喷射推进转子发动的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种喷射推进转子发动机，包括主喷管、次喷管、旋转结构体、高压工质源、被动旋转结构体和冷却液体源所述主喷管和所述次喷管设置在所述旋转结构体上，主喷管的工质入口与高压工质源连通，次喷管的工质入口与冷却液体源连通，高压工质源的承压能力大于2MPa，主喷管的喷射方向以旋转结构体迴转圆周的切线为总体指向，次喷管的喷射方向与所述主喷管的喷射方向一致，旋转结构体对外输出动力，在被动旋转结构体上设冲击传动结构，主喷管喷射的气流冲击在冲击传动结构上推动被动旋转结构体转动，被动旋转结构体也对外输出动力。本发明结构简单，制造成本低，可靠性高，大幅度提高了现有发动机的效率。
【专利说明】喷射推进转子发动机
【技术领域】
[0001]本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种喷射推进转子发动机。
【背景技术】
[0002]无论是活塞式还是透平式发动机，其结构均相对复杂，效率也不高。而喷管(如火箭喷管等)作为产生推力的发动机，可以以非常高的效率将热能转换成高速运动气体的动能，只要喷管的运动速度足够高就可以获得非常高的推进效率，当喷管的运动速度接近从喷管内喷出的气体的运动速度时，就可以以近乎百分之百的效率把气体的动能全部变成喷管的动能和喷管对外所做的功的和，这种热动力系统结构简单、效率高。然而，喷管很难作为输出旋转动力的发动机使用，因为当喷管作高线速度旋转运动时，会产生巨大的离心力，而现有材料很难承受这一巨大离心力。如果不能使喷管作高线速度圆周运动，就会导致喷管喷射出来的气体的动能中只有一部分变为喷管的动能和喷管对外所做的功，而另外一部分甚至是大部分仍作为气体的动能存在于气体中，最终这部分气体动能不对外做功，而白白浪费掉。因此，由高速喷射获得反冲力，再由反冲力对外做功的传统动力系统效率都较低。
[0003]如果能够发明一种效率高的，利用喷管高速喷射工质对外输出旋转动力的新型发动机，就可以大大降低发动机的结构复杂性和制造成本，并大幅度提高发动机的效率。
【发明内容】
[0004]详细分析，以由喷管所喷射的高速气体获得反作用力的能够输出旋转动力的热动力系统的工作机理可以得出这样的结论:如果要想提高这一系统的效率，最重要的途径有三个:一是以尽可能高的效率将热能转换成高速运动气体的动能；二是使喷管以尽可能高的线速度作圆周运动；三是如果没有办法使喷管以相当高的线速度作圆周运动，就必须找到一种可以使已经离开喷管的高速气体的动能变为动力的方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明提出的技术方案如下:
方案一:一种喷射推进转子发动机，包括主喷管、次喷管、旋转结构体、高压工质源、被动旋转结构体和冷却液体源，所述主喷管和所述次喷管设置在所述旋转结构体上，所述主喷管的工质入口与所述高压工质源连通，所述次喷管的工质入口与所述冷却液体源连通，所述高压工质源的承压能力大于2MPa，所述主喷管的喷射方向以所述旋转结构体迴转圆周的切线为总体指向，所述次喷管的喷射方向与所述主喷管的喷射方向一致，所述旋转结构体对外输出动力，在所述被动旋转结构体上设冲击传动结构，所述主喷管喷射的气流冲击在所述冲击传动结构上推动所述被动旋转结构体转动，所述被动旋转结构体也对外输出动力。
[0006]方案二:在方案一的基础上，所述次喷管喷射的气流冲击在所述冲击传动结构上推动所述被动旋转结构体转动。
[0007]方案三:在方案一或二的基础上，所述冲击传动结构设为主冲击传动结构和次冲击传动结构，所述主喷管喷射的气流冲击在所述主冲击传动结构上推动所述被动旋转结构体转动，所述次喷管喷射的气流冲击在所述次冲击传动结构上推动所述被动旋转结构体转动。
[0008]方案四:在上述任一方案的基础上，所述旋转结构体设置在所述被动旋转结构体的外围；
或所述被动旋转结构体设置在所述旋转结构体的外围；
或所述被动旋转结构体和所述旋转结构体并列设置。
[0009]方案五:在上述任一方案的基础上，两个以上所述主喷管的工质入口与一个所述高压工质源连通。
[0010]方案六:在上述任一方案的基础上，两个以上所述次喷管的工质入口与一个所述冷却液体源连通。
[0011]方案七:在上述任一方案的基础上，所述冷却液体源的承压能力大于1MPa。
[0012]方案八:在上述任一方案的基础上，所述主喷管设为拉瓦尔喷管。
[0013]方案九:在上述任一方案的基础上，所述次喷管设为拉瓦尔喷管。
[0014]方案十:在上述任一方案的基础上，所述高压工质源设置在所述旋转结构体上或设置在所述旋转结构体的连接结构体上。
[0015]方案十一:在上述任一方案的基础上，所述冲击传动结构设为导流通道，所述主喷管喷射的气流对所述导流通道冲击传动后自所述导流通道流出时所述被动旋转结构体获得额外推力进一步推动所述被动旋转结构体旋转。
