一种独扇式水油合用喷气式发动机的制作方法

一种独扇式水油合用喷气式发动机
[0001]
一.技术领域：汽车节能+航海航空+国防科技。
[0002]
二.

背景技术：
：现有的发动机热能利用率相对较低机械磨损大，特别是喷气式发动机的多级压缩结构，漏气、入仓高温(达500摄氏度左右，在等容积等压力的状态下所容纳气体量高热气体比常温气体要少得多)，压缩机的叶片材料成本昂贵，尾端的涡轮机同时承载过高的温度和过大的扭力，以至于使用的特殊材料只有少数几个国家才能制造，导致喷气式发动机只能应用于一些体积宏大和不计成本的行业，既阻碍了喷气式发动机技术的发展，也极大的限制了喷气式发动机的应用领域。
三.

技术实现要素：
：
[0003]
针对上述问题与缺陷本发明采用一种同步旋转的办法使特殊一体叶轮机(下称一体机)燃烧仓组件
⑦
、尾部的蒸气动力叶轮机(下称叶轮机)
⑧
、尾端的反推排气轮(下称排气轮)
⑨
、尾端盖
⑩
等主体件连接成坚固的一旋转整体(图30)，实现同步同向旋转；利用整体支架
①
的k1、k2管孔加注燃油，k3、k4、k5、k6孔喷射油雾，便于一体机吸入并压缩燃烧喷射等一气完成；利用高吸热导热材料如铜管组件
⑥
、耐温耐压高导热管组件(下称导热管)分别环绕燃烧仓组件
⑦
和助推器的周围以将辐射废热吸收并加热过管的水使形成高热流水蒸气(铜管控制在300到500度左右，导热管可控制在1500以下)继而对叶轮机
⑧
喷射形成扭转力以实现废热的回收利用(可做为辅助动力或主动力，取决于需要)；利用电火花塞组件点火器组件滚动接触通电点火的办法实现持续点火(每转一周点火一次)和一次性点火相结合的方式使发动机在高低压高低速的情况都能稳定燃烧和工作；利用加装于燃烧仓组件
⑦
的尾端上的排气轮
⑨
将燃烧加热后的高速热气流喷射在助推器上形成强大的反推力；利用尾端盖
⑩
开与关的控制实现对尾喷气流的方向控制，以适用于直喷大推力型和侧喷防护型等不同产品和环境的要求；如此本设计集合了喷气式发动机与活塞式发动机的优点于一身，实现了结构简洁牢固，能效最大化，实现了水替代部分油的废热回收功能，大大降低了尾气的碳排放和燃油的消耗，持续性的点火装置和对尾喷气流方向的控制，实现了喷气式发动机低转速小体积多领域的广泛应用，相类似于排气轮
⑨
一样的结构，陶瓷都可以实现高温与较大承载力的功能。
[0004]
以下配合结构简图加以说明。如图1所示，装配件
①
为整体支架组件、
②
为开关球体、
③
为电机同步带、
④
为同步带齿轮、
⑤
为电机组件、
⑥
为铜管组件、
⑦
为燃烧仓组件、
⑧
为叶轮机、
⑨
为排气轮、
⑩
为尾端盖、为尾端轴承组件、为助推器、为导热管、为尾端支架组件、为电火花塞组件、为点火器组件、为前端支架组件、为前端轴承组件、为启动与发电齿轮、为一体机。其整体支架
①
为圆筒体结构，中间有配合结构的多种穿孔，在尾端有用于装配助推器的圆槽，在前顶端有十字形的挡风叶片，在其一叶片的两端有入油孔k1、k2，和喷油孔k3、k4、k5、k6，当油箱内的燃油经由k1、k2流入，
经由k3、k4、k5、k6喷出后，与空气混合并被吸入到燃烧仓组件
⑦
内腔进行燃烧，整体支架
①
对材质无特殊要求，一般性航空铝都行；其开关球体
②
为光滑球体，材质要求耐高温，可用陶瓷球，开关球体起到关闭一体机的气流通道作用，当燃烧仓组件
⑦
内腔的气压大于一体机内腔气压时，开关球被推动向一体机并与之贴合，阻断气流通道，反之被推开，如此燃烧仓组件
⑦
内腔的高热气流只能流向尾端排气轮
⑨
并直接喷射在助推器上，如果需要一定规律的开关动作可在一体机内腔增加连杆和弹簧加以控制；其电机同步带
③
、同步带齿轮
④
、电机组件
⑤
、尾端轴承组件前端轴承组件启动与发电齿轮等可根据设计要求选用相应规格型号的标配件；其铜管组件
⑥
是根据燃烧仓组件
⑦
的外形折弯成相应形状的螺旋管，固定在整体支架组件
①
上，当发动机工作时，燃烧仓组件
⑦
辐射的大量废热把铜管加热(铜管的温度控制在600度以下)，从水箱流入k7、k8、k9、k10管内的水被蒸发成高热水蒸气(温度控制在300-500摄氏度)分别由k11、k12、k13、k14管口直接喷射在叶轮机
