专利名称：仿生发动机的制作方法
技术领域：
仿生发动机是遵循仿生学原理，按照结构力学的原则，满足热力学的条件，顺应物理化学广谱效应的状态精确构思的似旋转活塞式发动机的模式，具有燃气轮机的结构，潜存透平机内涵的复合式发动机，是发动机最彻底的变革。
当代发动机种类多，也占领了各个领域，但它们有一个共同的热效率较低的弱点，这里只以热效率高的活塞式发动机为例，以汽油机当参照机略述如下
背景技术：
衡量发动机的优劣，主要是热效率，就是发动机输出的有效功与工质发出的总功之比，汽油机仅有η＝0.22-0.3，实用机随机抽样数据比该值还要低1-3％。
影响因素1.冷却耗能约30％，高者达35.5％，其中循环耗能12-20％.
2. 能功弃能达40％，这是热力学理论根据当代发动机的结构原理给的定论，这是因为(1)发动机的四个冲程仅膨胀是对外作功，其余3个冲程都是消耗能量。
(2)在膨胀冲程中力的授受不理想，当活塞压缩到上止点时，理论上为点火膨胀开始。而实际上因燃烧膨胀需要时间，所以发动机的设计者就预给予了一个10°-30°的点火提前角，而工况变化引发的振动，燃油的不匹配，地域环境，季节的变化使之所引发的与设计者给定的状态不一定相匹配，使膨胀可能提前，这将产生反压性干扰。或滞后则造成过后燃烧，即使正好在上始点膨胀，这时的机构状态是活塞销、连杆、曲轴偏心臂连成一直线，膨胀力通过回转中心，无力距不能作功！当然惯性、飞轮使曲轴越过死点，而力距随正弦曲线变化，力的授受最理想位置是曲轴偏心臂与水平线成±30°处，但为了使发动机能连续正常运行，设计者不得不将排气门提前40°-80°启开，也就是在-10°--50°启开。工作压力陡速下降输出功停止。这时从排气门流出的乏气温度达1200-1700K，流速达600-720M/S，排量达60-70％。这已达到和超过当今燃气轮机的工况。膨胀功不能有效利用。
3.空气的过量系数ξ＝0.88-0.96。直接造成4％以上的燃料损失，成为CO和烟尘排放。
4.工质充量系数ψ＝0.7-0.9，加上扫气不彻底，机构的复杂，空间利用率低，零件多而精度要求高，随机协调难度大。
5.换气过程，工质温度陡变，流场温度变化频率高，造成气缸套蠕变大，发动机寿命短。
6.对燃料有苛求，受季节地域环境限制，使用范围窄。
7.各缸有效功输出是断续的，即作功的时间利用率不足15％。
追索原因因四个冲程在一个缸室中完成，各冲程所需特殊要求相互干扰，协调机构多，故障点也多，众所周知专业化能达到高效率，专能能找最佳规律，发动机的四个冲程必须要有各自独立的流场，让工质单向运行，1951年德国汪克尔开创了发动机由往复式改为旋转式，各流场独立，这是一个进步，但是他带来了一些如以形体密封等不可逾越的障碍难题。燃气轮机虽然也是旋转式工质单向运行，但它流场零部件多而复杂，需要高温耐热合金，制造难度大噪声大，热效率更低。
以上情况表明，想提高当前发动机的热效率，优化结构其难度相当大，只有脱胎换骨式的根本变革，可能有望攻克难点，这就需要多学科协同，让知识共溶于潜心深入研究的人们，并敢于披荆斩棘不懈攻坚的人，有可能见到曙光。本人目睹并借鉴生物界各自在能量转换的原理，运用现代科学技术，钩画出仿生发动机。
发明内容
一、机理 (大型机二级)工质单向运行，因为是仿生结构，氧化剂与燃料有各自的吸气、压缩流场，各流场独立、可优选到最佳态，因而各独具特色。
1.吸气流场(1)氧化剂流场拥有最大的吸气域，设计者可以优选到最佳态，与压缩流场无定界，互容70°。
☆(2)燃料流场为保护燃油预热的需要，同时吸入了水蒸汽，又为了能让水蒸汽热离解和大型机烧重油时的裂化，随程吸入催化剂和裂解剂。
