專利名稱：旋轉噴氣式發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用流體噴射產生動力的旋轉發(fā)動機(以下稱作“旋轉噴氣式發(fā)動機”)。
利用膨脹流體驅動輸出軸的發(fā)動機，通常有一個容積隨著流體的膨脹而變化的工作室。通常，工作室限定在兩個壁的表面之間，至少一個壁表面可相對另一個壁表面移動，以便膨脹流體產生的動力傳送到輸出軸上。但是，這種需要兩個壁表面互相移動的結構帶來兩個問題一是兩個表面之間的密封問題，另一個則是摩擦損失問題。
本發(fā)明的目的是提供一種旋轉式發(fā)動機，該發(fā)動機不使用容積可變的工作室。由此，本發(fā)明力圖解決傳統(tǒng)旋轉式發(fā)動機和內燃機共同存在的密封問題和摩擦損失問題。
在本發(fā)明的一種形式中，提供一種旋轉噴氣式發(fā)動機，該發(fā)動機包括一個轉子、至少一個從空氣中產生推進流體的噴射裝置和一個輸出軸，所述的噴射裝置包括吸入空氣的吸氣口和噴射推進流體的排氣口，所述的噴射裝置應這樣布置，使噴射裝置的產生推進力或從噴射裝置噴射的推進流體能夠使轉子轉動，所述的輸出軸驅動連接到所述的轉子上。
在最佳實施例中，至少一個噴射裝置安裝在轉子上，并使噴射裝置產生的推進力能夠使轉子旋轉。然而，一個噴射裝置可以安裝在發(fā)動機的另一個部件上，例如靜止部件，這個噴射裝置還應這樣安裝，使從該噴射裝置噴射的推進流體沖擊到轉子上，由此使轉子旋轉。在另一種結構中，設有多個噴射裝置，至少其中一個噴射裝置安裝在轉子上，至少另一個噴射裝置安裝在發(fā)動機的靜止部件上。在再一種結構中，設有兩個反向旋轉的轉子，其中一個轉子上至少有一個噴射裝置，該噴射裝置布置成，使它所產生的推力能夠驅動該噴射裝置所在的轉子，并使該噴射裝置所產生的推進流體的沖擊力能夠驅動反向旋轉的轉子。在再一種結構中，有兩個反向旋轉的轉子，每個轉子上至少安裝一個噴射裝置。每個噴射裝置布置成依靠本身的推力驅動該噴射裝置所在的轉子，依靠本身所產生的推進流體的沖擊力驅動反向旋轉的轉子。
特別方便的是，推進流體是經(jīng)過加熱的大氣，并可采用任何適當?shù)难b置進行加熱。
在這種結構中，噴射裝置最好包括一個噴燃器，噴燃器可采用傳統(tǒng)的形式。在這種情況下，在噴燃器中，利用燃料在空氣中的燃燒來加熱空氣。燃料可以是液體碳氫化合物燃料，例如，動力煤油。
然而，可以理解，任何其它合適的裝置都可用來加熱空氣，例如，可采用某些形式的核加熱過程。
最好將轉子安裝在輸出軸上。
轉子可以包括一個轉子盤，噴射裝置的吸氣口可以開設在轉子盤的一側，而其排氣口則開設在轉子盤的另一側。
也可有一個或多個轉子。在有一個以上轉子的情況下，這些轉子可以同向旋轉，也可以反向旋轉。在后一種情況下，沿輸出軸相反方向旋轉的轉子與輸出軸之間的驅動連接可采用任何合適的連接方式，例如齒輪連接方式。
該旋轉噴氣式發(fā)動機最好再包括一個反作用裝置，從噴射裝置排出的推進流體朝向該反作用裝置，以增強噴射裝置的推力。反作用裝置可以包括許多圓周間隔設置的反作用面，例如葉片。
該旋轉噴氣式發(fā)動機最好再包括一殼體，轉子安裝在該殼體中。殼體最好有基本為圓柱形的側壁，圓柱形側壁基本上與轉子的旋轉軸線同軸。該殼體可以包括吸氣區(qū)和排氣區(qū)，噴射裝置的吸氣口與吸氣區(qū)相通，而其排氣口則與排氣區(qū)相通。該發(fā)動機還可配備一個用來阻止或至少限制吸氣區(qū)與排氣區(qū)之間的流體流動的裝置。
轉子可以安裝在殼體內的形成的第一區(qū)域，此外，還可設置一個將空氣輸送到第一區(qū)域的輸送裝置。該輸送裝置可包括一安裝在輸出軸上的葉片裝置。
也可以設置許多噴燃器。這些噴燃器可以成對地安裝，每一對噴燃器安裝在轉子旋轉軸線的徑向相對的兩側。
本發(fā)明通過下面結合附圖對幾個具體實施例的描述將得到更清楚的理解。其中
圖1是第一個實施例的旋轉噴氣式發(fā)動機的示意端視圖;
圖2是圖1所示發(fā)動機的示意側視圖;
圖3是用于第一個實施例的旋轉噴氣式發(fā)動機的噴燃器示意圖;
圖4是第二個實施例的旋轉噴氣式發(fā)動機的示意圖;
