一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机

1.本发明涉及涡轮发动机技术领域，尤其涉及一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机。


背景技术：

2.目前国内外常见的涡轮发动机多为柴油、汽油和燃气涡轮发动机，其用途基本上是作为飞机与大型船舶或车辆的发动机。


技术实现要素：

3.本发明低成本自循环脉冲式涡轮发动机与常规涡轮发动机相比，本发明的气缸没有活塞。发动机使用接近连续的脉冲火花来引爆气缸内的空气/燃料混合物，并将爆炸的力量导向涡轮，使其旋转一个可输出足够力矩的轴，可以用来驱动一台发电机产生电能向自主工作的电气系统供电。同时，利用这个输出轴，可以配置相应的涡轮蜗杆和换向装置，实现推动系统装置直行或上升运动的动力输出。
4.本发明所述的发动机燃料爆炸时产生的燃爆气体，除了可以驱动涡轮旋转以外，在爆震室被压缩后经过一个拉法尔管，产生一个由燃料燃爆后形成的被压缩的高速轴向气流，类似于涡喷发动机产生的尾焰作为高速飞行器或者无人机及无人快艇的推进动力。
5.同样的原理，本发明产生的高速气流，可模拟弹体运动速度的风能作为风洞试验台的风源。
6.低成本自循环脉冲式涡轮发动机采用脉冲式等温燃烧工艺，在循环爆轰过程中形成燃料混合物的完全燃烧，将不必要的nox和co排放降至最低。低成本自循环脉冲式涡轮发动机能够在低静压下与风机或者压缩机产生的空气一起工作，从而消除了在燃烧前压缩和预热燃料氧化混合物的必要性。通过消除燃料氧化剂混合物的压缩过程，低成本自循环脉冲式涡轮发动机在简化的机械结构中实现了更高的热效率。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
8.一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机，其特征在于：包括自带的四个燃爆室缸体和涡轮室；所述燃爆室缸体对应连接四个预混器，所述预混器远离燃爆室缸体的一端设置有歧管接口，所述预混器的外侧壁安装有空气入口，所述燃爆室缸体的侧面安装有点火器，与经过所述预混器输出的燃料气流的轴线呈90
°
安装；所述涡轮室壳体内包含有涡轮转子，所述燃爆室缸体和涡轮转子被前后两侧的端盖所固定，在所述端盖的中心位置安装了轴承来实现涡轮轴的旋转运动。
9.优选的，燃料经过一个加压泵泵入歧管内进入所述预混器，与通过空气入口吸入的空气进行混合；燃爆室排气口相对于涡轮转子，燃爆后的气体作为推动涡轮旋转的动力，沿着涡轮室的切线方向直接驱动涡轮叶片。
10.优选的，所述轴承的一端从前端盖伸出，用来输出轴功率，驱动发电机和减速齿轮运动；轴承与后端盖中心部位固定，并且在这一端被封闭。
11.优选的，所述后端盖的端面上开有多个用于排放尾气的排气孔，这个排气孔的数量大于1个；尾气通过尾喷口内的一个拉法尔管输出，以使排出的尾气产生更高的冲力和输出速度，形成对系统的推力。
12.本发明提供了一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机，与目前的柴油、汽油和燃气涡轮发动机相比具备以下有益效果：
13.1、间续性燃烧使发动机减少燃油消耗量约30％；
14.2、大幅减少温室气体排放；
15.3、适用于所有碳氢燃料、氢和合成燃料；
16.4、较少的活动部件代表着低成本的维护费用；
17.5、高功率重量比或推重比；
18.6、无需冷却剂；
19.7、无润滑油、过滤器或泵；
20.8、冷启动能力；
21.9、应用范围广，可作为陆、海、空无人运动平台的动力和新型风洞试验台的风源。
附图说明
22.图1为本发明提出的一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机的主视图；
23.图2为本发明提出的一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机半剖图；
24.图3为本发明提出的一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机涡轮的剖视图。
25.图中：1、燃爆室缸体；2、涡轮；21、前端盖；22、后端盖；23、尾喷口；24拉法尔管；25、排气孔；3、预混器；4、点火器；5、歧管接口；6、空气入口；7、涡轮转子；8、轴承；9、燃爆室排气口；。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机，其特征在于：包括自带的四个燃爆室缸体1和涡轮室2；所述燃爆室缸体1对应连接四个预混器3，所述预混器3远离燃爆室缸体1的一端设置有歧管接口5，所述预混器3的外侧壁安装有空气入口6，所述燃爆室缸体1的侧面安装有点火器4，与经过所述预混器3输出的燃料气流的轴线呈90
°
安装；所述涡轮室2壳体内包含有涡轮转子7，所述燃爆室缸体1和涡轮转子7被前后两侧的端盖21、22所固定，在所述端盖21、22的中心位置安装了轴承8来实现涡轮轴的旋转运动。
29.燃料经过一个加压泵泵入歧管内进入所述预混器3，与通过空气入口6吸入的空气进行混合；燃爆室排气口9相对于涡轮转子7，燃爆后的气体作为推动涡轮旋转的动力，沿着涡轮室2的切线方向直接驱动涡轮叶片。
30.所述轴承8的一端从前端盖21伸出，用来输出轴功率，驱动发电机和减速齿轮运动；轴承8与后端盖22中心部位固定，并且在这一端被封闭。
31.所述后端盖22的端面上开有多个用于排放尾气的排气孔25，这个排气孔的数量大于1个；尾气通过尾喷口23内的一个拉法尔管24输出，以使排出的尾气产生更高的冲力和输出速度，形成对系统的推力。
32.本发明有四个燃爆室缸体，这四个燃爆室工作过程如下：
33.当可燃气体在一个燃爆室1被点火器4引爆时，其他三个燃爆室1的点火器4不工作。当第一个燃爆室1点火以后，按照预设的涡轮旋转方向，程序自动点燃第二个燃爆室1的可燃物质，依次循环到第四个燃爆室1点火。第四个缸的点火结束以后，再对第一个燃爆室1点火，进入第二次点火循环，直至熄火停机。每个循环点火周期的点火间隔时间可调节在12个毫秒以内。这个过程循环重复。动力从涡轮室2的转子轴8上通过机械或电气方式取下，实现机械轴传动或者发电。通过控制点火间隔时间，可以实现对发动机调速。燃爆后产生的尾气从尾喷口23排出。


