CN110481760A - 无桨叶旋转风筒引擎飞机发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种无桨叶旋转风筒引擎飞机发动机，由旋转风筒(8)、螺旋导流器(9)和动力装置(6)构成，旋转风筒(8)是一个两端封闭的圆筒型结构，在封闭两端的底面分别均分布有多个倾斜的气孔进气口和出气口；螺旋导流器(9)安装在旋转风筒(8)内，该螺旋导流器(9)与旋转风筒(8)同轴，其叶片的角度给进入旋转风筒(8)的旋转气流进一步增加压力，促使其加快流向旋转风筒(8)的筒壁；动力装置(6)采用活塞式内燃机、燃气涡轮或电动机。本发明提升和优化了飞机发动机的结构，提高了飞机的操控性和发动机的功效；其推力是传统桨叶式旋转翼的4倍，相比传统桨叶式旋转翼的发动机减少了30％以上的能源消耗。

Description

无桨叶旋转风筒引擎飞机发动机
技术领域
本发明涉及飞机发动机，尤其是涉及使用高速旋转的无桨叶旋转风筒引擎作为推进器，牵拉飞机向前飞行的无桨叶旋转风筒引擎飞机发动机。
背景技术
螺旋桨飞机发动机是将高速旋转的螺旋桨作为推进器，从而产生拉力，牵拉飞机向前飞行。
螺旋桨桨叶的剖面形状与机翼的剖面形状很相似，前桨面相当于机翼的上翼面，曲率较大，后桨面则相当于下翼面，曲率近乎平直，每支桨叶的前缘与发动机输出轴旋转方向一致，所以，飞机螺旋桨相当于一对竖直安装的机翼。另外，桨叶与发动机轴呈直角，与旋转平面呈现一个由桨尖逐步向桨根变化的扭角。
桨叶的空气动力是一方面是由于前桨面与后桨面的曲率不一样，在桨叶旋转时，气流对曲率大的前桨面压力小，而对曲线近于平直的后桨面压力大，因此形成了前后桨面的压力差，从而产生一个向前拉桨叶的空气动力。
另一个牵拉飞机的力，是由桨叶扭角向后推空气时产生的反作用力而得来的。在桨叶旋转时靠桨叶扭角把前方的空气吸入，并给吸入的空气加一个向后推的力。与此同时，气流也给桨叶一个反作用力。
因此，桨叶在高速旋转时，同时产生两个力，一个是牵拉桨叶向前的空气动力，一个是由桨叶扭角向后推动空气产生的反作用力。由桨叶异型曲面产生的空气动力与桨叶扭角向后推空气产生的反作用力是同时发生的，这两个力的合力就是牵拉飞机向前飞行的总空气动力。
桨叶异型曲面和桨叶扭角结构造成桨叶的结构复杂，材料和工艺要求高；桨根和桨尖的圆周速度不同，为了保持桨叶各部分都处于最佳气动力状态，所以把桨根的桨叶角设计成最大，依次递减，桨尖的桨叶角最小工作状态的桨叶是一根悬壁梁受力态势，为了增加桨根的强度，桨根的截面积设计为最大，造成重量大，结构复杂；通过提高桨叶速度来提高飞机速度，造成叶端部分速度很高,有产生激波的可能，大大提高了桨叶的阻力，因此，使用螺旋桨引擎的飞机速度通常不会很高。在速度大于700公里/时的情况下，空气螺旋桨推进效率急剧下降，飞机所需的功率随速度的三次方成正比增加，发动机由于技术上的限制，无法提供体积小、重量轻和功率大的发动机。
另外,因发动机转动速度很快,使得发动机与螺桨之间必须要有变速齿轮,来降低螺桨转速使其叶端不要超过音速。所以使用螺桨发动机的飞机会多个变速齿轮的重量。
螺旋桨旋转时产生一个反作用扭矩，大功率发动机的飞机常用较大的垂直尾翼或偏置垂直尾翼产生的力矩来加以平衡，螺旋桨飞机的结构比较复杂。螺旋桨发动机常用在较小型或较低速的亚音速飞机上。
发明内容
本发明的目的是采用一种无桨叶旋转风筒引擎发动机作为飞行器的动力，相对于螺旋桨发动机大大提高飞行器产生的推力和飞行安全系数，其结构简化，工作稳定并提高效率，减少了能源消耗。
为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：
一种无桨叶旋转风筒引擎飞机发动机，所述无桨叶旋转风筒引擎飞机发动机包括：
旋转风筒2，所述旋转风筒组件2由旋转风筒8和螺旋导流器9构成，旋转风筒8是一个两端封闭的圆筒型结构，在封闭两端的底面均分布有多个倾斜的气孔，两端的气孔朝向相反；上端的气孔朝向与旋转风筒8的旋转方向一致，作为进气口，下端的气孔朝向与旋转风筒8的旋转方向相反，作为出气口；
螺旋导流器9，所述螺旋导流器9安装在旋转风筒8内，该螺旋导流器9与旋转风筒8同轴，其叶片的角度给进入旋转风筒8的旋转气流进一步增加压力，促使其加快流向旋转风筒8的筒壁。