圖5是第三個實施例的旋轉噴氣式發(fā)動機的示意側視圖;
圖6是第四個實施例的旋轉噴氣式發(fā)動機的示意端視圖;
圖7是第五個實施例的旋轉噴氣式發(fā)動機的示意端視圖;
圖8是圖7所示發(fā)動機轉子從一側觀察的示意圖;
圖9是圖8所示發(fā)動機轉子從另一側觀察的示意圖;
圖10是一種旋轉噴氣式發(fā)動機輸出軸的支撐方式示意圖。用以容納燃料輸送系統(tǒng)。
如圖1、2和3所示，本發(fā)明第一個實施例的旋轉噴氣式發(fā)動機包括轉子11，轉子11固定地安裝在由軸承14旋轉支承的輸出軸13上。轉子11安裝在殼體15之內，殼體15有一圓柱形側壁17，側壁17與輸出軸13的旋轉軸線同軸，并形成一個內部區(qū)域19。圓柱形側壁17與集流管21相結合，集流管21形成環(huán)形外部區(qū)域23，環(huán)形外部區(qū)域23與旋轉軸同軸，并通過環(huán)形間隙25與內部區(qū)域19相通。切向排氣管27與集流管21相通。
從圖2中可以清楚地看出，輸出軸13自殼體15的兩端向外延伸。
轉子11包括一個盤31，盤31的徑向內端固定安裝在輸出軸13之上，并帶有一對噴燃器33。兩個噴燃器33設置在輸出軸的徑向相對的兩側，這可以從圖1清楚地看出。盤31延伸出殼體15的側壁17上的環(huán)形間隙25并在其外端帶有剛性密封件32。剛性密封件設置在非常接近形成間隙25的側壁17部分并與該部分相互隔開，以阻止流體流過間隙。
轉子11還包括一圓柱形轉子壁34，圓柱形轉子壁34同軸地固定安裝在輸了軸13上，以隨之一起旋轉。更具體地說，圓柱形轉子壁34安裝在轉子盤31和安裝在輸出軸13上的兩支撐件36上，每個支撐件36位于轉子盤31的一側。
圓柱形轉子壁34與殼體15的圓柱形側壁17向內隔開。兩壁17、34互相配合形成位于兩者之間的空氣室38，空氣室38接收大氣，這將在下文敘述。
從圖3可以清楚地看出，每個噴燃器33都具有常用的結構形式，包括一個吸氣口35、一燃燒室37和一排氣噴咀39。吸氣口35與吸氣喇叭40相連接，排氣噴嘴39配有伸長導管42。每個噴燃器這樣布置在盤31上，使吸氣口35與形成吸氣區(qū)的空氣室38相通，這樣，伸長導管42伸出環(huán)形間隙25，使其排氣口端與集流管21內形成的排氣域的外部區(qū)域32相通。
噴燃器經(jīng)過吸氣口35吸入空氣室38中的大氣，并由碳氫化合物燃料的燃燒加熱空氣。以產生推進流體。燃料由燃料噴射器43噴進噴燃器中，并由點火裝置45引燃。隨著燃燒過程的進行，空氣受熱膨脹，結果空氣以噴射形式經(jīng)過排氣噴咀39噴進集流管21內的區(qū)域。從噴燃器噴出的空氣，產生推力使轉子旋轉，將扭矩傳給輸出軸13。
反作用裝置50包括以圓周間隔的葉入51形式構成的多個反作用表面，設置在集流管21內。從每個噴嘴39噴出的推進流體沖擊在葉片51上，增強了推進流體產生的推進力。葉片51也起均勻引導推進流體，沿著遠離轉子的方向流動的作用，從而產生通向切向排氣管的流動圖形。
如上所述，每個噴燃器33從殼體15內的空氣室38接吸入空氣。每個噴燃器產生的推進效率和/或推力可以通過增加由其吸氣口35進入噴燃器的空氣的質量流量而提高。而進入噴燃器的空氣質量流量可以通過升高空氣室38中的空氣壓力而增大。在該實施例中，這可通過在轉子11上設置兩個葉片裝置52，并且每個葉片裝置52設在轉子盤31的一側來實現(xiàn)。葉片裝置52隨同輸出軸的旋轉而旋轉，將空氣鼓入空氣室38，從而提高空氣室38中的空氣壓力。一系列固定導葉53設置在每個葉片裝置52和噴燃器之間，以將空氣均勻導向轉子的軸向中心區(qū)域，并進入噴燃器的吸氣口35的吸氣喇叭通道中。
由兩葉片裝置52輸送到空氣室38中并到達轉子軸向中心區(qū)域的空氣可以直接來源于大氣，或者通過一個與過濾裝置結合在一起的空氣輸送系統(tǒng)供給。
空氣室38和集流管21之內所形成的區(qū)域之間的分隔有助于避免或至少限制噴燃器排出的推進流體對吸入空氣的污染。這樣，也有利于發(fā)動機運行過程中在葉片裝置52的作用下在空氣室38中產生的正空氣壓力的提高。
