專利名稱：空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，特別涉及一種空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，公知的噴氣式航空發(fā)動(dòng)機(jī)是由吸氣渦輪將空氣吸進(jìn)，通過航空煤油在燃燒腔里燃燒產(chǎn)生的熱量將吸入的空氣加熱，使吸入的空氣升溫膨脹再向后高速噴射，產(chǎn)生反作用推力使飛行器向前飛行的。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)明顯存在著下列各項(xiàng)不足之處(1)、發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造十分復(fù)雜、造價(jià)高昂，一部噴氣式航空發(fā)動(dòng)機(jī)往往需要數(shù)百萬(wàn)、數(shù)千萬(wàn)元，并不像普通汽車的內(nèi)燃機(jī)那樣簡(jiǎn)單、低廉，使飛行器的生產(chǎn)普及受到很大的限制。
(2)、由于吸入的空氣在燃燒腔內(nèi)加熱后立即高速向后噴射，要求燃油快速燃燒才可產(chǎn)生好的效益，故必須使用價(jià)格高昂、含熱量相對(duì)較低的航空煤油，并不能使用現(xiàn)在普遍使用、含熱量相對(duì)較高而且價(jià)格低廉很多的普通汽油或柴油。
(3)、由于吸入的空氣在燃燒腔內(nèi)加熱后立即高速向后噴射，噴出的大功率氣流的流量并不穩(wěn)定并且極難控制其噴射方向，使通過改變噴出氣流的方向令飛行器垂直升降的技術(shù)變得十分復(fù)雜。即使花費(fèi)大量的人力、物力解決了這個(gè)難題，飛行器的操控也會(huì)變得十分艱難，完全失去了實(shí)用性和普及性。造價(jià)高昂的英國(guó)鷂式垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)就是一個(gè)很明顯的例子，英國(guó)工程師雖然耗資巨大克服了通過改變噴出氣流的方向令飛行器垂直升降的難題，但鷂式戰(zhàn)斗機(jī)的飛行員都要經(jīng)過嚴(yán)格的挑選，選出那些技術(shù)第一流的戰(zhàn)斗機(jī)飛行員再經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練才有能力駕駛鷂式戰(zhàn)斗機(jī)，雖然這樣鷂式戰(zhàn)斗機(jī)的失事機(jī)率比其它型號(hào)的戰(zhàn)斗機(jī)還要高很多，絕大部份鷂式戰(zhàn)斗機(jī)的損失都是因操控復(fù)雜而意外墜毀的。
(4)、現(xiàn)在的噴氣式航空發(fā)動(dòng)機(jī)由于燃燒腔沒有隔離，燃油在燃燒腔爆炸燃燒產(chǎn)生的噪音非常大，并隨著噴射氣流直接傳到外部，以致機(jī)場(chǎng)都要建在離城市數(shù)公里甚至數(shù)十公里的地方。即使小型的噴氣式航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪音也非常大，像美國(guó)戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈所使用的小型噴氣式航空發(fā)動(dòng)機(jī)，在飛行時(shí)它產(chǎn)生的噪音大而尖銳，令人不安。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何克服現(xiàn)有的上述缺陷，提供一種空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)包括空氣進(jìn)氣口、渦輪增壓空氣壓縮機(jī)、燃燒腔和后噴嘴，其特征是提供向前飛行推力的后噴嘴和燃燒腔之間設(shè)有壓力腔，所述渦輪增壓空氣壓縮機(jī)包括固定于前傳動(dòng)軸上的吸氣渦輪、大增壓渦輪、小增壓渦輪，和固定于后傳動(dòng)軸上的前推力渦輪、后推力渦輪；前傳動(dòng)軸與后傳動(dòng)軸之間設(shè)有變速齒輪箱，燃燒腔位于變速齒輪箱之后，燃燒腔的底部設(shè)有燃油噴嘴組件；空氣經(jīng)吸氣渦輪和大增壓渦輪兩級(jí)增壓后，大部分進(jìn)入主進(jìn)氣道，小部分經(jīng)小增壓渦輪再增壓后進(jìn)入次進(jìn)氣道；進(jìn)入次進(jìn)氣道的空氣在燃燒腔的前部與燃油噴嘴噴出的霧狀燃料混合并發(fā)生劇烈的爆炸燃燒，進(jìn)入主進(jìn)