动力装置6，所述动力装置6采用活塞式内燃机、燃气涡轮或电动机。
所述飞机发动机还包括：
推进转向管3，所述推进转向管3包括进风口11、垂直排风口12和水平排风口13，进风口11和空气通道5联通，旋转风筒产生的高速气流经过空气通道5从进风口11进入推进转向管3，从垂直排风口12和水平排风口13排出；
风向调节板4和风向调节模块10，所述风向调节板4安装在推进转向管3内的垂直排风口12上；所述风向调节模块10控制风向调节板4通过调节垂直排风口12的大小控制垂直排风口12和水平排风口13排出的气流比例，实现对飞行的控制。
本发明还提出使用上述飞机发动机的飞行器，所述飞行器包括飞碟形状的飞行器主体1，由4个支腿7支撑；所述无桨叶旋转风筒引擎发动机安装在飞碟中心，所述动力装置6可以采用活塞式内燃机；所述水平气流通道可以360度旋转，通过风向调节模块10和风向调节板4分配通过垂直和水平通道排出的气流比例以及旋转角度，实现对飞行器的升降和飞行方向的控制。
本发明还提出使用上述飞机发动机的固定翼飞机，所述固定翼飞机的无桨叶旋转风筒引擎发动机水平安装在飞机中部，为固定翼飞机提供推力；在飞机尾部加装推进转向管3，该推进转向管3的垂直排风口12和机翼配合提高飞机的升力，缩短起飞距离；推进转向管3的水平排风口13配合垂直尾翼提供转向力矩，改善操控性能。
本发明还提出使用上述飞机发动机的直升机，所述直升机无桨叶旋转风筒引擎发动机垂直安装在直升机中部，替代直升机的旋翼，为直升机提供升力；通过推进转向管3调整垂直和水平的气流，为直升机保持升力的同时实现平飞。
本发明在向飞行器提供推力的同时，还可以提供升力和旋转力矩，大大提高了飞机的操控性和发动机的功效；无桨叶旋转风筒引擎发动机的推力是传统桨叶式旋转翼的4倍，该发明大大提升和优化了飞机发动机的结构，同时提高了抵御各种复杂气流的能力，大大提升了飞机的飞行安全系数；本发明结构简单，功效稳定，相比传统桨叶式旋转翼引擎的发动机减少了30％以上的能源消耗。
附图说明
图1是以无桨叶旋转风筒引擎发动机为动力的飞行器结构示意图；
图2是无桨叶旋转风筒引擎的结构图；
图3是螺旋导流器结构图；
图4是推进转向管结构图；
图5是风向调节板结构图；
图6是无桨叶旋转风筒引擎发动机为动力的固定翼飞机；
图7是无桨叶旋转风筒引擎发动机为动力的直升机。
其中：
1飞行器主体、2旋转风筒组件、3推进转向管、4风向调节板、5空气通道、6动力装置、7支腿、8旋转风筒、9螺旋导流器、10风向调节模块、11进风口、12垂直排风口、13水平排风口
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。
图1是以无桨叶旋转风筒引擎发动机为动力的飞行器结构示意图；如图所示，本实施例的飞行器主体1为类似飞碟的形状，由4个支腿7支撑，其动力装置为安装在飞碟中心的无桨叶旋转风筒引擎发动机，所示无桨叶旋转风筒引擎发动机包括旋转风筒组件2、推进转向管3、风向调节板4、空气通道5和动力装置6；旋转风筒组件2由动力装置6驱动，所述动力装置6可以采用活塞式内燃机、燃气涡轮或电动机；旋转风筒组件2在发动机驱动下高速旋转，空气从顶部吸入，经空气通道5从推进转向管3排出，使飞行器产生推动力。推进转向管3具有垂直和水平气流通道，水平气流通道可以360度旋转，通过转向控制模块4分配通过垂直和水平通道排出的气流比例以及旋转角度，实现对飞行器的升降和飞行方向的控制。
图2和图3显示无桨叶旋转风筒和螺旋导流器的结构，旋转风筒组件2由旋转风筒8和螺旋导流器9构成，旋转风筒8是一个两端封闭的圆筒型结构，在封闭两端的底面均分布有多个倾斜的气孔，两端的气孔朝向相反；上端的气孔朝向与旋转风筒8的旋转方向一致，作为进气口，下端的气孔朝向与旋转风筒8的旋转方向相反，作为出气口。
在旋转风筒8内安装螺旋导流器9，该螺旋导流器9与旋转风筒8同轴，其桨叶的角度给进入旋转风筒8的旋转气流进一步增加压力，促使其加快流向旋转风筒8的筒壁。
当发动机驱动旋转风筒8旋转，旋转的方向使上端进气口作为迎风面，空气由进气口沿切线方向进入旋转风筒8，在进气口、螺旋导流器9和旋转风筒8内壁的共同作用下，气流在旋转风筒8内绕中心轴旋转，多股旋转气流相互作用，使气流不断增强，最后形成龙卷风效应；后端出气口形状和朝向使出气口处形成真空，旋转风筒8上下两端的压力差旋转气流加速流动，气流高速排出旋转风筒8，大量的空气从进气口进入，从出气口高速排出，对飞机形成推力。
