專利名稱：聚能裝藥發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用脈沖高超音速壓縮波產生推力的脈沖高超音速壓縮波裝置，特別是聚能裝藥(shaped charge)裝置。
背景技術：
在諸如噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機之類的推進裝置中，推力是由高速排氣流產生的。常規(guī)的噴氣發(fā)動機的高速排氣流是由燃料和空氣的燃燒產物形成的，但火箭發(fā)動機的高速排氣流是由燃料和氧化劑的內部燃燒產物形成的。高壓燃燒產物被迫流過一個限制的孔或噴嘴，從而形成高速排氣流。
在這種常規(guī)的系統(tǒng)中存在幾個固有的問題。在噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機兩者中的燃燒都必須具有極高的內部壓力，因此受到材料的結構強度的限制。隨著內部壓力的增加，為了承受該壓力，燃燒室壁的厚度也必須增加，從而相應地增加了燃燒室的重量，故制約了這種設計。此外，當排氣噴嘴的直徑降低以便增加排氣速度時，則該發(fā)動機和噴嘴的冷卻變得越來越困難。另外，沖壓發(fā)動機不能在很短的時間內使燃燒產物排空，因此制約了著火速度。
進一步地，隨著燃燒室內的壓力的增加，為了將燃料和氧化劑引入燃燒室中，從而需要更高的燃料和氧化劑進口壓力，因此需要以更大的馬力工作的更重的泵。這種對現(xiàn)行發(fā)動機的限制的示例之一可以從裝有兩臺主要的航天飛機發(fā)動機的情況中看出。僅驅動該燃料和氧化劑泵，該發(fā)動機就需要108400馬力。為了獲得僅3260Ppsi(磅/吋2)的燃燒室壓力，進口壓力要超過6800psi，同時燃燒室與噴嘴的比值為77∶1。
航天發(fā)動機和其它火箭發(fā)動機的尾燃產生的巨大羽煙，是未完全燃燒的燃料和氧化劑在排出排氣噴嘴之前形成的。實際上燃料和氧化劑在發(fā)動機外的燃燒不能產生推力，因此是浪費。上述航天發(fā)動機例如需要每秒2000磅的燃料和氧化劑，以便獲得相對海平面41800磅的推力。此外，這種發(fā)動機的連續(xù)燃燒將使高的傳熱傳遞給各發(fā)動機零部件，特別是傳遞給噴嘴孔，并且為了保護發(fā)動機的結構，這種高的熱傳遞需要使用昂貴的稀有材料和復雜的冷卻系統(tǒng)。
以前改善發(fā)動機設計的各種努力都集中在各種零部件上，例如集中在噴嘴上。例如Bratkovich等的，名稱為“多管爆燃發(fā)動機用的排氣噴嘴”的美國專利US6003301告訴人們在具有多個燃燒器管的發(fā)動機中使用一噴嘴，和一個與各燃燒器管連通的共用壓力通風系統(tǒng)。因此，Bratkovich等人告訴人們，不管從膨脹部分排出的下游壓力如何，為了保持預定的上游燃燒器壓力，該共用壓力通風系統(tǒng)和一復合流喉部應相互配合。
盡管現(xiàn)有技術強調了各推進裝置的許多方面，但它沒有告訴人們在噴氣或火箭發(fā)動機中使用聚能裝藥。聚能裝藥通常定義為按這樣的形式的裝藥，即，使其爆炸力集中在一特定的方向。盡管聚能裝藥之后的常規(guī)理論早在許多年前就被人們了解了，但現(xiàn)有技術已經將聚能裝藥的使用限制在彈頭和某些其它的可消耗的爆炸裝置中了。在典型的彈頭中，在點火時刻前或基本上在撞擊的同時，該聚能裝藥的爆炸力方向朝前，即朝彈頭前進的方向。高度集中的力可以用來形成一種價格便宜，且重量輕的穿甲裝置。聚能裝藥裝置的各種示例描述在Grosswendt等人的，名稱為“從坦克頂部打擊坦克的反坦克武器”的美國專利US5275355，和Brandon等人的，名稱為“沖壓動力穿甲高爆炸力導彈”的美國專利US5363766中。這些裝置中的聚能裝藥不是用來提供推進力的。
相似地，當前設計用于驅動一渦流的各發(fā)動機都不是采用聚能裝藥的發(fā)動機。脈沖渦流發(fā)動機的一種示例被描述在Scragg的，名稱為“帶有中間燃料和空氣輸送的爆炸循環(huán)燃氣渦流發(fā)動機系統(tǒng)”的美國專利US600214中。Scragg的專利告訴人們，爆炸循環(huán)燃氣渦流發(fā)動機包括一個處于一殼體內的渦流轉子。各個無閥燃燒室設置在該轉子的兩側，從而將燃氣朝渦流葉片導流。這兩個燃燒室交替地點燃燃料和氧化劑的混合氣，從而循環(huán)地驅動該渦流旋轉。盡管Scragg描述了一種很有用的發(fā)動機，該發(fā)動機的效率，單位重量的馬力數(shù)和其它各種參數(shù)確實得到了大大的改善。但例如設計一個用來輸出200馬力的Scragg裝置，其需要560立方英寸的燃燒室，262磅的重量，如果使用本發(fā)明所述的聚能裝藥的發(fā)動機，輸出200馬力只需要僅僅18立方英寸的燃燒室，且只有70磅重。
因此，存在一種需求，即，需要這種比現(xiàn)有技術所述裝置具有重大改進的聚能裝藥推進裝置。
本發(fā)明的概述本發(fā)明提供了一種可以克服現(xiàn)有技術中許多限制的聚能裝藥(成型裝藥)發(fā)動機。該裝置包括一個射流成形燃燒室，該燃燒室包括一個內環(huán)形裝藥成形殼體，該內殼體具有一個形成該射流成形燃燒室的內壁的錐形凸伸體。設置一中心通孔用于使排氣排出。一外殼體包括一個帶有一內錐形凹坑和用于插入燃料噴射器和點火器的各通孔的大致圓盤。該兩殼體由焊接或螺栓之類的常規(guī)裝置連接起來。將該兩個殼體連接起來形成的最終燃燒室是錐形的，底部寬，越接近頂部其橫截面越逐漸變小。這種結構形成了一個朝該頂部的圓形窄點或喉部，這一部位形成了主或第一級壓縮區(qū)。在該外殼體的頂部，正好超出該喉部的位置處形成了一第二壓縮區(qū)。高超音速其它通過該內殼體中的通孔排出。