[0016]方案十二:在上述任一方案的基础上，所述高压工质源设为内燃燃烧室，所述内燃燃烧室与氧化剂储罐和还原剂储罐连通。
[0017]方案十三:在方案一至方案十一中任一方案的基础上，所述高压工质源设为外燃式高压工质发生器。
[0018]方案十四:在方案一至方案十一中任一方案的基础上，所述高压工质源设为内燃燃烧室，所述内燃燃烧室与氧化剂储罐、还原剂储罐和膨胀剂储罐连通。
[0019]方案十五:在上述任一方案的基础上，在所述旋转结构体的旋转轴和所述被动旋转结构体的被动旋转轴相互套装设置，在所述旋转轴和所述被动旋转轴之间设静止轴套。
[0020]方案十六:在上述任一方案的基础上，所述喷射推进转子发动机还包括工质回收壳体，在所述工质回收壳体上设工质导出口，所述主喷管、所述次喷管、所述旋转结构体和所述被动旋转结构体设置在所述工质回收壳体的内部。
[0021]方案十七:在上述任一方案的基础上，所述主喷管的工质出口处的静压力小于2个大气压，所述次喷管的工质出口处的静压力小于等于2个大气压。
[0022]本发明中，设置所述次喷管的目的是为了利用所述冷却液体源内的液体冷却所述旋转结构体以及设置在所述旋转结构体上的所述主喷管以提高所述旋转结构体和所述主喷管的机械性能。
[0023]本发明中，可选择性的，在所述旋转结构体上所述主喷管周边设冷却流体通道，使所述冷却液体源内的液体流经这些冷却流体通道吸热后进入所述次喷管。
[0024]本发明中，旋转运动件(例如所述主喷管和所述次喷管等)与静止件(例如静止设置的所述高压工质源等)之间可经旋转接头连通。[0025]本发明中，所述高压工质源的承压能力大于2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、llMPa、ll.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa、30MPa、30.5MPa、31MPa、31.5MPa、32MPa、32.5MPa、33MPa、33.5MPa、34MPa、34.5MPa、35MPa、35.5MPa、36MPa、36.5MPa、37MPa、37.5MPa、38MPa、38.5MPa、39MPa、39.5MPa、40MPa、40.5MPa、41MPa、41.5MPa、42MPa、42.5MPa、43MPa、43.5MPa、44MPa、44.5MPa、45MPa、45.5MPa、46MPa、46.5MPa、47MPa、47.5MPa、48MPa、48.5MPa、49MPa、49.5MPa 或大于 50MPa。
[0026]本发明中，所述高压工质源内的工质压力与其承压能力相匹配，即所述高压工质源内的工质的最高压力达到其承压能力。
[0027]本发明中，所述冷却液体源的承压能力大于IMPa、I? 5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、IOMPa,10.5MPa、I IMPa,11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa、30MPa、30.5MPa、31MPa、31.5MPa、32MPa、32.5MPa、33MPa、33.5MPa、34MPa、34.5MPa、35MPa、35.5MPa、36MPa、36.5MPa、37MPa、37.5MPa、38MPa、38.5MPa、39MPa、39.5MPa、40MPa、40.5MPa、41MPa、41.5MPa、42MPa、42.5MPa、43MPa、43.5MPa、44MPa、44.5MPa、45MPa、45.5MPa、46MPa、46.5MPa、47MPa、47.5MPa、48MPa、48.5MPa、49MPa、49.5MPa 或大于 50MPa。
[0028]本发明中，所述冷却液体源内的工质压力与其承压能力相匹配，即所述冷却液体源内的工质的最高压力达到其承压能力。
[0029] 本发明中，所谓的高压是指工质的压力大于2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、llMPa、ll.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa、30MPa、30.5MPa、31MPa、31.5MPa、32MPa、32.5MPa、33MPa、33.5MPa、34MPa、34.5MPa、35MPa、35.5MPa、36MPa、36.5MPa、37MPa、37.5MPa、38MPa、38.5MPa、39MPa、39.5MPa、40MPa、40.5MPa、41MPa、41.5MPa、42MPa、42.5MPa、43MPa、43.5MPa、44MPa、44.5MPa、45MPa、45.5MPa、46MPa、46.5MPa、47MPa、47.5MPa、48MPa、48.5MPa、49MPa、49.5MPa 或大于 50MPa，与所述高压工质源的承压能力相对应。
