專利名稱：用于產(chǎn)生動(dòng)力的改進(jìn)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生電能和機(jī)械能的新穎的、革命性的裝置和方法，它們同時(shí)可使氮的氧化物析出率非常低。更具體地說，本發(fā)明涉及一種利用沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推力組件驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力裝置，和新型的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)用于承受在可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定這種推力組件時(shí)遇到的非常大的拉伸應(yīng)力。這種特性的動(dòng)力裝置在產(chǎn)生電能和機(jī)械能時(shí)是特別有用的，其效率比目前商業(yè)上廣泛使用的動(dòng)力裝置顯著地改善。
背景技術(shù)：
對(duì)于簡(jiǎn)單、效率高和價(jià)格低廉的、能可靠地提供電能和機(jī)械能的熱動(dòng)力裝置有連續(xù)不斷的需求。各種各樣的中等尺寸的電氣和/或機(jī)械動(dòng)力裝置可從目前已知的效率有很大改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)中顯著地受益。在工業(yè)應(yīng)用的廣泛領(lǐng)域內(nèi)(包括鐵道機(jī)車、船舶動(dòng)力系統(tǒng)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)和固定式的發(fā)電裝置)都需要這種中等尺寸的機(jī)械或電氣動(dòng)力裝置(它們的功率大部分在10～100兆瓦范圍內(nèi))。這種一般尺寸范圍的動(dòng)力裝置也很適合在工業(yè)和公用事業(yè)的共同發(fā)電設(shè)施中應(yīng)用。這種設(shè)施正日益增多地用來滿足熱能需要，同時(shí)又產(chǎn)生電能。
目前在共同發(fā)電應(yīng)用場(chǎng)合中普通所使用的動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)包括(a)氣體渦輪機(jī)，它由天然氣、燃料油或其他燃料的燃燒驅(qū)動(dòng)，并從燃燒氣體可獲得熱能和動(dòng)能；(b)蒸汽渦輪機(jī)，它由鍋爐從燃燒煤、燃料油、天然氣、固體廢料或其他燃料所產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)；和(c)大型的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(通常為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，并用燃料油燃燒)。
在目前所擁有的動(dòng)力裝置工藝中，加注柴油作燃料的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)和先進(jìn)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率最高。當(dāng)與燃料源的能量值比較時(shí)，根據(jù)所產(chǎn)生的凈功計(jì)算的效率，通常在25％～40％范圍內(nèi)。不幸的是，對(duì)于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)輸出功率水平大于大約1兆瓦時(shí)，活塞和所需要的其他發(fā)動(dòng)機(jī)零件尺寸變得幾乎是難以控制的龐大。結(jié)果，商業(yè)上這種尺寸較大的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)裝置得不到廣泛應(yīng)用。
氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作比往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)更可靠，因此在輸出功率水平較高的裝置中經(jīng)常使用。然而，氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在將燃料轉(zhuǎn)化為電能方面的效率只屬于中等，因此，氣體渦輪動(dòng)力裝置只有在電能和熱能二者都能利用的共同發(fā)電系統(tǒng)中使用，效率才是最高的。那樣，氣體渦輪機(jī)的中等效率，通過總的循環(huán)效率的增加可以部分地得到補(bǔ)償。
以石油作燃料的蒸汽渦輪發(fā)電裝置的效率也相當(dāng)?shù)?，一般?0％～40％范圍內(nèi)。這種裝置在公用事業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中普通都可使用，它可用于產(chǎn)生基本的負(fù)載電能。主要是由于這種裝置的可靠性高造成的。然而，與氣體渦輪設(shè)備一樣，蒸汽渦輪設(shè)備最有利是在機(jī)械能和熱能二者都可以利用的情況下使用，這樣，可以增加總的循環(huán)效率。
因?yàn)樵趯⑷剂陷斎朕D(zhuǎn)換為電的輸出方面效率適中，為了使發(fā)電的成本可以接受，最廣泛使用的動(dòng)力裝置形式(即氣體渦輪機(jī)和燃燒動(dòng)力蒸汽渦輪裝置)決定于在工業(yè)安裝中共同發(fā)電的能力。因此，可以理解，以比今天普通能達(dá)到的效率更高的總效率來產(chǎn)生電能，從而使電力生產(chǎn)的成本降低是所希望的。
發(fā)明梗概我現(xiàn)在發(fā)明，并在此公布一種新穎的、革命性的動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)的改進(jìn)的詳細(xì)情況。我的動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)是基于使用一種沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)與我所知的迄今所使用的動(dòng)力裝置比較，其效率大大提高。與目前普遍采用的許多動(dòng)力裝置不同，我的動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、緊湊、價(jià)格比較低廉、容易安裝和操作，另外其性能比我所知道的目前使用的動(dòng)力裝置要優(yōu)越。
我的新穎的動(dòng)力裝置具有一個(gè)獨(dú)特的空氣動(dòng)力學(xué)阻力小的轉(zhuǎn)子部分。該轉(zhuǎn)子最好是利用一個(gè)高強(qiáng)度的復(fù)合材料的圓盤制成。它能以比導(dǎo)致出現(xiàn)拉伸和壓縮變形的轉(zhuǎn)速高得多的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，所述的拉伸和壓縮變形是指會(huì)造成材料(例如，通常的鋼或鈦合金)同樣形狀的結(jié)構(gòu)破壞。
我的動(dòng)力裝置中所使用的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)解決了兩個(gè)重要和嚴(yán)重的問題。第一，在我的裝置所工作的超音速的尖端速度下，空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)使阻力減至最小。這樣，可使由于轉(zhuǎn)子通過氣流運(yùn)動(dòng)引起的阻力所造成的動(dòng)力裝置的附加損失減至最小。這點(diǎn)在商業(yè)上是很重要的，因?yàn)樗墒箘?dòng)力裝置避免造成不希望有的燃料消耗和降低其總效率的巨大的附加損失。第二，材料的設(shè)計(jì)和規(guī)格提供了轉(zhuǎn)子所需要的必要的拉伸和壓縮強(qiáng)度，可以防止由于作用在轉(zhuǎn)子材料上的離心力和向心力造成轉(zhuǎn)子內(nèi)部分離。
