專(zhuān)利名稱(chēng)：混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)，一種爆轟轉(zhuǎn)子軸發(fā)動(dòng)機(jī)。特別是涉及一種將氣體燃料或 液體燃料(天然氣或燃油)與空氣混合燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)電 能的(全電)發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，爆轟轉(zhuǎn)子軸發(fā)動(dòng)機(jī)是一種概念發(fā)動(dòng)機(jī)。是利用等容燃燒產(chǎn)生的高溫高壓爆 轟波，沖擊渦輪，通過(guò)輸出軸，輸出軸功率的發(fā)動(dòng)機(jī)。與等壓燃燒不同，爆轟是由激波誘導(dǎo)的 高溫高壓下進(jìn)行的燃燒，具有超音速傳播帶化學(xué)反應(yīng)的沖擊波，是氣體燃燒爆炸的最高形 式。在通過(guò)燃燒進(jìn)行的化學(xué)能、熱能、機(jī)械能轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，采用爆轟方式能源的轉(zhuǎn)換率約 為50%，而采用爆燃方式只能得到約30%的能源轉(zhuǎn)換率。這是因?yàn)楸Z過(guò)程是等容壓縮加 絕熱膨脹過(guò)程，爆燃過(guò)程是近似的等壓過(guò)程。而現(xiàn)在不論是飛機(jī)、汽車(chē)、輪船等各種發(fā)動(dòng)機(jī) 中燃燒室內(nèi)進(jìn)行的燃燒都是爆燃過(guò)程。之所以如此，是由于爆轟速度過(guò)于激烈，能源釋放率 過(guò)高，難以控制。為能使爆轟波應(yīng)用于各種工程目的，提高能源的利用率，就要求將爆轟波 穩(wěn)定控制在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)持續(xù)循環(huán)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)在極高的頻率下進(jìn)行工作。如何快速可 靠地混合燃料和氧化劑，并快速注入燃燒室，縮短DDT距離和直接起爆，這些都是爆轟發(fā)動(dòng) 機(jī)關(guān)鍵技術(shù)。但現(xiàn)有技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到這一目的，使爆轟轉(zhuǎn)子軸發(fā)動(dòng)機(jī)，做為普遍意義的工程 應(yīng)用受到限制。在爆轟轉(zhuǎn)子軸發(fā)動(dòng)機(jī)中，爆轟產(chǎn)生的超音速?zèng)_擊波，沖擊渦輪，使渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速極 高(約幾萬(wàn)到十幾萬(wàn)轉(zhuǎn))。這種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)?chǔ)存起來(lái)的機(jī)械能不僅儲(chǔ)存密度高，而且提取較為 方便，因此簡(jiǎn)單而有效的利用渦輪轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存的能量，使爆轟轉(zhuǎn)子軸混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)成為可 能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的要求，提出一種爆轟轉(zhuǎn)子軸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的新設(shè) 計(jì)。