2.压缩流场全程对工质进行预热，氧化剂流场在与吸气流场重迭区预压，压缩至端点时两者以管喉效应进行混气(包括启动初期燃油雾化)。在燃料流场大型机烧重油时，激烈地将重油借水蒸汽与裂解剂的作用裂化为轻质油至气化。
☆3.膨胀流场混合后的工质，从导流道切向进入球形燃烧室，因流场散度和所形成的界面旋度构成环流形成涡流稳定流场。又因各导流道至点火区的路程预燃室的仅是主燃室的1/4-1/3，所以它优先到达点火区，以明火流在砂丘效应的作用下点燃主燃室并形成焰核而稳定燃烧，在膨胀流场作功。(参看图6)特点a.新鲜工质切向进入燃烧室，处在火焰区的最外层成为燃气与流场表面间的气垫、有效地保护燃烧室。
b.高速运行中的工质弥散着催化剂云，在热辐射的作用下使水蒸汽激烈热离解，热离解的吸热作用又控制该层的温度，成为流场的双层保护。
c.预燃室的另一个特色作用，即稳妥地保护火花塞，又连续地对中隔机构进行冷却。
d.打破了传统发动机仅有有源膨胀格局，本机具有无源膨胀的生物内能转换特色，无源膨胀又保障有源膨胀。
e.膨胀流场空间大，比吸气、压缩两流场的总和还大，是排放流场的五倍。
4.排放流场短而集中，既减少了膨胀流场的背压力，又集中燃气通过导向器在涡轮上作功。
5.涡轮接受双向的燃气作功，平衡了整体的轴向力，因与 能转子共轴能量迭加结构甚为紧奏。
☆二、结构为使工质的能量达到有序高效梯级转换，在转速高，工质不可能陡速焓降，即作一次功不可能将能量耗尽的状态下，采用将作完第一次功的工质在紧密相连的导向器导向下，进行第二次作功(大型机有两级涡轮)尔后用其残热在流场区间套中对新鲜工质预热和平衡机体温度，为此将结构仿生物特征对称式布局，按结构力学的原则将元件高度轻量化，符合热力学条件特征，准确构筑各流场的转换机制并互构高密度的热交换环节，上述又互容物理化学的效应方法达到稳妥反应消声吸震，使发动机悠静和蔼地运行，真正成为球形温度场，低的温度梯度，符合生物的基本特性。
☆三、方法生物内在的自动调节功能启发让发动机要长期连续运转，在高温区的冷却要达到自行调节，冷却水不循环，使之逐步吸热至干度高的过热蒸汽，让其中3/4直接在涡轮上导前燃气10°-30°区域内作功，同时还起到涡轮与燃气之间的气垫作用，因它的温度较燃气要低许多，这样既保护、冷却了涡轮，且又让燃气在涡轮上产生高焓降而提高热效率，另1/4与燃油一道进入流场，一方面帮助燃油气化，另一方面防止燃油在温度高的流场中预热时碳化，并帮助催化剂(大型机还有裂解剂)下步化学反应时创造条件，进入燃烧室后在催化剂的作用下热离体，由于流场有了富裕的H2，它又是一个活泼元素，有效地防止NxOy的形成而生成NH3，NxOy是破坏环境的有害气体，NH3是可收集的化工原料或农用肥料，因而是高环保性能的发动机。
四、工作过程(参见图1)启动电机驱1轴旋转，件2，3，8，11，14同轴旋转，件2将空气压至件6入件7进氧化剂流场见矢A，件3驱动件4，燃油从件5入件7，到燃料流场见矢B，当两者压到端点时，各流场以管喉效应混气，切向进入球形燃烧室(见图1和图6)进入预燃室的混合气，火花塞点火，其明火流在砂丘效应的作用下，点燃主燃室，并成形焰核而稳定燃烧在膨胀流场作功。作完第一次功后的燃气，在连接的导向器作用下，接着又在涡轮上作功(大型机二级)，而乏气在流场的区间套中预热新鲜工质和平衡机体温度，尔后从尾管排出。
同时油泵为燃油、润滑油，冰等三位一体的油泵，所需的润滑点，润滑泵供，水囊由水泵送水，水经过冷却通道吸热成干度高的过热蒸汽，其中3/4在件10的作功区对件11上导前燃气10°-30°作功，尔后同乏气一道运行，另1/4入件7中的B伴燃油运行。