按照本發(fā)明的更進一步的內容，導向推力是利用內含物的燃燒按脈沖方式形成的，該燃燒開始于圓周底部區(qū)域，并導引成尖錐形，該尖錐形形成了一個靠近該錐形的頂部的主壓縮區(qū)。因此，該被壓縮的燃燒繼續(xù)朝該尖錐形的頂部發(fā)展，從而在排氣之前，形成一個高速會聚或第二壓縮區(qū)。這種結構在該燃燒室中提供了一個更完全的燃燒，因在離開發(fā)動機之前可獲得更多的能量，因此效率提高了。也可以使燃燒產物更快地排出該主燃燒室，因此允許更高的脈沖點火速率，同時借助于不使排氣產物進行內部壓縮到最終的速度而保持高的壓縮排氣流。
根據本發(fā)明的其它方面的內容，該發(fā)動機包括一個用于確定環(huán)境空氣密度的傳感器，從而允許該發(fā)動機可有選擇地適當消耗空氣或氧化劑。
根據本發(fā)明另一方面的內容，價格便宜的常規(guī)燃料，例如汽油，乙炔，丁烷，丙烷，天然氣和柴油與空氣或氧化劑混合，形成可燃混合氣，并按允許在一系列進氣循環(huán)之間進行有效的切斷以便調節(jié)各點火循環(huán)的方式，在有效的正壓力下噴入該空心射流成形燃燒室中。
根據本發(fā)明的另一方面的內容，一點火器點燃該可燃混合氣，在該空心射流成形燃燒室的底部形成一沖擊波或脈沖。隨著該沖擊波傳播到一逐漸壓縮的射流成形燃燒室中，額外的物質可以噴入該射流成形燃燒室，從而增加該沖擊波的動量。爆炸產物由該射流成形燃燒室的逐漸減少的截面積壓縮。增加的壓力驅使該沖擊波進入一主壓縮區(qū)，該主壓縮區(qū)由該外殼體的一中心錐形凸伸體的截頭端部和一相對的截頭半球體或拱形內表面之間的一圓環(huán)形限制區(qū)構成。
沖擊波進入該環(huán)形限制區(qū)的壓縮，形成了爆燃產物朝該截頭半球體或拱形表面的中心的高速徑向流。爆燃產物的相對的高速徑向流會聚在該截頭半球體或拱形表面的中心，從而形成一個增加該爆燃產物的壓縮的第二區(qū)。物質和動能在該第二壓縮區(qū)的聚合使該爆燃產物成為高超音速氣體，該氣體以受控的沖擊方式朝處于該中心錐形凸伸體的頂部的排氣口中心排出。最終的高壓高超音速排氣不需要排氣噴嘴就可導向沖擊地從該排氣口排出。
根據本發(fā)明的另一個方面的內容，該燃燒產物和噴出物的排出速度可借助于增加或減小該射流成形燃燒室的大小，長度，直徑和深度角(depth angle)進行控制，并調節(jié)燃料一氧化劑的混合氣。
根據本發(fā)明的另一方面的內容，在該射流成形燃燒室中形成的受控沖擊，可以由可燃混合氣的額外充量的一系列引入和點燃反復進行。此外，按反復進行的脈沖方式，該沖擊力和頻率可借助于增加或降低可燃混合氣的流速，或借助于調節(jié)該混合氣流速的循環(huán)速率而進行節(jié)流控制。
根據本發(fā)明的另一方面的內容，該發(fā)動機可在有氧或吸入空氣的噴氣模式和厭氧或不吸入空氣的火箭模式之間相繼按脈沖方式工作。因此燃料可與空氣，氧化劑或這兩者按任何相對濃度混合得出的任何混合物進行混合。在可燃混合氣中的空氣和氧化劑的相對濃度可以根據動力學要求進行調節(jié)，成為一種空氣和氧化劑的混合物，這可以實現(xiàn)環(huán)境大氣中的氧氣的功能。
根據本發(fā)明的另一方面的內容，該聚能裝藥發(fā)動機的特定幾何形狀可以改變，同時仍保留本發(fā)明的內容，其包括主會聚區(qū)和第二會聚區(qū)。因此，橫截面形狀可以是環(huán)形，正方形，長方形，三角形或各種其它形狀的，這取決于希望的結果，和可用來裝載在被驅動的交通工具中的發(fā)動機的空間大小。
根據本發(fā)明的另一方面的內容，排氣在該第二會聚區(qū)相互撞擊，從而形成高的超音速排氣。相對著的氣流可來源于各個基本上相互對著的燃燒室，并與其流動方向至少部分正交。另外，該射流成形燃燒室可以如此構成，以致于該爆燃產物到達該喉部和該第二壓縮區(qū)之前，相對流動方向成銳角或鈍角地流動。
根據本發(fā)明的另一方面的內容，在發(fā)動機工作期間，排氣會聚的角度可以根據動力學進行控制。大致圓環(huán)形的射流成形燃燒室的大致相對的各側可以鉸接起來，從而允許該燃燒室前后運動，以便調節(jié)該會聚角。
根據本發(fā)明的另一方面內容，該喉部或窄點的橫截面面積可以增加或降低。借助于降低該喉部的面積，排氣可以以更高的速度流動，從而可以形成該排氣流速的一相對峰值，及因此也形成該推力的一相對峰值。相反，借助于增加該喉部的大小，該排氣可以以一更低的相對速度更均勻地排出。
根據本發(fā)明另一方面的內容，該發(fā)動機可用來提供推進一火箭，飛機，個人水上交通工具，或其它交通工具的直接推力。
根據本發(fā)明的另一方面的內容，由該發(fā)動機產生的排氣可用來驅動一渦流，該渦流用于驅動該交通工具。在這樣的實施例中，該發(fā)動機例如可以用來給一車輛提供動力。
根據本發(fā)明的另一方面的內容，由該聚能裝藥發(fā)動機產生的壓力，脈沖或熱量可以用在各種使用場合，例如用在車輛推進，有害物控制，拆毀作業(yè)，切削工具，刻蝕工具，加熱工具，噴射工具，高速槍，發(fā)電機，鍋爐和閉路系統(tǒng)壓力裝置中。
附圖的簡要說明下面參見各附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)化實施例。


圖1是一個聚能裝藥發(fā)動機的橫剖視圖，該發(fā)動機包括一個根據本發(fā)明的一優(yōu)化實施例形成的射流成形燃燒室；圖2A-2C是根據本發(fā)明的優(yōu)化實施例形成的射流成形燃燒室的幾種代表形式的橫剖視圖；圖3A-3C是根據本發(fā)明的優(yōu)化實施例形成的射流成形燃燒室的幾種代表取向的橫剖視圖；圖4是一個根據本發(fā)明的優(yōu)化實施例形成的一發(fā)動機的喉部的兩個替換結構的橫剖視圖；圖5是一個根據本發(fā)明形成的一可切換的噴氣和火箭發(fā)動機的示意圖；圖6是一個根據本發(fā)明形成的脈沖驅動發(fā)動機的示意圖；圖7A是根據本發(fā)明形成的一旋轉離心節(jié)流閥的一側視圖；圖7B是根據本發(fā)明形成的一旋轉離心節(jié)流閥的一頂視圖。