[0030]本发明中，所谓的“主喷管”是指一切可以一次性将气体工质的热能及压力能变成气体动能的喷射通道，即一切出口静压小于等于2个大气压的喷射通道，例如出口静压小于等于2个大气压的拉瓦尔喷管等，再例如可以高速喷射气体的出口静压小于等于2个大气压的两叶片之间的通道等。[0031]本发明中，可以选择性的将所述主喷管的出口处的静压设为小于等于2个大气压、1.5个大气压、1.4个大气压、1.3个大气压、1.2个大气压、1.1个大气压、1.0个大气压、
0.9个大气压、0.8个大气压、0.7个大气压、0.6个大气压、0.5个大气压、0.4个大气压、0.3个大气压、0.2个大气压、0.1个大气压、0.09个大气压、0.08个大气压、0.07个大气压、0.06
个大气压或小于等于0.05个大气压。
[0032]本发明中，所谓的“次喷管”是指一切可以一次性将气体工质的热能及压力能变成气体动能的喷射通道，即一切出口静压小于等于2个大气压的喷射通道，例如出口静压小于等于2个大气压的拉瓦尔喷管等，再例如可以高速喷射气体的出口静压小于等于2个大气压的两叶片之间的通道等。
[0033]本发明中，可以选择性的将所述次喷管的出口处的静压设为小于等于2个大气压、1.5个大气压、1.4个大气压、1.3个大气压、1.2个大气压、1.1个大气压、1.0个大气压、
0.9个大气压、0.8个大气压、0.7个大气压、0.6个大气压、0.5个大气压、0.4个大气压、0.3个大气压、0.2个大气压、0.1个大气压、0.09个大气压、0.08个大气压、0.07个大气压、0.06
个大气压或小于等于0.05个大气压。
[0034]本发明中，所谓的“旋转结构体”是指一切可以作旋转运动的结构体，如飞轮、可以作旋转运动的杆以及可以作旋转运动的环形结构体等。
[0035]本发明中，当所述高压工质源设为内燃燃烧室时，原工质是高压进入所述内燃燃烧室的。
[0036]本发明中，所谓的“迴转圆周”指所述旋转结构体作旋转运动时所形成的轨迹圆周，此轨迹圆周可以是所述旋转结构体的外围轨迹圆周、内侧轨迹圆周以及所述旋转结构体的外围轨迹圆周和内侧轨迹圆周之间的任何点作旋转运动所形成的轨迹圆周。
[0037]本发明中，所谓的“以旋转结构体迴转圆周的切线为总体指向”，既包括以旋转结构体迴转圆周的切线为完全精确的喷射指向的情况，也包括虽然存在一定程度上的偏角但大体上仍然以旋转结构体迴转圆周的切线为喷射指向的情况。所述迴转圆周的切线可以是外围轨迹圆周的切线、内侧轨迹圆周的切线以及所述旋转结构体外围轨迹圆周和内侧轨迹圆周之间的任何点作旋转运动所形成的轨迹圆周的切线。
[0038]本发明中，所谓的“所述次喷管的喷射方向与所述主喷管的喷射方向一致”是指所述次喷管的喷射方向以所述旋转结构体的迴转圆周的切线为总体指向，且所述次喷管喷射获得的反冲力对所述旋转结构体的旋转轴形成的力矩的方向与所述主喷管喷射获得的反冲力对所述旋转结构体的旋转轴形成的力矩的方向一致。
[0039]本发明中，所谓的“高压工质源”是指一切可以提供高压气体工质的系统，可以是内燃燃烧室、冲压发动机燃烧室、脉冲燃烧室、高压水蒸气发生器(高压锅炉)等。本发明中，所谓的“高压工质源”包括外燃形式产生的高压工质源、内燃形式产生的高压工质源和混燃形式产生的高压工质源，也包括高压压缩气体源。所谓的“内燃形式产生的高压工质源”包括燃烧室以及向燃烧室提供氧化剂、还原剂的系统，还可以包括向燃烧室提供膨胀剂的系统，所谓的“膨胀剂”是指不参与燃烧化学反应，但在燃烧室内受热气化或受热产生气体体积膨胀的工质，膨胀剂的主要作用是调节燃烧室内的温度和参与做功工质的摩尔数。所谓的“外燃形式产生的高压工质源”是指利用外燃方式产生高温高压工质的系统。所谓的“混燃形式产生的高压工质源”是指将燃料燃烧所释放的热量全部或近乎全部都参与做功循环的热动力系统，详见本发明人申请的有关混燃的专利。
[0040]本发明中，所谓的“被动旋转结构体”是指在接受从所述主喷管喷射出来的高速气体冲击时可以作旋转运动的结构体，所述被动旋转结构体也可选择性的接受从所述次喷管喷射出来的高速气体的冲击。可以是所述被动旋转结构体单独对外输出动力，可以是所述被动旋转结构体与所述旋转结构体分别对外输出动力，也可以所述被动旋转结构体与所述旋转结构体经换向机构(如惰轮等)合并后对外输出动力。本发明中，所谓的“冲击传动结构”是指设在所述被动旋转结构体上的可以接受高速气体冲击，使所述被动旋转结构体发生转动的结构，可以是叶状结构、通道状结构等，气体在所述冲击传动结构处可以径向流动，也可以轴向流动。
[0041]本发明中，所述喷射推进转子发动机正常工作时，可选择的使自所述主喷管喷射出来的气流速度大于3马赫、4马赫、5马赫或大于6马赫。
[0042]本发明中，所谓的“旋转结构体的连接结构体”是指与所述旋转结构体相连接的结构体，如旋转轴、旋转臂或旋转结构体上的齿轮等结构。
