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[信息] 空气压缩航空发动机

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发表于 2009-10-31 10:21:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 飞行汽车 于 2009-10-31 12:04 编辑

论《空气压缩航空发动机》及其应用前景
张 鸿 元
核心提示:本发明要解决的问题是如何克服现有喷气式航空发动机在垂直升降技术
面的不足,提供一种可使用普通柴油、运行噪音很低的新型喷气式可垂直升降航空发动机
--- 空气压缩航空发动机。
远程多座位洲际空中飞行汽车外观计划图
背景技术 :
目前,公知的喷气式航空发动机是由吸气压气机将空气吸进,通过航空煤油
在燃烧腔里燃烧产生的热量将吸入的空气加热,使吸入的空气升温膨胀再向后
高速喷射,产生反作用推力使飞行器向前飞行的。这样的发动机明显存在着下
列各项不足之处:
1、发动机的构造十分复杂、造价高昂,一部喷气式航空发动机往往需要数
百万、数千万元,并不像普通汽车的内燃机那样简单、低廉,使喷气式飞行器
的生产普及受到很大的限制。
2、由于吸入的空气在燃烧腔内加热后立即高速向后喷射,要求燃油快速燃
烧才可产生好的效益,故必须使用价格高昂、燃烧值相对较低的航空煤油,并
不能使用现在普遍使用、燃烧值相对较高而且价格低廉很多的普通汽油或柴油。
3、由于吸入的空气在燃烧腔内加热后立即高速向后喷射,喷出的大功率气
流的流量并不稳定并且极难控制其喷射方向,使通过改变喷出气流的方向令飞
行器垂直升降的技术变得十分复杂。即使花费大量的人力、物力解决了这个难
题,飞行器的操控也会变得十分艰难,完全失去了实用性和普及性。造价高昂
的英国鹞式垂直起降战斗机就是一个很明显的例子,英国工程师虽然耗资巨大
克服了通过改变喷出气流的方向令飞行器垂直升降的难题,但鹞式战斗机的飞
行员都要经过严格的挑选,选出那些技术第一流的战斗机飞行员再经过严格训
练才有能力驾驶鹞式战斗机,虽然这样鹞式战斗机的失事机率比其它型号的战
斗机仍要高很多,绝大部份鹞式战斗机的损失都是因操控复杂而意外坠毁的。
4、现在的喷气式航空发动机由于燃烧腔没有隔离,燃油在燃烧腔爆炸燃烧
产生的噪音非常巨大,并随着喷射气流直接传到外部,以致机场都要建在离城
市数公里甚至数十公里的地方。即使小型的喷气式航空发动机产生的噪音也非
常大,像美国战斧式巡航导弹所使用的小型喷气式航空发动机,在飞行时它产
生的噪音大而尖锐,令人不安。
发明内容:
本发明要解决的技术问题是如何克服现有喷气式航空发动机的上述缺陷,提
供一种新型的喷气式航空发动机 --- 空气压缩航空发动机。
为解决上述技术问题,本发明空气压缩航空发动机包括空气进气口、涡轮
增压空气压缩机、燃烧腔和后喷嘴,其特征是:提供向前飞行推力的后喷嘴和
燃烧腔之间设有压力腔,所述涡轮增压空气压缩机包括固定于前传动轴上的吸
气压气机、大增压压气机组件、小增压压气机,和固定于后传动轴上的前推力
涡轮、后推力涡轮;燃烧腔位于变速齿轮箱之后,燃烧腔的底部设有燃油喷嘴
组件;空气经吸气压气机和大增压压气机组件多级增压后,大部分进入主进气
道,小部分经小增压压气机再增压后进入次进气道;进入次进气道的空气在燃
烧腔的前部与燃油喷嘴喷出的雾状燃料混合并发生剧烈的爆炸燃烧,进入主进
气道的空气在燃烧腔的后部与正在爆炸燃烧的气体混合,所携带的大量氧气使
没有来得及燃烧的燃油进一步燃烧;所产生的高温、高压气体通过喷气栅栏上
的出气口喷出并推动前推力涡轮和后推力涡轮旋转后进入压力腔;前推力涡轮
和后推力涡轮旋转产生的强大扭力通过后传动轴作用于前传动轴上,是连接它
的吸气压气机、大增压压气机组件、小增压压气机组件高速旋转,吸入更多的
空气并产生强大的压力把这些吸入的空气通过主进气道和次进气道压进燃烧
腔;进入压力腔的高温、高压气体可以通过后喷嘴组件喷出推动飞行器向前飞
行。
作为优化,将飞行器的主支架做成空心作为发动机压力腔的一部份并分为
左空心主支架和右空心主支架;这样做可以更有效地利用飞行器的内部空间并
使发动机所占用的内部体积大幅减少。压力腔和左空心主支架相通,右空心主
支架通过开关组件和下部喷嘴组件及左空心主支架连接,右空心主支架的末端