氣道的空氣在燃燒腔的后部與正在爆炸燃燒的氣體混合，所攜帶的大量氧氣使沒有來(lái)得及燃燒的燃油進(jìn)一步燃燒；所產(chǎn)生的高溫、高壓氣體通過噴氣柵欄上的出氣口噴出并推動(dòng)前推力渦輪和后推力渦輪旋轉(zhuǎn)后進(jìn)入壓力腔；前推力渦輪和后推力渦輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大扭力通過后傳動(dòng)軸作用于變速齒輪箱再帶動(dòng)前傳動(dòng)軸提速旋轉(zhuǎn)，使固定于前傳動(dòng)軸上的吸氣渦輪、大增壓渦輪、小增壓渦輪高速旋轉(zhuǎn)，吸入更多的空氣并產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力把這些吸入的空氣通過主進(jìn)氣道和次進(jìn)氣道壓進(jìn)燃燒腔；進(jìn)入壓力腔的高溫、高壓氣體可以通過后噴嘴組件噴出推動(dòng)飛行器向前飛行。
如此設(shè)計(jì)，利用渦輪增壓空氣壓縮機(jī)在壓力腔里產(chǎn)生高溫、高壓氣體，再利用壓縮氣體通過噴嘴噴出產(chǎn)生的反作用推力使飛行器飛行；由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單故可大幅降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)成本；不需使用昂貴的航空煤油，可使用現(xiàn)在普遍使用、含熱量相對(duì)較高而且價(jià)格低廉很多的普通汽油或柴油；并且產(chǎn)生的噪音相當(dāng)小；使生產(chǎn)價(jià)格低廉、操控方便、日常使用成本低并可垂直升降、能夠像普通汽車那樣在城市中穿梭來(lái)往的小型可載人飛行器成為可能。
作為優(yōu)化，燃燒腔底部的噴氣柵欄的出氣口的總面積為噴氣柵欄的總面積的三份之一；后傳動(dòng)軸上設(shè)有抗高溫隔熱罩。如此設(shè)計(jì)，可以使燃燒腔內(nèi)氣體的溫度、壓力大幅提高，并以一定的角度噴出，更有效地推動(dòng)前推力渦輪旋轉(zhuǎn)；可以防止火焰直接燒灼后傳動(dòng)軸，延長(zhǎng)后傳動(dòng)軸的使用壽命。
作為優(yōu)化，壓力腔上還設(shè)有前右噴嘴、前左噴嘴、后右噴嘴、后左噴嘴，上述四個(gè)噴嘴通過金屬管和壓力腔連接，并且各設(shè)有一個(gè)可使噴嘴向前——向下——向后旋轉(zhuǎn)180°的旋轉(zhuǎn)控制件和一個(gè)氣流開關(guān)閥門；后噴嘴組件可推動(dòng)飛行器向前飛行，另外四個(gè)噴嘴組件產(chǎn)生反作用推力可使飛行器減速或垂直升降。如此設(shè)計(jì)，在飛行器上使用時(shí)，上述噴嘴向下噴氣，則可垂直起降；向后噴氣，則可增加推力；向前噴氣，則可降低飛行器的速度。(當(dāng)飛行器要起飛時(shí)可將下方四個(gè)噴嘴打開并調(diào)至垂直向下的位置，然后起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并根據(jù)飛行器的狀態(tài)調(diào)節(jié)有關(guān)噴嘴的氣流大小使飛行器平穩(wěn)上升；當(dāng)飛行器上升至離地面五米甚至更高時(shí)把下方四個(gè)噴嘴的噴射方向向后轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生向上和向前的合成推力，使飛行器以一定的角度向前上升飛行；當(dāng)飛行器上升到所需高度時(shí)，下方四個(gè)噴嘴的噴射方向向后轉(zhuǎn)至180度，使飛行器平行飛行并且一邊打開后部的后噴嘴；一邊關(guān)閉下方四個(gè)噴嘴。當(dāng)下方四個(gè)噴嘴全部關(guān)閉時(shí)，后方的后噴嘴也完全打開，這時(shí)可將飛行器和普通的噴氣式飛機(jī)一樣操控。當(dāng)飛行器要降落時(shí)，把下方四個(gè)噴嘴的噴射方向向前轉(zhuǎn)至180度，并且一邊打開下方四個(gè)噴嘴，一邊關(guān)閉后部的后噴嘴，使飛行器逐漸減速；當(dāng)后方的后噴嘴完全關(guān)閉的時(shí)候，下方四個(gè)噴嘴也完全打開。當(dāng)飛行器減至一定的速度后，這時(shí)可把下方四個(gè)噴嘴的噴射方向逐漸向后轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生向上和向后的合成推力，使飛行器逐漸減速飛行并逐漸降低高度，然后將四個(gè)噴嘴的噴射方向逐漸調(diào)到向下的位置，并適當(dāng)調(diào)小噴氣量，使飛行器緩慢垂直下降。)極大地增強(qiáng)了飛行器的靈活性和機(jī)動(dòng)性。