并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子高轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，采用渦輪轉(zhuǎn)子慣性?xún)?chǔ)能技術(shù)，提出一種混合動(dòng)力 轉(zhuǎn)子軸發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)合渦輪直接與雙向一體化發(fā)電/電動(dòng)電機(jī)連接，使發(fā)動(dòng)機(jī)直接 生產(chǎn)電能，成為輸出電能的(全電)發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的主要技術(shù)特征是由復(fù)合渦輪、加熱擴(kuò)壓器、駐渦爆轟燃燒室、渦輪轉(zhuǎn)子慣 性?xún)?chǔ)能系統(tǒng)、復(fù)合機(jī)匣和端蓋等組成。上述復(fù)合渦輪是由離心壓氣渦輪和向心燃?xì)鉁u輪復(fù)合成一個(gè)渦輪。就是在一個(gè)雙 面向心燃?xì)鉁u輪的軸向兩側(cè)各附加一個(gè)離心壓氣渦輪，將它們鑄成一個(gè)整體。這樣復(fù)合渦 輪的兩側(cè)都有進(jìn)氣口和排氣口，發(fā)動(dòng)機(jī)在排氣的同時(shí)，加熱了離心壓氣機(jī)中的混合氣，混合 氣也起到了冷卻燃?xì)鉁u輪的作用。離心壓氣機(jī)的渦輪葉片，即是燃?xì)鉁u輪的散熱片，也是混 合氣的加熱與摻混葉片。由于自然進(jìn)氣爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣來(lái)流注入速度達(dá)不到高頻率爆轟 的要求，更不適合現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)不斷提高功率密度的要求，為實(shí)現(xiàn)高頻率爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)流注入速度，就要求復(fù)合渦輪上的離心壓氣渦輪制造成單極高壓比渦輪增壓器，為實(shí)現(xiàn)單極高 壓比，離心壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)為跨聲速流動(dòng)。向心燃?xì)鉁u輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在小流量下仍可獲得較高效率。因此復(fù)合渦輪中的向心 燃?xì)鉁u輪采用雙面向心燃?xì)鉁u輪結(jié)構(gòu)，以彌補(bǔ)向心燃?xì)鉁u輪流量小的缺點(diǎn)。并可保證軸向 力矩的平衡，有利于高轉(zhuǎn)速的渦輪轉(zhuǎn)子。向心燃?xì)鉁u輪葉片由大葉片和分流葉片組成。燃 氣由渦輪徑向進(jìn)氣，軸向排出。上述的加熱擴(kuò)壓器是將復(fù)合渦輪兩側(cè)的離心壓氣機(jī)所壓出的跨聲速氣流的動(dòng)能 轉(zhuǎn)變?yōu)閴簭?qiáng)勢(shì)能。是將兩側(cè)徑向葉片式擴(kuò)壓器和中間位置的擴(kuò)張形進(jìn)氣道包覆在駐渦爆轟 燃燒室的外環(huán)壁上。渦旋狀擴(kuò)壓葉片，即是燃燒室的散熱片，也是預(yù)混合氣的加熱片，同時(shí) 也起到了加強(qiáng)燃燒室強(qiáng)度作用。對(duì)于離心壓氣機(jī)跨聲速來(lái)流，加熱擴(kuò)壓器在滿(mǎn)足擴(kuò)壓的作 用同時(shí)，對(duì)高溫狀態(tài)下燃燒室外壁進(jìn)行冷卻，在冷卻同時(shí)加熱預(yù)混合氣，有助于預(yù)混合氣中 燃料的混合、蒸發(fā)，提高燃燒室前預(yù)混合氣的進(jìn)口溫度。上述的駐渦爆轟燃燒室是由駐渦起爆，重復(fù)爆轟兩級(jí)中心突擴(kuò)型燃燒室串聯(lián)構(gòu) 成。第一級(jí)駐渦起爆燃燒室在跨聲速預(yù)混合氣來(lái)流的噴射下，由于剪切層和靠近突擴(kuò)面的 氣體在壓力梯度下，形成環(huán)形回流區(qū)，在回流區(qū)形成大尺度旋渦結(jié)構(gòu)?；亓鲄^(qū)內(nèi)的旋渦在不 斷的生成，發(fā)展，到脫落。在旋渦的初始生成期，預(yù)混合氣的速度最慢，適合高能點(diǎn)火條件， 預(yù)混合氣來(lái)流點(diǎn)燃后，該回流區(qū)的作用是強(qiáng)化未燃主流和已然產(chǎn)物的物質(zhì)和能量的交換， 加速火焰擴(kuò)散，盡快點(diǎn)燃和燃盡主流混合氣。回流區(qū)的大小，形狀對(duì)駐渦燃燒室穩(wěn)定火焰和 穩(wěn)定主流燃燒起著決定性的作用。