我開發(fā)了一種新型的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，它可與一種沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置結(jié)合起來使用。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子部分包括一個(gè)堅(jiān)實(shí)的圓盤。轉(zhuǎn)子部分在一個(gè)殼體中回轉(zhuǎn)，該殼體采用了通過空氣噴射在轉(zhuǎn)子表面上進(jìn)行邊界層消除。
沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推力組件的機(jī)內(nèi)部分固定在轉(zhuǎn)子的圓周上。沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)內(nèi)部分這樣放置。即，使得該機(jī)內(nèi)部分在沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，在其機(jī)內(nèi)部分和機(jī)外的殼體壁之間，圍繞上述的輸出軸部分回轉(zhuǎn)時(shí)，能與被沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)沖擊的那部分氣流接觸，并壓縮該部分氣流。我的設(shè)計(jì)還有一個(gè)特點(diǎn)是，它可保證回轉(zhuǎn)的沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)能遇到較清潔的氣流(沒有沖氣式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)本身的尾流湍流)。這點(diǎn)可通過使沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)內(nèi)部分在送入空氣的進(jìn)氣增壓系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)，其方向基本上與上述回轉(zhuǎn)軸線垂直，并使氣流通過該進(jìn)氣增壓系統(tǒng)循環(huán)來達(dá)到，該氣流可以取代被沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮時(shí)打上來的氣體，并清除沖氣式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)尾流。
燃料是從殼體的內(nèi)壁噴射出來的，為此，可將燃料加到在沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)入口處被收集和壓縮的空氣中。通過利用使燃料源與殼體內(nèi)部連通的燃料供應(yīng)通道，可以方便地將燃料送至沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。在燃料到達(dá)沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室之前，燃料噴射口可使燃料進(jìn)入要與輸入空氣混合的氣流中。由燃料氧化形成的燃燒氣體，從沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴向后逸出，沿切向方向推動(dòng)沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，從而使轉(zhuǎn)子和輸出軸部分轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢灾苯邮褂没剞D(zhuǎn)軸產(chǎn)生的機(jī)械形式的能量，或者使用這種機(jī)械形式的能量去驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生電能。
當(dāng)與我所知道的先前裝置比較時(shí)，該獨(dú)特的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和所提供的沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)可使這種發(fā)電裝置在超音速，最好是在高的超音速速度下運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)可在超過1馬赫的速度下工作，而正常情況下，可超過2馬赫。為了改善性能，沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)最好在大約2馬赫至大約4.5馬赫的范圍內(nèi)工作。更理想是，沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在大約至少是3馬赫至大約4.5馬赫范圍內(nèi)，或這個(gè)范圍左右工作。最理想是，沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)在大約3.5馬赫工作。
最好是將從沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)排出的燃燒氣體基本上與穿過送入空氣的進(jìn)氣增壓系統(tǒng)的機(jī)外氣流隔開。在本人的改進(jìn)的共同發(fā)電裝置設(shè)計(jì)中，使用了排出燃燒氣體管路去收集所排出的氣流，并將該氣流排放至輸往熱交換器的導(dǎo)管中。在該導(dǎo)管中，通過使傳熱流體(例如，水)加熱，可以將該排出燃燒氣體冷卻，從而產(chǎn)生熱水或蒸汽。傳熱流體可以用于熱的目的，或機(jī)械目的(例如，驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī))。
最后，被冷卻的燃燒氣體排出至周圍空氣中。然而，通過使用在沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)入口斜面之間的超音速?zèng)_擊使燃燒氣體完全混合的獨(dú)特技術(shù)，并由于在燃燒室中的停留時(shí)間短，我的新穎的動(dòng)力裝置可將氮的氧化物的產(chǎn)生減小至最小，達(dá)到比通常在工業(yè)中所達(dá)到的水平低得多的析出水平。另外，對(duì)于技術(shù)熟練的人們，可對(duì)氣流的形狀和燃料供應(yīng)的提供方式作一些改變。而不會(huì)偏離本發(fā)明的含義。最后，除了上述的特點(diǎn)以外，我的新穎的動(dòng)力裝置簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)，并且制造費(fèi)用較低廉。
本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)從以上所述，讀者可以了解，本發(fā)明的一個(gè)重要和主要的目的是要提供一種新型的、改進(jìn)的機(jī)械裝置，用以產(chǎn)生機(jī)械能和電能。
更具體地說，本發(fā)明的一個(gè)重要目的是要提供一種由沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力產(chǎn)生裝置，它可以承受高轉(zhuǎn)速時(shí)的應(yīng)力和變形，從而可以可靠地提供一種高效率的動(dòng)力產(chǎn)生方法。
