Zxcm-i旋转冲压发动的制造方法
【专利摘要】本实用新型公布了一种全新结构的旋转冲压发动机，它包括定子和转子两大部分，所述的定子由左端盖101、左端盖102、隔板103、废气缸104和右端盖105组成；转子由第一级预旋叶轮106、第二级预旋叶轮107、冲压轮108、废气涡轮109和主轴110组成，所述的转子在密闭的定子空间内转动。本实用新型在结构上做了合理的优化，解决了美国Ramgenengineer旋转冲压发动机的泄漏缺陷，也解决了国内IRBRR发动机内置燃烧室冲压不合理以及难以点火问题，实现了旋转冲压发动机的“零速”启动。本实用新型结构简单，体积小，功率大，功率密度和性价比高，为航天航天以外领域提供了一种全新结构的发动机。
【专利说明】ZXCM-1旋转冲压发动机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及到一种全新结构的ZXCM-1旋转冲压发动机。
【背景技术】
[0002]直流式冲压发动机是应用于航天航空领域的最为先进的发动机之一；它结构简单——只是一个内部具有特殊形状的圆筒(冲压口呈渐缩型，尾喷口呈渐扩型称拉伐尔喷管)，勿需任何附设机构(一不需要涡轮压气机，二不需要气缸活塞，三不需要复杂的配气机构)；体积小——与同功率的活塞式内燃机相比成几何级减小；功率大——与同体积的活塞式内燃机相比要成几何级增大；它是目前功率密度和性价比最优的发动机之一；但是，由于受其固有特性的限制——其先进性能必须在超音速条件下才能显示出来，所以，目前这种发动机不能应用于航天航空以外领域。
[0003]美国Ramgen公司把直流式冲压发动机的原理移植于旋转发动机，创造性地融直流冲压式发动机技术和燃气轮技术于一体，巧妙地利用高速旋转轮盘边缘产生相对超音速气流进行冲压压缩，成功地研制出第一台Ramgen engineer旋转冲压发动机；世界各国都在积极开展这方面的研究，我国南昌航空大学王云教授设计的内置旋转燃烧室冲压发动机IRBRR，代表了我国研制旋转冲压发动机方面的基本动态和成就。
[0004]但是，国内外研制的旋转冲压发动机均在结构上存在一定的缺陷，如Ramgenengineer发动机的泄漏问题未能很好的解决，IRBRR发动机在冲压口的设计和内置燃烧室点火问题上有待改进，所以，最终未能使得旋转冲压发动机应用于实际；本发明新型对旋转冲压发动机结构做了优化设计，解决了部分旋转冲压发动机的技术难题。
【发明内容】
[0005]为了弥补现有技术的不足，本实用新型提供了一种启动快、冲压增压比高、冲压轮完全密封、实现内置燃烧室点火和将余热利用的全新结构的ZXCM-1旋转冲压发动机。
[0006]为了达到上述技术效果，本实用新型技术方案是，一种ZXCM-1旋转冲压发动机，包括定子和转子两大部分，所述的定子由左端盖(101)、中盖(102)、隔板(103)、废气缸(104)和右端盖(105)组成；转子由第一级预旋叶轮(106)、第二级预旋叶轮(107)、冲压轮(108)、废气涡轮(109)和主轴(110)组成，所述的转子通过主轴两端的高速轴承安装在定子内，在密闭的定子空间内高速转动。
[0007]上述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其所述的左端盖(101)径向设有空气入口(204)、注油嘴(203)，轴向设有供油嘴(202)、左端高速轴承(201);外部空气通过空气入口进入第一级预旋叶轮(106)，燃料通过供油嘴进入主轴中心孔，润滑油通过注油嘴进入左端高速轴承。
[0008]上述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其所述的中盖(102)连接左端盖(101)右侧，内设进气导流叶片(301);中盖主要起中间连接作用，与左端盖一起构成隔板(103)和两级预旋叶轮的安装空间。
[0009]上述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其所述的隔板(103)设于第一级预旋叶轮(106)和第二级预旋叶轮(107)之间，隔板(103)左侧为扩压器(401)，右侧为回流器(402)，扩压器和回流器分别用止旋销与左端盖(101)和中盖(102)连接，构成第一、二级预旋叶轮气流的通道。