并要求該領(lǐng)域必須具備一定的能量強(qiáng)度和能量總量。這 要求回流區(qū)面積不能太小，否則會(huì)嚴(yán)重影響到火焰擴(kuò)散效果。當(dāng)點(diǎn)燃的旋渦發(fā)展到脫落時(shí)， 時(shí)間極短，沒(méi)有充足的能量點(diǎn)燃主流混合氣。為增強(qiáng)回流區(qū)的燃燒能量強(qiáng)度，在突擴(kuò)截面上 設(shè)置有環(huán)形凹槽，使點(diǎn)燃的旋渦放慢脫落速度，經(jīng)凹槽脫落的旋渦已經(jīng)有充足的能量強(qiáng)度 環(huán)形點(diǎn)燃主流混合氣。當(dāng)部分已然的混合氣來(lái)流噴射在燃燒室圓弧形后壁面上，產(chǎn)生了斜 射激波和熱釋放膨脹波交織在一起，在波之間發(fā)生一系列相互作用后，最后形成了穩(wěn)定的 自維持C-J爆轟波。這種波由激波和爆燃波組合而成。在預(yù)混合氣來(lái)流穩(wěn)定的狀態(tài)下，爆 轟相對(duì)于燃燒室處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此只需初始起爆一次，爆轟波即便可持續(xù)傳播下去。爆轟波通過(guò)突擴(kuò)噴口，射入第二級(jí)重復(fù)爆轟燃燒室。在突擴(kuò)截面上，爆轟波產(chǎn)生彎 曲，波陣面積增大，速度降低，前導(dǎo)激波與反應(yīng)區(qū)解耦，解耦后的前導(dǎo)激波對(duì)部分未反應(yīng)的 混合氣體進(jìn)行再次壓縮。由此進(jìn)一步提高混合氣體的溫度和壓力，在這個(gè)壓縮的氣體中，通 過(guò)激波相互作用重新起爆，得到一個(gè)過(guò)驅(qū)爆轟過(guò)程。由于過(guò)驅(qū)爆轟波后壓力與溫度更高，因 此充分提高能源轉(zhuǎn)換效率。第二級(jí)燃燒室，在突擴(kuò)截面上也有環(huán)形凹槽，當(dāng)過(guò)驅(qū)爆轟波的高 溫高壓燃?xì)鉀_擊在環(huán)形凹槽上，就會(huì)反射一個(gè)與燃燒室壓力脈動(dòng)相位相反的壓力波，可有 效降低燃燒室的壓力脈動(dòng)。在燃燒室的尾端設(shè)有與向心燃?xì)鉁u輪徑向相切的燃?xì)鈬姽?，?燒室內(nèi)過(guò)驅(qū)爆轟波產(chǎn)生的高壓高溫燃?xì)猓ㄟ^(guò)燃?xì)鈬姽芮邢驔_擊渦輪，帶動(dòng)復(fù)合渦輪旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)爆轟波到達(dá)渦輪葉片前緣時(shí)，葉片前緣附近存在滯止高壓區(qū)，使燃?xì)鈬姽芴幱谯杖麪顟B(tài)， 否則無(wú)法維持燃燒室內(nèi)的壓力脈動(dòng)。兩級(jí)串聯(lián)的中心突擴(kuò)型駐渦爆轟燃燒室具有脈沖爆轟 和超燃沖壓燃燒雙重模式的燃燒特性，能源轉(zhuǎn)換率將達(dá)到50%。上述的渦輪轉(zhuǎn)子慣性?xún)?chǔ)能系統(tǒng)是由渦輪轉(zhuǎn)子、磁懸浮軸承系統(tǒng)、渦輪轉(zhuǎn)子環(huán)境真 空系統(tǒng)、超級(jí)電容一(蓄)電池聯(lián)合電源所組成。復(fù)合渦輪與發(fā)電/電動(dòng)雙向一體化電機(jī)
5轉(zhuǎn)子共用一根主軸組成渦輪轉(zhuǎn)子。復(fù)合渦輪在爆轟波沖擊下，渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高達(dá)幾萬(wàn)到十 幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，這種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)?chǔ)存起來(lái)的機(jī)械能密度高。但慣性?xún)?chǔ)能的關(guān)鍵在于降低機(jī)械能的損 失，這部分能量的損失主要由空氣摩擦阻力和旋轉(zhuǎn)摩擦阻力兩部分組成。而渦輪轉(zhuǎn)子則通 過(guò)降低渦輪轉(zhuǎn)子工作環(huán)境的空氣壓力來(lái)降低空氣摩擦阻力。