本發(fā)明的其他一些重要，而且更具體的目的是要提供一種如上述一節(jié)所述的動(dòng)力產(chǎn)生裝置，該裝置可用簡(jiǎn)單而直接的方式產(chǎn)生動(dòng)力；機(jī)械零件數(shù)目最少；可避免復(fù)雜的子系統(tǒng)；比現(xiàn)行工藝制造的動(dòng)力裝置所需的實(shí)際空間較??；容易制造、起動(dòng)和操作；具有較高的效率，即相對(duì)于輸入動(dòng)力裝置的燃料熱值，可提高較多的熱量和較大的功率輸出；與上述目的相結(jié)合，可以為動(dòng)力裝置的操作者和購(gòu)買者提供較目前低的動(dòng)力價(jià)格；可以清潔地燃燒石油燃料；
與剛才所述的目的結(jié)合，可使對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響比當(dāng)前使用的大多數(shù)能量產(chǎn)生裝置?。黄淙剂瞎?yīng)設(shè)計(jì)可以有效地為沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)燃料；其回轉(zhuǎn)零件的結(jié)構(gòu)能夠承受在非常高的尖端速度下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的應(yīng)力和變形；和其回轉(zhuǎn)零件的設(shè)計(jì)可使運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的空氣動(dòng)力學(xué)阻力最小。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的特點(diǎn)是采用了一種新型的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，它可在高的尖端回轉(zhuǎn)速度下，提供最小的空氣動(dòng)力學(xué)阻力，從而，可使動(dòng)力裝置將附加的損失減至最小，結(jié)果可得到總的循環(huán)效率較高的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是采用高強(qiáng)度的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的其他一些重要目的、特點(diǎn)和另外的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于技術(shù)熟練的人們，可從以上說明和接下去的結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說明和所附的權(quán)利要求書中將會(huì)清楚地了解。
附圖的簡(jiǎn)要說明在附圖中，幾個(gè)圖中所示的相同的結(jié)構(gòu)將用相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)注，以后不再提及此點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的新穎的動(dòng)力裝置的回轉(zhuǎn)部件的剖開的透視圖，它表示回轉(zhuǎn)的輸出軸部分貼附在轉(zhuǎn)子上，并與轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在一起，該轉(zhuǎn)子具有(i)中心輪轂，(ii)一個(gè)有錐度的圓盤部分；(iii)一臺(tái)開式的推力組件。另外，還表示了一根排出燃燒氣體的管路；圖2為帶有部分橫截面的頂視圖，可以向下看見本發(fā)明的動(dòng)力裝置的各種不同零件；圖3為表示本發(fā)明的動(dòng)力裝置的轉(zhuǎn)子的放大詳細(xì)結(jié)構(gòu)的透視圖，它表示了整體作出的沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推力組件的機(jī)內(nèi)部分，中心輪轂和回轉(zhuǎn)輸出軸部分的位置；圖4為好象是橫穿圖4的線5-5所取的橫剖面圖，它表示與用來減小轉(zhuǎn)子上的邊界層阻力的空氣噴射系統(tǒng)有關(guān)的另外一些詳細(xì)結(jié)構(gòu)；圖5為與圖4所示相似的部分橫剖面圖，它提供了用于同時(shí)冷卻和減小邊界層阻力的空氣噴射系統(tǒng)的另外一些詳細(xì)情況；圖6為轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，它表示帶有作成扇形的外部冷卻帽的非圓形圓盤和整體的推力組件的使用情況，并表示了壁的結(jié)構(gòu)，當(dāng)開式推力組件在該壁結(jié)構(gòu)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該壁結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了該推力組件的機(jī)外部分；圖7與圖6相似，但僅僅表示了轉(zhuǎn)子、推力組件的機(jī)內(nèi)部分和冷卻帽；圖8表示開式推力組件的透視圖，它表示可以進(jìn)行冷卻的結(jié)構(gòu)概況；圖9為開式推力部件的頂視圖，它進(jìn)一步表示冷卻通道的概況；圖10為轉(zhuǎn)子冷卻帽的透視圖，它表示冷卻通道的位置；圖11為片式的環(huán)形平板閥工作的示意圖，它表示處在關(guān)閉位置的環(huán)形平板閥；圖12為圖11第一次提出的片式環(huán)形平板閥工作的示意圖，它表示處在打開位置的環(huán)形平板閥；圖13為使用本發(fā)明的超音速?zèng)_壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推力組件與通常的發(fā)電機(jī)組和蒸汽渦輪機(jī)結(jié)合構(gòu)成的動(dòng)力裝置的側(cè)視圖；圖14為使用本發(fā)明的超音速?zèng)_壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推力組件與通常的發(fā)電機(jī)組和蒸汽渦輪機(jī)結(jié)合構(gòu)成的，如以上圖13所首先表示的動(dòng)力裝置的平面圖。
發(fā)明的說明動(dòng)力裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在參見附圖，圖1為本發(fā)明的新穎的動(dòng)力裝置100的部分剖開的透視圖?；剞D(zhuǎn)部件102(在其相應(yīng)的部分處)在非常接近固定的機(jī)內(nèi)殼體104和靜止不動(dòng)的圓周和外殼體106的內(nèi)表面105的地方，圍繞著回轉(zhuǎn)中心軸線CL轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖所示，回轉(zhuǎn)部件102包括一個(gè)輸出軸108，它提供并形成了回轉(zhuǎn)軸線。軸108在中心輪轂112處，貼附在轉(zhuǎn)子110上，并與轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在一起。
如圖6或圖7中最清楚的表示那樣，轉(zhuǎn)子110由四個(gè)基本部分構(gòu)成(i)中心輪轂112；(ii)堅(jiān)實(shí)的有錐度的主要圓盤部分114；(iii)冷卻和保護(hù)轉(zhuǎn)子的帽凸緣部分116；和(iv)開式推力組件118。
