CN201165915Y - 飞轮发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种飞轮发动机，包括壳体、点火系、启动系和燃料系，壳体上安装飞轮轴，飞轮轴上至少安装一个飞轮，飞轮上设置气体混合室，气体混合室中部开设进气孔，飞轮外周安装气缸，气体混合室外周开设出气口，气缸底部开设进气口，进气口与出气口连通，气缸内安装点火器，气缸喷气方向与飞轮半径间夹角为Ф1。本实用新型具有中间环节造成的能量损耗少，能量利用率高，燃料燃烧充分；排放有害气体少，更加环保；极大的提高了发动机的动力输出；大大精简了发动机的结构；可以创造高温高压环境，为多种材料的制备创造条件等优点。

Description

飞轮发动机

技术领域

本实用新型涉及动力设备及热工设备领域，具体是一种飞轮发动机。

背景技术

现有的热能转化方法，热能转化为动能的方法结构复杂，中间环节造成的能量损耗太多同时能量转化率太低，使设备制造变得很复杂，设备造价很高，能量利用率很低，造成先天性原理缺陷，导致技术瓶颈难以突破。制造高温高压的方法也存在无法实现更高的温度和压力的难题，使很多种材料无法生产。

现有的发动机，主要有内燃机和喷气式发动机，内燃机存在原理性先天缺陷，存在重量大、转速低、能耗高、排放量大、噪音高、造价高、维护费用高、使用寿命短等缺陷；喷气式发动机存在推力小、喷射速度低、造价高、能耗高、有害气体排放量大、维护费用高、使用寿命短等缺陷。结构复杂，中间环节造成的能量损耗太多同时能量转化率太低。内燃机存在先天性的设计理论上的缺陷，致使技术发展到今天虽然很成熟了，但是因为先天性缺陷，也突破不了能量利用率低这个难题。

现在创造高温高压环境的设备存在无法实现更高、更稳定的高温高压环境，设备太复杂，能耗以及成本费用太高等缺陷，无法创造制造人造宝石以及新材料的条件等。

发明内容

本实用新型提供一种飞轮发动机，采用全新的热能转化方式。本实用新型所根据的热能转化方法是，利用从中心到外围转速递增的涡流使燃料和空气自动从涡流中心区吸入涡流中，使燃料和空气在从涡流中心到涡流外围的运动过程中受涡流影响混合均匀，同时使混合气压力增加，在圆周运动离心力以及惯性的作用下进入另一个从中心到外围转速递减的涡流中燃烧，该涡流使燃料和空气进一步混合均匀，并且可以使燃料在涡流中心持续燃烧，同时在涡流中心产生一个高温高压环境，从而使燃料燃烧更加充分，利用高温高压环境即可生产多种材料。同时高温高压可以产生高压气体，利用高压气体的压力形成一个具有一定方向和角度的从中心到外围转速递减的螺旋推进的喷射气流，喷射气流具有更快的喷射速度和喷射推力，利用推力可以进一步推动圆周运动，圆周运动即可产生出扭力，使燃料燃烧产生的热能转化为扭力，使热能转化为动能，利用这些即可制造出可以产生扭力的发动机。调整螺旋推进的气流的喷射角度即可形成另一个螺旋推进的螺旋气流，这个螺旋推进的气流可以产生出推力和扭力，它同样具有更快的速度和更大的推力，这些使热能最终转化为扭力和推力，使热能转化为动能。利用这些即可制造出喷气螺旋推进的即可产生推力也可产生扭力的发动机。利用圆半径越长圆周长越长的特点，当圆内各点都围绕圆心做相同转速的圆周运动时，离圆心越远的点的圆周运动的线速度越高，在离心力的共同作用下使从圆心到圆外围的运动形成一个具有加速度的抛物线运动，使从圆中心区进入这个圆周运动的场中的气体在离心力的作用下向圆外围的运动过程中，受气体粒子之间的相互摩擦以及运动加速度的共同作用下形成一个从中心到外围转速递增的涡流气旋，这个涡流气旋可以产生一个向涡流外围的力，这个力具有加速度，这个力可以提高涡流外围的气体压力，同时使气流具有更快的运动速度，同时这个涡流可以使涡流中的各个粒子之间都具有相对运动，从而使燃料和气体混合均匀。当圆内各点作圆周运动时，受到的阻力从圆中心到圆外围递增时，就会使进入这个圆周运动的场中的气体形成一个从中心到外围转速递减的涡流气旋，气流需要同时沿着圆周运动的旋转轴方向做推进运动才能使这个涡流气旋形成并且维持存在，就像水的漩涡运动、龙卷风的气流运动有些相似，涡流气旋的中心具有更快的推进速度，推进速度也是从中心到外围递减，这就形成一个锥形锋面，使气流具有更快的推进速度和更大的推力。这个涡流气旋可以使新进入的燃料混合气自动进入涡流中心，燃料在涡流中心燃烧产生热能，能量会向外传递，它的传递速度存在一个减速度，这是由于能量传递过程中的能量损耗造成的，这就使热能从涡流中心到涡流外围的传递速度存在一个减速度，使热能更加快了涡流气旋从中心到外围的转速递减，相对加快了涡流中心的转速，使能量更多的集中在涡流中心，使涡流中心形成更高的温度和压力，同时降低了涡流气旋外围的温度和压力。涡流燃烧使燃料燃烧充分，使排放更加环保，更加节能。