渦輪轉(zhuǎn)子其理想工作環(huán)境為真 空環(huán)境，由于密封技術(shù)限制，通常只是將空氣摩擦阻力降低到可以接受的程度。高速旋轉(zhuǎn)的 復(fù)合渦輪本身就是一個(gè)離心真空壓縮機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)停止提供燃料并排出煙氣后，進(jìn)氣管上 的真空電磁閥關(guān)閥，復(fù)合渦輪作為第一級(jí)真空壓縮機(jī)工作，抽真空到一定時(shí)刻，關(guān)閉排氣管 上的真空電磁閥，渦輪轉(zhuǎn)子處于密封空間內(nèi)，啟動(dòng)獨(dú)立的電動(dòng)真空系統(tǒng)。獨(dú)立的電動(dòng)真空系 統(tǒng)使渦輪轉(zhuǎn)子整體工作環(huán)境壓力降低，減少了空氣的摩擦阻力。為了減小高速旋轉(zhuǎn)渦輪轉(zhuǎn) 子所產(chǎn)生的摩擦阻力，渦輪轉(zhuǎn)子通過(guò)采用磁懸浮軸承支撐，非接觸式支撐被固定在真空空 間中的渦輪轉(zhuǎn)子，渦輪轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)在真空中輸出儲(chǔ)存的機(jī)械能生產(chǎn)電能。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)子可以同時(shí)輸入輸出能量，在發(fā)電機(jī)功率裕度許可的情 況下，可以與渦輪轉(zhuǎn)子慣性?xún)?chǔ)存的能量同時(shí)疊加功率輸出。根據(jù)工況要求，超級(jí)電容一 (蓄)電池聯(lián)合電源，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的電能，瞬時(shí)存儲(chǔ)與釋放，對(duì)電動(dòng)系統(tǒng)用電進(jìn)行微量調(diào) 整。超級(jí)電容一(蓄)電池聯(lián)合電源是把具有高儲(chǔ)能密度的(蓄)電池與具有大功率密度 的電容器結(jié)合起來(lái)，能形成一個(gè)具有能量?jī)?chǔ)存、轉(zhuǎn)換、功率調(diào)節(jié)功能于一體的高功率電源裝 置。此聯(lián)合電源不僅具有和超級(jí)電容器一樣的瞬時(shí)高功率密度，而且還具有電池組那樣的 儲(chǔ)能密度，適合爆轟(全電)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)充放電性能要求，更適合于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)用大功率電 流和直接觸發(fā)放電燃燒室點(diǎn)火的能量要求。上述的復(fù)合機(jī)匣是將加熱擴(kuò)壓器和駐渦爆轟燃燒室與圓環(huán)形機(jī)匣復(fù)合成一個(gè)整 體。復(fù)合機(jī)匣內(nèi)徑與復(fù)合渦輪外徑相配合，機(jī)匣上的駐渦爆轟燃燒室生產(chǎn)的高溫高壓燃?xì)猓?通過(guò)燃?xì)鈬姽?，切向噴入?fù)合渦輪中間位置的向心燃?xì)鉁u輪。復(fù)合渦輪軸向兩側(cè)的壓氣渦 輪所壓出的預(yù)混合氣，通過(guò)復(fù)合機(jī)匣上加熱擴(kuò)壓器通道，擴(kuò)張形進(jìn)氣道進(jìn)入燃燒室。加熱擴(kuò) 壓器與駐渦爆轟燃燒室在復(fù)合機(jī)匣上的數(shù)量，是由離心壓氣機(jī)排量和燃燒室熱動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì) 而定。上述的端蓋是將進(jìn)氣管排氣管與復(fù)合渦輪的端蓋制成一個(gè)部件。進(jìn)排氣管渦旋狀 徑向排列，進(jìn)排氣管上都設(shè)有磁控真空閥。端蓋與復(fù)合機(jī)匣固定聯(lián)接，與主軸采用軸頸密封 結(jié)構(gòu)。由于上述的復(fù)合渦輪、復(fù)合機(jī)匣、左右端蓋都是發(fā)動(dòng)機(jī)主要熱端部件，采用 (CFCC-SIC)纖維增韌碳化硅陶瓷復(fù)合材料制造。