優(yōu)化實施例的詳細說明聚能裝藥發(fā)動機的通用結構圖1示意性地示出了一個根據本發(fā)明構成的裝置的剖視圖，該裝置用于將一可燃混合氣壓縮，并使之爆燃，從而形成一個成形壓縮波。標號10整體上表示一聚能裝藥發(fā)動機。該發(fā)動機10包括一個形成在一外裝藥成形殼體2和一內裝藥成形殼體1之間的噴氣式空心腔室3。該外裝藥成形殼體2大致是圓錐形的，并包括處于中心的一拱形部分，在頂點處形成一個凹“杯”或“碗”形。
該內裝藥成形殼體1包括一個大致平的平面，該平面過渡到一中心為大致錐形的凸伸體7。該凸伸體7沿徑向朝內，并朝上朝著該外殼體2延伸。該凸伸體7頂端下部是接頭圓錐形的，以便當該內殼體1和外殼體2連接時在該錐形最靠近該外殼體2的較小端部處形成一個處于中心的，通常為圓形的孔口。按照排氣E從該凸伸體7的頂部流過該孔口并流出該發(fā)動機的投影，該凸伸體7形成一個通常為圓筒形的孔口，該孔口朝外擴張進入出口處的一個通常為錐形的孔口中。
該內裝藥成形殼體1與該外裝藥成形殼體2連接，以致于該凸伸體7朝該外殼體2延伸。該外裝藥成形殼體2和內裝藥成形殼體1沿各自的外周邊相互連接，從而在該內殼體1和外殼體2之間的空間中形成空心的射流成形燃燒室3。該內外裝藥成形殼體1和2例如可以用焊接6連接起來，或用其它類似于螺栓或鉚釘之類的連接裝置連接起來。
殼體1和2由可以承受由點火，爆燃和受控燃燒的壓縮產生的熱量和壓力的作用的材料制成。通常用在火箭發(fā)動機結構中的任何材料都可以用在本發(fā)明中，這些材料例如包括鋼，不銹鋼或鈦。最好，內裝藥成形殼體1的材料是足夠厚的，以致于可以在沒有外部支承的情況下承受該熱量和壓力的作用。
若干燃料噴射器5和點火器4通過該外殼體2伸入燃燒室3中。各噴射器5將燃料，空氣和氧化劑噴入空心的射流成形燃燒室3中。優(yōu)化的可燃混合氣例如是由任何常規(guī)的燃料與空氣混合，或與氧化劑混合，或與兩者的混合物混合形成的可燃混合氣。該燃料是可從下列燃料中選擇的，即，諸如氫，或其它易燃氣體之類的任何可燃航空燃料；諸如丁烷，丙烷，汽油，乙炔或天然氣之類的廉價液體燃料；諸如柴油之類的蒸汽和液滴的混合物；航空固體顆粒燃料；或其它可以迅速燃燒足以完成動力學壓縮和爆燃的可燃混合物。該燃料最好按一定量的比例與空氣或氧化劑混合，以便完全燃燒。
點火器4例如是一個由一火花發(fā)生器供給能量的常規(guī)火花塞，電熱塞，壓電火花間隙，或其它合適的點火裝置。根據本發(fā)明的替換實施例，該點火器4是一個由一個等離子噴射發(fā)生器(未示出)產生的熱等離子噴射，并朝著該空心的射流成形燃燒室3的點火區(qū)域噴入。其它用于基本上在瞬間將火焰或火花噴入點火區(qū)域的快速和可靠裝置，都處于本發(fā)明的范圍內，并作為替換用的點火裝置。
盡管噴射器和點火器的結構較好的是如此構成的，即它們穿過外殼體2伸入射流成形燃燒室中，但只要它們伸入該空心射流成形燃燒室3中，噴射器5和點火器4分別或兩者同時就沿圓周方向設置在內裝藥成形殼體1中，或設置在將該內外殼體1和2分開的空間中(即沿焊接6設置)。
可燃混合氣噴射器5可以是任何適合于提供一可控制的可燃混合氣流的常規(guī)噴射系統(tǒng)，例如包括常規(guī)的燃料噴射器和化油器。常規(guī)化油器用于與渦輪增壓器的結合可以允許很寬范圍的燃料與空氣混合，以便噴射入空心射流成形燃燒室3中。
燃料噴射和點火的正時，即燃燒的正時可以由一個包括燃料閥，空氣閥和氧化劑閥的控制系統(tǒng)(未示出)進行控制。如果用一化油器或壓力瓶裝納的或液體的燃料來實現(xiàn)本發(fā)明，則一閥口形成在可燃混合氣的噴射位置處。該閥口用的一閥進行工作，從而使該可燃混合氣進入該空心的射流成形燃燒室3中。盡管可以使用其它形式的閥，例如旋轉閥，盤形閥，提升閥或鼓形閥，或任何其它在有效壓力作用下，允許空氣，氧化劑和燃料噴射入燃燒室3中的裝置，及允許在各進氣循環(huán)之間進行有效的切斷從而進行點火循環(huán)的裝置，但在任何情況下，該閥都應該一個電磁閥。如果需要，在該空心的射流成形燃燒室3中，因燃燒增加的壓力作用在該閥的一面積上，從而使該閥關閉，并限制火花噴入該化油器中。
該射流成形燃燒室3只包括一個在中心的單環(huán)形孔口。該孔口包括內殼體凸伸體7和外殼體2之間的區(qū)域。這個受到實質性限制的孔口形成了一個構成主壓縮或第一級壓縮區(qū)的窄點(pinch point)。一高速會聚區(qū)或第二壓縮區(qū)9形成在外殼體2的頂部處，通常處于構成該喉部的該環(huán)形區(qū)域的中心，并基本上沿該內外殼體1和2的軸線延伸。
該聚能裝藥通常操作該外裝藥成形殼體2適合于將一可燃混合氣在該空心射流成形燃燒室3的底部外周邊附近引入到該空心射流成形燃燒室3中。該射流成形燃燒室3在燃料噴射和點火位置處的橫截面面積，至少比喉部更大。由于多個燃料噴射器5和點火器4沿該內外成形殼體1和2的圓周相互隔開，因此在產生燃燒的燃燒室3內存在幾個位置。較好的是燃燒發(fā)生在燃燒室3的大致相對的兩側處。
在一個空氣和氧化劑都可以同時獲得的實施例中，例如在一個復合型噴氣/火箭發(fā)動機中，空氣與燃料在足夠密實的大氣中燃燒，以便在可以獲得空氣的同時調節(jié)燃料加載。一個空氣物質傳感器(例如熱線風速儀)或其它傳感器連接到一控制器(未示出)上，該控制器確定可獲得的空氣量。當空氣物質降低時，該控制器使RAM進口打開，所以足夠的氧氣可進入燃燒室3中。當該控制器確定空氣物質太低后，該空氣進口繼續(xù)開啟，并且氧化劑進口開始開啟，使氧化劑進入燃燒室3中。在空氣可以獲得但其量不夠或者不理想的過渡時期，空氣和氧化劑同時使用。當空氣密度太低，外側空氣進口關閉，這時只用氧化劑燃燒。因此該裝置可以按噴氣模式在有氧下進行工作，也可以按火箭模式在厭氧下工作，或者按噴氣模式和火箭模式的任何結合模式進行工作。