作為優(yōu)化，所述氣流開關(guān)閥門由閘板閥和調(diào)節(jié)閥組成，并具有下述特點(diǎn)一、閘板閥的閥芯為楔形；可克服閘板閥的閥芯部件和管道壁由于熱脹冷縮的不同而緊緊地關(guān)閉高壓空氣進(jìn)氣口；由于閘板閥的閥芯擋在高壓空氣進(jìn)氣口前，并且面積比高壓空氣進(jìn)氣口的面積大三份之一，使壓力腔里高壓氣體的壓力不會(huì)直接施加于調(diào)節(jié)閥的閥芯，從而避免調(diào)節(jié)閥的閥芯總是處于高壓狀態(tài)導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的螺紋損毀、高壓氣體自行噴出而發(fā)生意外；二、調(diào)節(jié)閥的閥芯為錐臺(tái)形，并固定于調(diào)節(jié)閥的閥桿的中段上，調(diào)節(jié)閥的閥體上設(shè)有相應(yīng)的密封面，調(diào)節(jié)閥的閥桿的前、后段與調(diào)節(jié)閥的閥體螺旋配合；調(diào)節(jié)閥的閥桿帶有密封螺紋，要關(guān)閉噴嘴時(shí)，連接調(diào)節(jié)閥閥桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)首先起動(dòng)驅(qū)使調(diào)節(jié)閥閥桿向前移動(dòng)，使高壓空氣進(jìn)氣口和噴嘴關(guān)閉、壓力腔內(nèi)的高壓氣體停止由噴嘴噴出。調(diào)節(jié)閥的閥芯為錐臺(tái)形前端為帶有密封螺紋的圓柱體，并固定于調(diào)節(jié)閥的閥桿上，可以和管道的螺旋擰緊，故調(diào)節(jié)閥的閥芯可緊緊地封閉高壓空氣進(jìn)氣口三、閘板閥的閥桿和調(diào)節(jié)閥的閥桿均由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，借以開關(guān)并調(diào)節(jié)噴出氣流的大小。
要開啟噴嘴時(shí)，連接閘板閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)首先起動(dòng)使閘板閥軸上升，帶動(dòng)閘板閥上升開啟高壓空氣進(jìn)氣口；這時(shí)連接調(diào)節(jié)閥閥桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)起動(dòng)使調(diào)節(jié)閥閥桿向后移動(dòng)，使高壓空氣進(jìn)氣口和噴嘴開通、壓力腔內(nèi)的高壓氣體由噴嘴噴出，由于調(diào)節(jié)閥的閥芯為錐臺(tái)形，故調(diào)節(jié)閥的閥芯后移幅度的大小可控制壓力腔內(nèi)的高壓氣體由噴嘴噴出的數(shù)量，從而控制噴嘴所產(chǎn)生的推力。
要關(guān)閉噴嘴時(shí)，連接調(diào)節(jié)閥閥桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)首先起動(dòng)驅(qū)使調(diào)節(jié)閥閥桿向前移動(dòng)，使高壓空氣進(jìn)氣口和噴嘴關(guān)閉、壓力腔內(nèi)的高壓氣體停止由噴嘴噴出，由于調(diào)節(jié)閥閥芯的圓錐體頂端有螺紋，可以和管道的螺旋擰緊，故調(diào)節(jié)閥的閥芯可緊緊地封閉高壓空氣進(jìn)氣口。這時(shí)連接閘板閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)接著起動(dòng)使閘板閥下降，從而關(guān)閉高壓空氣進(jìn)氣口；如此設(shè)計(jì)，由于閘板閥的閥芯為梯形體結(jié)構(gòu)，可克服閘板閥的閥芯部件和管道壁由于熱脹冷縮的不同而緊緊地關(guān)閉高壓空氣進(jìn)氣口。由于閘板閥的閥芯擋在高壓空氣進(jìn)氣口前，并且面積比高壓空氣進(jìn)氣口的面積大三份之一，使壓力腔里高壓氣體的壓力不會(huì)直接施加于調(diào)節(jié)閥的閥芯，從而避免調(diào)節(jié)閥的閥芯總是處于高壓狀態(tài)導(dǎo)致圓錐體頂端的螺紋損毀、高壓氣體自行噴出而發(fā)生意外。