(CFCC-SIC)是一種兼有金屬材料、陶瓷材 料和碳材料性能優(yōu)點(diǎn)的熱結(jié)構(gòu)/功能一體化新型材料，克服了金屬材料耐溫低和密度大、 陶瓷材料脆性大和可靠性差、材料抗氧化性差和強(qiáng)度低等特點(diǎn)，具有耐高溫、低密度、高比 強(qiáng)、高比模、抗氧化、抗燒蝕，對(duì)裂紋不敏感，不發(fā)生災(zāi)難性損毀等特點(diǎn)。CFCC-SIC可接替聚 合物復(fù)合材料提高強(qiáng)度和使用溫度，接替金屬材料可提高使用溫度和減重，與碳/碳復(fù)合 材料相比可提高抗氧化性和使用壽命，成為1500°C以下長(zhǎng)壽命熱端部件最佳應(yīng)用材料。從混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)電機(jī)的工作機(jī)理可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)的控制 是多變量、非線(xiàn)性、多功能的控制過(guò)程。依靠傳感器數(shù)據(jù)信息，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能和狀態(tài)進(jìn)行主 動(dòng)的自我管理。通過(guò)全數(shù)字化智能控制系統(tǒng)，可使爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)的能量、渦輪轉(zhuǎn)子慣性?xún)?chǔ)存的 能量，超級(jí)電容一(蓄)電池聯(lián)合電源儲(chǔ)存的能量，三種動(dòng)力通過(guò)共同的動(dòng)力總線(xiàn)將電能傳遞到驅(qū)動(dòng)荷載電機(jī)的控制中?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)能量管理模塊，依據(jù)智能管理指令在三個(gè)動(dòng)力 裝置間進(jìn)行各耦合功率分配的最優(yōu)化。根據(jù)工況要求控制它們的適時(shí)起動(dòng)、加速和關(guān)閉。使 發(fā)動(dòng)機(jī)只工作在速度范圍和效率范圍都很有限的高效區(qū)域內(nèi)，從而進(jìn)一步提高整體工作效率。
四

附圖1混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖附圖2混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)A-A剖視圖附圖3端蓋示意圖附圖4駐渦爆轟燃燒室示意圖上述附圖中1進(jìn)氣管、2離心壓氣渦輪、3加熱擴(kuò)壓器4渦旋狀擴(kuò)壓器葉片、5擴(kuò) 張形進(jìn)氣道、6駐渦爆轟燃燒室、7燃?xì)馇邢驀姽堋?復(fù)合機(jī)匣、9雙面向心燃?xì)鉁u輪、10復(fù)合 渦輪、11燃?xì)馀艢夤堋?2天然氣噴嘴、13燃油噴嘴、14端蓋、15軸向磁懸浮軸承、16軸向定 位盤(pán)、17主軸、18徑向磁懸浮軸承、19電動(dòng)/發(fā)電雙向一體化電機(jī)轉(zhuǎn)子、20排氣磁控真空 閥、21進(jìn)氣磁控真空閥、22第一級(jí)中心突擴(kuò)燃燒室、23第二級(jí)中心突擴(kuò)燃燒室、M第一級(jí)突 擴(kuò)截面環(huán)形凹槽、25第二級(jí)突擴(kuò)截面環(huán)形凹槽、沈環(huán)形回流區(qū)、27波陣面、觀渦輪大葉片、 29渦輪分流葉片、30預(yù)混合氣、31燃?xì)狻?2圓弧形后壁面
五具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 分布式能源是以熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)為基礎(chǔ)，與大電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)相連接的，向一 定區(qū)域內(nèi)的用戶(hù)同時(shí)提供電力、蒸汽、熱水、冷量能源服務(wù)系統(tǒng)。本發(fā)明燃用天然氣的發(fā)動(dòng) 機(jī)在進(jìn)氣管上設(shè)有天然氣噴嘴，天然氣經(jīng)噴嘴噴入進(jìn)氣道。根據(jù)離心壓氣機(jī)空氣流量調(diào)整 噴射天然氣流量。