[0010]上述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机,其所述的第一级预旋叶轮(106)和第二级预旋叶轮(107)滑套于左端盖(101)、中盖(102)和隔板(103)之间；两级预旋叶轮的作用是为冲压轮入口提供高速旋流。
[0011]上述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其所述的进气导流叶片(301)将来流导向反转，改变第二级预旋叶轮(107)旋动气流的方向，使其与冲压轮(108)之冲压口(801)相切。
[0012]上述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其所述的废气缸(104)缸体上设有火焰喷射器(501)、火花塞(502)和水雾发生器(503)安装孔，火焰喷射器外配氧气瓶(仅点火时使用)，点火时由火花塞(502)自动点燃火焰喷射器，火焰喷射器以切线方向将火焰喷向废气缸内；设计废气缸(104)体上的火焰喷射器(501)中心与导火管(803)中心在冲压轮(108)静止时同心，当冲压轮旋转至导火管中心与火焰喷射器中心重合时，火焰被导入导火管并传至冲压轮预燃室(804)，点燃预燃室混合燃气；水雾发生器(503)其作用是向废气缸(104 )内喷射水雾，对冲压轮(108 )进行冷却。
[0013]上述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其所述的冲压轮(108)设有冲压口(801)，中心体(802)，导火管(803)，预燃室(804)，凹腔(805)，主燃室(806)，喷嘴(807)，燃油道(808)，尾喷口(809);冲压轮除冲压口(801)和尾喷口(809)外被完全密封，其点火是靠设于中心体(802)中心的导火管(803)将火焰喷射器(501)喷出的火焰导入预燃室(804)将预燃室的混合气点燃。
[0014]上述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其所述的右端盖(105)设有废气导流叶片(601)，废气排放管(602)，绝热陶瓷环(603)，柔性石墨环(604)，右端高速轴承(605)，注油嘴(606);废气导流叶片(601)把废气缸(104)内的高压混合气体导入废气涡轮(109)，推动其旋转做功，尾气从尾气排放管(602)排出大气，绝热陶瓷环(603)和柔性石墨环(604)对右端高速轴承(605)起隔热作用，注油嘴(606)对右端高速轴承起润滑作用。
[0015]上述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其所述的废气涡轮(109)滑套于废气导流叶片(601)和右端盖(105)之间；利用冲压轮(108)喷出的高温尾气汽化喷入废气缸(104)用于冷却冲压轮的水雾，在废气缸内形成第二次高压，经废气导流叶片把高压混合气体导入废气涡轮，推动其旋转做功(余热利用)。
[0016]上述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其所述的主轴(110)把第一级预叶轮(106)、第二级预旋叶轮(107)、冲压轮(108)和废气涡轮(109)联接在一起，构成转子，整体滑套于定子内。
[0017]本实用新型的技术效果在于，由附设的启动机(外配转速18000r/min的高速电机)把发动机带到300r/s的转速,所述的第一级预旋叶轮把气体高速旋动起来，向第二级预旋叶轮提供135m/s的来流，经过第二级预旋叶轮继续提速，使进入冲压轮冲压口的气流速度达到270m/s ;所述的冲压轮与预旋叶轮共轴一起高速旋转，两者速度叠加，使进入冲压轮冲压口的气流速度达到超音速，超音速气流冲压冲压轮中心体受到滞止而产生激波，空气被压缩，气流到达预燃室速度降到亚音速，动压骤然降低，静压陡然增高；燃料经过主轴中心孔和冲压轮内设燃油道被高速旋转的冲压轮甩入喷嘴形成高压并经其喷入预燃室与空气混合，被设于中心体中心的导火管导入的火焰点燃，混合燃气在预燃室被氧化进一步加剧膨胀，同时点燃两侧凹腔的混合燃气，形成稳定火源；火焰引入主燃室继续膨胀，产生更高的温度和压力，从冲压轮尾喷口高速喷出，推动冲压轮反向旋转做功；所述的尾喷口将炽热的尾气喷到废气缸内，与废气缸体上水雾发生器喷出的水雾相遇，用其余热把水雾汽化，在废气缸内形成第二次高压，导入废气涡轮推动废气涡轮旋转做功(余热利用)；尾气在汽化水雾过程中，因其温度高达1000 S°c, —部分蒸汽被告分解成氢气和氧气，在废气缸内发生第二次轻度燃烧，将部分在冲压轮燃烧室未完全燃烧的燃料和一氧化碳在第二次燃烧中被进一步氧化，废气经水浴得到净化，减少了有害气体和灰尘的排放，降低了对大气环境的污染(环保)。