⑧
的叶片上形成扭转力，如此就把废热转变成了旋动力；其燃烧仓组件
⑦
是圆形或圆柱形或圆锥形的中空的缸体，在顶端有与一体机连接的把柄，把柄的内孔有配合一体机的左手螺纹，螺纹下端有空腔的突起t3，t3的腔体容留开关球体
②
，使进退自如，燃烧仓组件
⑦
的中端部位鼓起，利于气压瞬间释放和燃烧，中上部的上方有配合电火花塞组件安装的螺纹孔，在近尾端处依次有与叶轮机
⑧
、排气轮
⑨
配合的左手螺纹，尾端有过气缺口，做为燃烧的主体件，燃烧仓组件
⑦
要求耐高温高压不变形炸裂等优良性能的材料如碳/碳复合材料等；其叶轮机
⑧
中间有通孔，孔内有与燃烧仓组件
⑦
连接配合的左手螺纹，外周圈有规则排列组合的叶轮片，由于导热管内的高热流也是直接喷射在叶轮机
⑧
上，所以这个叶轮片要求耐温材料如陶瓷或碳/碳复合材料等；其排气轮
⑨
中间部分分别有与燃烧仓组件
⑦
连接配合的左手螺纹和与尾端盖
⑩
相连接的左手螺丝纹，周圈有4个规则排列的“7”字形的弯管，工作时高热气流从管孔k15、k16、k17、k18喷出，形成强大的反喷力，故要求耐高温耐高强度材料如碳/碳复合材料等；其尾端盖
⑩
的外周圈有与排气轮
⑨
相连接的左手螺纹，中有有扳手用的内六角槽孔，通过对尾端盖的开合控制实现对发动机喷射流的方向控制，尾端盖
⑩
由于承受直接的高温和冲击，故要求耐高温耐高强度材料如碳/碳复合材料等；其助推器是一种鸟嘴形呈周圈规则排列的用以阻挡排气轮
⑨
高热喷射流助推结构，外周圈有l形槽位，用于置放导热管由于承受直接的高温喷射，故要求耐高温耐高强度和导热性好的材料如碳/碳复合材料等；其导热管是环绕助推器而弯成的螺旋管，直接吸收助推器的高热转而加热过管的水使形成高热水蒸气从k20、k22孔口直接喷射叶轮机
⑧
上形成旋动力以达到回收大量废热并加以利用的目的，因导热管需要承受高温，因此要求耐温、导热性好的材料如碳/碳复合材料等；其尾端支架组件中间有轴承安装的l形通孔，周圈有4个规则排列的支柱与螺丝孔，用以支撑旋转整体，尾端支架组件对材料无特殊要求，一般性金属材料则可；其电火花塞组件外周有与燃烧仓组件
⑦
的螺纹孔t1、t2配合的螺纹管，中心有成弯钩的通电轴芯，螺纹管与轴芯之间有绝缘体
如陶瓷，燃烧仓组件
⑦
与电火花塞组件装配后在外侧有微小的凸出，便于点火器组件接触通电，点火装置可参考一般活塞式火花塞，要求耐超高温耐超高压如2000摄氏度的温度、过几万伏的电压同时也要求绝缘，因此可选用碳/碳复合材料+陶瓷；其点火器组件中间为支架，支架中心有过线孔，支架的上端固定在前端支架组件上，下端安装两个通电性能良好的滚轮，点火时滚轮同时接触导线与电火花塞组件在t1、t2处，燃烧仓组件
⑦
的每旋转一周接触一次点火一次，做为点火重要器件，点火器组件既要求耐高温耐超高电压如2000摄氏度的温度几万伏电压，又要求良好的绝缘性，因此可选用碳/碳复合材料+陶瓷；其前端支架组件中间有轴承安装通孔，周圈有4个规则排列的支柱与螺丝孔，用以支撑旋转整体，其正上面支架的中部有定位同步带齿轮
④
的螺纹孔，中上部的一侧有用于固定点火器组件的突出柱条，前端支架组件对材料无特殊要求，一般性金属材料则可；其一体机作为一次性压缩到位的关键零件，有其特殊的设计方法，首先建立一母片(母片以顺时针旋转方向为例如图25，如逆时针旋转则相关螺纹取右手螺纹，原则上各相关螺纹必需越旋越紧)，在母片的基础上进行周圈均匀排列一定数量的叶轮片为一级(图26)，然后在一级的基础上将叶轮片高度减半数量加倍再进行周圈均匀排列成二级(图27)，在二级的基础上将叶轮片的高度再减半数量再加倍进行周圈均匀排列成三级(图28)，更多的级数依次类推，最后将所有叶轮的外周圈连接成一整体(图29)，如此大吞气量的一级叶片吸取足够多的气量并保持持续的气压压力，二级叶片在一级压缩的基础上继续压缩并通过增加叶轮片的数量和体积的办法使同步旋转的叶片具有更高的压缩比，如此只要最后一级叶轮片足够多，那能压缩的气压压力就足够大，如果压缩极限值太低，可以将减半的值减小为减三分之一，将加倍的值改成3倍以增加叶片的数量和级数，或者将最后一级的压缩角尽量做小，同时也可以在旋转整体的中心轴线增加涡轮反转压缩机(参照现有航空发动机的涡轮结构)以实现极高压缩比；一体机的下端与燃烧仓组件