本發(fā)明的動(dòng)力裝置所提供的沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)及其動(dòng)作是獨(dú)特的。為了使輸入的空氣受到壓縮，敞開(或者另一種可供選擇的方案是部分地掩蔽的)的整體式的推力組件118必需與機(jī)外殼體106的內(nèi)壁105一起工作。例如，在圖6和圖8中可看出，沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力組件118的入口包括一個(gè)第一個(gè)斜面120，它起到對(duì)輸入氣流122壓縮容積的作用。
最好是基本上與轉(zhuǎn)子110的旋轉(zhuǎn)軸線平行的一對(duì)入口結(jié)構(gòu)130，提供壓縮沿著沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力組件118的入口輸入空氣所必需的容積和斜面132。然而，在機(jī)外一側(cè)134上，推力組件具有一個(gè)由第一入口壁面136和第二入口壁面138構(gòu)成的槽形開口。這些入口壁面和構(gòu)成出口壁面的相應(yīng)的尾部邊緣部分140和142允許使用圓周殼體壁面106的表面105和平板閥146的輔助表面144(假如有的活)作為沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推力組件118的剩余輸入空氣的壓縮表面。
當(dāng)下面討論起動(dòng)本發(fā)明的沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力裝置100的方法時(shí)，本發(fā)明的獨(dú)特的開式?jīng)_壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推力組件118開發(fā)的重要性會(huì)變得更清楚。
現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖2，本發(fā)明的動(dòng)力裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)的總的結(jié)構(gòu)再次用部分橫面圖表示。沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力組件118適用于使送入的燃料氧化，并因此，由所產(chǎn)生的排出氣體210產(chǎn)生推進(jìn)推力。理想的情況是，沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力組件118利用從輸入氣流182(來自于位于裝置現(xiàn)場(chǎng)的周圍空氣供應(yīng)源)中析出的氧作為氧化劑源。輸入空氣182最好是由電機(jī)M驅(qū)動(dòng)的高速輸入風(fēng)扇F提供，該風(fēng)扇通過輸入空氣過濾器AF使輸入空氣變得清潔。沒有消耗的氣流182變成冷卻氣流的一部分，并如下所述，從冷卻空氣A的進(jìn)氣增壓系統(tǒng)350中排出。沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力組件118是整體地作在轉(zhuǎn)子110的外部有效半徑上的，因此可以利用該沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力組件118的推進(jìn)效應(yīng)使包括轉(zhuǎn)子110、中心輪轂112、輸出軸108在內(nèi)的回轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動(dòng)，并使沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力組件118、輸出軸108和轉(zhuǎn)子110一起，作為一個(gè)單一的回轉(zhuǎn)部件，可相對(duì)于靜止的圓周機(jī)內(nèi)支承結(jié)構(gòu)(或殼體)104轉(zhuǎn)動(dòng)。
回轉(zhuǎn)部件10(見圖2或圖4)利用固定的支承結(jié)構(gòu)或機(jī)內(nèi)殼體104，可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在一個(gè)工作位置上，其固定的方式是適用于回轉(zhuǎn)部件極高速工作，特別是在10,000～20,000轉(zhuǎn)/分(rpm)或更高的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作的方式?？紤]到此，適當(dāng)?shù)妮斎雮?cè)軸承220、222、224、226和輸出側(cè)軸承230、232、234和236，或它們的適當(dāng)?shù)淖冃?，必需為高速回轉(zhuǎn)和推力提供適當(dāng)?shù)妮S承支承，并且摩擦要極小。在高速回轉(zhuǎn)機(jī)械方面具有豐富知識(shí)的人們可以用任何方便的方式提供詳細(xì)的軸承和潤(rùn)滑系統(tǒng)，因此，這里不需要再討論。
機(jī)內(nèi)殼體104包括幾個(gè)重要的特點(diǎn)，它們可以減小空氣動(dòng)力學(xué)阻力(特別是在機(jī)內(nèi)的、堅(jiān)實(shí)的轉(zhuǎn)子表面部分240上的阻力)。首先，設(shè)置了輸入側(cè)的機(jī)內(nèi)殼體部分300，它可在輸入氣流182接近推力組件118時(shí)，使輸入氣流182變得平穩(wěn)。參見圖4，設(shè)置了一個(gè)輔助的輸出側(cè)機(jī)內(nèi)殼體部分302，它可使清除空氣的排出流動(dòng)平穩(wěn)。另外，還設(shè)置了一個(gè)輸入側(cè)的、基本上是環(huán)形的、帶有轉(zhuǎn)子側(cè)表面312的轉(zhuǎn)子殼體310和一個(gè)輸出側(cè)的、基本上是環(huán)形、帶有轉(zhuǎn)子側(cè)表面316的轉(zhuǎn)子殼體314。轉(zhuǎn)子110的堅(jiān)實(shí)的表面部分240轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子的側(cè)表面312和316非常接近轉(zhuǎn)子堅(jiān)實(shí)的表面部分240。
通過在表面312的外側(cè)部分254和表面316的外側(cè)部分256上的許多孔252，可提供供控制邊界層用的噴射空氣250?？諝?50沖擊轉(zhuǎn)子的表面240，然后向外清掃和冷卻轉(zhuǎn)子帽部分116以及推力組件118。
技術(shù)上具有豐富知識(shí)和本說明書所針對(duì)的人們可以決定通過邊界層噴射孔252流動(dòng)的空氣的適當(dāng)?shù)乃俣取?br> 由于轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí)的極高速度引起的離心力負(fù)載的影響，用于轉(zhuǎn)子110的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料系統(tǒng)是很關(guān)鍵的。所建議的動(dòng)力裝置的轉(zhuǎn)子110最優(yōu)狀態(tài)下預(yù)期要在10,000～20,000rpm之間的速度下轉(zhuǎn)動(dòng)。新近開發(fā)的金屬基體復(fù)合材料確實(shí)是提供了可接受的特定的強(qiáng)度特性，并可以承受所要求的負(fù)載。使用這種材料的安全系數(shù)可以通過增加材料的錐度比(Taper ratio)而增大，而當(dāng)使用這種方法時(shí)，其他的結(jié)構(gòu)材料(包括相應(yīng)的碳復(fù)合材料裝置)也是可行的。最好，為了使實(shí)際負(fù)載減小至實(shí)際可接受的程度，轉(zhuǎn)子裝置應(yīng)用高強(qiáng)度材料制造，其形狀應(yīng)具有大的材料錐度比值。這基本上意味著，在逐漸增大的半徑位置上(更遠(yuǎn)離回轉(zhuǎn)軸線)，轉(zhuǎn)子裝置變得越來越細(xì)長(zhǎng)或薄。從根本上說，回轉(zhuǎn)質(zhì)量的減小使在回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的應(yīng)力減小。