采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)(1).本發(fā)明采用的渦輪增壓空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，僅由吸氣渦輪、大增壓渦輪、小增壓渦輪、前推力渦輪、后推力渦輪、變速齒輪箱、噴嘴組件、燃燒腔壁、噴氣柵欄等部件構(gòu)成，因此空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)成本低廉，就像普通汽車的內(nèi)燃機(jī)那樣簡(jiǎn)單、低廉，十分有利于飛行器的生產(chǎn)普及。
(2).由于本發(fā)明采用的渦輪增壓空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體并不立即高速向外噴射，而是噴進(jìn)飛行器的壓力腔里，在壓力腔里產(chǎn)生高溫、高壓氣體，故氣流在高溫、高壓并且氧氣充足的環(huán)境內(nèi)停留的時(shí)間較長(zhǎng)，燃油可以得到充分的燃燒并最大化地釋放出所含的熱量，使燃油產(chǎn)生的效益大幅提高，可降低燃油產(chǎn)生的廢氣對(duì)環(huán)境的污染；并可使用現(xiàn)在普遍使用、含熱量相對(duì)較高而且價(jià)格低廉很多的普通汽油或柴油，只需攜帶少得多的普通汽油或柴油，就可產(chǎn)生和大量航空煤油同等的熱量，令飛行器的載重效益顯著提高，同時(shí)可令日常使用成本顯著降低。
(3).由于本發(fā)明采用的渦輪增壓空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體并不立即高速向外噴射，而是噴進(jìn)飛行器的壓力腔里，在壓力腔里產(chǎn)生高溫、高壓氣體，再通過噴嘴組件向外噴射；這樣壓力腔就可成為噴出氣流的緩沖器，令噴出氣流的流量更為穩(wěn)定，使飛行器更容易控制；而控制改變壓縮氣體的噴射方向和流量是非常容易的，所需成本也很低，就像現(xiàn)在工業(yè)上普遍使用的空氣壓縮機(jī)和氣動(dòng)設(shè)備那樣，故可使飛行器的操控變得簡(jiǎn)單方便。使生產(chǎn)像汽車那樣普通人都可駕駛、操控簡(jiǎn)易并可垂直升降的飛行器成為可能。
(4).由于燃燒腔后還有壓力腔，燃油在燃燒腔內(nèi)爆炸燃燒產(chǎn)生的噪音被壓力腔里的高壓氣體和通過主進(jìn)氣道的高壓氣流隔離吸收，并不傳到外界，空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)只有吸氣渦輪吸氣的聲音和噴嘴組件噴射氣流產(chǎn)生的相對(duì)要微弱很多的聲音，就像現(xiàn)在的汽車運(yùn)行時(shí)那樣寧?kù)o，使生產(chǎn)像普通汽車那樣能夠在城市中川梭來(lái)往的小型可載人飛行器成為可能。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，其有益效果更是顯而易見的。一旦成功生產(chǎn)，配備空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)像普通汽車那樣能夠在城市中川梭來(lái)往的小型可載人飛行器將逐步取代現(xiàn)有的小汽車，使人類的社會(huì)面貌發(fā)生巨大改變，就像以前汽車取代馬車對(duì)人類的社會(huì)面貌產(chǎn)生的深刻改變那樣。


圖1是空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是渦輪增壓空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是燃燒腔底部的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是壓力腔底部的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是燃油噴嘴組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是噴氣柵欄的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是氣流開關(guān)閥門的局部剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)施方式圖中1為渦輪增壓空氣壓縮機(jī)、2為厚2厘米的鈦金屬外殼、3為壓力腔、4為直徑60厘米的空氣進(jìn)氣口、5為前左噴嘴組件、6為前右噴嘴組件、7為后左噴嘴組件、8為后右