本实用新型的目的是提供一种飞轮发动机，利用全新的热能转化方法，克服了以前发动机存在的问题，能量利用率高，燃料燃烧充分；有害气体排放少，更加环保；可以创造高温高压环境，为多种材料的制备创造条件；极大的提高了发动机的动力输出；大大精简了发动机的结构。本实用新型通过调整气缸的喷射角度，可以使发动机输出扭力或者输出推力。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：飞轮发动机，包括壳体、点火系、启动系和燃料系，壳体上安装飞轮轴，飞轮轴上至少安装一个飞轮，飞轮上设置气体混合室，气体混合室中部开设进气孔，飞轮外周安装气缸，气体混合室外周开设出气口，气缸底部开设进气口，进气口与出气口连通，气缸上安装点火器，气缸喷气方向与飞轮半径间夹角为Φ1。气缸内腔横截面呈圆形，进气口的进气通道一端开口朝向飞轮的旋转方向，进气口的进气通道另一端朝向气缸内腔横截面切线方向，气缸内设置燃烧室和喷气室，喷气室进气部位横截面直径小于燃烧室最大横截面直径。气缸是第一气缸，第一气缸内腔的中心轴线为圆弧线。气缸是第二气缸，第二气缸的内腔中心轴线为曲线。气缸底部上壁开设上进气口，气体混合室外周下壁开设下出气口，上进气口和下出气口连通。气缸底部下壁开设下进气口，气体混合室外周上壁开设上出气口，下进气口和上出气口连通。气体混合室侧壁开设侧出气口，气缸底部侧壁开设侧进气口。飞轮上下两面分别安装气体混合室，飞轮上下两面分别安装气缸。飞轮上下两面分别安装上部气缸和下部气缸，上部气缸底部下壁开设下进气口，下部气缸底部上壁开设上进气口，飞轮中心设置气体混合室，气体混合室外周上壁和下壁分别开设上出气口和下出气口，下进气口和上出气口连通，上进气口和下出气口连通。飞轮上安装推力气缸，推力气缸喷气方向与飞轮所在的垂直于飞轮轴的平面的夹角为Φ2。

本实用新型的优点在于：利用全新的热能转化方法，充分利用了圆周运动和流体运动，克服了以前发动机存在的问题，中间环节造成的能量损耗少，能量利用率高，燃料燃烧充分；排放有害气体少，更加环保；极大的提高了发动机的动力输出；大大精简了发动机的结构；可以创造高温高压环境，为多种材料的制备创造条件。本实用新型具有制造简单；成本低；能量利用率高；节能环保等优点。

附图说明

附图1是本实用新型单飞轮单面气缸结构飞轮发动机实施例之一的主视结构示意图；附图2是附图1的俯视图；附图3是附图2中A-A向剖面放大结构示意图；附图4是本实用新型单飞轮单面气缸结构飞轮发动机实施例之二的主视结构示意图；附图5是本实用新型单飞轮单面气缸结构飞轮发动机实施例之三的俯视结构示意图；附图6是本实用新型单飞轮单面气缸结构飞轮发动机实施例之四的俯视结构示意图；附图7是本实用新型单飞轮双面气缸结构飞轮发动机主视结构示意图；附图8是本实用新型多飞轮结构飞轮发动机主视结构示意图；附图9是附图8中B-B向剖视结构示意图；附图10是本实用新型单面气缸推力飞轮发动机的主视结构示意图；附图11是本实用新型双面气缸推力飞轮发动机的主视结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的主体结构包括壳体23、点火系、启动系和燃料系，壳体23也是发动机的机壳，发动机作为热工设备使用时壳体23也可以制成料仓或直接用料仓来代替壳体。壳体23上可以加保温层来减少能量损耗同时起到消音作用，壳体23内可以设置支架等用来稳定内部结构等，可以在壳体23上设置发动机的很多辅助设施，壳体23可以留出检修口，不用时检修口密封。

壳体23上开设排气口24，壳体23上安装飞轮轴3，飞轮轴3上至少安装一个飞轮15，飞轮15上设置气体混合室4，气体混合室中部开设进气孔2。壳体23内安装输气管22，输气管22的出口位于飞轮15边缘以内，输气管22上可以设置采热片，输气管22的进气方向与排气方向相反，可以用最冷的空气采集到排气最末端的热量，可以更好的利用余热，提高热效率。本实用新型还可以采用其它供气方式，例如可以将飞轮轴3设置为空心飞轮轴，在空心飞轮轴中的空腔内设置输气管道，向气体混合室4内供气，这种供气方式容易影响飞轮整体结构，一般不采用。燃料系的结构有多种，常用的方法为壳体23上安装燃料管20，燃料管20末端位于进气孔2附近。液体燃料可以在燃料管20出料口加雾化喷嘴，可以用燃料泵将燃料加压输送，气体燃料直接将燃料管20设置在进气孔2处即可，燃料可以借助气体自身压力自动输送，固体燃料可以用气流输送也可以直接在进气孔2上方设置漏斗状燃料口。控制燃料流量即可实现发动机转速、功率调节，可以设置控制阀，控制阀与油门控制装置连接实现发动机的控制。燃料系也可以通过飞轮轴3输送燃料，将飞轮轴3设置为空心飞轮轴，在空心飞轮轴中的空腔内设置燃料管道，向气体混合室4内提供燃料，这种结构容易影响飞轮发动机整体性能，不常采用。若飞轮发动机为多飞轮结构，则在每个飞轮15的每个进气孔2旁设置输气管22和燃料管20。为了防止废气进入发动机，在壳体23上安装隔离罩21，隔离罩21靠近飞轮15边缘以内区域，隔离罩21靠近飞轮15但不能与飞轮15接触，输气管22穿过隔离罩21。气体混合室4外周开设出气口。气体混合室4进气部位直径小于出气部位直径。气体混合室4的中心轴线与飞轮15中心轴线在一条直线上，进气孔2的中心与飞轮15中心轴线在一条直线上。气体混合室4内腔尽量做的中心区厚一些，边缘尽量做得薄一些，这样可以进一步提高气体混合室4边缘的气体压力。气体混合室4可以与飞轮15制作成一体，也可以制作成分体的。可以将飞轮15设计成空心的，利用空心部位作为气体混合室4。