[0043]本发明中，所谓的“旋转结构体对外输出动力”指所述旋转结构体直接对外输出动力，或经所述旋转结构体的连接结构体间接对外输出动力，所述被动旋转结构体亦然。本发明中的所述旋转结构体和所述被动旋转结构体的旋转方向可以相同，也可以不同。
[0044]为了提高高速气体对所述被动旋转结构体的冲击传动效率,可以在所述被动旋转结构体的受主喷管的高速喷射气流冲击传动的部位上设缓冲结构，所述缓冲结构的目的是为了减少高速气体的反射作用，以便更有效的将高速气体的动能传递给所述被动旋转结构体。
[0045]本发明中，所谓的“缓冲结构”可以是多孔结构、粗糙表面结构、筛网结构或多栅结构，这些结构能够使高速飞来的气体在撞击具有这些结构的表面时发生停留作用，犹如两个粘弹性体相互撞击，可以更高效地将高速运动气体的动能传给所述被动旋转结构体。
[0046]本发明中，所述主喷管和所述次喷管由于做旋转运动，所以在所述主喷管和所述次喷管的设计方面要考虑离心力的影响。
[0047]本发明所公开的所述喷射推进转子发动机可以用陶瓷材料加工。
[0048]本发明中，由于所述主喷管设置在所述旋转结构体上，当所述主喷管喷射时获得反推力，而所述旋转结构体就可以获得扭矩从而旋转，所述旋转结构体对外输出动力。一般说来，本发明的所述旋转结构体作高速旋转，所以所述旋转结构体可以直接与其他机械连接，也可以和发电机相连，也可以将所述旋转结构体作为发电机的转子使用或者将发电机的转子设置在所述旋转结构体上。
[0049]本发明中，所述工质回收壳体的设置可以回收所述主喷管和所述次喷管尾气的热量和工质，同时可以通过对所述工质回收壳体抽气使其处于低压或真空状态，以提高发动机的效率。由所述工质回收壳体回收来的工质可以直接排放，可以经处理后排放(如三元催化剂等)，也可以经加压加热后重新进入所述主喷管或所述次喷管，还可以经处理将其中的二氧化碳液化加以回收。
[0050]一般情况下，所述主喷管的运行速度低于所述主喷管的喷射速度，所以所述主喷管的运动速度越高，效率越高。为此，本发明中所述旋转结构体的转速越高，效率也越高。由于高速旋转会产生强大的离心力，很有可能由于现有技术和材料的限制，很难达到希望的转速，所以所述主喷管喷射物(尾气)仍然具有很大的动能。因此，设置了所述被动旋转结构体，将本发明中所述主喷管喷射的尾气以近乎切线的总体指向对所述被动旋转结构体冲击传动，还可以选择性的将所述次喷管喷射的尾气以与所述主喷管一致的喷射方向对所述被动旋转结构体冲击传动，进而使所述被动旋转结构体产生旋转对外输出动力，进一步提高发动机的效率。
[0051]本发明的原理是利用所述主喷管一次性将存在于所述高压工质源内的工质所具有的热能和压力能以尽可能高的效率转换成从所述主喷管中喷出的高速气体的动能，所述主喷管喷出的高速气体的静压等于主喷管出口处的环境压强，所谓主喷管出口处的环境压强可以是大气压强，也可以高于大气压强并小于大气压强的2倍，还可以低于大气压强，如果低于大气压强，必须设置所述工质回收壳体，将所述工质回收壳体抽成真空，使所述工质回收壳体内的压强低于大气压强。在这一转换过程中，依据牛顿第三定律，所述主喷管(构成主喷管的结构体，如火箭喷管等)受到反作用力，由于所述主喷管设在所述旋转结构体上，所以所述旋转结构体将发生旋转并可对外输出动力。这与燃气轮机或蒸汽轮机的第一级的工作原理不同，因为在燃气轮机和蒸汽轮机中不可能在第一级就把工质中的热能和压力能变成没有静压或静压很低的高速气体的动能，在燃气轮机和蒸汽轮机中是通过多级的形式将工质的能量转换成动力。在蒸汽轮机中，虽然也有喷管，但喷管都是固定在机体上的，而且喷管相邻的动静叶之间或相邻的对转动叶之间均存在相当高的静压，因此，相邻的动静叶之间和对转动叶之间需要尽可能小的间隙以减少叶顶泄漏等能量损失。而本发明所公开的喷射推进转子发动机则不同，所述主喷管将所有气体的压力能和热能转换成气体的动能并从此过程中获得反向推力形成所述旋转结构体的旋转运动进而对外输出动力，离开所述主喷管的高速运动气体冲击在设在所述被动旋转结构体上的所述冲击传动结构，将气体的动能变成所述被动旋转结构体的旋转运动并对外输出动力，在所述旋转结构体和所述被动旋转结构体之间不存在或只存在很小的静压，因此避免了在蒸汽轮机和燃气轮机中广泛存在的并严重影响效率的叶顶漏气问题。在本发明所公开的所述喷射推进转子发动机中所述旋转结构体和所述被动旋转结构体之间可以密封设置，也可以开放设置。