現(xiàn)在來注意圖13和圖14，圖中。本發(fā)明的動(dòng)力裝置與必需的發(fā)電設(shè)備結(jié)合在一起表示。輸入空氣182流過渦輪腔壁W，并如上所述，通過風(fēng)扇F，燃料則在推力組件118中消耗，產(chǎn)生推力，使軸108轉(zhuǎn)動(dòng)。軸108按通常的方式動(dòng)作，將機(jī)械能傳遞給初級(jí)齒輪箱400。齒輪箱400將輸出軸108的速度降低至足夠低的水平，以適應(yīng)所希望的應(yīng)用場(chǎng)合的能力。在圖13和14中，初級(jí)齒輪箱400，借助軸402與主要的發(fā)電機(jī)404連接。該發(fā)電機(jī)404適用于產(chǎn)生電能，傳輸至高壓輸電線路網(wǎng)或其他電氣負(fù)載上。然而，也可直接利用軸402作所希望的機(jī)械功。
圖中還表示了從蒸汽渦輪410中出來的次級(jí)齒輪箱410，它通過軸406，與發(fā)電機(jī)404連接。
在圖13和14中還表示了在共同發(fā)電系統(tǒng)中，以沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)118輸出的排出燃燒氣體210的使用情況。如圖所示，排出的氣體被一根排出氣體管路430方便地收集起來。該排出氣體管路430基本上圍繞著、并以橫向包圍貫通的空氣進(jìn)氣增壓系統(tǒng)350。由于沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力組件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和其排出向量的方向影響，排出氣體210的方向是稍微向外偏，軸向第二個(gè)殼體側(cè)壁432的。并且，排出氣體210大量地收集在排出氣體管路430中，而不會(huì)因?yàn)榕c通過進(jìn)氣增壓系統(tǒng)350的送入通風(fēng)空氣流混合，使排出氣體210顯著地冷卻。排出氣體通過管路430，送至熱交換器440，輔助工作流體或冷卻劑442通過熱交換器440循環(huán)。在通常的設(shè)計(jì)中，該工作流體442為水。水可被加熱成高壓蒸汽，然后可以用于(a)驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)，使(i)軸工作或(ii)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)；或(b)作為工藝熱量使用。從沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)118出來的熱的排出氣體210流過熱交換器440，從而使其中的流體442加熱。可以方便地將熱交換系統(tǒng)440設(shè)計(jì)成一個(gè)鍋爐，這樣，當(dāng)加熱時(shí)，流體442狀態(tài)改變(而水變?yōu)檎羝?。在這種情況下，作為冷卻劑指出的氣流將為蒸汽，它適用于加熱，或各種機(jī)械應(yīng)用場(chǎng)合(如提供給蒸汽渦輪機(jī)410的蒸汽所示那樣)，可使軸工作，然后在利用泵454，通過液體管道R返回至熱交換器之前，進(jìn)入冷凝器452。渦輪機(jī)的軸460可以穿過齒輪箱462，作為發(fā)電動(dòng)404的工作軸使用。
現(xiàn)轉(zhuǎn)至圖11和12，為了在推力組件118中建立所希望的內(nèi)部沖擊結(jié)構(gòu)以便起動(dòng)，必須將輸入氣流加速至馬赫數(shù)比設(shè)計(jì)的馬赫數(shù)大，然后，在起動(dòng)后減小至設(shè)計(jì)的馬赫數(shù)，或者，必需暫時(shí)增大喉部面積，以便“吞下”該沖擊結(jié)構(gòu)，并造成起動(dòng)。根據(jù)收縮比和馬赫數(shù)的不同，不大可能使輸入氣流的馬赫數(shù)增大至足夠高的水平，以開始輸入。
然而，我已開發(fā)了另一種獨(dú)特的幾何形狀可變的機(jī)構(gòu)來減小通過沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)118的貫通氣流，這樣，可在較低的馬赫數(shù)起動(dòng)。雖然，技術(shù)熟練的人們，可以從這個(gè)說明中計(jì)算出精確的需求，但必需指出，這些精確的需求是建筑在針對(duì)推力組件尺寸、自由氣流條件和燃料源的一組特定的假設(shè)基礎(chǔ)之上的。另外，必須預(yù)測(cè)零件的性能水平，該性能水平是與入口、過渡部分、燃燒室和噴嘴的已經(jīng)建立的試驗(yàn)或理論數(shù)據(jù)是一致的。
從圖11和12中可看出，圍繞著圓周壁面106的邊緣設(shè)有一系列位置變化的環(huán)形平板閥146。為了起動(dòng)，要將環(huán)形平板閥146，在圖12所示的參考箭頭602的方向上打開，形成一個(gè)間隙603，使一部分在壁表面105上被壓縮的輸入空氣，可以沿著箭頭604和606的方向，向外逸出。獨(dú)特的開式?jīng)_壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)118可允許旁通空氣604和606逸出。一旦該沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)118已經(jīng)“吞下”輸入沖擊結(jié)構(gòu)，則作動(dòng)器610可使平板閥146關(guān)閉，如圖11所示。我已經(jīng)表示了一種帶有軸612的、安裝在支架614上的液壓作動(dòng)器610。為此目的，可以使用任何方便的機(jī)構(gòu)、電氣或液壓作動(dòng)器。
因?yàn)闆_壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力決定總的動(dòng)力裝置的輸出，因此，從沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的推力是總的裝置輸出水平的一個(gè)重要的質(zhì)量因素。沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力水平和總的裝置輸出水平與沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)所收集和處理的質(zhì)量成比例地增加。這樣，入口面積和收集的質(zhì)量加倍，會(huì)使所產(chǎn)生的推力加倍。因此，可使系統(tǒng)的功率輸出加倍。
因?yàn)槿紵业臏囟仁请S著節(jié)流閥調(diào)節(jié)變化而變化的，因此，燃燒室溫度是一個(gè)關(guān)鍵性因素。燃燒室溫度必須與輸入流量和推力組件的材料平衡，以便保持燃燒室壁的結(jié)構(gòu)整體性。為了適應(yīng)這個(gè)設(shè)計(jì)要求，已經(jīng)使用了鑄造的碳化硅燃燒室，如圖8和圖9所示。這個(gè)燃燒室由具有理想的高溫特性的材料制成，該材料可從包括熱的均衡壓制氧化鋁、氮化硅、二氧化鋯、氧化鈹和碳化硅在內(nèi)的候選材料中選擇。理想情況是，沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室118制成一個(gè)單塊的、堅(jiān)實(shí)的鑄件。