⑦
连接的部分有气流通道的把柄，把柄的外周有与燃烧仓组件
⑦
紧配的左手螺纹，底面与气流通道孔相交处有与开关球体
②
相贴合的圆弧面，一体机需要一体成型，以增加结构强度，减少装配耗损，材料可用耐磨的不锈钢或其它。
附图说明
[0005]
以下所述第三视角：图1为图3的a-a剖视图，图2为图3的上视图，图3为发动机的主体正视示意图，图4为图3的下视图，图5为整体支架
①
的三维剖切示意图，图6为开关球体
②
的三维示意图，图7为电机同步带
③
的三维示意图，图8为同步带齿轮
④
的三维示意图，图9为电机组件
⑤
的三维示意图，图10为铜管组件
⑥
的三维示意图，图11为燃烧仓组件
⑦
的三维剖切示意图，图12为叶轮机
⑧
的三维示意图，图13为排气轮
⑨
的三维剖切示意图，图14为尾端盖
⑩
的三维示意图，图15为反推器的三维剖切示意图，图16为导热管的三维示意图，图17为尾端支架组件的三维示意图，图18为尾端轴承组件三维示意图，图19为电火花塞组件的三维示意图，图20为点火器组件三维示意图，图21为前端轴承组件的
三维示意图，图22为启动与发电齿轮的三维示意图，图23为前端支架组件的三维示意图，图24为一体机的三维剖切示意图，图25为一体机的母叶片的三维示意图，图26为一体机的一级叶轮片三维示意图，图27为一体机的二级叶轮片的三维示意图，图28为一体机的三级叶轮片的三维示意图，图29为一体机的叶片封闭整体的三维示意图，图30为整体旋转主体三给示意图。
具体实施方式
[0006]
工艺实施：燃烧仓组件
⑦
、一体机需要借助陶瓷一体成型外，其它各零件都是正常加工艺实现。
[0007]
装配实施：如图1、图2、图3、图4装配。
[0008]
功能实现：当外接电源或备用电源接通电机组件
⑤
后，带动电机同步带
③
，电机同步带
③
带动同步带齿轮
④
，同步带齿轮
④
带动启动与发电齿轮启动与发电齿轮带动旋转整体(图30)旋转，一体机开始压缩空气，当达到设定转速后开启油箱阀门，流入整体支架
①
k1、k2的油经k3、k4、k5、k6孔口喷出与空气混合，混合的空气被吸入到一体机的腔体内并被压缩到燃烧仓
⑦
，此时给点火器组件通电点火，加大有门并开启水箱阀门直到转速稳定后，断开电机组件
⑤
的电源，启动成功；如需大推力加速则直接加大油门，同时开启尾端盖
⑩
形成直喷式工作，需停机时直接关门油门阀，如需持续点火则保持点火器组件通电。
[0009]
经过上述改良后实现的独扇式水油合用喷气式发动机突显几大特点：第一结构简单，实现容易：可小到如罐装可乐瓶一样的体积，大到如航空发动机一样的体积，一支钢笔大小的燃烧仓就能玩转喷气式发动机；第二一体压缩，受力均匀，陶瓷都可以实现强扭力；第三主体件同步旋转，吸气压气燃烧排放一气阿成，微小量气流都可以玩转高压流；第四一次性点火与持续性点火自由选：想玩一次性点火的高速高压的航发机，还是想玩持续性点火的低速低压的玩具机都可以；第五省油，燃烧充分，废能完美回收，碳排放狂减，且热能介质可以是汽油柴油煤油食用油地沟油或固体燃料如煤粉等或其它可燃气体，如果是氢气，需要将一体机前端叶片中间的内腔体改装成盛装氢气的油箱并通过管道与开关球体
②
连接成关联结构以加注氢气到燃烧仓组件
⑦
的内腔参与燃烧；第六自由变换，海陆空通用，如行驶于城市街道中低速路段的飞行汽车，为防喷射后车及烧伤行人，尾端盖
⑩
必需装上，但在一些高速路段或飞行时就要拿掉尾端盖
⑩
变成直喷式以满足大推力的需求；第七单向性旋转，需配对使用。
[0010]
通过上述的详细说明，不难发现本发明综合了活塞式发动机与喷气式发动机的优点，具有简洁、低廉、高效的显著特点，特别适合中小动力的行业，可以肯定的是独扇式水油合用喷气式发动机将在汽车、摩托车、农业、建筑、电力及航海航空等领域展开广、泛应用，特别是商用无人机和飞行汽车，仅这两项将产生庞大的市场。