各點火器4和各噴射器5位于該射流成形燃燒室3的圓周邊附近，從而使著火在相對該環(huán)形燃燒室3的圓周較近的位置開始。由于多個點火器4繞燃燒室隔開設置，則著火也幾乎同時發(fā)生在該燃燒室周圍的這幾個位置處。多個噴射器5的每一個都將一合適的量的可燃混合氣，以相對該空心射流成形燃燒室內其余部分的壓力為正的局部壓力，噴射入燃燒室3中。該噴射器5在噴射循環(huán)之后是密封或關閉的，因此在該空心射流成形燃燒室3和燃料及空氣或氧化劑之間形成一障礙或堵塞。
噴射器5關閉之后，多個點火器4的每一個都基本上同時點燃該可燃混合氣充量，從而沿該空心射流成形燃燒室3底部的基本上整個外圓周產生爆燃(或脈沖)。當火焰前鋒或脈沖朝該空心射流成形燃燒室3的頂部發(fā)展時，為了增加物質，可以將額外的物質噴射入該燃燒室3中，并因此增加爆燃波的動量。盡管噴射的物質可以是一種可燃物質，例如另外的燃料，但最好，該物質是安全的物質，例如是水或惰性漿液。該爆燃產物因空心射流成形燃燒室3的喉部或頂部處的橫截面面積逐漸減小而被逐漸增加壓縮。當火焰前鋒朝該喉部發(fā)展時，因背壓迫使該火焰前鋒基本上同時進入該喉部的所有區(qū)域而實現(xiàn)主壓縮或第一級壓縮。火焰前鋒通過喉部的這種力，使爆燃產物形成向內的朝該外裝藥成形殼體2的內表面的頂部的高速徑向流。
該高速爆燃產物氣流通過該喉部排出該燃燒室，并向內朝前發(fā)展，使高速氣體會聚在該內表面8附近，并處于該外裝藥成形殼體2的中心線9處。這種會聚因物質和動能的聚合而形成了一第二壓縮區(qū)，爆燃產物在通過排氣口按受控的噴氣方式排出之前，在該壓縮區(qū)成為高超音速氣體。這種最終形成的高壓高超音速排氣E沿設定的噴氣方向從該排氣口被迫排出，而不需要使用一排氣噴嘴。上述描述說明了一個單一的點火循環(huán)，這種循環(huán)在許多應用場合是很有用的。該發(fā)動機可以按脈沖方式借助于重復上述點火循環(huán)而交替地工作。
該聚能裝藥發(fā)動機可用一個可以改變燃料空氣和氧化劑容積的節(jié)流閥控制。在一個用作節(jié)流閥的典型旋轉盤閥中，兩個孔隔開180度，以便在該盤形閥例如以100RPM的轉速旋轉時，只允許在各孔與燃料噴射線對齊時進行燃料噴射。隨著該盤形閥的轉速增加，孔對齊的時間降低，從而每個脈沖噴射的燃料量更少量。相反，旋轉速度降低將使每個脈沖噴射的燃料量增加。
聚能裝藥發(fā)動機的替換實施例盡管該優(yōu)化實施例所述的聚能裝藥發(fā)動機的通用結構和工作在上面已經討論了，并表示在圖1中，但其結構可以改變，只要與本發(fā)明一致就行。在某些使用場合，將該聚能裝藥發(fā)動機的結構設計成其它不同的幾何形狀可以是理想的。例如，參見圖2，在另外不同的實施例中，橫截面幾何形狀可以改變。圖2A中所示的大致圓形或環(huán)形對應于圖1所示優(yōu)化實施例的射流成形燃燒室3的圓周面。另外的實施例示出在圖2B和2C中，其中分別示出了長方形和三角形的設計。
圖2A所示的優(yōu)化實施例所述的設計是一種理想的聚能裝藥發(fā)動機，該發(fā)動機的排氣產物一起會聚在中心處。圖2B所述的長方形實施例的效率稍低一點，但仍然產生基本上同時撞擊的排氣產物，原因是排氣產物在到達第二壓縮區(qū)之前，彼從相對兩側相對運行相同的距離。圖2C所述的三角形實施例效率是很低的，原因是從燃燒室3的周邊到第二壓縮區(qū)的距離不等，因此產生比圖2A所示的圓形實施例更低的排氣速度和更小的推力。與本發(fā)明的構想一致，還可以使用其它形狀的通常凸起的多邊形。
正因為該射流成形燃燒室3的橫截面形狀可以改變，所以該射流成形燃燒室的方向可以變化。優(yōu)化實施例所述的大致方向表示在圖3A中。在圖3A所述的實施例中(其特征是“凹形”)，排氣產物從該排氣的最終方向的大致上游并與之大致正交的地方朝該喉部運動。當該排氣產物通過該喉部時，它們與外殼體2撞擊，并且氣體從該第二壓縮區(qū)處的相對兩側流出，從而在與流過該喉部的方向大致相對的方向產生高超音速排氣流。
如圖3B所示，在另一實施例中，該射流成形燃燒室基本上是平的，所以該排氣產物沿與該排氣的最終方向大致正交的方向流過該喉部。在另一個實施例中，如圖3C所示，該射流成形燃燒室是凸起形的，因此該排氣產物沿與該排氣的最終方向形成鈍角的方向流過該喉部。類似地，也可以取圖3中沒有示出的其它方向。
在圖3所示的三個實施例中，圖3A所示實施例可以認為是一種高壓脈沖峰值發(fā)動機。排氣剛剛超出喉部的方向的改變將引起氣體剛好在排出之前產生“熱堆積”。其結果將導致在氣體排出該發(fā)動機時產生一個強有力但短暫的推力峰值。盡管在每個實施例中排氣產物的物質是相同的，但推力特征不同。因此，圖3B所示實施例將產生一個相對較弱的推力，但推力時間更長，而圖3C所示實施例將產生一個更均勻同時具有相對較小峰值的排氣流。
取決于環(huán)境和要求的性能，可能很有用的是構造出一臺單一的發(fā)動機，在該發(fā)動機中，射流成形燃燒室的方向可以根據動力學要求從一凸起方向(例如圖3C)變化到一凹入方向(例如圖3A)。在優(yōu)化實施例中，特別是當用作下面將進一步討論的圖5所示的脈沖噴氣/火箭發(fā)動機時，該聚能裝藥發(fā)動機可是鉸接的，并且是可以調節(jié)的，以便改變該射流成形燃燒室的方向。
再參見圖3A-3C，外殼體鉸接點H1和H2顯示處于允許調節(jié)該射流成形燃燒室的方向的位置。因此，借助于使該外殼體2相對該外殼體鉸接點H1和H2進行旋轉，該射流成形燃燒室的方向可以從大致凸起的方向(如圖3C所示)連續(xù)改變到一凹入的方向(如圖3A所示)。由于該射流成形燃燒室3較好的是一個連續(xù)的圓環(huán)形，因此該內外殼體1和2包括一系列的板，各板布置得在結構發(fā)生改變時，一個在另一個之上和之下地滑動。也可以使用其它結構，例如包括一個這樣的燃燒室，該燃燒室包括一組分開的二級燃燒室，該二級燃燒室在最凹或最凸的位置處(如圖3A和3C所示)彼此相連或幾乎相連，但它們在圖3B所示的更水平的結構中，彼此隔開相當遠。