最后，即使經(jīng)受了高的燃燒溫度作用，本發(fā)明的高的氮氧化物的析出是極小的。這是由于在高的燃燒溫度下停留的時(shí)間較短，和燃料混合極好。停留時(shí)間是由各種不同的設(shè)計(jì)條件決定的，例如所說明的那樣，0.24微秒的較小的氣流通過停留時(shí)間是所期望的。噴射的燃料被激波波陣面徹底地混合進(jìn)去，并且，混合良好的空氣/燃料波陣面進(jìn)入燃燒室118中。這種沖擊邊界層交互作用預(yù)混合的技術(shù)是達(dá)到接近完美的預(yù)混合條件和低的氮氧化物析出的一種獨(dú)特方法。這樣，通過限制燃燒室中高度不均衡的自由根部區(qū)域的尺寸，可以限制二氧化氮的析出。NOx的析出估計(jì)小于百萬分之五(5ppm)，或EI小于0.5gNO2/kg燃料。
如上所述的生產(chǎn)機(jī)械、電氣和熱能的方法和裝置提供了一種革命性的、緊湊的、容易制造和價(jià)格有競(jìng)爭(zhēng)力的動(dòng)力裝置。這種動(dòng)力裝置的輸出可以與現(xiàn)行的動(dòng)力輸出系統(tǒng)結(jié)合起來使用，并且是通過燃燒清潔的燃料，減少氣體排出的重要方案。另外，在給定效率下，每單位所產(chǎn)生的電能、機(jī)械能或熱能所消耗的燃料大大減小。
可以看出，上述的各個(gè)目的(包括從上述的說明中變得清楚的那些目的)可以有效地達(dá)到，并且，由于在實(shí)現(xiàn)上述方法和制造設(shè)備，及實(shí)踐上述方法中可以作某些改變而不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍，因此，可以理解，本發(fā)明可以用其他的特點(diǎn)形式加以實(shí)現(xiàn)，而不會(huì)偏離本發(fā)明的精神，或基本特性。例如，雖然我提出了使用有錐度的圓盤結(jié)構(gòu)的示例性設(shè)計(jì)，其他實(shí)施例，例如，三角形轉(zhuǎn)子或四邊形轉(zhuǎn)子(分別從中心輪轂伸出的三個(gè)或四個(gè)“輻條”)也是可行的。另外，還要注意，如圖7所示那樣，轉(zhuǎn)子不一定必需是對(duì)稱的，其半徑可以變化，以適應(yīng)推力組件118的放置。
因此，本實(shí)施例的所有方面只能被認(rèn)為是說明性的，而不是限制性的。相應(yīng)地，本發(fā)明的范圍不是由上述的說明和所示的實(shí)施例決定的，而是由所附的權(quán)利要求決定的。結(jié)果，在所附權(quán)利要求書的等同物的意義和范圍內(nèi)的所有改變、變化、和另外的實(shí)施例都應(yīng)包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生動(dòng)力的裝置，所述裝置包括(a)第一流體源進(jìn)氣增壓系統(tǒng)，所述流體源進(jìn)氣增壓系統(tǒng)可用于提供輸入空氣，供燃料燃燒用；(b)一個(gè)轉(zhuǎn)子，它具有旋轉(zhuǎn)軸線，所述轉(zhuǎn)子從所述旋轉(zhuǎn)軸線向外延伸至外部極端位置，可用于圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線回轉(zhuǎn)；(c)一個(gè)圓壁面，它從所述旋轉(zhuǎn)軸線，沿徑向向外放置，并且在徑向，從所述轉(zhuǎn)子的所述外部極端，稍微地向外偏很少一點(diǎn)；(d)一個(gè)或多個(gè)沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，所述一個(gè)或多個(gè)沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)包括一個(gè)開式壓縮部分和相配合的圓周壁面部分，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)作時(shí)可使所述燃料氧化，并產(chǎn)生推力，使延伸穿過所述旋轉(zhuǎn)軸線的軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；(e)一個(gè)空氣排出通道，所述通道與所述輸入空氣的進(jìn)氣增壓系統(tǒng)和輸出空氣排出位置連通，所述通道由所述圓周壁面的貫通壁部分構(gòu)成，所述通道可被平板閥密封，所述平板閥可在關(guān)閉位置和打開位置之間移動(dòng)，在關(guān)閉位置時(shí)，沒有輸入空氣通過所述空氣排出通道逸出，在打開位置時(shí)，至少一部分進(jìn)入所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣可通過所述空氣排出通道轉(zhuǎn)移；和(f)一個(gè)排出氣體的輸出通道，它靠近并位于裝置的入口，該通道至少部分地作在所述圓周壁面上，所述通道使所述第一流體源的進(jìn)氣增壓系統(tǒng)與至少一個(gè)圓周上的排出氣體收集腔實(shí)現(xiàn)流體連通，該收集腔位于從所述轉(zhuǎn)子所述旋轉(zhuǎn)軸線，沿徑向向外的位置處。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，通向所述圓周上的排出氣體收集腔的所述入口還包括一個(gè)干燥的刀刃式隔板，所述隔板用于有效地將從所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)排出的燃燒氣體與所述貫通的氣流隔開，因此，所述燃燒氣體不會(huì)由于與所述貫通的氣流混合而明顯地被冷卻。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，固定在所述轉(zhuǎn)子上的所述推力組件的所述極端的至少一部分作成敞開形狀，并且，其特征還在于，所述圓周壁面的至少一部分與所述開式的推力組件的有效半徑的外端相配合，使得在圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線回轉(zhuǎn)過程中，所述推力組件的有效半徑的外端，在非常靠近所述圓周壁面的所述部分的地方按緊密配合方式旋轉(zhuǎn)，因而，由所述相配合的開式推力組件和所述的圓周壁面，產(chǎn)生沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述圓周壁面的所述相配合的部分設(shè)有一個(gè)或多個(gè)輸出通道，用于使所述第一流體源進(jìn)氣增壓系統(tǒng)和外部卸壓位置進(jìn)行流體連通，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)輸出通道位于從所述推力組件的所述極端，沿徑向向外的位置上，所述一個(gè)或多個(gè)輸出通道可允許當(dāng)流體在所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中至少是部分地被壓縮時(shí)，通過所述第一個(gè)流體源進(jìn)氣增壓系統(tǒng)送入的至少一部分流體通過所述輸出通道流出。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)還包括一個(gè)部分地敞開的入口，并且其特征還在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)利用至少是所述圓周側(cè)壁的一部分，供燃燒氣體輸入時(shí)壓縮之用。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)還包括一個(gè)部分地敞開的輸出噴嘴，并且，其特征還在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)利用所述圓周側(cè)壁的至少一部分，供排出的燃燒氣體減壓之用。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以至少3.0馬赫的速度工作。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以3.0馬赫和4.5馬赫之間的速度工作。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以大約3.5馬赫的速度工作。