[0018]下面结合附图对本实用新型作进一步说明
[0019]图1-为本实用新型装配纵剖面图；
[0020]图2为左端盖(101)装配纵剖面图；
[0021]图3为中盖(102)纵剖面图；
[0022]图4-A为隔板(103)装配主视图；
[0023]图4-B为隔板(103)装配俯视图；
[0024]图4-C为隔板(103)装配仰视图；
[0025]图5-A为废气缸(104)装配纵剖面图；
[0026]图5-B为废气缸(104)装配横剖面图；
[0027]图6-A为右端盖(105)装配纵剖面图；
[0028]图6-B为右端盖(105)装配横剖面图；
[0029]图7为转子装配纵剖面图；
[0030]图8-A为冲压轮(108)装配横剖面图；
[0031]图8-B为冲压轮(108)装配纵剖面图；
[0032]图8-C为冲压轮(108)冲压道结构示意图；
[0033]图1包括:左端盖(101)，中盖(102)，隔板(103)，废气缸(104)，右端盖(105)，第一级预旋叶轮(106)，第二级预旋叶轮(107)，冲压轮(108)，废气涡轮(109)，主轴(110);
[0034]图2包括:左端盖(101)，左端高速轴承(201)，供油嘴(202)，注油嘴(203)，空气入口(204)；
[0035]图3包括:中盖(102)，进气导流叶片(301)；
[0036]图4-A包括:隔板(103)，扩压器(401)，回流器(402)；
[0037]图4-B包括:扩压器(401)；
[0038]图4-C包括:回流器(402);
[0039]图5-A包括:废气缸(104);
[0040]图5-B包括:火焰喷射器安装孔(501)，火花塞安装孔(502)，水雾发生器安装孔(503)；
[0041]图6-A包括:右端盖(105)，废气导流叶片(601)，废气排放管(602)，绝热陶瓷环(603),柔性石墨环(604)，右端高速轴承(605)，注油嘴(606);
[0042]图6-B包括:废气导流叶片(601)，废气排放管(602)；
[0043]图7包括:第一级预旋叶轮(106)，第二级预旋叶轮(107)，冲压轮(108)，废气涡轮(109)，主轴(110)；
[0044]图8-A包括:冲压轮(108)，冲压口 (801)，中心体(802)，导火管(803)，预燃室(804)，凹腔(805)，主燃室(806)，喷嘴(807)，尾喷口(809)；
[0045]图8-B包括:燃油道(808)；
[0046]图8-C包括:预燃室(804)，凹腔(805)，主燃室(806)。
[0047]
【具体实施方式】
[0048]参见图f图8，ZXCM-1旋转冲压发动机包括定子和转子两大部分，定子由左端盖(101)、中盖(102)、隔板(103)、废气缸(104)和右端盖(105)组成；转子由第一级预旋叶轮(106)、第二级预旋叶轮(107)、冲压轮(108)、废气涡轮(109)和主轴(110)组成，所述的转子在密闭的定子空间内转动；转子由附设的启动机(配备18000r/min高速电机)带动旋转起来，经过两级预旋叶轮提速，将达到冲压轮冲压口(801)的气流速度提到270m/s ;冲压轮(108)与两级预旋叶轮共轴一起高速旋转，冲压轮轮缘速度为231m/s，与来流速度叠加，进入冲压轮冲压口的气流速度达到501m/s ;超音速气流冲压冲压轮中心体(802)受到滞止而产生激波，空气被压缩，气流到达预燃室(804)速度降到亚音速，动压骤然降低，静压陡然增高；燃料经附设高压油泵过供油嘴(202)泵入主轴(110)中心孔，燃料在冲压轮(108)巨大离心力的作用下，经冲压轮内设燃油道(808)被甩入喷嘴(807)形成高压并由其喷入预燃室(804)与空气混合；设于中心体中心的导火管(803) —端通向预燃室(804)，一端联接外部尾喷口(809)，设计废气缸体上的火焰喷射器(501)(只供点火用，专配氧气瓶)中心与导火管中心在冲压轮静止时同心，当冲压轮旋转至导火管中心与火焰喷射器中心重合时，火焰被导入导火管并传至冲压轮预燃室，点燃预燃室混合燃气，同时点燃两侧凹腔(805)混合燃气，形成稳定火源；火焰引入主燃室(806)继续膨胀，产生更高的温度和压力，从冲压轮尾喷口(809)高速喷出，推动冲压轮(108)反向旋转做功；所述的尾喷口(809)将炽热的尾气喷到废气缸(104)内，与废气缸体上水雾发生器(503)喷出的水雾相遇，用其余热把水雾汽化，在废气缸(104)内形成第二次高压，导入废气涡轮(109)推动废气涡轮旋转做功(余热利用)，尾气最后从废气排放管(602)排出大气；尾气在汽化水雾过程中，因其温度高达1000多。