技术特征：
1.一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机，其特征在于：包括自带的四个燃爆室缸体(1)和涡轮室(2)；所述燃爆室缸体(1)对应连接四个预混器(3)，所述预混器(3)远离燃爆室缸体(1)的一端设置有歧管接口(5)，所述预混器(3)的外侧壁安装有空气入口(6)，所述燃爆室缸体(1)的侧面安装有点火器(4)，与经过所述预混器(3)输出的燃料气流的轴线呈90
°
安装；所述涡轮室(2)壳体内包含有涡轮转子(7)，所述燃爆室缸体(1)和涡轮转子(7)被前后两侧的端盖(21)(22)所固定，在所述端盖(21)(22)的中心位置安装了轴承(8)来实现涡轮轴的旋转运动。2.根据权利要求1所述的一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机，其特征在于，燃料经过一个加压泵泵入歧管内进入所述预混器(3)，与通过空气入口(6)吸入的空气进行混合；燃爆室排气口(9)相对于涡轮转子(7)，燃爆后的气体作为推动涡轮旋转的动力，沿着涡轮室(2)的切线方向直接驱动涡轮叶片。3.根据权利要求1所述的一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机，其特征在于，所述轴承(8)的一端从前端盖(21)伸出，用来输出轴功率，驱动发电机和减速齿轮运动；轴承(8)与后端盖(22)中心部位固定，并且在这一端被封闭。4.根据权利要求1所述的一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机，其特征在于，所述后端盖(22)的端面上开有多个用于排放尾气的排气孔(25)，这个排气孔的数量大于1个；尾气通过尾喷口(23)内的一个拉法尔管(24)输出，以使排出的尾气产生更高的冲力和输出速度，形成对系统的推力。

技术总结
本发明公开了一种低成本自循环脉冲式涡轮发动机，属于涡轮发动机技术领域，包括自带的四个燃爆室缸体和涡轮室，每个燃爆室对应连接一个预混器；燃料经过一个加压泵泵入歧管内进入预混器，发动机点火器工作以后，进入燃爆式的燃料被点火爆炸，燃爆后的气体通过排气口进入涡轮室；燃爆室排气口相对于涡轮转子，沿着涡轮室的切线方向直接驱动涡轮叶片；在涡轮端盖的中心位置安装了轴承来实现涡轮轴的旋转运动，输出轴功率；后端盖的端面上有多个用于排放尾气的排气孔，用来排出燃爆后产生的尾气，尾气通过尾喷口内的一个拉法尔管输出，以产生更高的冲力和输出速度，形成对系统的推力。力。力。


技术研发人员：徐翔星 陈志华 应展峰 汤哲新 江润珠
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2022/5/25