噴嘴組件、9為后噴嘴組件、10為吸氣渦輪、11為大增壓渦輪、12為小增壓渦輪、13為變速齒輪箱、14為氣流開關(guān)閥門組件、15為燃油噴嘴、16為后傳動(dòng)軸、17為抗高溫隔熱罩，18為噴氣柵欄、19為噴氣柵欄出氣口、20為燃燒腔、21為厚2厘米的燃燒腔壁、22為寬3厘米的主進(jìn)氣道、23為寬0.5厘米的次進(jìn)氣道、24為閘板閥的閥芯、25為前推力渦輪、26為后推力渦輪、27為后推力渦輪罩、28為后推力渦輪進(jìn)氣口、29為后推力渦輪出氣口、30為調(diào)節(jié)閥的閥芯、31為調(diào)節(jié)閥的閥桿、32管道螺旋、33為閘板閥的閥桿螺母、34為驅(qū)動(dòng)電機(jī)、35為前傳動(dòng)軸。
如圖1、2所示吸氣渦輪10通過空氣進(jìn)氣口4吸進(jìn)外部空氣，經(jīng)過大增壓渦輪11壓縮成高壓氣流后大部份通過寬3厘米的主進(jìn)氣道22進(jìn)入燃燒腔20；小部份經(jīng)過小增壓渦輪12再度壓縮成更高壓的氣流，通過寬僅0.5厘米的次進(jìn)氣道23進(jìn)入燃燒腔20，并和燃油噴嘴15噴出的霧狀燃油混合爆炸燃燒，燃燒的氣體和通過主進(jìn)氣道進(jìn)來(lái)的大量空氣再次混合，一些還沒有完全燃燒的燃油和這些空氣中所攜帶的大量氧氣進(jìn)一步燃燒，使燃燒腔20里的空氣溫度大幅上升并產(chǎn)生高壓。由于噴氣柵欄18的出氣口19總的面積比主進(jìn)氣道和次進(jìn)氣道的總面積大很多，而且主進(jìn)氣道和次進(jìn)氣道的長(zhǎng)度比噴氣柵欄18的厚度長(zhǎng)很多，故燃燒腔20里的高壓氣體通過噴氣柵欄的出氣口19高速噴出，推動(dòng)前推力渦輪25旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)后傳動(dòng)軸16轉(zhuǎn)動(dòng)，為了使噴出的氣流更有效地作用于前推力渦輪25，噴氣柵欄18的出氣口19方向跟噴氣柵欄18的平面成60度角。在圖3中，噴出的氣流進(jìn)一步推動(dòng)后推力渦輪26，并經(jīng)后推力渦輪26的出氣口29進(jìn)入壓力腔3，后推力渦輪26進(jìn)一步對(duì)后傳動(dòng)軸16施力并和前推力渦輪25一起帶動(dòng)后傳動(dòng)軸16旋轉(zhuǎn)。
在圖2中，后傳動(dòng)軸16通過變速齒輪箱13的變速，使前傳動(dòng)軸35以比后傳動(dòng)軸16快三倍的速率旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)吸氣渦輪10和小增壓渦輪12也以比后推力渦輪26和前推力渦輪25快三倍的速率旋轉(zhuǎn)。前傳動(dòng)軸35并且通過大增壓渦輪11自帶的齒輪進(jìn)一步使大增壓渦輪11加速旋轉(zhuǎn)，使大增壓渦輪11以比后推力渦輪26和前推力渦輪25快五倍的速率旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生足夠高壓的氣流進(jìn)入燃燒腔20。
在圖5中，燃燒腔20內(nèi)的燃油噴嘴組件由九個(gè)分成三組的燃油噴嘴15組成，每組包括有三個(gè)平均分隔的燃油噴嘴15。三組燃油噴嘴15猶如汽車的三個(gè)變速檔，駕駛者可通過控制每個(gè)噴嘴15的噴油量及改變不同組別噴嘴15的工作狀態(tài)來(lái)控制飛行器的推力及速度。例如飛行器垂直上升時(shí)需要最大的推力，可使三組九個(gè)噴嘴同時(shí)工作并使每個(gè)噴嘴的噴油量達(dá)到最大以提供最大的推力，平飛時(shí)只需一組三個(gè)噴嘴工作就行，以節(jié)省燃油，并可改變?nèi)齻€(gè)噴嘴的噴油量以改變飛行器的速度。
通過主進(jìn)氣道22的高壓氣流形成一個(gè)相當(dāng)稠密的空氣屏，隔絕吸收了燃燒腔20內(nèi)燃油爆炸燃燒所產(chǎn)生的巨大噪音；壓力腔3里的高壓氣體進(jìn)一步隔絕吸收了燃燒腔20內(nèi)燃油爆炸燃燒產(chǎn)生的巨大噪音。使燃燒腔20內(nèi)燃油爆炸燃燒產(chǎn)生的巨大噪音盡量不傳到外部，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音降到最低。