飞轮15外周安装气缸，为了尽可能高的利用空间提高动力，飞轮15外周可以尽量安装多个气缸，飞轮15外周如果只安装一个气缸，会使飞轮轴3沿一个圆圈作圆周摆动，这种结构一般用不着，只在特定条件要求下有用。气缸底部密封，气缸内腔横截面呈圆形，气缸底部开设进气口，进气口与气体混合室4的出气口连通。进气口内设有进气通道18，进气通道18一端开口朝向飞轮15的旋转方向同时向气体混合室4倾斜扩张开口，进气通道18另一端朝向气缸内腔横截面切线方向，气缸内设置燃烧室11和喷气室12，喷气室12进气部位横截面直径小于燃烧室11横截面直径，喷气室12喷气方向与飞轮15半径成夹角Φ1，Φ1为非零角，Φ1的最佳值范围在55.62°-68.76°之间。

燃烧室11位于气缸底部，燃烧室11与喷气室12之间有缩小的喷气口，喷气室12开口扩张，喷气室12内腔向喷气方向内径逐渐加大，喷气室12开口逐渐扩张可以更好的提高喷气速度，提高能量利用率，它构成气缸的喷气部位。进气通道18沿气缸横截面切线方向开口在燃烧室11顶部，燃烧室11与喷气室12之间有缩小的喷射口。

燃烧室11内安装点火器10，点火器10可以用火花塞，也可以用两个电极或一个电极来代替火花塞：用一个电极时可以利用气缸作为另一个电极，来实现点火。用两个电极时可以将两个电极离开一定距离安装在气缸内，这比较适用于小型发动机。气缸上下两侧边沿设置基座9。气缸内壁要制作的线条流畅，形成流线状，特别是喷射口处更要线条流畅，使气流运动顺畅，减轻磨损。为了利于混合气体在气缸内形成涡流，在气缸底部可以安装圆锥柱8。气缸内壁上可以开设旋转方向与气缸内涡流气旋旋转前进方向相反的螺纹，螺纹深度和宽度可以根据气缸的大小比例尺寸来确定，螺纹前进角度为55.62°时最好。反向螺纹可以加剧涡流气旋外围的转速递减，可以提高涡流气旋中心的相对转速，同时在缸壁与涡流气旋之间形成一层激波，更好地把来自涡流气旋的能量与缸壁隔离，可起到保护缸壁的作用，同时可减轻缸壁磨损。如果把螺纹取消，基本也不影响气缸工作，只是增加了缸壁的温度，增加了缸壁的烧损，同时增加了缸壁对外的能量散失，使更多的热量通过缸壁散热损失掉，从而降低了飞轮发动机的热效率。同时也相对降低了气缸内涡流气旋的从中心到外围的转速递减，使涡流气旋的转速相对降低，进而影响气缸的喷气速度，影响发动机实现高速旋转，影响整个飞轮发动机的性能。为了更好的散热，气缸外壁可以设置螺纹或散热片。

燃烧室11上部的圆锥体8可以规范涡流气旋中心的旋转，有利于涡流形成。燃烧室11顶部圆锥体8的表面可以设有螺纹方向与气缸内的涡流气旋旋转前进方向相同的螺纹。圆锥体8的作用不是必不可少的，没有它照样可以形成涡流，所以也可以不设，简化结构。

气缸可以用各种缸体材料，通常情况下，使用一般的发动机缸体材料即可，缸体可以采用铸造工艺一次成型；也可以使用耐温高强陶瓷气缸，这样大大提高气缸使用寿命，气缸可以用陶瓷材料一次性烧制而成。对发动机条件要求高的，缸体外部可以再包裹金属或碳纤维等高强材料来加强缸壁强度。也可以在气缸外套一个桶状套来固定气缸，桶状套用高强材料，上下分别设置基座9，把下部的基座9与飞轮15紧固在一起。气缸也可在铸造时直接铸造上基座9。陶瓷等不易安装点火器10的气缸安装点火器10时可以用气缸外套的桶状套作为点火器10基座。为了增加气缸与飞轮15的紧固性提高气缸强度，也可以将气缸与飞轮15直接铸造在一起，也可以将气体混合室4、气缸、飞轮15直接制造成一个整体。也可用陶瓷材料一次性烧制成型，陶瓷气缸的使用寿命更长。

为了更好的利用动力，气缸的出气端与飞轮15边缘可以并齐，为避免气缸喷出的高温气体对飞轮15边缘的烧损，可以将飞轮15边缘受到高温气体喷射的部分去掉，在飞轮15边缘形成一个缺口。