10.一種用于產(chǎn)生動(dòng)力的裝置，它包括(a)第一殼體裝置；(b)一個(gè)輸出裝置，所述輸出裝置包括至少一個(gè)軸部分，所述軸部分，通過所述第一殼體裝置，圍繞回轉(zhuǎn)軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定；(c)一個(gè)轉(zhuǎn)子裝置，所述轉(zhuǎn)子裝置固定在所述輸出裝置上，以便，所述轉(zhuǎn)子可以與所述輸出裝置一起轉(zhuǎn)動(dòng)；(d)一個(gè)排出氣體輸出通道，它靠近并在該裝置的入口上，該輸出通道至少部分地作在所述圓周壁面上，所述通道使所述第一流體源進(jìn)氣增壓系統(tǒng)與至少一個(gè)圓周上的排出氣體收集腔進(jìn)行流體連通，該排出氣體收集腔位于從所述轉(zhuǎn)子的所述旋轉(zhuǎn)軸線，沿徑向向外的地方；(e)一個(gè)沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置整體地作在開式推力組件和所述圓周壁面之間，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以至少1馬赫的速度工作，開且，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的特征還在于，該沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置是這樣一種形式的，至少是部分敞開的結(jié)構(gòu)，即當(dāng)所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)通過鄰近所述圓周壁面上的給定位置時(shí)，所述圓周壁面非?？拷鰶_壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，這樣，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)依靠所述圓周壁面的至少一部分，促使流入所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置中的氣流壓縮；(f)所述裝置適用于使在所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置中的燃料氧化，以產(chǎn)生燃燒氣體，由所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置產(chǎn)生推力，轉(zhuǎn)動(dòng)所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置、轉(zhuǎn)子裝置和輸出裝置，從而由所述裝置提供功率輸出。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置以至少3.0馬赫的速度工作。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置以3.0馬赫和4.5馬赫之間的速度工作。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置以大約3.5馬赫的速度工作。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置還包括一個(gè)碳化硅燃燒室。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述燃燒室包括一個(gè)單塊的碳化硅部分。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述可更換的燃燒室襯墊包括一個(gè)鑄造碳化硅的單一結(jié)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述平板閥為環(huán)形平板閥，所述環(huán)形平板閥工作時(shí)是沿著所述第二殼體的圓周的至少一部分放置的，并且其特征還在于，當(dāng)所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述環(huán)形平板閥位于徑向方向向外離開并且非?？拷鰶_壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的位置上，所述環(huán)形平板閥可以從(a)一打開位置，這時(shí)，當(dāng)所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置在靠近打開位置處轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置前面的一部氣流可以通過所述平板閥排出，而不是在所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝置中被壓縮；運(yùn)動(dòng)至(b)關(guān)閉位置，這時(shí)，基本上沒有氣流通過平板閥逸出。
18.一種產(chǎn)生動(dòng)力的方法，它包括(a)提供一個(gè)或多個(gè)開式的推力組件，它們可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在第一個(gè)機(jī)內(nèi)殼體和第二個(gè)機(jī)外殼體之間；(b)送入一種可氧化的燃料給所述一個(gè)或多個(gè)推力組件；(c)在所述一個(gè)或多個(gè)推力組件中，使所述燃料氧化，以便(i)產(chǎn)生燃燒氣體，然后該燃燒氣體從推力組件中排出；和(ii)通過所述排出的燃燒氣體對(duì)(A)所述一個(gè)或多個(gè)推力組件，和(B)至少所述第二個(gè)機(jī)外殼體的一部分的推力反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)原動(dòng)力；(d)借助于所述原動(dòng)力，以超過1.0馬赫的速度，推動(dòng)所述一個(gè)或多個(gè)推力組件通過送入的氣流，所述推力組件的特征還在于，該推力組件的結(jié)構(gòu)為至少部分地敞開的結(jié)構(gòu)，它是這樣一種形式的推力組件，即當(dāng)所述推力組件通過靠近所述殼體的地方時(shí)，所述推力組件依靠所述第二殼體的至少一部分，促使所述送入氣流的一部分壓縮；(e)使操作上與所述一個(gè)或多個(gè)推力組件連接的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)；(f)這樣，可在所述輸出軸上產(chǎn)生動(dòng)力。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)推力組件的速度至少為3.0馬赫。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)推力組件的速度至少在3.0馬赫和4.5馬赫之間。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)推力組件的工作速度為大約3.5馬赫。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述燃料選自于由碳?xì)浠衔餁怏w燃料組成的群組。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述燃料基本上是天然氣。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，送入燃料的步驟包括在位于所述推力組件上游的一處上，將燃料噴射入在所述第一和所述第二殼體之間的氣流中的步驟。