天然氣和空氣在化學(xué)恰當(dāng)比下，經(jīng)離心壓氣機(jī)葉片高速摻混，渦輪壁加 熱，進(jìn)入加熱擴(kuò)壓器進(jìn)行二次加熱與混合，提高了預(yù)混合氣體的反應(yīng)活性和均勻性，增加了 預(yù)混合氣的基礎(chǔ)溫度和壓力。預(yù)混合氣經(jīng)駐渦起爆，重復(fù)爆轟二級(jí)燃燒室后，爆轟沖擊波沖 擊復(fù)合渦輪，渦輪轉(zhuǎn)子在磁懸浮軸承的支承下，發(fā)電/電動(dòng)雙向一體化的電機(jī)轉(zhuǎn)子在真空 的空間內(nèi)生產(chǎn)電能。其排出的600-750°C的煙氣，通過(guò)各種技術(shù)逐級(jí)加以利用，最終可以達(dá) 到90%以上的能源利用效率。實(shí)施例2 混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)，燃用液態(tài)燃料煤油。相比于氣體燃 料，煤油必須經(jīng)過(guò)霧化、蒸發(fā)和摻混等物理過(guò)程，才能形成可爆混合氣，煤油由于其分子量 大，分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，蒸發(fā)性能差，燃燒速率小，常溫下很難再空氣中觸發(fā)爆轟波，只有在采取 了對(duì)燃油混合氣的預(yù)混合，預(yù)加熱，預(yù)蒸發(fā)措施才能形成有效的可爆混合氣。在發(fā)動(dòng)機(jī)左 右端蓋上設(shè)有多個(gè)燃油噴嘴，將燃油直接噴入離心壓氣機(jī)內(nèi)，利用燃?xì)鉁u輪壁高溫，蒸發(fā)燃 油。通過(guò)離心壓氣機(jī)的加熱混合、蒸發(fā)、進(jìn)入加熱擴(kuò)壓器進(jìn)行第二次預(yù)處理，使預(yù)混合氣具 備各項(xiàng)可爆氣體的物理、化學(xué)指標(biāo)，形成較理想的爆轟燃燒所要求的均相混合氣。在駐渦爆 轟燃燒室內(nèi)觸發(fā)爆轟，重復(fù)起爆，爆轟波沖擊復(fù)合渦輪，渦輪轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)輸出電能。本發(fā)明簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率。采用纖維增韌碳化硅陶瓷復(fù)合材料(CFCC-SIC)制造熱端部件，使爆轟作為工程應(yīng)用成為可能?；旌蟿?dòng)力爆轟轉(zhuǎn)子軸 (全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)可廣泛應(yīng)用于公路交通、能源、航空、軍事等領(lǐng)域，尤其適合電動(dòng)機(jī)車(chē)、 電動(dòng)坦克、電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)艦船所需求的模塊式混合動(dòng)力智能電源系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)其特征是由一個(gè)復(fù)合渦輪10、一個(gè) 復(fù)合機(jī)匣8、至少一個(gè)加熱擴(kuò)壓器3、至少一個(gè)駐渦爆轟燃燒室6、左右端蓋14、發(fā)電/電動(dòng) 雙向一體化電機(jī)19、磁懸浮軸承15、18，渦輪轉(zhuǎn)子環(huán)境真空系統(tǒng)，超級(jí)電容一(蓄)電池聯(lián) 合電源所組成。所述的混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)是由復(fù)合渦輪10直接驅(qū) 動(dòng)發(fā)電/電動(dòng)雙向一體化電機(jī)19高速旋轉(zhuǎn)生產(chǎn)電能，并借助高速旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣性 能量?jī)?chǔ)存的機(jī)械能生產(chǎn)電能?；旌蟿?dòng)力爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)工況要求，將 富裕的電能存儲(chǔ)在超級(jí)電容一(蓄)電池聯(lián)合電源中，或?qū)⑷剂夏芰?、渦輪轉(zhuǎn)子慣性能量、 超級(jí)電容一(蓄)電池聯(lián)合電源儲(chǔ)存能量三種動(dòng)力電源耦合功率的峰值輸出，或進(jìn)行各耦 合功率分配的最優(yōu)化，使發(fā)動(dòng)機(jī)只工作在速度范圍和效率范圍都很有限的高效區(qū)域內(nèi)。