本实用新型的气缸可以采用多种形式，常用的气缸有第一气缸13、第二气缸14和第三气缸19等。第一气缸13内腔的中轴线为圆弧线，第一气缸13的出气端与飞轮15并齐的话，第一气缸13内腔中心轴线的弧度可以跟飞轮15边沿的弧度相同，第一气缸13两个弧边相等或不相等可以根据具体情况选择，内弧边稍短一些有利于能量利用和提高扭力，两个弧边在气缸喷气端的连线与飞轮15切线的夹角为Φ3，Φ3可以选用55.62°。第一气缸13内腔中心轴线的弧度可以选择多种弧度，安装时调整第一气缸13的喷射角度，使喷气方向与飞轮15半径呈一定的倾斜角度，这样可以更好的利用缸内高压气体的喷射推力的反作用力来化解离心力，使飞轮发动机更好的实现高速旋转。安装时只需以第一气缸13顶部中心轴线为轴心扭转第一气缸13即可调整气缸的喷气方向与飞轮15所在的垂直于飞轮轴3的平面的角度，即可实现发动机功能的变化。

第二气缸14内腔的中轴线是弯曲线，以燃烧室11的喷气口部位为夹角的交点，构成气缸内腔中心轴线的弯曲线结构，使气缸内腔中心轴线从燃烧室11的喷气口部位开始弯曲。安装时以喷气室12内腔中心轴线为准，使燃烧室11内腔中心轴线与飞轮15半径平行，使喷气室12内腔中心轴线与飞轮15半径呈一定的倾斜角度即可。安装时只需以第二气缸14顶部中心轴线为轴心扭转第二气缸14即可调整气缸的喷气方向与飞轮15所在的垂直于飞轮轴3的平面的角度，即可实现发动机功能的变化。这种气缸弯曲线机构的方案也有利于缸内涡流形成，同时利用喷射推力的反作用力来帮助飞轮15化解离心力，同时有利于安装简化，降低成本，但是它比第一气缸13效果稍差一些。

第三气缸19内腔的中心轴线是直线，这使气缸整个形成一个直的圆柱体，这种结构气缸制造工艺相对简单一些，但是使用效果最不理想，不利于在气缸内形成涡流，也不利于简化安装，特别是使发动机即可输出扭力也可输出推力时使安装结构变得相对复杂。

气缸还有多种几何结构，可以是上下一样粗的桶状结构；可以是喷气口稍微收缩的结构；可以是喷口扩张的扩张开口结构；可以是上部为一样粗的桶状然后在喷气口处再扩张的结构；可以是在燃烧室11顶部设置一个涡流产生室，涡流产生室与燃烧室11之间有缩小的燃烧室进气口，该结构可以降低回火，效果也不是很明显，实际效果不明显。这几种结构都不利于维持缸内燃烧，也不利于缸内涡流形成。

燃烧室11喷气口面积小于进气口面积为好，喷气口面积小于进气口面积有利于提高燃烧室11压力，但是过小容易造成回火，同时提高了燃烧室11与外部的压力差，使能量利用率降低，造成能量损耗，可以根据不同的需要选用不同的喷气口与进气口的面积比例大小。喷气口面积大于进气口面积，容易造成点火困难同时也不利于维持燃烧，甚至根本就实现不了点火。喷气口面积等于进气口面积，基本上也可以点火和维持燃烧，只是缸内压力会受到影响，点火稍微困难一些，还是以喷气口面积稍微小于进气口面积为好。本发动机需要很高的发动机转速才能实现发动机点火以及维持燃烧工作。要调节好喷气口面积的比例尺寸，可以参照冲压发动机的喷气口与进气口的面积比例尺寸，可以比冲压发动机的喷气口面积与进气口面积的比例稍微大一点，气缸内的气流是做旋转推进运动的涡旋气流，可以提高气流在缸内的滞留时间，更好的维持燃烧。进气口面积与喷气口面积的最佳比例范围为1∶0.618-1∶1。进气口面积与燃烧室11最大横截面积的最佳比例范围是0.382-0.618∶1。当燃烧室11进气口面积大于燃烧室11喷气口面积时，将点火器10的点火端安装在气缸燃烧室11喷气口附近，可以更加容易点火，同时更好的避免点火时的回火，点火器10用常规火花塞即可。

气缸的喷气端与飞轮15并齐的话，气缸内腔中心轴线的长度可以是飞轮15半径的0.618倍，气缸内腔横截面的直径可以是气缸内腔中心轴线长度的0.382倍，喷气室12内腔中心轴线的长度可以是气缸内腔中心轴线的0.382倍，这样可以使气缸与飞轮15的大小比例协调，也使气缸自身的粗度与长度比例协调。在气缸长度不变的情况下，气缸的喷气端与飞轮15并齐的话，加大或缩小飞轮15半径，飞轮发动机也能转起来，不过它的协调性会降低，性能会降低。可以根据不同需要选用不同的各种比例尺寸，包括：气缸内腔中心轴线的长度与飞轮15半径的比例、气缸内腔最大横截面的直径与气缸内腔中心轴线长度的比例、喷气室12内腔中心轴线的长度与气缸内腔中心轴线总长度的比例；内腔中心轴线弯曲的，弯曲角的两个边的长度也可以选择不同的长度比例，这些比例以选择黄金分割比例为最佳方案。