[0052]本发明中，可用两个坐标系观察高速运动的气体，一是设在所述主喷管体上的坐标系，二是设在所述喷射推进转子发动机机体上的坐标系。在本发明中为了进一步提高系统的效率，设置了所述被动旋转结构体以对在设在所述喷射推进转子发动机机体上的坐标系中仍高速运动的气体的动能进行回收，在这个过程中，高速气体对所述被动旋转结构体冲击推动所述被动旋转结构体转动对外输出动力(犹如子弹冲击到靶上，迫使靶发生位移，对外做功)。由此可见，所述主喷管和设置在所述被动旋转结构体上接受冲击的所述冲击传动结构之间不存在静压联系，也不存在相互作用(相当于枪体和靶之间的关系，虽然枪体受子弹反射的作用获得推力，靶也在子弹的作用下获得推力，但枪体和靶之间不存在相互作用)；同理，所述旋转结构体和所述被动旋转结构体之间没有静压联系，也不存在相互作用；而是所述主喷管与高速气体在分离界面处(犹如枪口处)的相互作用，以及所述被动旋转结构体和高速气体在接受高速气体冲击传动处的相互作用。由此不难看出，所述旋转结构体和所述被动旋转结构体之间的相互关系与传统对转蒸汽轮机和燃气轮机的相邻对转叶之间的关系是完全不同的。一是本发明的所述旋转结构体与所述被动旋转结构体均发生旋转；二是按照牛顿第三定律，本发明中所述旋转结构体所受的力是由于高压气体的喷射而得到的，所述被动旋转结构体的旋转是受到高速气体的冲击而得到的，而传统的汽轮机和燃气轮机是靠压差的变化而得到的；三是本发明中自所述主喷管喷射出来的气体的速度一般说来要在数马赫以上，这就使所述主喷管内的能量全部或绝大部分变成了高速运动的气体的动能，从而使所述旋转结构体发生旋转。由于所述主喷管的运动速度低于其喷射速度，所述高速运动的气体仍然具有相当的能量，使这些气体撞击到所述被动旋转结构体上可以对高速运动气体的动能进行回收。在所述旋转结构体和所述被动旋转结构体之间只考虑高速运动气体的动能作用，而不存在或只存在很小的静压作用；四是本发明中的所述旋转结构体和所述被动旋转结构体不存在压比的关联，而在汽轮机和燃气轮机中则不然。且所述旋转结构体和所述被动旋转结构体之间的空间内不存在静压作用，因此可以设为开放式，而在汽轮机和燃气轮机中则不然。
[0053]由于所述旋转结构体和所述被动旋转结构体之间不存在相互作用，所以本发明所公开的系统中不存在通道顶(即所谓叶顶)漏气问题。本发明中所公开的结构不仅可以制造大型喷射推进转子发动机，也可以制造微型喷射推进转子发动机。微型喷射推进转子发动机的效率远高于微型透平机，而且结构简单。
[0054]本发明中所述氧化剂储罐和所述还原剂储罐可以与所述旋转结构体一同作旋转运动，也可以不与所述旋转结构体一同作旋转运动而是通过旋转接头给所述高压工质源补给氧化剂和还原剂。同理，所述高压工质源也可以设为与所述旋转结构体一同作旋转运动或不与所述旋转结构体一同作旋转运动而是通过旋转接头与所述主喷管连通；所述冷却液体源也可以设为与所述旋转结构体一同作旋转运动或不与所述旋转结构体一同作旋转运动而是通过旋转接头与所述次喷管连通。
[0055]氧化剂、还原剂、冷却液体和膨胀剂都可以称为原工质，当原工质储罐与所述旋转结构体一同作旋转运动时，可以设置至少两套所述喷射推进转子发动机，两套所述喷射推进转子发动机交替工作，停车时补充新的原工质；也可以在这个系统中设置旋转接头，发动机处于高速旋转状态时，旋转接头的偶件发生分离；而发动机处于较低转速状态时，旋转接头的偶件形成配合给所述主喷管或所述次喷管补给原工质，这样就可以在发动机处于较低转速时对原工质储罐补给原工质，而不必停车，也不必设置多套所述喷射推进转子发动机，这种形式犹如飞机的空中加油。
[0056]在原工质储罐与所述旋转结构体一同作旋转运动的结构中，对原工质流量的控制以及对所述喷射推进转子发动机的控制，可以通过电刷供电控制电磁阀来实现，也可以通过遥控电磁阀来控制，还可以通过电磁控制方式从机体上控制原工质控制阀和/或设在所述高压工质源和所述主喷管之间的控制阀以实现对所述喷射推进转子发动机的控制。
[0057]在本发明中所公开的所述喷射推进转子发动机中，一般说来，所述旋转结构体和所述被动旋转结构体的转速的旋转方向不同，而且在很多结构中可能会相互套装，这样就会造成相接触的对转面之间的转速差过大造成润滑困难磨损过快的问题，为降低这一转速差，本发明中在两个相互对转套装的轴之间设静止轴套以减少相对转速。
[0058]本发明中，所谓的“静止轴套”是指处于静止状态的隔离轴套，所述静止轴套设置在相互套装相互对转的旋转轴和被动旋转轴之间，其目的是降低旋转轴和被动旋转轴之间的相对转速差，以形成良好的润滑条件，增加寿命和可靠性。
[0059]本发明中，所谓的“旋转轴”是指与所述旋转结构体相连的转动轴，所谓的“被动旋转轴”是指与所述被动旋转体相连的旋转轴。
[0060]本发明中，所谓的“旋转接头”是指两个相互配合的偶件，其中一个偶件的转速与另一个偶件的转速不同，两个偶件内均设有流体通道，设置在不同偶件的流体通道之间相互连通，以实现流体由一个偶件流向另一个偶件的器件。
[0061]本发明中，根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设必要的部件、单元和系统，如点火装置、传感器、喷油装置等。
[0062]本发明的有益效果如下:
1、本发明结构简单，制造成本低，可靠性高。
[0063]2、本发明大幅度提高了现有发动机的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0064]图1为本发明的实施例1的示意图；
图2为本发明的实施例2的示意图；
图3为图2中沿A-A面剖视示意图；
图4为本发明的实施例3的示意图；