第二個實施例如圖4所示，它與第一個實施例在許多方面類似，但每個噴燃器33安裝在一單獨的轉子盤31上。此外，噴燃器是這樣取向的，使其吸氣口35設置在各自盤的一側，其排氣噴嘴39設置在各自盤的另一側。這種結構安排對于保持吸氣與推進流體之間的分隔特別有用，從而，避免或至少減少了推進流體對吸氣的污染。兩個轉子盤31將內部區(qū)域19分成中心部分61和一對端部63三部分。噴燃器的排氣噴嘴39與中心部分61相通，每個噴嘴的吸氣口35分別與一個端部63相通。轉子盤31與殼體相互配合形成密封，或至少限制相鄰部分62和63之間的流體流動。
在該實施例中，每個葉片裝置52在壓力作用下，將空氣分別輸送到殼體的一個相應的端部63。盡管僅給出一種圖4所示的發(fā)動機的一側結構，每個葉片裝置還可從空氣輸送系統(tǒng)65接受空氣。
圖5所示的實施例，發(fā)動機的結構形式與上述幾個實施例相比，比較簡單。噴燃器33安裝在一個中心盤31上，并且每個噴燃器直接從大氣中接收空氣。沒有葉片裝置或其它在壓力作用下將空氣輸送到容納轉子的區(qū)域中的空氣輸送裝置。正如圖4所示的實施例那樣，其噴燃器傾斜安裝，使吸氣口35和排氣噴嘴39設置在盤的相對的兩側。
圖6所示的實施例結構與前述幾個實施例有些類似，不同之處在于噴燃器33設置在相對靠近輸出軸13的位置處。這有利于減少轉子的轉動慣量，并易于轉子的平衡。每個吸氣口35有一個延長的吸氣喇叭40，吸氣喇叭40延伸到轉子的圓周上，每個排氣噴咀也有一個延伸導管42，該導管42延伸到盤的外面，以將推進流體導向反作用葉片51。
旋轉噴氣式發(fā)動機的另一個實施例如圖7、8和9所示，發(fā)動機的徑向尺寸與前述幾個有環(huán)形排集流器的實施例相比較，比較緊湊。由于其緊湊性，這種發(fā)動機適于用在汽車領域。該發(fā)動機包括轉子111，轉子111固定安裝在由軸承114旋轉支承的輸出軸113上。轉子111安裝在殼體115中，殼體115有一圓柱形側壁117，圓柱形側壁117與輸出軸113的旋轉軸線同軸，并形成內部區(qū)域119。殼體115具有位于內部區(qū)119兩端的第一端壁120和第二端壁122。第一端壁120設有進氣口(未示)，第二端壁122與圓柱形側壁117共同形成排氣口導管124，排氣口導管124在環(huán)形出口126處終止。
輸出軸113伸出殼體115的兩端，從圖7可以清楚地看出這種結構。
轉子111包括一個盤131，盤131徑向內端固定安裝在輸出軸113上，并帶有一對噴燃器133。兩個噴燃器113設置在輸出軸的徑向相對的兩側。
轉子盤將內部區(qū)域119分成兩個區(qū)，即一個與端壁120上的吸氣口相通的吸氣區(qū)119a，一個與排氣口導管124相通的排氣區(qū)119b。
圓柱形側壁117上裝有環(huán)形密封件130，它非常接近轉子盤131的徑向外部，但又與之隔開。轉子131和密封件130互相配合，使119a和119b兩個區(qū)域之間的流體流動受到限制。
轉子111還包括圓柱形轉子壁134，圓柱形轉子壁134位于吸氣區(qū)119a，并同軸而固定地安裝在輸出軸113上，與之一起轉動。更具體地說，圓柱形轉子壁134安裝在轉子盤131和一個支撐件136之上，支撐件136設置在輸出軸113上，并位于轉子盤131的側面，轉子盤131面對著端壁120。
圓柱形轉子壁134與殼體115的圓柱形側壁117向內隔開。兩個壁117、134互相配合形成位于兩者之間的空氣室138，空氣室138接收通過端壁120上的吸氣口(未示)的大氣。
每個噴燃器133采用傳統(tǒng)形式，包括一吸氣口135、一燃燒室137和一排氣噴嘴139。吸氣口135包括吸氣喇叭管140，排氣噴嘴139配有延伸導管142。每個噴燃器安裝在盤131上，使吸氣口135與吸氣區(qū)119a中的空氣室138相通，而延伸導管142與排氣區(qū)119b相通。
反作用裝置150包括多個以圓周上間隔開的葉片的形式構成的反作用表面設置在排氣區(qū)119b中。從每個噴嘴139噴射出來的推進流體沖擊在葉片151上，從而增強了推進流體產生的推進力。葉片151也起均勻引導推進流體沿著遠離轉子的方向流動的作用，從而形成通向排氣口導管124的流動圖形。