☆五、有效地利用了传热学的经典，热辐射1.3传热能，因该能与授体绝对温度的四次方成正比，传速是光速，有效地保护机体，大大地降低了材料的蠕变，提高了材料的耐疲劳强度。
六、结构简单而紧奏体积仅是汽油机的1/3-2/5，因采用了旋转式，无冲程变换，气化连续燃烧，省去了配气机构，分电器、化油器，冷却水箱，没有曲轴和曲轴箱，整体系对称仿生结构，力系平衡，工作平稳，无振动，无噪声，出力大，对燃料不苛求，不受环境季节影响，适应范围广，是家庭、旅游、边远山区、空中摩托等的轻巧动力，更是海、陆、空等大型机器的理想原动力。
七、本机各流场温度很稳定，基本上无波动，延长了材料的耐疲劳强度，更是陶瓷发动机的理想机型，当采用高温耐热陶瓷时，机型将更小，体重更轻是高空最理想的留空时问最长的飞行器原动力。
八、高热效率按计算n＞0.5，因冷却水能量的利用，减少了 能的损失热辐射能的利用，燃料气化燃烧，辅助机构少。球形温度场，热流损失少等。
九、制造工艺性能好，尽管原理复杂，但结构简单，零件形状复杂，都可以模具化生产，加工无难度，中小型机无锻件，60％以上的零件系铸造(包括压铸、精铸、特种铸造)件，标准化零件多，制造成本比各式发动机低得多，中小型企业都可上线生产。
十、本机启动快，维护方便(不修理)使用寿命长，冷却水润滑油全系内流，整体固化，对环境不苛求，无振动，声音小体积小可与电机比美。
上述表明，仿生发动机将以崭新面貌替代当代发动机，以优异的性能为人类服务。
图1.图示为装配结构，1.启动轮；2.压风轮；3.油泵驱动轮；4.油泵；5.油管；6.球形扩压器；7. 能定子；8. 能转子；9.导向器板；10.涡轮定子；11.涡轮转子；12.火花塞；13.壳体；14.同步齿轮；15.输出轴(A、空气入口；B、燃油入口；C、水囊)表明工作原理，其工作过程见正文(四)图2. 能定子套结构图，渗透了工作过程的脉络通导过程图3.涡轮套结构图，表明工作流程走势图4. 能转子结构图，潜存流场压力平衡原理图5.涡轮结构图，浅显力系平衡机理图6.燃烧室结构图，显示燃烧机理
具体实施例方式发动机热效率低早已引起全世界各阶层人士，特别是从事发动机研究、制造等各方面的科学技术工作者的关注，但由于涉及多学科技术领域的知识和成熟技术，长期以来无法沟通而步履艰难而踌躇不前。本人因从事与发动机相关的技术工作而对之潜心钻研，于1980年向本单位(中国人民解放军5712厂)提了较完整方案申请。单位组织了技术系统发动机专业的科技工程师集体论证，由于受专业单一局限，对于发动机这个跨各门各科的系统工程技术因无法得出结论而否决。
权利要求
1.仿生发动机是采用双轴、双转子定子付对称式仿生结构；氧化剂与燃油同时进入各自流场气化连续燃烧的；能量有序、高效、梯级转换的旋转冲压式复合发动机。
2.冷却水能量的利用所采用的方法与结构。
3. 能的利用所采用有序、梯级能量转换的方法与结构，乏气在流场区间套中对工质预热所运用的结构，球形温度场的使用。
4.膨胀流场燃烧室的流场构造和运用的效应机理。
5.热辐射的利用方法。
6.一号定子套最大空间利用的曲线原理。
7.一号转子的压力平衡结构和运用的原理方法。
全文摘要
仿生发动机是仿生物对称式结构为特征的、能量有序高效梯级转换的、全程机能系统自如调节的、对环境无任何影响且环保性高的、高热效率的全新理论的发动机。是对发动机的彻底变革。突破当代发动机热效率低和对自然环境的不适应性，解决动力机对生态环境的破坏。机理遵遁吸气→压缩→膨胀→排放
文档编号F02C3/20GK1746472SQ20041007997
公开日2006年3月15日 申请日期2004年9月10日 优先权日2004年9月10日
发明者谢本武, 赵如伟 申请人:谢本武, 赵如伟