图5为本发明的实施例4的示意图；
图6为本发明的实施例5的示意图；
图7为本发明的实施例6的示意图；
图8为本发明的实施例7的示意图；
图9为本发明的实施例8的示意图；
图10为本发明的实施例9的示意图；
图11为本发明的实施例10的示意图；
图12为本发明的实施例11的示意图，
图中:
I主喷管、1111次喷管、2旋转结构体、3高压工质源、4工质回收壳体、5被动旋转结构体、8导流通道、31内燃燃烧室、52冲击传动结构、200旋转轴、204静止轴套、401工质导出口、500被动旋转轴、502主冲击传动结构、503次冲击传动结构、2001氧化剂储罐、2002还原剂储罐、2003膨胀剂储罐、3331外燃式高压工质发生器、3333冷却液体源。
【具体实施方式】
[0065]实施例1
如图1所示的喷射推进转子发动机，包括主喷管1、次喷管1111、旋转结构体2、高压工质源3、被动旋转结构体5和冷却液体源3333，所述主喷管I和所述次喷管1111设置在所述旋转结构体2上，所述主喷管I的工质入口与所述高压工质源3连通，所述次喷管1111的工质入口与所述冷却液体源3333连通，所述高压工质源3的承压能力大于2MPa，所述主喷管I的喷射方向以所述旋转结构体2的迴转圆周的切线为总体指向，所述次喷管1111的喷射方向与所述主喷管I的喷射方向一致，所述旋转结构体2对外输出动力，在所述被动旋转结构体5上设冲击传动结构52，所述主喷管I喷射的气流冲击在所述冲击传动结构52上推动所述被动旋转结构体5转动,所述被动旋转结构体5也对外输出动力。[0066]本实施例以及下述所有实施方式中，均将所述高压工质源3设置在所述旋转结构体2上，作为可以变换的实施方式，将所述高压工质源3改设在所述旋转结构体2的连接结构体上或设置在其他位置上。
[0067]本实施例中，将所述被动旋转结构体5设置在所述旋转结构体2的外围。
[0068]本实施例和以下各实施方式中，均将所述主喷管I和所述次喷管1111都设为拉瓦尔喷管，作为可以变换的实施方式，可以将所述主喷管I和所述次喷管1111择一设为拉瓦尔喷管，或者将所述主喷管1、所述次喷管1111改设为其他形式的喷管，只要其能将工质喷出产生反作用力即可。
[0069]本实施例中，在所述喷射推进转子发动机正常工作时，可以选择性的使自所述主喷管I喷射出来的气流速度大于2马赫，使自所述主喷管I喷射出来的气流的静压等于主喷管I出口处的环境压强。
[0070]本实施例中，所述次喷管1111喷射的气流也冲击在所述冲击传动结构52上推动所述被动旋转结构体5转动，作为可以变换的实施方式，所述次喷管1111喷射的气流可以不必冲击在所述冲击传动结构52上。
[0071]实施例2
如图2和图3所示的喷射推进转子发动机，其在实施例1的基础上:将所述冲击传动结构52设为主冲击传动结构502和次冲击传动结构503，所述主喷管I喷射的气流冲击在所述主冲击传动结构502上推动所述被动旋转结构体5转动，所述次喷管1111喷射的气流冲击在所述次冲击传动结构503上推动所述被动旋转结构体5转动。
[0072]本实例中，在所述喷射推进转子发动机喷射推进转子发动机正常工作时，可以选择性的将自所述主喷管I喷射出来的气流速度大于4马赫。
[0073]实施例3
如图4所示的喷射推进转子发动机，其与实施例1的区别为:将所述旋转结构体2设置在所述被动旋转结构体5的外围；
作为可以变换的实施方式，所述被动旋转结构体5和所述旋转结构体2并列设置。
[0074]本实例中，在所述喷射推进转子发动机喷射推进转子发动机正常工作时，可以选择性的将自所述主喷管I喷射出来的气流速度大于5马赫。
[0075]实施例4
如图5所示的喷射推进转子发动机，其在实施例1的基础上:两个所述主喷管I的工质A 口与一个所述高压工质源3连通，两个所述次喷管1111的工质入口与一个所述冷却液体源3333连通。
[0076]作为可以变换的实施方式，可以将所述主喷管I和所述次喷管1111可以择一设为两个，并使每个所述主喷管I的工质入口均与一个所述高压工质源3连通，每个所述次喷管1111的工质入口均与一个所述冷却液体源3333连通”。
[0077]本实例中，在所述喷射推进转子发动机喷射推进转子发动机正常工作时，可以选择性的将自所述主喷管I喷射出来的气流速度大于6马赫。
[0078]实施例5
如图6所示的喷射推进转子发动机，其与实施例4的区别为:三个所述主喷管I的工质A 口与一个所述高压工质源3连通，三个所述次喷管1111的工质入口与一个所述冷却液体源3333连通。
[0079]作为可以变换的实施方式，可以将所述主喷管I和所述次喷管1111择一设为三个，并使每个所述主喷管I的工质入口均与一个所述高压工质源3连通，每个所述次喷管1111的工质入口均与一个所述冷却液体源3333连通”可以择一设置。
[0080]作为可以变换的实施方式，可以设置四个以上所述主喷管1，并使它们的工质入口均与一个所述高压工质源3连通，并选择性地设置四个以上所述次喷管1111，并使它们的工质入口与一个所述冷却液体源3333连通。
