口段的圆柱形孔间隙配合形成环形腔，阀芯前端与C形气道入口段的圆锥面之间形成环形腔的出口节流通道，直气道连通该环形腔和主燃烧室，所述导流管与C形气道入口配合定位并固定连接，导流管的内锥孔、阀芯的内孔和C形气道相通；所述弹簧是螺旋压缩弹簧，位于导流管和阀芯之间，弹簧的作用力始终将阀芯的前端与上述C形气道入口段的圆锥面保持接触使上述出口节流通道处于关闭状态。

作为一种优化，所述转盘的主燃烧室是断面为矩形或圆形的环形腔，主燃烧室左侧壁的进气口数量m≥2且均匀分布在同一圆周上，主燃烧室右侧壁上固定安装两个火花塞，两个火花塞位于同一圆周上且沿圆周均布。

作为一种优化，所述转盘上的C形气道数量N≥2，且沿转盘的圆周均匀分布，形成轴对称转盘结构，转盘采用耐磨且耐高温材料制造。

作为一种优化，所述阀芯的数量和C形气道数量相同，阀芯的内孔是光滑的圆柱形通孔，阀芯的外圆面是阶梯形圆柱面，该阶梯形圆柱面与C形气道的入口段构成上述的环形腔，阀芯采用耐磨且耐高温材料制造。

作为一种优化，所述C形气道入口段的圆柱形孔轴线与转盘的回转平面之间的夹角α=35º。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优点：

1、本转子将轴向的混合燃气通过转盘的主燃烧室和C形气道产生大流量的高压气流从转盘圆周上的切向喷嘴高速喷出产生推力，推力在转盘上形成力偶矩推动转盘高速转动并输出动力。由于推力没有波动，转盘输出的转矩稳定性好。

2、混合燃气在主燃烧室燃烧后产生高温高压气流经过直气道进入环形腔，阀芯在气压的作用下克服弹簧作用力自动打开环形腔的出口节流通道产生高速射流，低压气流经低压气孔、集气腔、导流管和阀芯内孔被吸入C形气道内与环形腔喷射的高温气流混合并进行二次燃烧、升温和增压，形成数倍于混合燃气量的喷嘴气流质量，可大大提高喷嘴射流的推力、燃料的燃烧质量和热利用率而减少废气污染。因此，本转子能设置主燃烧室的压力，输出力矩大、热效率高而污染小。

3、本转子具有轴向结构紧凑、转盘的动平衡性能好、运行平稳等特点。

具体实施方式

以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。

中心轴依次穿过轴承和转盘的内孔由圆螺母组（包括圆螺母和止动垫圈）进行轴向固定，其中轴承内圈由中心轴的轴肩定位，转盘的内孔端面与轴承的内圈端面接触；中心轴和转盘的之间安装键进行周向定位。两个火花塞对称于转盘轴线，通过螺纹连接固定安装在主燃烧室的右侧壁上，阀芯、弹簧和导流管依次装入转盘的C形气道的入口段并用螺栓固定连接导流管和转盘，由此形成轴对称的回转体。

导电环与箱盖用空心螺柱和螺母固定连接并引出点火导线。将装配的上述回转体从轴向插入箱体，轴承的外圈与箱体 的内孔配合定位，转盘的左端面与箱体的内端面在中心轴的轴向力作用下保持无间隙平面接触并能相对滑动；箱盖与箱体通过螺栓固定连接形成机座，转盘将机座内空间分隔为集气腔和排气腔，火花塞的外伸端与导电环的导体保持接触，端盖与箱盖轴线重合并用螺栓固定连接，端盖与中心轴之间安装O形圈以防止异物进入。

低压气孔连通集气腔以便箱体外的低压气自由进入，高压气孔与进气口间歇连通以便高压的混合燃气进入主燃烧室。

转盘位于箱体的圆柱形空间内，转盘的外圆与箱体不接触，留有热膨胀间隙；转盘的端面上设置4个周向均布的进气口以增加进气通量，4条C形气道位于主燃烧室的外侧且沿转盘的圆周均匀分布，C形气道的入口和出口位于转盘的两侧，入口端安装导流管，出口设置喷嘴，喷嘴位于转盘的外边缘以增加喷射推力的力臂，4条径向布置的直气道连通主燃烧室和对应的环形腔。

转盘的主燃烧室位于转盘的一侧，C形气道的入口轴线与转盘的回转面夹角α=35°，阀芯的外圆柱面与C形气道入口段内圆柱面间隙配合形成环形腔且阀芯能轴向移动，阀芯前端与C形气道入口段的内圆锥面之间形成环形腔的出口节流通道，阀芯后端与导流管之间安装弹簧，导流管与C形气道的入口端由螺栓固定连接，阀芯前端在弹簧力的作用下使环形腔的出口节流通道处于关闭状态，导流管和阀芯的内孔始终与C形气道保持连通状态。直气道连通环形腔和主燃烧室，进气口位于主燃烧室的左侧壁上。