與本發(fā)明一致地，該喉部區(qū)域也可以改變。參見圖4，其中表示兩個另外的實施例。在圖4A中，所示的一低壓發(fā)動機具有一個相對較大的喉部。但圖4B所示實施例包括一個相對較小的喉部。相對圖4B所示發(fā)動機，圖4A所示發(fā)動機將在燃燒室3中產生更低的壓力，更低的通過該喉部的速度，和更小的排氣速度和推力峰值。
再參見圖3A-3C，外殼體鉸接點H3和H4顯示處于允許調節(jié)該內殼體1靠近或遠離該外殼體2的擺動的位置。因此，當該內殼體1朝該外殼體2可旋轉地運動時，該喉部的大小降低，形成一個更小的“窄點”。相反地，該內殼體1可以朝外旋轉，遠離該外殼體2，形成一個更大的喉部。在方向和喉部面積都進行調節(jié)的情況下，鉸接行動最好由液壓，螺紋驅動或其它類似的裝置完成，該裝置可以使各金屬板運動，并且抵抗射流成形燃燒室3中產生的絕大部分壓力。
用作一個可切換的脈沖噴氣/火箭發(fā)動機該聚能裝藥發(fā)動機當前的一種優(yōu)化應用示出在圖5中，該圖示意性地示出了一種會切換的脈沖噴氣/火箭發(fā)動機。圖5所示的該可切換的脈沖噴氣/火箭發(fā)動機整體上由標號100表示，其包括一個與圖1所示的一致的聚能裝藥發(fā)動機，盡管圖中示出該發(fā)動機處于圖3C所示的凹入方向。
該發(fā)動機從處于較低高度時的冷啟動開始按脈沖噴氣方式工作。燃料和氧化劑的脈沖是從燃料源101和氧化劑源108提供的，通過分開的燃料和氧化劑管路102和110供給該聚能裝藥燃燒室106，每個管路都由一電磁閥104a，104b控制。一點火器112點燃該燃料和氧化劑的混合氣，從而在燃燒室106內形成一個沖擊的附加高壓。當旋轉閥工作時(主要是在噴氣模式中)，該點火器由一個固定正時點火裝置，例如通常在車輛分配器中使用的觸點，靠磁力或電平幫助的傳感器，或感光繼電器控制。當燃料和氧化劑直接噴射時(在火箭模式中)，該點火器由計算機處理器的初始正時脈沖控制。
打開排氣旁通管路114中的電磁閥104c，使壓力排氣流過驅動排氣渦流116，并使之旋轉。該排氣驅動的渦流116連接到一壓氣機118，一燃料泵120和一離心節(jié)流閥122上，這些元件的每一個都構造得作為一個單元一起旋轉。根據本發(fā)明，盡管可以使用一普通的旋轉盤，但在優(yōu)化實施例中，該離心節(jié)流閥122(下面將參照附圖7更詳細地說明)用于提供主控制，特別是在進口壓力固定的情況下更是如此。隨著該單元旋轉，經空氣渦殼128集結的壓縮空氣126通過一空氣管路130輸送，而燃料通過一燃料管路132輸送到離心節(jié)流閥122。借助于在該節(jié)流閥122旋轉時周期性對齊和錯開的多個孔的開啟和關閉，該節(jié)流閥122使空氣和燃料流過該閥。
燃料和空氣流過離心節(jié)流閥122之后，在一混合支管134中混合，并在該離心節(jié)流閥122開啟時噴射入該射流成形燃燒室106中。然后，該離心節(jié)流閥122關閉，并且點火器112在點火觸點113處點燃該燃燒室106中的燃料和空氣(或氧化劑)混合氣。爆燃使排氣產物排出該燃燒室106。
優(yōu)化的離心節(jié)流閥的側視圖示出在圖7A中，而其平面圖示出在圖7B中。前述的旋轉盤閥具有固定的孔口大小，因此不管孔口的大小和形狀如何，用在以前的可變著火速率的發(fā)動機中都具有許多問題。例如，如果各氣口大小設計得用于低速著火，則各孔口對齊的時間隨旋轉的增加而降低，因此使每個脈沖時流過該閥的空氣，燃料或混合氣的量更小。因此，為了獲得適當?shù)某淞咳莘e就需要更高的進口壓力。在另一方面，如果氣口的大小設計得用于高速著火，則在低速著火時，該盤旋轉更慢，各孔對齊的時間更長，因此允許過量的空氣，燃料或混合氣流過該閥。為了對該超過的量進行補償并獲得合適的充量容積，需要更低的進口壓力和控制。
該旋轉離心節(jié)流閥122克服了這些問題，并在使用一固定進口壓力時，可以在所有點火速率時獲得合適的充量容積。該離心節(jié)流閥122包括一個帶有一凸伸體174的驅動軸172和一個安裝在該驅動軸172上的盤閥殼體176。該盤閥殼體176包括兩個按常規(guī)方式，例如焊接，層壓，螺栓或螺紋184連接方式連接在一起的半部。該盤閥殼體176的兩個半部176a，176b包括當該兩半部連接在一起時構成內凹槽178a，178b的凹坑。該盤閥殼體176還包括一個或多個穿過該盤閥殼體176并大部分重疊在該內凹槽上的孔口182a，182b。一滑閥179a，179b保持在每個凹槽178a，178b內。在該盤閥殼體的兩個半部176a，176b內的另外凹坑形成了安裝與每個滑閥179a，179b相關的彈簧180a，180b的彈簧凹槽181a，181b。也可以在彈簧180a，180b的地方使用其它裝置來以更低的旋轉速度將各滑閥179a，179b偏壓到關閉位置，這些其它的裝置包括其它的特性材料或壓縮裝置。更進一步地，各滑閥179a，179b可以是電控的，用液壓，蝸輪蝸桿驅動或其它機構開啟并關閉各閥，作為轉速的函數(shù)。盡管圖示的離心節(jié)流閥122具有兩個孔口182a，182b，但根據本發(fā)明，可以使用任何數(shù)量的孔口。類似地，圖示的孔口182a，182b大致為“餡餅”形的，但也可以是圓形的，正方形的或任何其它形狀的。