葉片151安裝在圓柱形側壁117上，并徑向后內朝圓柱形擋板154延伸，圓柱形擋板154有助于容納推進流體并將其導向排氣口導管124。擋板154固定地安裝在殼體115的第二端壁122之上，并橫過排氣區(qū)119b向轉子盤131延伸。另一個安裝在轉子盤131上的密封件155與擋板154互相配合，限制轉子盤和擋板間的流體流動。
每個噴燃器133從殼體115內的空氣室138吸入空氣。經(jīng)過端壁120上的吸氣口進入空氣室的空氣，由葉片裝置152和與之配合工作的導葉153送進噴燃器。葉片裝置152包括兩級，即第一組156和第二級158?？諝饨?jīng)過空氣室138送進氣體噴燃器的過程中，兩級葉片裝置逐級增加空氣壓力。導葉153安裝在殼體115上，并且也有兩級，包括位于兩級葉片裝置之間的第一級160，和位于第二級葉片裝置與轉子盤131之間的第二級162。
在另一個實施例中(圖中未示)，旋轉噴氣式發(fā)動機具有反向旋轉的轉子，每個轉子驅動連接在公共輸出軸上。這種結構的好處是反向旋轉消除或至少減小3陀螺效應。每個轉子至少有一個噴燃器和一個輔助反作用裝置，如葉片。采用這種結構，每個轉子上的噴燃器能夠推動兩個轉子。攜帶每個噴燃器的轉子，由噴燃器產生的推力推動。噴燃器還布置得使從中噴出的推進流體直接噴到另一轉子的反作用裝置上。推進流體沖到另一轉子上的這一作用使該轉子旋轉。
在再一個實施例中(圖中也未示)，將噴燃器安裝在發(fā)動機的一個靜止部件上，并布置得使從噴燃器噴出的推進流體沖擊在轉子上，從而使轉子旋轉。轉子配備有反作用表面，如葉片，推進流體直接對著葉片沖擊，從而產生旋轉運動。
盡管前述各種實施例中，旋轉噴氣式發(fā)動機工作時利用的是液體碳氫化合物燃料，但可以理解，任何合適的燃料都可用來加熱空氣，以產生推進流體。
然而，液體碳氫燃料是一種方便的燃料形式，這種燃料可由輸送管線70(見圖10)送到噴燃器，輸送管線70沿發(fā)動機的輸出軸13延伸。在輸出軸旋轉地支承在軸承14的位置處，設置有通道套筒71，輸送管線70可從通道套筒71中通過。每個通道套筒71包括一套筒元件73，套筒元件73有一個或多個軸向孔75，輸送管線可以通過這些軸向孔75延伸。
從上述可以明顯看出，各種實施例所提供的旋轉噴氣式發(fā)動機與許多傳統(tǒng)的發(fā)動機結構相比，其結構較簡單。
雖然，已對本發(fā)明的幾種具體實施例進行了詳述，但是，很明顯，本發(fā)明并不限于此，可以做出各種替換和變型，但都不會超出本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種旋轉噴氣式發(fā)動機，包括一個轉子、至少一個從空氣中產生推進流體的噴射裝置和一個輸出軸，所述的噴射裝置具有吸入空氣的吸氣口和噴射推流體的排氣口，所述的噴射裝置應這樣安裝，使其產生的推力或從它噴出的推進流體能夠使轉子轉動，所述的輸出軸驅動地連接到所述的轉子上。
2.根據(jù)權利要求1所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，至少一個噴射裝置安裝在所述的轉子上，并使噴射裝置所產生的推力能夠使轉子旋轉。
3.根據(jù)權利要求1所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，至少一個噴射裝置安裝在發(fā)動機的不是轉子的元件上，并且布置成使從它噴射出的推進流體得以沖擊到轉子上，從而使轉子旋轉。
4.根據(jù)權利要求1所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，有多個噴射裝置，其中至少一個安裝在轉子上，至少另一個噴射裝置安裝在發(fā)動機的靜止部件上。
5.根據(jù)權利要求1所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，該發(fā)動機還包括另一轉子，它相對最先提到的轉子反向旋轉，一噴射裝置安裝在其中一個轉子上，該噴射裝置依靠自身所產生的推力驅動所在的轉子，依靠產生的推進流體的沖擊力驅動反向旋轉的轉子。