通過主進(jìn)氣道22的高壓氣流帶走了燃燒腔壁的熱量，使燃油爆炸燃燒產(chǎn)生的能量盡量得到利用；通過主進(jìn)氣道22的高壓空氣和在燃燒腔里爆炸燃燒的氣體混合，所攜帶的大量氧氣使沒有來(lái)得及燃燒的燃油進(jìn)一步燃燒，由于氧氣非常充足、并且氣流停留在燃燒腔20及壓力腔3里的高溫、高壓環(huán)境的時(shí)間較長(zhǎng)，故燃油可得到徹底的燃燒，盡量釋放出所含的熱量，釋放出的熱量使氣體的溫度進(jìn)一步增加、壓力進(jìn)一步增大。這樣不但能使燃油產(chǎn)生的效益達(dá)到最好，而且可以使用一些較不容易燃燒、價(jià)格相對(duì)較低廉但含熱量較大的燃油，像現(xiàn)在普遍使用的汽油、柴油，而不一定需要使用價(jià)格高昂、含熱量較低的航空煤油。使飛行器的載重效益得以提高，也可使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)釋放的廢氣大幅降低，使環(huán)境得到更好的保護(hù)。
由于噴嘴的總面積比后推力渦輪26的出氣口29面積小很多，故后推力渦輪26出氣口29噴出的氣流在壓力腔3里形成高壓氣體，并以很高的速度從噴嘴噴出，產(chǎn)生4萬(wàn)至5萬(wàn)牛頓的推力，使重量達(dá)到四千至五千公斤的小型載人飛行器可垂直升降并向前飛行。壓力腔3的形狀可根據(jù)飛行器腹部和尾部的形狀加以改變；由于壓力腔壁是由厚達(dá)2厘米、異常堅(jiān)硬的鈦金屬構(gòu)成，故可將壓力腔3作為飛行器的腹部和尾部，把它當(dāng)成飛行器的主支架，以減少飛行器的制造材料和重量；一旦飛行器發(fā)生意外墜毀，這么堅(jiān)固的壓力腔3也可起到很好的保護(hù)作用。
在圖1中，空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有四個(gè)噴嘴組件(5，6，7，8)和一個(gè)后噴嘴組件(9)，四個(gè)位于飛行器下方的噴嘴組件(5，6，7，8)負(fù)責(zé)飛行器的升降和減速，一個(gè)位于后部的后噴嘴組件9為飛行器提供飛行推力和加速推力。噴嘴組件由氣流開關(guān)閥門調(diào)節(jié)，氣流開關(guān)閥門可控制通過噴嘴氣流的大小及開、關(guān)噴嘴閥門。四個(gè)噴嘴組件(5，6，7，8)通過2厘米厚的鈦金屬管和壓力腔3連接，各還多了一個(gè)可使噴嘴向前——向下——向后旋轉(zhuǎn)180度的旋轉(zhuǎn)控制件。
當(dāng)空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)必須至少要有二個(gè)位于飛行器下方的噴嘴(5，6，7，8)或者后面的后噴嘴9處于開啟狀態(tài)，無(wú)論如何不可關(guān)掉所有的噴嘴?。。‘?dāng)飛行器要起飛時(shí)可將下方四個(gè)噴嘴(5，6，7，8)打開并調(diào)至垂直向下的位置，然后起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并根據(jù)飛行器的狀態(tài)調(diào)節(jié)有關(guān)噴嘴的氣流大小使飛行器平穩(wěn)上升；當(dāng)飛行器上升至離地面五米甚至更高時(shí)把下方四個(gè)噴嘴(5，6，7，8)的噴射方向向后轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生向上和向前的合成推力，使飛行器以一定的角度向前上升飛行；當(dāng)飛行器上升到所需高度時(shí)，下方四個(gè)噴嘴(5，6，7，8)的噴射方向向后轉(zhuǎn)至180度，使飛行器平行飛行并且一邊打開后部的后噴嘴9一邊關(guān)閉四個(gè)噴嘴(5，6，7，8)，當(dāng)四個(gè)噴嘴(5，6，7，8)全部關(guān)閉的同時(shí)后方的后噴嘴9也完全打開，這時(shí)飛行器就可像普通的噴氣式飛機(jī)那樣操作控制。
當(dāng)飛行器要降落時(shí)可將下方四個(gè)噴嘴(5，6，7，8)調(diào)至向前的位置并一邊打開下方四個(gè)噴嘴(5，6，7，8)，一邊關(guān)閉后方的后噴嘴9；當(dāng)后方的后噴嘴9全部關(guān)閉的同時(shí)下方四個(gè)噴嘴(5，6，7，8)也完全打開，使飛行器逐漸減速；當(dāng)?shù)竭_(dá)目的地時(shí)可將下方四個(gè)噴嘴(5，6，7，8)的噴射方向調(diào)到向下的位置，并逐步減少燃油的注入量，使飛行器緩慢垂直下降。