更具體地參見圖7B，示意性地示出了該離心節(jié)流閥在高和低點火速率時的工作情況。在低點火速率時，該盤閥殼體176以相對較低的速率旋轉，使彈簧180b在該凹槽178b內沿徑向向內的方向偏壓該滑閥179b。借助于朝該盤閥殼體176的中心運動，該滑閥179b該孔口182b的大部分，從而限制流過該燃燒室的空氣，燃料或混合氣的量。請注意各孔口182a，182b較好是如此形成的，以致于各滑閥178a，178b不能完全蓋住它們，即使當該離心節(jié)流閥122停止或以最慢的速度旋轉時，也是如此。這種布置允許空氣，燃料或混合氣在啟動期間到達燃燒室處，并防止該發(fā)動機在最低的著火速度處停機。
在相對較高的著火速度時，離心力使該滑閥179b在該彈簧殼體181a內進一步壓縮該彈簧180a。該彈簧的凹坑沿徑向向外打開該孔口182a的大部分，從而允許更大部分的燃料，空氣或混合氣流到該燃燒室中。在任何具體的使用中，借助于取代彈性力更大或更小的彈簧，改變該孔口的大小或形狀，使各孔口沿該盤閥殼體的半徑進一步朝內或朝外地設置，或者增加或降低在該盤閥殼體176上的孔口的數(shù)量，都可以簡化該節(jié)流閥。
如高著火速率的情況那樣，盡管上述討論和圖7B所示的說明表示一個孔口182a基本上沒有被滑閥1 9a蓋住，如低著火速率的情況那樣，一個孔口182b基本上被滑閥179b蓋住了，但這種情況表示的一單一閥只是為了便于討論和圖示說明。在實際中，每個孔口182a，182b總是由滑閥179a，179b蓋住或打開基本上相同的程度。
驅動軸172上的凸伸體174被示出是一個三角形，從驅動軸172的中心偏離開。盡管該凸伸體172采用不規(guī)則的形狀對防止該驅動軸172與該盤閥殼體176相交，且與需要定時的點火或其它外部零部件不同相是較好的，但也可以替換地采用任何其它形狀。借助于將該凸伸體174插入該盤閥殼體176中的一類似形狀的凹坑184中，該驅動軸172會連接到該盤閥殼體176上。該凸伸體174和凹坑184構成得可允許該凸伸體174在該凹坑184中滑動，從而允許該盤閥殼體176沿該軸172朝內或朝外運動。一推力襯墊186吸收作用于該盤閥殼體176上的力，并確保實現(xiàn)一密封。這個結構允許該離心節(jié)流閥吸收大部分壓力，但不會損壞該驅動馬達或其它零部件。此外，這種凸伸體174會在該凹坑184內滑動的布置允許該襯墊磨損。
隨著渦流116，壓氣機118，燃料泵120和離心節(jié)流閥122繼續(xù)旋轉，燃料和空氣混合氣的脈沖不斷地產生，并如上所述地那樣點火。與該排氣旁通管路114相關的電磁閥104c進行調節(jié)(或脈沖)，從而使渦流和發(fā)動機本身產生理想的怠速。
該空氣渦殼128通過一線性驅動器136自動開啟或關閉。該線性驅動器136由一個如上所述確定可獲得的空氣物質的空氣物質傳感器138控制。在優(yōu)化實施例中，該空氣物質傳感器138主要包括一個熱線，隨著飛行期間流過該熱線的空氣物質的增加，該熱線的溫度降低。該熱線的溫度由一處理器(未示出)讀取，從而確定當時的空氣物質的大小。因此，當該空氣物質傳感器138檢測到可獲得的空氣物質降低時，該線性驅動器136例如能開啟該空氣渦殼128，從而使更多的空氣容積進入空氣進氣壓力通風系統(tǒng)140中。
當發(fā)動機處于怠速時，該可切換的脈沖噴氣/火箭工作模式準備轉換到脈沖噴氣工作模式，在該脈沖噴氣工作模式中產生大部分推力。排氣旁通管路114上的電磁閥104c幾乎完全開啟，從而允許更多的排氣流過該管路，以便驅動渦流116，并使之旋轉更快。接著，該壓氣機118，燃料泵120和離心節(jié)流閥122依次更快地旋轉。因更快旋轉產生的離心力，該離心節(jié)流閥122自動開啟該閥孔，從而可獲得所需要的空氣和燃料在快速脈沖速率時的更高流速。
由點火器112的定時點火點燃的高脈沖速率的燃料和空氣充量使爆燃波排氣流從該燃燒室106內的著火點開始流動。該排氣流流過喉部142處的低壓窄點，并會聚在一第二壓縮點144處，排氣從該點以高壓高超音速的排氣流朝箭頭146所示方向流出。此時，該發(fā)動機用空氣和燃料作為慣性物質(并且沒有改變該燃燒室106的形狀和方向)，以最大可能的設定推力工作。
借助于將額外的物質添加到該燃燒室106中可以獲得更大的推力。如前面注意的那樣，該額外物質最好是諸如水和惰性漿液之類的安全物質。借助于打開一個處于該額外物質管路150上的電磁閥104d將該額外物質產物從該物質噴射支管148中噴射入燃燒室106中。該額外物質在各脈沖之間在點火器112點火之前噴入該燃燒室106中。排氣流自動使該額外物質加速排出該燃燒室106。此時，發(fā)動機以設定的超高推力工作，即，用燃料，空氣和氧化劑的任何混合，及在該發(fā)動機的結構和定向上添加產生推力的物質等措施可獲得的最大推力。
當大氣稀薄時，空氣進氣壓力通風系統(tǒng)140中的壓力降低，并由空氣物質傳感器138進行檢測。借助于該線性驅動器136的延伸，空氣渦殼128自動開啟，使該空氣渦殼128繞一鉸接點152旋轉?？諝獾念~外容積增加了該壓力通風系統(tǒng)140中的壓力，從而滿足該發(fā)動機的氧氣的需要，直到該空氣渦殼128開啟到最寬位置為止。當大氣進一步稀薄時，空氣渦殼不能接受更大流量的空氣。一個連接到空氣物質傳感器138上的計算機控制器(未示出)，當確定空氣渦殼128處于最寬的開啟位置并且空氣太稀薄時，使一個或多個氧化劑閥154開啟，從而允許氧化劑流入燃燒室106中。盡管各氧化劑閥154較好的是由一個包含一處理器的控制器驅動，但作為替換，它們也可以由與空氣物質傳感器138和線性驅動器136相關的各近似開關直接驅動。隨著大氣越來越稀薄，該氧化劑閥154允許更多氧化劑噴入該射流成形燃燒室中。
當空氣物質傳感器138檢測不到空氣或大氣壓力時，該發(fā)動機基本上作為一航空器按厭氧模式工作。該排氣旁通管路114上的電磁閥104c關閉，使渦流116，壓氣機118，燃料泵120和離心節(jié)流閥122停止旋轉。類似地，由于沒有空氣可獲得，因此借助于將該線性驅動器136回撤而關閉該空氣進氣渦殼128。