图4和图5是推进转向管和风向调节板的具体结构，推进转向管3包括进风口11、垂直排风口12和水平排风口13，风向调节板4安装在推进转向管3内的垂直排风口12上；进风口11和空气通道5联通，旋转风筒产生的高速气流经过空气通道5从进风口11进入推进转向管3，从垂直排风口12和水平排风口13排出；在风向调节模块10的控制下，风向调节板4通过调节垂直排风口12的大小控制垂直排风口12和水平排风口13排出的气流比例，实现对飞行的控制。
图6是无桨叶旋转风筒引擎发动机为动力的固定翼飞机；无桨叶旋转风筒引擎发动机水平安装在飞机中部，为固定翼飞机提供推力；在飞机尾部还可以加装推进转向管3，该推进转向管3的垂直排风口12和机翼配合提高飞机的升力，可以缩短起飞距离；推进转向管3的水平排风口13可以配合垂直尾翼提供转向力矩，是操控更灵活，改善操控性能。
图7是无桨叶旋转风筒引擎发动机为动力的直升机。无桨叶旋转风筒引擎发动机垂直安装在直升机中部，替代直升机的旋翼，为直升机提供升力；通过推进转向管3调整垂直和水平的气流，直升机保持升力的同事实现平飞。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无桨叶旋转风筒引擎飞机发动机，其特征在于，所述无桨叶旋转风筒引擎飞机发动机包括：
旋转风筒(2)，所述旋转风筒组件(2)由旋转风筒(8)和螺旋导流器(9)构成，旋转风筒(8)是一个两端封闭的圆筒型结构，在封闭两端的底面均分布有多个倾斜的气孔，两端的气孔朝向相反；上端的气孔朝向与旋转风筒(8)的旋转方向一致，作为进气口，下端的气孔朝向与旋转风筒(8)的旋转方向相反，作为出气口；
螺旋导流器(9)，所述螺旋导流器(9)安装在旋转风筒(8)内，该螺旋导流器(9)与旋转风筒(8)同轴，其叶片的角度给进入旋转风筒(8)的旋转气流进一步增加压力，促使其加快流向旋转风筒(8)的筒壁；
动力装置(6)，所述动力装置(6)采用活塞式内燃机、燃气涡轮或电动机。
2.根据权利要求1所述的飞机发动机，其特征在于，所述飞机发动机还包括：
推进转向管(3)，所述推进转向管(3)包括进风口(11)、垂直排风口(12)和水平排风口(13)，进风口(11)和空气通道(5)联通，旋转风筒产生的高速气流经过空气通道(5)从进风口(11)进入推进转向管(3)，从垂直排风口(12)和水平排风口(13)排出；
风向调节板(4)和风向调节模块(10)，所述风向调节板(4)安装在推进转向管(3)内的垂直排风口(12)上；所述风向调节模块(10)控制风向调节板(4)通过调节垂直排风口(12)的大小控制垂直排风口(12)和水平排风口(13)排出的气流比例，实现对飞行的控制。
3.使用权利要求1或2所述的飞机发动机的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括飞碟形状的飞行器主体(1)，由(4)个支腿(7)支撑；所述无桨叶旋转风筒引擎发动机安装在飞碟中心，所述动力装置(6)可以采用活塞式内燃机；所述水平气流通道可以360度旋转，通过风向调节模块(10)和风向调节板(4)分配通过垂直和水平通道排出的气流比例以及旋转角度，实现对飞行器的升降和飞行方向的控制。
4.使用权利要求1或2所述的飞机发动机的固定翼飞机，其特征在于，所述固定翼飞机的无桨叶旋转风筒引擎发动机水平安装在飞机中部，为固定翼飞机提供推力；在飞机尾部加装推进转向管(3)，该推进转向管(3)的垂直排风口(12)和机翼配合提高飞机的升力，缩短起飞距离；推进转向管(3)的水平排风口(13)配合垂直尾翼提供转向力矩，改善操控性能。
5.使用权利要求1或2所述的飞机发动机的直升机，其特征在于，所述直升机无桨叶旋转风筒引擎发动机垂直安装在直升机中部，替代直升机的旋翼，为直升机提供升力；通过推进转向管(3)调整垂直和水平的气流，为直升机保持升力的同时实现平飞。
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