如圖7所示(箭頭方向表示氣流方向)所述氣流開關(guān)閥門14由閘板閥和調(diào)節(jié)閥組成，并具有下述特點(diǎn)一、閘板閥的閥芯24為楔形；二、調(diào)節(jié)閥的閥芯30為錐臺(tái)形，并固定于調(diào)節(jié)閥的閥桿31的中段上，調(diào)節(jié)閥的閥體上設(shè)有相應(yīng)的密封面，調(diào)節(jié)閥的閥桿31的前、后段與調(diào)節(jié)閥的閥體螺旋配合；三、閘板閥的閥桿螺母33和調(diào)節(jié)閥的閥桿31均由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，借以控制并調(diào)節(jié)噴出的氣流。
要開啟噴嘴時(shí)，連接閘板閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)34首先起動(dòng)使閘板閥軸上升，帶動(dòng)閘板閥上升開啟高壓空氣進(jìn)氣口；這時(shí)連接調(diào)節(jié)閥閥桿31的驅(qū)動(dòng)電機(jī)起動(dòng)使調(diào)節(jié)閥閥桿31向后移動(dòng)，使高壓空氣進(jìn)氣口和噴嘴開通、壓力腔內(nèi)的高壓氣體由噴嘴噴出，由于調(diào)節(jié)閥的閥芯30為錐臺(tái)形，故調(diào)節(jié)閥的閥芯30后移幅度的大小可控制壓力腔3內(nèi)的高壓氣體由噴嘴噴出的數(shù)量，從而控制噴嘴所產(chǎn)生的推力。
要關(guān)閉噴嘴時(shí)，連接調(diào)節(jié)閥閥桿31的驅(qū)動(dòng)電機(jī)首先起動(dòng)驅(qū)使調(diào)節(jié)閥閥桿31向前移動(dòng)，使高壓空氣進(jìn)氣口和噴嘴關(guān)閉、壓力腔3內(nèi)的高壓氣體停止由噴嘴噴出，由于調(diào)節(jié)閥閥芯30的圓錐體頂端有螺紋，可以和管道的螺旋32擰緊，故調(diào)節(jié)閥的閥芯30可緊緊地封閉高壓空氣進(jìn)氣口。這時(shí)連接閘板閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)34接著起動(dòng)使閘板閥閥芯24下降，從而關(guān)閉高壓空氣進(jìn)氣口；如此設(shè)計(jì)，由于閘板閥的閥芯24為楔體結(jié)構(gòu)，可克服閘板閥的閥芯24部件和管道壁由于熱脹冷縮的不同而緊緊地關(guān)閉高壓空氣進(jìn)氣口。由于閘板閥的閥芯24擋在高壓空氣進(jìn)氣口前，并且面積比高壓空氣進(jìn)氣口的面積大三份之一，使壓力腔3里高壓氣體的壓力不會(huì)直接施加于調(diào)節(jié)閥的閥芯30，從而避免調(diào)節(jié)閥的閥芯30總是處于高壓狀態(tài)導(dǎo)致圓錐體頂端的螺紋損毀、高壓氣體自行噴出而發(fā)生意外。
權(quán)利要求
1.一種空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)，包括空氣進(jìn)氣口、渦輪增壓空氣壓縮機(jī)、燃燒腔和后噴嘴，其特征是提供向前飛行推力的后噴嘴和燃燒腔之間設(shè)有壓力腔，所述渦輪增壓空氣壓縮機(jī)包括固定于前傳動(dòng)軸上的吸氣渦輪、大增壓渦輪、小增壓渦輪，和固定于后傳動(dòng)軸上的前推力渦輪、后推力渦輪；前傳動(dòng)軸與后傳動(dòng)軸之間設(shè)有變速齒輪箱，燃燒腔位于變速齒輪箱之后，燃燒腔的底部設(shè)有燃油噴嘴組件；空氣經(jīng)吸氣渦輪和大增壓渦輪兩級(jí)增壓后，大部分進(jìn)入主進(jìn)氣道，小部分經(jīng)小增壓渦輪再增壓后進(jìn)入次進(jìn)氣道；進(jìn)入次進(jìn)氣道的空氣在燃燒腔的前部與燃油噴嘴噴出的霧狀燃料混合并發(fā)生劇烈的爆炸燃燒，進(jìn)入主進(jìn)氣道的空氣在燃燒腔的后部與正在爆炸燃燒的氣體混合，所攜帶的大量氧氣使沒有來(lái)得及燃燒的燃油進(jìn)一步燃燒；所產(chǎn)生的高溫、高壓氣體通過噴氣柵欄上的出氣口噴出并推動(dòng)前推力渦輪和后推力渦輪旋轉(zhuǎn)后進(jìn)入壓力腔；前推力渦輪和后推力渦輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大扭力通過后傳動(dòng)軸作用于變速齒輪箱再帶動(dòng)前傳動(dòng)軸提速旋轉(zhuǎn)，使固定于前傳動(dòng)軸上的吸氣渦輪、大增壓渦輪、小增壓渦輪高速旋轉(zhuǎn)，吸入更多的空氣并產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力把這些吸入的空氣通過主進(jìn)氣道和次進(jìn)氣道壓進(jìn)燃燒腔；進(jìn)入壓力腔的高溫、高壓氣體可以通過后噴嘴組件噴出推動(dòng)飛行器向前飛行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于燃燒腔底部的噴氣柵欄的出氣口的總面積為噴氣柵欄的總面積的三份之一；后傳動(dòng)軸上設(shè)有抗高溫隔熱罩。