2.權(quán)利要求1所述混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)其特征是所述的復(fù)合 渦輪10，是由一個(gè)雙面向心燃?xì)鉁u輪9的軸向兩側(cè)各附加一個(gè)離心壓氣渦輪2，將他們鑄成 一個(gè)整體。復(fù)合渦輪兩側(cè)都有進(jìn)氣口和排氣口，發(fā)動(dòng)機(jī)在排氣的同時(shí)加熱離心壓氣機(jī)中的 預(yù)混合氣30，混合氣也起到了冷卻燃?xì)鉁u輪9的作用，離心壓氣機(jī)的渦輪葉片是燃?xì)鉁u輪 的散熱片，也是混合氣體的加熱與摻混葉片。雙面向心燃?xì)鉁u輪葉片，由大葉片觀和分流 葉片四組成。復(fù)合渦輪10中的混合氣由軸向進(jìn)氣徑向排出，燃?xì)庥蓮较蜻M(jìn)氣軸向排出。
3.權(quán)利要求1所述混合動(dòng)力，爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)其特征是將液體燃料 通過(guò)燃油噴嘴噴入復(fù)合渦輪10軸向兩側(cè)的離心壓氣機(jī)2內(nèi)，將氣體燃料通過(guò)燃?xì)鈬娮?，?入左右端蓋14的進(jìn)氣管1內(nèi)。
4.權(quán)利要求1所述混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)其特征是所述的復(fù)合 機(jī)匣8是由加熱擴(kuò)壓器3擴(kuò)張形進(jìn)氣道5駐渦爆轟燃燒室6與復(fù)合渦輪10的圓環(huán)形狀機(jī) 匣復(fù)合成一個(gè)整體。復(fù)合機(jī)匣8的內(nèi)徑與復(fù)合渦輪10的外徑相配合。復(fù)合渦輪兩側(cè)的離 心壓氣渦輪2所壓出的預(yù)混合氣30，通過(guò)復(fù)合機(jī)匣8上的加熱擴(kuò)壓器3和擴(kuò)張形進(jìn)氣道5， 噴入駐渦爆轟燃燒室6。燃燒室6尾端的燃?xì)鈬姽?使爆轟燃?xì)?1切向沖擊復(fù)合渦輪中間 的雙面向心燃?xì)鉁u輪9。
5.權(quán)利要求書(shū)1所述的混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)其特征是所述的 加熱擴(kuò)壓器是將復(fù)合機(jī)匣8兩側(cè)徑向葉片擴(kuò)壓器3和它們共用的擴(kuò)張形進(jìn)氣道5包覆在駐 渦爆轟燃燒室6的外壁上。渦旋狀擴(kuò)壓葉片4即是燃燒室的散熱片，也是預(yù)混合氣的加熱 片，同時(shí)加強(qiáng)燃燒室6的機(jī)械強(qiáng)度，預(yù)混合氣30對(duì)高溫狀態(tài)下燃燒室外壁進(jìn)行冷卻的同時(shí) 提高了預(yù)混合氣30的基礎(chǔ)溫度。
6.權(quán)利要求書(shū)1所述的混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)其特征是所述的 駐渦爆轟燃燒室6、是由兩級(jí)中心突擴(kuò)型燃燒室串聯(lián)構(gòu)成，第一級(jí)中心突擴(kuò)燃燒室22、駐渦 起爆，第二級(jí)中心突擴(kuò)燃燒室23重復(fù)爆轟。在第一級(jí)和第二級(jí)的突擴(kuò)截面上都設(shè)有環(huán)形凹 槽對(duì)、25，凹槽為近似半圓形狀。在第二級(jí)中心突擴(kuò)燃燒室尾端設(shè)有與雙面向心燃?xì)鉁u輪徑 向相切的燃?xì)鈬姽?。
7.權(quán)利要求書(shū)1所述的混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)其特征是所述的 端蓋14是由進(jìn)氣管1排氣管11與復(fù)合渦輪10的端蓋整合成一個(gè)部件。在進(jìn)排氣管上都 設(shè)有磁控真空閥20、21，端蓋14與復(fù)合機(jī)匣8固定聯(lián)接，與主軸17軸徑密封聯(lián)接。