6.根據(jù)權利要求1所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述發(fā)動機還包括相對最先提到的轉子反向旋轉的另一轉子，每個轉子上至少安裝一個噴射裝置，所安裝的每個噴射裝置依靠其推力驅動所在的轉子，依靠產生的推進流體的沖擊力驅動反向旋轉的轉子。
7.根據(jù)上述任何一個權利要求所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述的噴射裝置包括一個噴燃器。
8.根據(jù)權利要求1至4中任何一個權利要求所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述的轉子安裝在輸出軸上。
9.根據(jù)上述任何一個權利要求所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述的發(fā)動機還包括一個反作用裝置，從噴射裝置排出的推進流體直接導向所述的反作用裝置，以增強噴射裝置的推力。
10.根據(jù)權利要求9所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述的反作用裝置包括多個沿圓周間隔開的反作用表面，例如葉片。
11.根據(jù)上述任何一個權利要求所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述的轉子包括一個轉子盤，其上至少安裝一個噴射裝置。
12.根據(jù)上述任何一個權利要求所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述的發(fā)動機還包括一個殼體，所述的轉子安裝在該殼體內。
13.根據(jù)權利要求12所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述的殼體包括一個吸氣區(qū)和一個排氣區(qū)，所述噴射裝置的吸氣口與吸氣區(qū)相通，噴射裝置的排氣口與排氣區(qū)相通。
14.根據(jù)權利要求13所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述的發(fā)動機還配有阻止或至少限制吸氣區(qū)和排氣區(qū)之間的流體流動的裝置。
15.根據(jù)權利要求14所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述的排氣區(qū)相對所述轉子來說，設置在所述吸氣區(qū)的徑向部外。
16.根據(jù)權利要求14所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述的吸氣區(qū)和排氣區(qū)設置在轉子盤的相對兩側。
17.根據(jù)權利要求13至16中任何一個權利要求所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述的殼體有一排氣口，排氣口與所述排氣區(qū)相通，所述的反作用裝置這樣安裝，使排氣區(qū)中的推進流體朝排氣口流動。
18.根據(jù)權利要求11所述的旋轉噴氣式發(fā)動機，其特征在于，所述噴射裝置的吸氣口開設在轉子盤的一側，所述噴射裝置的排氣口開設在轉子盤的另一側。
19.一種旋轉噴氣式發(fā)動機，該發(fā)動機基本是參照附圖描述過的發(fā)動機。
全文摘要
一種旋轉噴氣式發(fā)動機，包括與輸出軸(13)驅動連接的轉子(11)，轉子(11)至少攜帶一個噴燃器(33)，噴燃器(33)有一個吸入空氣的吸氣口(35)和噴射推進流體的排氣口(39)。噴燃器(33)這樣安裝，使其產生的推力或從它噴出的推進流體能使轉子(11)旋轉。轉子(11)可方便地安裝在殼體(15)內，殼體(15)包括吸氣區(qū)(38)和排氣區(qū)(23)，噴燃器的吸氣口與吸氣區(qū)相通，而排氣口與排氣區(qū)相通。
文檔編號F02C3/00GK1097485SQ93109859
公開日1995年1月18日 申請日期1993年7月12日 優(yōu)先權日1993年7月12日
發(fā)明者約瑟夫·沃爾特·施通 申請人:約瑟夫·沃爾特·施通