气缸喷气方向与飞轮15半径呈大于零度的倾斜角度都可以使发动机转起来。气缸喷气方向与飞轮15半径间角度Φ1的最佳范围是55.62°-68.76°，这种安装方案可以帮助飞轮发动机克服一部分离心力，用以抵消大部分飞轮发动机高速旋转产生的巨大离心力，可以实现飞轮发动机的高速旋转，不必担心飞轮发动机被离心力分离，可以降低对飞轮15材料的要求。调整气缸的喷气方向与飞轮15半径的角度，即可改变发动机对转速的适应能力。

气缸喷气方向与飞轮15半径以及飞轮15所在的垂直于飞轮轴3的平面构成喷射角度，改变喷射角度即可改变发动机的性能。气缸的喷气方向与飞轮15所在的垂直于飞轮轴3的平面平行时，发动机只能输出扭力，气缸的喷气方向与飞轮15所在的垂直于飞轮轴3的平面呈倾斜角度时，发动机即可输出扭力也可输出推力。调整气缸的喷气方向与飞轮15所在的垂直于飞轮轴3的平面的角度，即可实现发动机功能的变化。气缸的喷气方向受气缸喷气部位内腔中心轴线的影响，基本上与气缸喷气部位内腔中心轴线平行，安装时可以以喷气部位内腔中心轴线为准来调整气缸喷气方向。

为了保证涡流的形成，进气口设在气缸内腔横截面切线方向上，进气通道18沿气缸横截面切线方向开口在燃烧室11顶部，以便空气以切线方向冲进气缸。气缸的进气口横截面可以选用各种形状，圆形、方形、三角形、多角形、弧边形、不规则型等均可，最好的形状是长方形，长方形的长边与气缸中心轴线平行，这样有利于气缸内形成涡流。同时进气通道18内腔向气体混合室4方向逐渐开口扩张，可以进一步提高进气压力。

气缸上的进气通道18开口方向与发动机工作时的飞轮15旋转方向同向最好，有利于气体顺利进入气缸，这是因为气体混合室4内的气体的旋转前进速度低于气体混合室壁4的前进速度，发动机转速越高越能体现这一点，可以利用这一点使进气更好的沿气缸内腔横截面切线方向进入，更好的利用惯性冲击力来促进缸内涡流的形成，可以更好的提高气缸内涡流的旋转速度，飞轮15转速越高越有利于气缸内形成涡流，越可以提高气缸内涡流的旋转速度。

安装时使进气通道18开口方向朝向飞轮发动机工作时的旋转方向，同时使进气通道18开口方向向气体混合室4倾斜，开口在气体混合室4侧壁上即可，倾斜角度要尽量小，使进气通道18顺畅，形成流线型，可以使气流非常顺畅的进入气缸。进气通道18开口扩张，使气流更容易进入进气通道18，更好的提高进气压力，同时可以更好地避免回火。

气缸上的点火器10连接点火系，点火系包括电源、开关、高压变压器、电路等，电源可以设置发电机，发电机由发动机带动发电给电源电瓶充电，也可以直接利用外部电源，从而省去发电机与电瓶等设施。点火系各个部件整合在点火装置中，可以在飞轮轴3上设置点火装置，点火器塞10与点火装置连接，点火电路经过飞轮15中心区后通过飞轮轴3上的电刷与外部点火电路接通。在电刷与飞轮轴3之间设绝缘材料层，连接电刷的高压线沿飞轮轴3到达飞轮15表面时再沿着飞轮15半径向飞轮15边缘延伸连接各个气缸点火器10。高压线的另一个电刷设置在电磁体控制的离合器上，两个电刷共同构成离合电刷，电磁铁的断电与通电使两个电刷离、合，离合电刷可以避免飞轮发动机高速旋转对电刷的磨损。点火装置也可以不采用离合电刷，将离合器取消，使两个电刷之间留有一定间隙，构成分离电刷，利用高压电直接击穿电刷间隙区，实现电路接通，同样可以避免造成电刷相互之间的摩擦，可以更加简化电刷的安装结构。可以在飞轮中心设轴杆，电刷固定在轴杆上，这个方案效果不理想，使用较少。为了简化安装，同时避免高压电路损坏等一系列问题，可以将高压电路以及电刷装置取消掉，只需在飞轮15上方靠近点火器10的部位安装一个或多个电极，最好是安装一圈高压电极，电极连接点火电路，可以更好地实现点火。安装点火器10时使点火器10的接线柱靠近电极，留出一定间隙，高压电会击穿间隙，实现电路连接，安装一个或多个电极时，随着飞轮15旋转，气缸上的点火器10会运动到电极下面，与高压电实现电路连接，实现点火。本方案为实现飞轮发动机点火的最佳方案。

点火系也可以不采用上述方案中的点火装置，而是做成微型点火装置直接安装在每个气缸的点火器10旁，这种方法技术要求高，成本高，不如上述方案效果好。

启动系包括电源、开关、电路、起动机、传动装置等，飞轮发动机使用时，需要借助启动系装置启动，获取初始旋转速度，常用的启动装置可以直接安装在飞轮轴3上，启动装置借助外部电力带动飞轮轴3旋转，从而为飞轮发动机提供初始转速。启动系装置也可以是在飞轮发动机外连接启动电机，启动电机与飞轮轴3连接，为飞轮发动机提供初始转速。