[0081]实施例6
如图7所示的喷射推进转子发动机，其在实施例1的基础上:将所述冲击传动结构52设为导流通道8，所述主喷管I喷射的气流对所述导流通道8冲击传动后自所述导流通道8流出时所述被动旋转结构体5获得额外推力进一步推动所述被动旋转结构体5旋转。
[0082]本发明所有的实施方式，均可选择性地参照本实施例将所述冲击传动结构52设为导流通道8。
[0083]实施例7
如图8所示的喷射推进转子发动机，其在实施例1的基础上:将所述高压工质源3设为内燃燃烧室31，所述内燃燃烧室31与氧化剂储罐2001和还原剂储罐2002连通。
[0084]实施例8
如图9所示的喷射推进转子发动机，其在实施例1的基础上:所述高压工质源3设为外燃式高压工质发生器3331。
[0085]实施例9
如图10所示的喷射推进转子发动机，其在实施例1的基础上:所述高压工质源3设为内燃燃烧室31，所述内燃燃烧室31与氧化剂储罐2001、还原剂储罐2002和膨胀剂储罐2003连通。
[0086]实施例10
如图11所示的喷射推进转子发动机，其在实施例1的基础上:在所述旋转结构体2的旋转轴200和所述被动旋转结构体5的被动旋转轴500相互套装设置，在所述旋转轴200和所述被动旋转轴500之间设静止轴套204。
[0087]本发明的所有实施方式中，都可以参照本实施例设置所述旋转轴200、所述被动旋转轴500和所示静止轴套204。
[0088]实施例11
如图12所示的喷射推进转子发动机，其在实施例1的基础上:所述喷射推进转子发动机还包括工质回收壳体4，在所述工质回收壳体4上设工质导出口 401，所述主喷管1、所述次喷管1111、所述旋转结构体2和所述被动旋转结构体5设置在所述工质回收壳体4的内部。
[0089]本发明的所有实施方式中，都可参照本实施例设置所述工质回收壳体4及相关结构。
[0090]本发明所有的实施方式，均可选择性地参照实施例1使所述次喷管1111喷射的气流冲击在所述冲击传动结构52上推动所述被动旋转结构体5转动。
[0091]本发明所有的实施方式，均可选择性地参照实施例1将所述被动旋转结构体5设置在所述旋转结构体2的外围；或参照实施例3所述旋转结构体2设置在所述被动旋转结构体5的外围；或所述被动旋转结构体5和所述旋转结构体2并列设置。
[0092]本发明的所有实施方式中，均可选择性地参照实施例2将所述冲击传动结构52设为主冲击传动结构502和次冲击传动结构503，所述主喷管I喷射的气流冲击在所述主冲击传动结构502上推动所述被动旋转结构体5转动，所述次喷管1111喷射的气流冲击在所述次冲击传动结构503上推动所述被动旋转结构体5转动。
[0093]本发明所有的实施方式，均可选择性地参照实施例4和实施例5使两个以上所述主喷管I的工质入口与一个所述高压工质源3连通，和/或选择性地使两个以上所述次喷管1111的工质入口与一个所述冷却液体源3333连通。
[0094]本发明所有的实施方式，均可选择性地参照实施例7将所述高压工质源3设为内燃燃烧室31，所述内燃燃烧室31与氧化剂储罐2001和还原剂储罐2002连通；或参照实施例8将所述高压工质源3设为外燃式高压工质发生器3331 ;或参照实施例9将所述高压工质源3设为内燃燃烧室31，所述内燃燃烧室31与氧化剂储罐2001、还原剂储罐2002和膨胀剂储罐2003连通。
[0095]本发明的所有实施方式在具体实施时，可选择地将所述高压工质源3的承压能力改设为大于 2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、lOMPa、10.5MPa、IIMPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa、30MPa、30.5MPa、31MPa、31.5MPa、32MPa、32.5MPa、33MPa、33.5MPa、34MPa、34.5MPa、35MPa、35.5MPa、36MPa、36.5MPa、37MPa、37.5MPa、38MPa、38.5MPa、39MPa、39.5MPa、40MPa、40.5MPa、41MPa、41.5MPa、42MPa、42.5MPa、43MPa、43.5MPa、44MPa、44.5MPa、45MPa、45.5MPa、46MPa、46.5MPa、47MPa、47.5MPa、48MPa、48.5MPa、49MPa、49.5MPa 或大于 50MPa ；