8.權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力，爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)其特征是所述的復(fù) 合渦輪10，復(fù)合機(jī)殼8，左右端蓋14，都是發(fā)動(dòng)機(jī)主要熱端部件。采用(CFCC-SIC)纖維增韌碳化硅陶瓷復(fù)合材料制造。
9.權(quán)利要求書(shū)1所述的混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)其特征是所述的 超級(jí)電容一(蓄)電池聯(lián)合電源是由高儲(chǔ)能密度的(蓄)電池與大功率密度的超級(jí)電容器 所組成，形成能量?jī)?chǔ)存、轉(zhuǎn)換、功率調(diào)節(jié)功能于一體的高功率電源裝置。
10.權(quán)利要求書(shū)1所述的混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)其特征是所述的 復(fù)合渦輪10與雙向一體化發(fā)電/電動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子19共用一根主軸17組成渦輪轉(zhuǎn)子。
11.權(quán)利要求1和10所述的混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)其特征是所 述的渦輪轉(zhuǎn)子由一組軸向磁懸浮軸承15和三組徑向磁懸浮軸承18共同支承。
12.權(quán)利要求1、10、11所述的混合動(dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)其特征是所 述的渦輪轉(zhuǎn)子上的復(fù)合渦輪在慣性能量的驅(qū)動(dòng)下成為離心真空壓縮機(jī)工作。并通過(guò)獨(dú)立的 電動(dòng)真空系統(tǒng)使渦輪轉(zhuǎn)子整體工作環(huán)境為可接受的真空環(huán)境。全文摘要
本發(fā)明提出一種爆轟轉(zhuǎn)子軸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的新設(shè)計(jì)。并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子高轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，采用渦輪轉(zhuǎn)子慣性?xún)?chǔ)能技術(shù)，提出一種混合動(dòng)力轉(zhuǎn)子軸發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)合渦輪直接與雙向一體化發(fā)電/電動(dòng)電機(jī)連接，使發(fā)動(dòng)機(jī)直接生產(chǎn)電能，成為輸出電能的(全電)發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)荷載信息適時(shí)控制各動(dòng)力源的啟動(dòng)、加速和關(guān)閉，使發(fā)動(dòng)機(jī)只工作在速度范圍和效率范圍都很有限的高效區(qū)域內(nèi)。采用纖維增韌碳化硅陶瓷復(fù)合材料(CFCC-SIC)制造熱端部件，使爆轟作為工程應(yīng)用成為可能?；旌蟿?dòng)力、爆轟轉(zhuǎn)子軸(全電)智能發(fā)動(dòng)機(jī)可廣泛應(yīng)用于公路交通、能源、航空、軍事等領(lǐng)域，尤其適合電動(dòng)機(jī)車(chē)、電動(dòng)坦克、電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)艦船所需求的模塊式混合動(dòng)力智能電源系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F02K7/20GK102116216SQ20101061358
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者董國(guó)光 申請(qǐng)人:董國(guó)光