为了节约成本、简化结构，可以将点火系装置和启动系装置制造在一起，即在飞轮轴3上安装点火启动装置1。使用时，开启点火启动装置1，借助外部电力将飞轮15旋转，燃料和空气由气孔2进入气体混合室4，经混合后，由于飞轮15旋转产生的离心力，混合后含有燃料的混合气体经出气口和进气口进入气缸，由于离心力作用，混合气体在气缸内形成高速高压涡流，点火启动装置控制点火器10点然混合气体，气体膨胀喷出气流，气流推动飞轮15旋转，然后可以关闭点火启动装置1中的启动功能，实现自我高速旋转，输出动力，同时关闭点火启动装置1的点火电路，避免点火器10烧损。

为了提高整个装置的强度，提高抗离心力能力，可以安装紧固板7，紧固板7中心开孔，不影响气体混合室4进气，它的边缘到达气缸部位，盖在气缸上方，气缸上方设有基座9，将紧固板7与各个气缸的基座9紧固在一起即可，可以大大提高强度，同时不影响散热。制作时可以将气体混合室4加高，进气孔边缘与紧固板7紧固在一起，这样有利于进一步提高强度。紧固板7边缘再加支撑板，可以进一步提高强度，支撑板与紧固板7可以制造成一体的，将支撑板与飞轮15连接在一起即可，这样就形成一个整体，使整个装置更牢固。

本实用新型实施例之一的结构是：飞轮15外周安装气缸，气缸底部上壁开设上进气口6，气体混合室4外周下壁开设下出气口5，上进气口6和下出气口5连通。本实施例整体结构牢固，可以将气体混合室4和飞轮15紧固在一起，整体强度高，可以更好地实现发动机高速旋转。为增加整体强度，在飞轮15表面上制造一个高起的凸台17，将气体混合室4安装在凸台17上，使气体混合室4的边缘盖过气缸进气口，将气缸上的进气通道18开口向飞轮15面上方倾斜并且开口在气体混合室4即可，将气体混合室4与气缸紧固在一起，同时使气缸与飞轮15紧固在一起，将气体混合室4边缘加大，形成一块特殊紧固筋板，盖在气缸上，将紧固筋板边缘再连接上支撑板，再将支撑板与飞轮15紧固在一起，这样就可以将气缸紧紧地夹在飞轮15和气体混合室4之间了，紧固筋板和支撑板都要加厚，它们可以制成一体的，也可以与气体混合室4制成一体的，这种结构可以大大提高整个飞轮发动机的强度，可以更好地克服离心力。

实施例之二的结构是：飞轮15中心设置气体混合室4，气缸底部下壁开设下进气口61，气体混合室4外周上壁开设上出气口51，下进气口61和上出气口51连通。本实施例安装简单。

实施例之三的结构是：气体混合室4侧壁开设侧出气口52，气缸底部侧面开设侧进气口62。根据飞轮15旋转需要，可以在气缸底部正侧或者反侧开设进气口。本实施例安装相对复杂，效果不很理想。进气通道18与飞轮15表面平行并向气体混合室4拐弯开口。为了进一步提高进气压力，进气通道18内腔可以向气体混合室4方向逐渐开口扩张。本实施例存在的缺点是进气通道18占用一部分空间，减少了气缸的安装数量，使用效果不理想。

为了增加飞轮所提供的动力，同时节约成本，可以在飞轮15上下两面各安装一个气体混合室4，飞轮15上下两面分别安装气缸。两个面上的气体混合室4各自对应设置燃料系。对于双面飞轮的形式，还可以采用双面气缸共用一个气体混合室4的结构，其具体结构为：飞轮15上下两面分别安装上部气缸40和下部气缸16，上部气缸40底部下壁开设下进气口61，下部气缸16底部上壁开设上进气口6，飞轮15中心位置安装气体混合室4，气体混合室4外周上壁和下壁分别开设上出气口51和下出气口5，下进气口61和上出气口51相通，上进气口6和下出气口5相通。

为了增加飞轮发动机所提供的动力，可以在一个飞轮轴3上安装多个飞轮15。其它结构与单个飞轮15结构相同。各个飞轮上方设置一个支架，用来固定燃料管20，它们悬在飞轮15上方，与飞轮15不能接触。本结构比较适用于大型发动机。

在上述基本方案的基础上，可增设、调整相关设置和辅助部件，节省空间、完善和调整发动机性能。发动机也可以通过飞轮轴3直接安装在任意需要动力的设备上，本发动机可以根据具体情况确定安装方案及发动机尺寸大小，发动机横置、立置、倒置、侧置均可。

本实用新型的飞轮发动机可以实现推力输出，飞轮15上安装推力气缸36，推力气缸36喷气方向与飞轮15所在的垂直于飞轮轴3的平面的夹角为Φ2，Φ2为非零角，角度太大会妨碍飞轮发动机的转速，角度小要求更高的飞轮转速，才可以输出更大的推力，Φ2的最佳值是34.38°。角度越小使发动机转速越容易提高，形成的螺旋推进的喷气具有更高的转速，可以使它的推力更大、推进速度更高。推力气缸36可以采用第一气缸13或第二气缸14，只需将第一气缸13或第二气缸14以气缸顶部中心轴线为轴心扭转一定角度，使第一气缸13或第二气缸14喷气方向与飞轮15所在的垂直于飞轮轴3的平面呈大于零度的角度即可。推力气缸也可以采用第三气缸19，只要调整好它的喷气方向和喷气角度即可，但是安装比较麻烦，使用效果也不理想。