本发明的所有实施方式在具体实施时，可选择地将所述冷却液体源3333的承压能力设为大于 lMPa、l.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、lOMPa、10.5MPa、llMPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa、30MPa、30.5MPa、31MPa、31.5MPa、32MPa、32.5MPa、33MPa、33.5MPa、34MPa、34.5MPa、35MPa、35.5MPa、36MPa、36.5MPa、37MPa、37.5MPa、38MPa、38.5MPa、39MPa、39.5MPa、40MPa、40.5MPa、41MPa、41.5MPa、42MPa、42.5MPa、43MPa、43.5MPa、44MPa、44.5MPa、45MPa、45.5MPa、46MPa、46.5MPa、47MPa、47.5MPa、48MPa、48.5MPa、49MPa、49.5MPa 或大于 50MPa。
[0096]本发明的所有实施方式在具体实施时，可以选择性地将所述主喷管的出口处的静压设为小于等于2个大气压、1.5个大气压、1.4个大气压、1.3个大气压、1.2个大气压、1.1个大气压、1.0个大气压、0.9个大气压、0.8个大气压、0.7个大气压、0.6个大气压、0.5个大气压、0.4个大气压、0.3个大气压、0.2个大气压、0.1个大气压、0.09个大气压、0.08个大气压、0.07个大气压、0.06个大气压或小于等于0.05个大气压。
[0097]本发明的所有实施方式在具体实施时，可以选择性地将所述次喷管的出口处的静压设为小于等于2个大气压、1.5个大气压、1.4个大气压、1.3个大气压、1.2个大气压、1.1个大气压、1.0个大气压、0.9个大气压、0.8个大气压、0.7个大气压、0.6个大气压、0.5个大气压、0.4个大气压、0.3个大气压、0.2个大气压、0.1个大气压、0.09个大气压、0.08个大气压、0.07个大气压、0.06个大气压或小于等于0.05个大气压。
[0098]本发明的所有实施方式，在所述喷射推进转子发动机正常工作时，可选择性地使自所述主喷管喷射出来的气流速度大于3马赫、4马赫、5马赫或大于6马赫。
[0099]显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种喷射推进转子发动机，包括主喷管(I)、次喷管(1111)、旋转结构体(2 )、高压工质源(3)、被动旋转结构体(5)和冷却液体源(3333)，其特征在于:所述主喷管(I)和所述次喷管(1111)设置在所述旋转结构体(2 )上，所述主喷管(I)的工质入口与所述高压工质源(3 )连通，所述次喷管(1111)的工质入口与所述冷却液体源(3333 )连通，所述高压工质源(3)的承压能力大于2MPa，所述主喷管(I)的喷射方向以所述旋转结构体(2)的迴转圆周的切线为总体指向，所述次喷管(1111)的喷射方向与所述主喷管(I)的喷射方向一致，所述旋转结构体(2 )对外输出动力,在所述被动旋转结构体(5 )上设冲击传动结构(52 ),所述主喷管(I)喷射的气流冲击在所述冲击传动结构(52)上推动所述被动旋转结构体(5)转动，所述被动旋转结构体(5)也对外输出动力。
2.根据权利要求1所述喷射推进转子发动机，其特征在于:所述次喷管(1111)喷射的气流冲击在所述冲击传动结构(52)上推动所述被动旋转结构体(5)转动。
3.根据权利要求1所述喷射推进转子发动机，其特征在于:所述冲击传动结构(52)设为主冲击传动结构(502)和次冲击传动结构(503)，所述主喷管(I)喷射的气流冲击在所述主冲击传动结构(502)上推动所述被动旋转结构体(5)转动，所述次喷管(1111)喷射的气流冲击在所述次冲击传动结构(503)上推动所述被动旋转结构体(5)转动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述喷射推进转子发动机，其特征在于:所述旋转结构体(2)设置在所述被动旋转结构体(5)的外围； 或所述被动旋转结构体(5)设置在所述旋转结构体(2)的外围； 或所述被动旋转结构体(5)和所述旋转结构体(2)并列设置。
5.根据权利要求1所述喷射推进转子发动机，其特征在于:两个以上所述主喷管(I)的工质入口与一个所述高压工质源(3)连通。
6.根据权利要求1所述喷射推进转子发动机，其特征在于:两个以上所述次喷管(1111)的工质入口与一个所述冷却液体源(3333 )连通。
7.根据权利要求1所述喷射推进转子发动机，其特征在于:所述冷却液体源(3333)的承压能力大于IMPa。
8.根据权利要求1所述喷射推进转子发动机，其特征在于:所述主喷管(I)设为拉瓦尔喷管。
9.根据权利要求1或8所述喷射推进转子发动机，其特征在于:所述次喷管(1111)设为拉瓦尔喷管。
10.根据权利要求1所述喷射推进转子发动机，其特征在于:所述高压工质源(3)设置在所述旋转结构体(2)上或设置在所述旋转结构体(2)的连接结构体上。
【文档编号】F02K7/00GK103670796SQ201310646598
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2012年12月4日
【发明者】靳北彪 申请人:摩尔动力(北京)技术股份有限公司