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于壓力腔上還設(shè)有前右噴嘴、前左噴嘴、后右噴嘴、后左噴嘴，上述四個(gè)噴嘴通過金屬管和壓力腔連接，并且各設(shè)有一個(gè)可使噴嘴向前——向下——向后旋轉(zhuǎn)180°的旋轉(zhuǎn)控制件和一個(gè)氣流開關(guān)閥門；后噴嘴組件可推動(dòng)飛行器向前飛行，另外四個(gè)噴嘴組件產(chǎn)生反作用推力可使飛行器減速或垂直升降。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述氣流開關(guān)閥門由閘板閥和調(diào)節(jié)閥組成，并具有下述特點(diǎn)一、閘板閥的閥芯為楔形；可克服閘板閥的閥芯部件和管道壁由于熱脹冷縮的不同而緊緊地關(guān)閉高壓空氣進(jìn)氣口；由于閘板閥的閥芯擋在高壓空氣進(jìn)氣口前，并且面積比高壓空氣進(jìn)氣口的面積大三份之一，使壓力腔里高壓氣體的壓力不會(huì)直接施加于調(diào)節(jié)閥的閥芯，從而避免調(diào)節(jié)閥的閥芯總是處于高壓狀態(tài)導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的螺紋損毀、高壓氣體自行噴出而發(fā)生意外；二、調(diào)節(jié)閥的閥芯為錐臺(tái)形，并固定于調(diào)節(jié)閥的閥桿的中段上，調(diào)節(jié)閥的閥體上設(shè)有相應(yīng)的密封面，調(diào)節(jié)閥的閥桿的前、后段與調(diào)節(jié)閥的閥體螺旋配合；調(diào)節(jié)閥的閥桿帶有密封螺紋，要關(guān)閉噴嘴時(shí)，連接調(diào)節(jié)閥閥桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)首先起動(dòng)驅(qū)使調(diào)節(jié)閥閥桿向前移動(dòng)，使高壓空氣進(jìn)氣口和噴嘴關(guān)閉、壓力腔內(nèi)的高壓氣體停止由噴嘴噴出。調(diào)節(jié)閥的閥芯為錐臺(tái)形前端為帶有密封螺紋的圓柱體，并固定于調(diào)節(jié)閥的閥桿上，可以和管道的螺旋擰緊，故調(diào)節(jié)閥的閥芯可緊緊地封閉高壓空氣進(jìn)氣口；三、閘板閥的閥桿和調(diào)節(jié)閥的閥桿均由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，借以開關(guān)并調(diào)節(jié)噴出氣流的大小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空氣壓縮航空發(fā)動(dòng)機(jī)。現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造復(fù)雜、燃油價(jià)格高、噪音大。為此，本發(fā)明使用渦輪增壓空氣壓縮機(jī)在壓力腔里產(chǎn)生高溫、高壓氣體，再利用壓縮氣體通過噴嘴噴出產(chǎn)生的反作用推力使飛行器垂直升降和向前飛行。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單故可大幅降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)成本；可通過改變壓力腔里壓縮氣體的噴出方向讓飛行器垂直升降；不需使用昂貴的航空煤油，可使用現(xiàn)在普遍使用、含熱量相對(duì)較高而且價(jià)格低廉很多的普通汽油或柴油；并且產(chǎn)生的噪音相當(dāng)小。廣泛適用于民航班機(jī)、貨運(yùn)班機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)及其他各種飛行器上。
文檔編號(hào)F02K1/56GK1693691SQ20051003444
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月30日
發(fā)明者張鴻元, 張明琛 申請(qǐng)人:張鴻元