即可输出扭力也可输出推力的飞轮发动机的飞轮轴3可以直接安装在飞行器上，飞轮轴3在飞轮的不同面上产生对飞行器的不同的推力或拉力，飞轮轴3与螺旋推进的喷气在飞轮15同一面时，即气缸的喷气方向与飞轮轴3的角度小于90度时，产生对飞行器的拉力。飞轮轴3与螺旋推进的喷气不在飞轮15同一面时，即气缸的喷气方向与飞轮轴15的角度大于90度时，产生对飞行器的推力。

即可输出扭力也可输出推力的飞轮发动机可以用于各种航天、航空飞行器，包括火箭、飞机、飞船。它所喷出的气流是一个从中心向外围转速递减的涡流气旋气流，涡旋气流锋面形成一个锥形，锥尖高速旋转。涡漩气流螺旋推进就像旋转的子弹一样具有更快的速度以及推力。同时大大降低了噪音。只要飞轮15与轴承能够承受得了，发动机转速越高，发动机功率越高。

可输出扭力及推力的飞轮发动机的具体结构是：飞轮15上安装推力气缸36和气体混合室4。推力气缸36上开设进气口，气体混合室4上开设出气口，进气口与出气口连通。推力气缸36的喷射方向朝向飞轮15的斜下方倾斜，推力气缸36与飞轮15所在的垂直于飞轮轴3的平面成非零角，最佳角度是34.38度，推力气缸36与飞轮半径成大于零度的夹角，最优角度在55.62°-68.76°之间。为了增加飞轮发动机推力，可以在飞轮两面均安装推力气缸36。为了增加降温效果，可以在飞轮15下部安装气箱37，气箱37侧壁上设置气箱出气口38，飞轮轴3内设置通管41，通管41与气箱37连通，飞轮轴3上部轴壁上开设飞轮轴进气口39。使用时，飞轮发动机高速旋转，空气经飞轮轴进气口39进去通管41，再进入气箱37，经气箱出气口38甩出，从而为周围部件降温。可输出扭力及推力的飞轮发动机的进气和排气系统，一般采用直接输气的方法，即将壳体23做成开口的筒状，气体将直接进入飞轮发动机，并且直接排出。

推力输出的飞轮发动机为了增加推力，也可以选用多飞轮叠加，只需在飞轮与飞轮之间设置气箱37，在飞轮轴中设置通管41、燃料管20、输气管22等附属设施即可，各个气箱37分别连通通管41，燃料管20和输气管22可以合并在一起向各个气体混合室供给燃料和空气。

为了实现发动机的超高转速，使发动机具有更宽的功率值，解决飞轮轴3高速旋转导致轴承承受不了的难题，可以将飞轮轴3上的轴承取消，使飞轮轴3的高转速转为它周围的三个稳定轴的低转速，可以使用齿轮变速或无齿轮变速，只要将飞轮轴3夹在三个稳定轴中间同时使飞轮轴3不产生轴向滑动即可。可以采用下列方式：壳体23下安装传动箱35，传动箱35内直接注入润滑油，传动箱35内，在飞轮轴3输出端上相隔一定距离安装第一齿轮25和第二齿轮26，在飞轮轴3旁均匀安装第一稳定轴32、第二稳定轴34和第三稳定轴27，第一稳定轴32、第二稳定轴34和第三稳定轴27间夹角均为120度。第一稳定轴32上分别安装第一稳定齿轮33、第二稳定齿轮31和第一传动齿轮30，第一稳定齿轮33与第一齿轮25啮合，第二稳定齿轮31与第二齿轮26啮合，第一传动齿轮30与第二传动齿轮29啮合，第二传动齿轮29与动力输出轴28连接。为了避免飞轮轴3沿轴向滑动，第一稳定齿轮33上部和第二稳定齿轮31下部分别设置锥形斜面。第二稳定轴34和第三稳定轴27上也分别安装与第一稳定轴32相同的齿轮。飞轮轴3上的齿轮直径与稳定齿轮的直径的比值越小，发动机越可以实现高转速。

本实用新型发动机使用时，首先启动点火启动装置1使发动机飞轮15旋转，随着飞轮15旋转达到一定速度后，空气会自动从输气管22吸入进气孔2，燃料管20开始向进气孔2输送燃料，燃料与空气被自动吸入气体混合室4，混合气体在气体混合室4中自动形成一个从中心到外围转速递增的涡流气旋，使气体混合室4边缘的气体压力提高，使气体与燃料混合均匀，在离心力的作用下，燃料混合气进入气缸的燃烧室11，形成一个从中心到外围转速递减的涡流气旋，点火启动装置1控制点火器10点火使涡流气旋开始燃烧，涡流气旋延长了燃料在燃烧室11的滞留时间，使燃料与空气更好的混合均匀，更好的保证了燃料的充分燃烧。燃烧室11涡流气旋一旦形成，会在燃烧室11内形成一个旋涡，混合气会从旋涡全部进入涡流气旋中心，燃料的不断加入燃烧释放热量更加快了涡流气旋中心的转速，使中心到外围的转速递减加剧，大大提高了涡流气旋中心的相对转速，使能量更多的集中在涡流气旋中心，燃烧室11中心区可以产生出一个高温高压环境。