借助于電磁閥104a，b的定時脈沖將燃料和氧化劑通過燃料管路102和氧化劑管路110直接供入燃燒室106中。點火，物質噴射和排氣等所有其它工作都與吸入空氣時的工作模式的相同。
隨著發(fā)動機下降，當空氣可以獲得時，空氣物質傳感器138檢測到空氣增量的存在，從而允許空氣渦殼128開啟，所以有氧的或噴氣工作模式再一次發(fā)生。
鉸接和換向工作再本發(fā)明的優(yōu)化實施例中，該聚能裝藥發(fā)動機是如此鉸接的，以致于再飛行期間該燃燒室的取向可根據動力學要求改變。上面參照附圖3A-C對這種結構進行了討論。
另外，該發(fā)動機可以換向，從而允許排氣產物的方向可以控制。外發(fā)動機可繞樞軸旋轉地安裝在該飛機/航天器上，所以排氣能被導流。借助于時該發(fā)動機旋轉，因此使排氣流旋轉，從而該發(fā)動機本身提供了方向控制。在替換實施例中，該射流成形燃燒室3可以繞樞軸旋轉地安裝，但推進器的其它部分和控制系統(tǒng)是固定的。在另一個實施例中，方向控制可借助于按不對稱模式調節(jié)該內外殼體鉸接H1，H2，H3和H4而獲得。因此，例如可以調節(jié)該外殼體鉸接H1，H2，使之形成一個具有稍不同取向的相對各側的射流成形燃燒室。類似地，例如可以調節(jié)該內殼體鉸接H3，H4，使之形成一個各相對側不平衡的喉部。在兩種結構中，該排氣流將被導流偏離中心，從而提供方向控制。
用作其它航空器的脈沖驅動器盡管本發(fā)明的上述聚能裝藥發(fā)動機適合用于吸入空氣和不吸入空氣的場合，但它也適合用作已經存在可用空氣的使用場合。例如，該聚能裝藥發(fā)動機可以用來推動一車輛或船舶，也可以用在工具中或作為一發(fā)電機，或者也可以用在許多其它將具有可用空氣的使用場合。用在大氣條件下的該聚能裝藥發(fā)動機的結構示出于圖6中。該大氣發(fā)動機包括一個或多個引到一壓氣機202處的空氣進氣口201。壓縮空氣通過空氣出口203，并通過發(fā)動機空氣進氣口204流到燃燒室206中。從一燃料源(未示出)來的燃料通過各燃料噴射閥205噴射。
按上述討論相同的模式，該發(fā)動機包括一個處于喉部207處的主低壓窄點，該喉部引到產生一高壓排氣流209的一第二高壓點208處。該燃料和空氣混合氣由一個圖中示出為一火花塞的點火器212點燃。一驅動馬達(未示出)通過一連接鍵或花鍵216連接到一驅動軸215上。依次地，該驅動軸215上的一閥驅動延伸件214連接到一旋轉離心節(jié)流閥上，參見圖8所示，該節(jié)流閥按上述方式工作。
圖6所示的聚能裝藥發(fā)動機和圖5所示的脈沖噴氣/火箭發(fā)動機之間的主要區(qū)別是氧化劑的引入和空氣進氣渦殼的開啟和關閉能力。在所有其它相關的方面，圖5和6所示發(fā)動機以相同的方式構成并工作。
用作渦流驅動器上面已經描述了該聚能裝藥發(fā)動機用作一直接推進裝置。此外，高壓縮和高慣性的排氣流可用來驅動固定循環(huán)或自由旋轉渦流，例如水輪機(Pelton)或軸流式渦流。爆燃循環(huán)渦流發(fā)動機的一個示例示出在Scragg的美國專利US6000214中。Scragg的專利公開了一種渦流轉子，該轉子由該轉子相對各側的兩個燃燒室的各排氣口驅動。加速產生的扭矩和渦流的旋轉按常規(guī)的機電方式起作用。
相似地，單臺或任何數(shù)量的聚能裝藥發(fā)動機的排氣可以導流到一渦流中。由于本發(fā)明的聚能裝藥發(fā)動機有效得多，因此它對渦流驅動發(fā)動機的性能作出了巨大的改進。
該聚能裝藥的其它應用如上所述，該聚能裝藥發(fā)動機可以用來推動一飛機，較好的是包括一個可以在大氣條件下和空間條件下都可飛行的航天飛機。進一步地，該發(fā)動機可以用來導流排氣使之驅動一個人用水交通上工具，船舶和其它交通工具，或者可以構成得便于驅動一渦流來推動一車輛，船舶，摩托車或其它交通工具。此外，該發(fā)動機也可以用作船舶或潛艇的拱形推進器。
除了驅動各種交通工具外，由該聚能裝藥發(fā)動機產生的沖擊或脈沖在大量的其它使用場合都是很有用的。例如，由該發(fā)動機產生的沖擊波可以用來檢測地下腐蝕和有害物或控制昆蟲。由單一脈沖形成的該沖擊波可以用來控制雪崩，確定雪崩趨勢的初始運動，消除炮擊或爆炸的需要。
該聚能裝藥發(fā)動機還可以用于各種拆毀作用。例如，它可以用于碎石器，拆毀建筑物，采礦中的礦石破碎，使混凝土破碎和去芯，或給船舶，橋梁或道路除冰。另外，該聚能裝藥也可以在軍事上使用，作為強有力并可反復使用的地雷。理想地，借助于將一個或多個沖擊波導引到該材料上可以使之破碎。此外，不像常規(guī)的拆毀裝置那樣，用本發(fā)明的聚能裝藥構成的拆毀裝置可以恢復并重新使用。
用本發(fā)明的聚能裝藥發(fā)動機可以得出寬范圍的各種工具。例如，產生的大量沖擊波會用作氣錘或其它沖擊工具，也可以聚焦起來形成切削和刻蝕工具。在本發(fā)明的另一個實施例中，可以噴射熱顏料，泡沫或金屬，其中顏料，泡沫或金屬用作點火后噴射入該射流成形燃燒室中的額外物質。精確的聚焦和引導的聚能裝藥也可以用在樹枝剪枝或除草上。另外，熱的有力沖擊可用作一燃燒器(例如在火爐或鍋爐中)，或者用于消除公路，房頂或其它地方的積雪。此外，熱的高壓排氣可用來除去顏料，清漆或類似涂料。
在更進一步的應用中，單一的脈沖產生瞬時熱量和壓力，用于金屬的不同壓力成形，而不需要對該進行進行預熱，也不需要壓縮機或其它儲壓設備。類似地，利用各直接噴射裝置，各脈沖可用來對材料進行成形。
借助于將子彈置于排氣流中，該聚能裝藥發(fā)動機可用作一高速槍。較好的是一槍管或類似的發(fā)射管從該排氣口開始延伸，所以該排氣流按可控制的方式推動子彈沿直線軌跡前進。
在一閉路系統(tǒng)中，該聚能裝藥發(fā)動機可用來產生并維持壓力，調節(jié)脈沖的大小和速率，以便控制該壓力。另外，當該聚能裝藥發(fā)動機構成得用于驅動一渦流時，它可構成一個產生電力的發(fā)電機。