C，一部分蒸汽被分解成氢气和氧气，在废气缸内发生第二次轻度燃烧，将部分在冲压轮燃烧室未完全燃烧的燃料和一氧化碳在第二次燃烧中被进一步氧化，废气经水浴得到净化，减少了有害气体和灰尘的排放，降低了对大气环境的污染(环保)。
【权利要求】
1.一种ZXCM-1旋转冲压发动机，包括由左端盖(101 )、中盖(102)、隔板(103)、废气缸(104)、右端盖(105)组成的定子和由第一级预旋叶轮(106)、第二级预旋叶轮(107)、冲压轮(108)、废气涡轮(109)、主轴(110)组成的转子两大部分，其特征在于两级预旋叶轮、冲压轮和废气涡轮共轴，依次连接在主轴上组成转子，通过主轴两端的高速轴承安装在定子内，在密闭的定子空间内转动。
2.根据权利要求1所述的ZXCM-1旋转冲压发动机，其特征在于所述的左端盖(101)径向设有空气入口( 204)、注油嘴(203 )，轴向设有供油嘴(202 )、左端高速轴承(201)，外部空气通过进气道进入第一级预旋叶轮，燃料通过供油嘴进入主轴中心孔，润滑油通过注油嘴进入左端闻速轴承。
3.根据权利要求1所述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其特征在于所述的中盖(102)连接左端盖(101)右侧，隔板(103)安装在左端盖与中盖之间，构成第一级预旋叶轮(106)的扩压通道(401)和第二级预旋叶轮(107)的回流通道(402)，中盖内设有进气导流叶片(301)，将第二级预旋叶轮提供的气流改变方向。
4.根据权利要求1所述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其特征在于所述的废气缸(104)左侧连接中盖(102)，废气缸上设有火焰喷射器安装孔(501)、火花塞安装孔(502)和水雾发生器安装孔(503)，火焰喷射器在发动机启动时向废气缸内喷射火焰，火花塞在发动机启动时点燃火焰喷射器，水雾发生器在发动机运转时向废气缸内喷射水雾。
5.根据权利要求1所述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其特征在于所述的右端盖(105)连接废气缸(104)右侧，右端盖径向设有废气导流叶片(601)、废气排放管(602)、注油嘴(606 )，轴向设有绝热陶瓷环(603 )、柔性石墨环(604 )，右端高速轴承(605 );废气缸产生的废气通过废气导流叶片导入废气涡轮，并通过废气排放管排出发动机，润滑油通过注油嘴进入右端高速轴承，绝热陶瓷环和柔性石墨环对右端高速轴承起隔热作用。
6.根据权利要求1所述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其特征在于所述的第一级预旋叶轮(106)和第二级预旋叶轮(107)分别滑套于隔板(103)的左右两侧，与主轴(110) —起高速旋转，对进入发动机的气体起预旋和提速作用。
7.根据权利要求1所述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其特征在于所述的冲压轮(108)是发动机的主要做功部件，其内缘设有冲压口(801)，外缘设有中心体(802)、导火管(803)、预燃室(804)、凹腔(805)、主燃室(806)、喷嘴(807)、燃油道(808)和尾喷口(809)；冲压轮除内缘冲压口(进口)和外缘尾喷口(出口)外其余被完全密封。
8.根据权利要求1所述的一种ZXCM-1旋转冲压发动机，其特征在于所述的废气涡轮(109)通过主轴(110)紧靠冲压轮(108)右侧，与两级预旋叶轮、冲压轮和主轴一起组成完整的转子。
【文档编号】F02K7/10GK204003154SQ201420091342
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】曾文华 申请人:曾文华