25.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法還包括產(chǎn)生電能的步驟。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，該產(chǎn)生電能的步驟包括工作時(shí)將發(fā)電機(jī)與所述輸出軸連接。
27.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法還包括從所述燃燒氣體中回收熱能的步驟。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述熱能回收步驟包括將來自于所述燃燒氣體的所述熱能傳遞給輔助工作流體。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述輔助工作流體為水，并且其特征還在于，通過加熱所述水，可產(chǎn)生蒸汽。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述熱能回收步驟包括利用所述燃燒氣體，在熱回收部分間接加熱所述的水。
31.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，它還包括將所述蒸汽通入蒸汽渦輪機(jī)，利用所述蒸汽使所述蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以產(chǎn)生動(dòng)力，由所述蒸汽渦輪機(jī)使軸工作的步驟。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，它還包括從所述蒸汽渦輪機(jī)的所述工作軸產(chǎn)生電能的步驟。
33.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，它還包括當(dāng)所述轉(zhuǎn)子以超音速的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制邊界層阻力的步驟。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，大體控制邊界層阻力的所述步驟還包括沿切線方向，將空氣噴射至所述轉(zhuǎn)子的所述回轉(zhuǎn)表面上的步驟。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，它還包括以足夠在所述作成扇形的轉(zhuǎn)子帽中，進(jìn)行內(nèi)部冷卻的流量，提供所述送入氣流流動(dòng)的步驟。
36.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，提供所述送入氣流流動(dòng)的步驟還包括將外部空氣送入在所述機(jī)內(nèi)殼體和所述機(jī)外殼體之間形成的送入空氣進(jìn)氣增壓系統(tǒng)中，使所述一個(gè)或多個(gè)沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)能與新鮮空氣接觸，該新鮮空氣，在下一個(gè)或多個(gè)沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)通過一個(gè)給定回轉(zhuǎn)位置過程中，基本上沒有湍流。
37.一種用于產(chǎn)生動(dòng)力的裝置，它包括(a)第一殼體；(b)一個(gè)輸出軸，所述輸出軸通過所述第一殼體，圍繞中心軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定；(c)一個(gè)轉(zhuǎn)子裝置，所述轉(zhuǎn)子裝置還包括(i)一個(gè)堅(jiān)實(shí)的機(jī)內(nèi)部分，它牢固地固定在所述輸出軸上；(ii)一個(gè)開式推力組件部分；(d)至少一個(gè)沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在位于機(jī)內(nèi)位置上的完全壓縮斜面上，至少是部分敞開的，而在機(jī)外位置處，一個(gè)部分壓縮斜面要求所述第二殼體起一個(gè)保持表面的作用，使進(jìn)入的空氣在所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的入口處被壓縮。
38.如權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以至少為3.0馬赫的速度工作。
39.如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以3.0馬赫和4.5馬赫之間的速度工作。
40.如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以大約3.5馬赫的速度工作。
41.如權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于，所述用于將所述輸出裝置可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在所述沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上的裝置包括一個(gè)由超高強(qiáng)度的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)構(gòu)成的轉(zhuǎn)子。
42.如權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于，所述用于轉(zhuǎn)動(dòng)地固定所述輸出裝置的裝置還包括碳纖維復(fù)合材料。
43.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，一百萬份所述燃燒氣體中含有的氮的氧化物少于十份。
44.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，一百萬份所述燃燒氣體中含有的氮的氧化物少于5份。
45.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述燃料在0.24微秒或更短的時(shí)間內(nèi)氧化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用作在低空氣動(dòng)力學(xué)阻力的、有錐度的圓盤轉(zhuǎn)子(114)的圓周上的部分敞開式的超音速?zèng)_壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力組件(118)的方法和裝置。一個(gè)開式的沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)入口(120),通過利用推力組件入口結(jié)構(gòu)和相鄰的殼體側(cè)壁(105,106)壓縮沖擊的輸入氣流。燃料在推力組件中氧化,產(chǎn)生燃燒氣體,使沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),以超音速圍繞軸(108)轉(zhuǎn)動(dòng),以產(chǎn)生動(dòng)力。排出的燃燒氣體中的熱含量,在輸出管路(432)中基本上被分離出來,可以通過熱交換器(440),在熱力學(xué)方面加以利用。在輸入沖擊中的有效混合和在燃燒室中的短的停留時(shí)間可使氮的氧化物析出較低。
文檔編號(hào)F02C3/14GK1187232SQ96194591
公開日1998年7月8日 申請(qǐng)日期1996年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月7日
發(fā)明者肖恩·P·勞勒 申請(qǐng)人:肖恩·P·勞勒