實際實施例的結果如上所述，進入該空心射流成形燃燒室的多種可燃混合氣充量的相繼注入和點火允許按脈沖方式形成爆燃。在工作期間，脈沖的強度和/或頻率可以借助于改變混合氣充量的相繼注入和點火進行動力學控制。一個使用高超音速排氣流的脈沖工作的實際實施例的試驗顯示出超過100HZ并且排氣速度高達每秒3000英尺的工作循環(huán)是可能的。因此在溫和和有力的脈沖之間，及低速和快速脈沖之間可能存在獨立的變化。
作為用于空中交通工具的脈沖噴氣或火箭發(fā)動機，排氣速度高于常規(guī)渦流或火箭推進器單元的最高速度將使運動部件的體積更小，重量更輕，數(shù)量更少，同時潛在地可以取消渦流葉片，壓氣機和排氣噴嘴。該脈沖高超音速排氣流借助于提供脈沖而不是連續(xù)工作，還可以降低發(fā)動機的冷卻要求。借助于將可燃混合氣的化學能在非常小的能量浪費的情況下迅速轉化為高的壓力，該迅速燃燒和爆燃可以幫助發(fā)動機冷卻。這種完全燃燒使發(fā)動機的效率更高，產生的沒磅推力消耗的燃料量更低。
本發(fā)明的一個實際實施例已經制成，并相對其它各種發(fā)動機進行了試驗，顯示出了優(yōu)越的結果。一個根據Scragg的美國專利US6000214制造出并能輸出200馬力的發(fā)動機大約262磅重，并且每磅發(fā)動機重量能產生0.76馬力。而本發(fā)明能輸出200馬力以上的實際實施例只要70磅重，每磅產生2.86馬力。該聚能裝藥發(fā)動機也小許多倍，其燃燒室為18立方英寸，相比較地，Scragg發(fā)動機的燃燒室為560立方英寸。
本發(fā)明的發(fā)動機與汽油機，柴油機和Brayton循環(huán)發(fā)動機相比也具有顯著的優(yōu)點。與上述討論的200馬力的實際實施例相比，同樣為200馬力的汽油機，柴油機或Brayton循環(huán)發(fā)動機，其每磅重量分別只能產生0.40，0.22和1.0馬力，并且其重量分別為500，900和200磅。因此，本發(fā)明的發(fā)動機以比前述發(fā)動機明顯小的大小和重量產生顯著多的功率。
盡管本發(fā)明的優(yōu)化實施例已經被圖示出并被說明了，但在不脫離本發(fā)明的精神實質和范圍的情況下，可以作出許多改變。因此本發(fā)明的范圍不是由公開的優(yōu)化實施例限制，而是由所附的各權利要求整體上確定。
權利要求
1.一種聚能裝藥發(fā)動機，其包括一內殼體；一個與該內殼體相連從而構成一射流成形燃燒室的外殼體；一組適合于將燃料按大致沿直徑相對的位置噴射入燃燒室的燃料燃燒器；及一個在該內外殼體之間的射流成形燃燒室中的中心孔構成一主會聚區(qū)；因此從大致相對兩側的位置流過該主會聚區(qū)的排氣，撞擊基本上處于該聚能裝藥發(fā)動機的中心的第二會聚區(qū)，從而產生一高超音速排氣。
2.如權利要求1所述的聚能裝藥發(fā)動機，其中該內殼體是大致圓形的，并包括一個大致錐形的凸伸體，該凸伸體與該外殼體一起形成該主會聚區(qū)。
3.如權利要求1所述的聚能裝藥發(fā)動機，其中該外殼體是大致拱形的。
4.如權利要求1所述的聚能裝藥發(fā)動機，其中該內外殼體的橫截面結構是非圓形的，多邊形的，與排氣連通方向分別正交。
5.如權利要求1所述的聚能裝藥發(fā)動機，其中該射流成形燃燒室包括一組大致相對的二級燃燒室，每個這樣的燃燒室包括一個燃料噴射器和一個點火器。
6.如權利要求5所述的聚能裝藥發(fā)動機，其中該大致相對的二級燃燒室在該外殼體的頂部附近可繞樞軸旋轉，從而使各二級燃燒室的方向，在將該初始排氣產物沿與最終排氣產物的方向成鈍角的方向導流的一位置，和將該產生排氣產物沿與最終排氣的方向成銳角的方向導流的一位置之間變化。
7.如權利要求6所述的聚能裝藥發(fā)動機，其中該內殼體還包括可調節(jié)地連接到該內殼體上的各凸伸體，所以各凸伸體可以朝著或離開該外殼體運動，從而降低或增加構成該主會聚區(qū)的窄點的大小。
8.如權利要求1所述的聚能裝藥發(fā)動機，其中還包括一組至少部分延伸入該燃燒室中的各點火器，和一個一個氧氣源，這樣，由各點火器產生的火花或火焰使燃料點燃。
9.如權利要求8所述的聚能裝藥發(fā)動機，其中還包括一個至少部分伸入燃燒室中并連接到一物質源上的物質噴射器，該物質噴射器適合于在燃料燃燒后將物質噴射入該燃燒室中。
10.如權利要求8所述的聚能裝藥發(fā)動機，其中該物質包括水。
11.如權利要求9所述的聚能裝藥發(fā)動機，其中該氧氣源包括單獨的空氣源和氧化劑源。
12.如權利要求11所述的聚能裝藥發(fā)動機，其中還包括一個用于檢測可獲得的空氣物質存在的傳感器，和一個與該傳感器相連的控制器，從而調節(jié)氧氣從所有空氣至所有氧化劑或空氣和氧化劑的混合氣中輸送到燃燒室中。
全文摘要
一種聚能裝藥發(fā)動機，其包括一個由內外殼體(1)和(2)構成的圓環(huán)形燃燒室(3)。一個在該內殼體(1)中的中心通孔允許排氣排出。該外殼體包括一個帶有一內錐形凹坑和各通孔的大致圓盤，用于插入燃料噴射器和點火器。射流成形燃燒室最好錐形的，其底部較寬，并且其橫截面隨著逐漸上升到頂部而降低。這種結構形成了一個圓形窄點或朝著該頂部的喉部，該窄點或喉部形成一主壓縮區(qū)。一第二壓縮區(qū)形成在該外殼體的頂部處，正好處于該喉部外，當大致相對的排氣流相互撞擊并被迫排出該內殼體中的通孔時，產生高超音速氣體。該聚能裝藥發(fā)動機可用作不同的使用場合，例如用作一種脈沖直接推進裝置，用作一渦流驅動器，或用在各種工具和設備中。
文檔編號F02K7/02GK1522339SQ01808915
公開日2004年8月18日 申請日期2001年3月2日 優(yōu)先權日2000年3月2日
發(fā)明者羅尼·J·鄧肯, 羅尼 J 鄧肯 申請人:塞德勒羅克技術有限責任公司