转子工作时，混合燃气通过高压气孔和进气口进入主燃烧室，火花塞点燃气体燃烧产生的高温高压气体经直气道进入环形腔，阀芯在气压的作用下克服弹簧阻力自动打开环形腔的出口节流通道产生高温喷射气流；常温的低压气经低压孔进入集气腔并通过导流管被吸入C形气道与高温喷射气流混合，经升温和增压后形成流量更大、压力稳定的气流从喷嘴喷出，收集在排气腔内的废气从排气口排出。转盘圆周上切向布置的喷嘴射流产生推力形成力偶矩推动转盘高速转动并输出力矩。由于低压气和混合燃气在C形气道的混合形成数倍于混合燃气量的喷嘴气流质量，大大提高了喷嘴射流的推力、燃料的燃烧质量和热利用率而减少了废气污染。由于喷嘴的射流是连续的，因此产生的推力没有波动，输出力矩稳定性好。

Claims (5)

1.一种旋转喷气转子，其特征在于，该转子包括箱体、箱盖、端盖、导电环、中心轴、转盘、火花塞、导流管、阀芯和弹簧；

所述箱体、箱盖、端盖、导电环、中心轴和转盘都是轴对称结构，它们的轴线重合，箱体和箱盖固定连接形成转子的机座，箱盖和端盖固定连接，导电环位于机座的内部，导电环的绝缘端面与箱盖的端面接触并固定连接，从导电环的导体上引出点火导线；

所述箱体的左端面不同圆周上设有两组轴向的气孔，一组是高压气孔，另一组是低压气孔，箱体右端的外圆周上设有径向的排气口；

所述中心轴和转盘固定连接形成可绕轴线转动的回转体，中心轴由轴承支承在箱体的内孔中，转盘位于机座的内部并将机座的内腔分隔成集气腔和排气腔，集气腔与低压气孔相通，排气腔与排气口相通，转盘的左端面与箱体的端面接触形成无间隙的平面滑动副，而转盘的右端外圆柱面与端盖形成间隙配合，转盘中间的外圆面与箱体的内圆面间隙配合；

所述转盘的内圆周上设置主燃烧室，主燃烧室的左侧壁有进气口，该进气口与高压气孔间歇相通，主燃烧室的右侧壁上固定安装火花塞，火花塞的外伸端与导电环的导体接触并可相对滑动；所述转盘沿圆周设置C形气道，C形气道的入口位于转盘的左侧，而C形气道的出口位于转盘的右侧，C形气道的入口段是圆柱形孔并经圆锥面过渡到断面渐缩的圆弧形通道，C形气道的出口设置喷嘴，该喷嘴接近转盘的外圆周；C形气道入口段的圆柱形孔轴线与转盘的回转平面之间的夹角为α且沿圆柱形孔轴线所在圆周的切线方向，所述α=30º～40º，C形气道出口的喷嘴方向平行于转盘的回转平面且沿转盘的切线方向；

所述阀芯和导流管皆为轴对称结构，两者的轴线重合，阀芯的外圆面与C形气道入口段的圆柱形孔间隙配合形成环形腔，阀芯前端与C形气道入口段的圆锥面之间形成环形腔的出口节流通道，直气道连通环形腔和主燃烧室，所述导流管与C形气道入口配合定位并固定连接，导流管的内锥孔、阀芯的内孔和C形气道相通；所述弹簧是螺旋压缩弹簧，位于导流管和阀芯之间。

2.根据权利要求1所述的旋转喷气转子，其特征在于，所述转盘的主燃烧室是断面为矩形或圆形的环形腔，主燃烧室左侧壁的进气口 数量m≥2且均匀分布在同一圆周上，主燃烧室右侧壁上固定安装两个火花塞，两个火花塞位于同一圆周上且沿圆周均布。

3.根据权利要求1所述旋转喷气转子，其特征在于，所述转盘上的C形气道数量N≥2，且沿转盘的圆周均匀分布，形成轴对称转盘结构。

4.根据权利要求1所述的旋转喷气转子，其特征在于，所述阀芯的数量和C形气道数量相同，阀芯的内孔是光滑的圆柱形通孔，阀芯的外圆面是阶梯形圆柱面，该阶梯形圆柱面与C形气道的入口段构成环形腔。

5.根据权利要求1所述的旋转喷气转子，其特征在于，所述转盘和阀芯均采用耐磨且耐高温材料制造。