高压气体从喷气室12排出，形成推力，推动飞轮15旋转。飞轮15外缘也形成一个从中心到外围转速递减的涡流气旋，这同样可以大大降低发动机的噪音。整个发动机工作起来没有轰鸣声，发动机也没有振动、抖动等。发动机一旦点火即可取消外力助推，实现自我高速旋转，输出动力。同时关闭点火启动装置1中的点火电源。

本实用新型的飞轮发动机可以使用多种燃料，包括各种流体燃料和固体燃料。使用点火器10不易点燃的燃料时，先使用易点燃燃料点火，当启动飞轮发动机以后就可以使用各种燃料了。也可以把各种燃料混合使用，使用固体燃料，要把它粉碎成一定大小的颗粒，越细越好。如果是气体、液体等流体燃料，直接将燃料通过燃料管20输送到气体混合室4的进气孔2处即可。如果是燃煤等固体燃料，可以将其粉碎成细粉，再通过燃料管20用高速气流输送到气体混合室4的进气孔2。气流可以先经过余热预热后再携带煤粉进入进气孔2，可提高能量利用。根据需要，可以同时设置两个燃料管20，一个用于点火时输送易点燃燃料，方便点火；另一个用于正常燃烧状态下输送普通燃料，可以用柴油、煤粉等，可降低燃料成本。

本实用新型可以用于材料工业，可以作为一种热工设备使用，如新型窑炉、熔化炉、转化炉、煅烧炉等，可以创造高温高压环境，可以使多种材料产生多种高温物理反应、多种高温化学反应，可以生产多种材料。需要烧制的材料可以制成粉末状或泥浆状，可以用气流输送或泥浆泵加压输送原料，也可以直接在发动机进气孔口设置漏斗将原料直接送进发动机，可以在漏斗中加一个电机带动旋转的螺纹杆，使原料均匀漏下。气缸燃烧室11涡流气旋一旦形成，会在燃烧室11进口处形成一个旋涡，燃料混合气以及需要烧制的材料会从旋涡全部进入涡流气旋中心，气缸中的涡流气旋中心区会产生出一个高温高压的环境，各种材料会在该区实现各种高温反应，会出现结晶等一系列复杂的物理、化学反应。加大飞轮发动机转速与燃料供给量，可以提高燃烧室11的高温高压环境，可以创造超高温高压环境，为各种新材料的生产创造条件。

本实用新型的技术方案并不限制于本实用新型所述的实施例的范围内。本实用新型未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (10)

1、飞轮发动机，包括壳体(23)、点火系、启动系和燃料系，其特征在于：壳体(23)上安装飞轮轴(3)，飞轮轴(3)上至少安装一个飞轮(15)，飞轮(15)上设置气体混合室(4)，气体混合室(4)中部开设进气孔(2)，飞轮(15)外周安装气缸，气体混合室(4)外周开设出气口，气缸底部开设进气口，进气口与出气口连通，气缸内安装点火器(10)，气缸喷气方向与飞轮(15)半径间夹角为Φ1。

2、根据权利要求1所述的飞轮发动机，其特征在于：气缸内腔横截面呈圆形，进气口内设有进气通道(18)，进气通道(18)一端开口朝向飞轮(15)的旋转方向，进气通道(18)另一端朝向气缸内腔横截面切线方向，气缸内设置燃烧室(11)和喷气室(12)，喷气室(12)进气部位横截面直径小于燃烧室(11)最大横截面直径。

3、根据权利要求2所述的飞轮发动机，其特征在于：气缸是第一气缸(13)，第一气缸(13)内腔的中心轴线为圆弧线。

4、根据权利要求2所述的飞轮发动机，其特征在于：气缸是第二气缸(14)，第二气缸(14)的内腔中心轴线为曲线。

5、根据权利要求1、2、3或4任一项所述的飞轮发动机，其特征在于：气缸底部上壁开设上进气口(6)，气体混合室(4)外周下壁开设下出气口(5)，上进气口(6)和下出气口(5)连通。

6、根据权利要求1、2、3或4任一项所述的飞轮发动机，其特征在于：气缸底部下壁开设下进气口(61)，气体混合室(4)外周上壁开设上出气口(51)，下进气口(61)和上出气口(51)连通。

7、根据权利要求1、2、3或4任一项所述的飞轮发动机，其特征在于：气体混合室(4)侧壁开设侧出气口(52)，气缸底部侧壁开设侧进气口(62)，侧出气口(52)和侧进气口(62)。

8、根据权利要求1、2、3或4任一项所述的飞轮发动机，其特征在于：飞轮(15)上下两面分别安装气体混合室(4)，飞轮(15)上下两面分别安装气缸。

9、根据权利要求1、2、3或4任一项所述的飞轮发动机，其特征在于：飞轮(15)上下两面分别安装上部气缸(40)和下部气缸(16)，上部气缸(40)底部下壁开设下进气口(61)，下部气缸(16)底部上壁开设上进气口(6)，飞轮(15)中心设置气体混合室(4)，气体混合室(4)外周上壁和下壁分别开设上出气口(51)和下出气口(5)，下进气口(61)和上出气口(51)连通，上进气口(6)和下出气口(5)连通。

10、根据权利要求1或2所述的飞轮发动机，其特征在于：气缸是推力气缸(36)，推力气缸(36)喷气方向与飞轮(15)所在的垂直于飞轮轴(3)的平面的夹角为Ф

Images