设有后喷嘴组件;开关组件可以控制压力腔里的高压气流通过左空心主支架流
向右空心主支架再从后喷嘴喷出推动飞行器向前飞行;或者通过左空心主支架
流向下部喷嘴组件再从下部喷嘴群喷出。下部喷嘴组件装有下部喷嘴群的平面
可以向前后左右摆动,使下部喷嘴群可以向前后左右喷出气流,以推动飞行器
升降、减速、在空中悬浮或前后左右缓慢移动。
下部喷嘴组件的喷气平面上装有数个小喷嘴(可以根据具体需要来决定要
装几个喷嘴,一般为四排十六个)组成下部喷嘴群,以扩大飞行器下部喷出气
流的喷出面。这样做不但可以大幅减轻飞行器下部喷出的气流对地面产生的冲
击力,也可大幅增加飞行器的上升承托面,使飞行器在升降过程中更稳定和更
容易操控。
技术优势:
采用上述技术方案后,本发明具有下述优点:
1、本发明采用的涡轮增压空气压缩机结构非常简单,仅由吸气压气机、大
增压压气机组件、小增压压气机、前推力涡轮、后推力涡轮、变速齿轮箱、喷
嘴组件、燃烧腔壁、喷气栅栏等部件构成,因此空气压缩航空发动机的生产成
本低廉,就像普通汽车的内燃机那样简单、低廉,十分有利于喷气式飞行器的
生产普及。
2、由于本发明采用的涡轮增压空气压缩机产生的高压气流并不立即高速
向外喷射,而是喷进飞行器的压力腔里,在压力腔里产生高温、高压气体,故
气流在高温、高压并且氧气异常充足的环境内停留的时间较长,燃油可以得到
充分的燃烧并最大化地释放出所含的热量,使燃油产生的效益大幅提高,因此
可大幅降低燃油产生的废气对环境的污染;并可使用现在普遍使用、燃烧值相
对较高而且价格低廉很多的普通柴油或汽油,只需携带少得多的普通柴油或汽
油,就可产生和大量航空煤油同等的热量,令飞行器的载重效益显著提高,同
时可令日常使用成本显著降低。
3、由于本发明采用的涡轮增压空气压缩机产生的高压气体并不立即高速
向外喷射,而是喷进飞行器的压力腔里,在压力腔里产生高温、高压气体,再
通过喷嘴组件向外喷射;这样压力腔就可成为喷出气流的缓冲器,令喷出气流
的流量更为稳定,使飞行器更容易控制;而控制改变压缩气体的喷射方向和流
量是非常容易的,所需成本也很低,就像现在工业上普遍使用的空气压缩机和
气动设备那样,故可使飞行器的操控变得简单方便。使生产像汽车那样普通人
都可驾驶、操控简易并可垂直升降的喷气式飞行器成为可能。
4、由于燃烧腔后还有压力腔,燃油在燃烧腔内爆炸燃烧产生的巨大噪音
被压力腔里的高压气体和通过主进气道稠密的高压气流隔离吸收,并不传到外
界,空气压缩航空发动机运行时只有吸气压气机吸气的声音和喷嘴组件喷射气
流产生的相对要微弱很多的声音,就像现在的汽车运行时那样宁静,使生产像
普通汽车那样能够在城市中川梭来往的可载人喷气式飞行器成为可能。
未来社会城市面貌想像图
应用前景:
同现有技术相比,空气压缩航空发动机具有突出的实质性特点和显著的进
步,它和现在的喷气式航空发动机本质上的区别是:现在的喷气式航空发动机
喷出的气流量非常大而气压并不高;空气压缩航空发动机则是喷出的气流量不
大而气压却非常高。现在的喷气式航空发动机只能在空气密度较大的低空运行,
当飞行器飞到空气密度较小的高空时(例如二万米高空),由于现在的喷气式
航空发动机需要吸入大量气流才可产生有效的推力,故它的效益将大幅下降甚
至还会失去推力;而空气压缩航空发动机由于只需吸入不多的气流就可产生有
效的推力,因此它能在空气密度较低的高空中运行(例如四万米高空),甚至
可飞到大气层的边沿,故其有益效果是显而易见的。
当这种飞行器(空中飞行汽车)生产成功后,我们在电影¡ 星球大战¡ 中
所看到的可在城市中间川梭来往并可垂直升降的喷气式飞行器将变成现实;城
市的布局及建筑的风格将产生变化;就像当年汽车取代马车那样,人类的社会
面貌将会因此发生巨大的改变。
本发明也可应用在新型的太空穿梭机上,使装上空气压缩航空发动机并自
带火箭像普通喷气式民航机那样造价低廉(相对于现在的太空穿梭机及大推力
运载火箭的造价)、载重量大的新型太空穿梭机可像现在的民航客机那样在普
通机场起飞,吸入空气及燃烧普通柴油飞行到大气层边沿再起动自带的火箭飞
进太空。当要从太空返行时可先起动自带火箭减速,飞行到地球的的大气边沿
时再起动空气压缩航空发动机并把喷嘴调向前方,空气压缩航空发动机吸入空
气燃烧普通汽油产生的巨大推力将用来克服地心引力、减慢太空穿梭机的飞行
速度,使它能像现在的普通喷气式民航客机那样在大气层中以较低的速度(亚
音速)长距离飞行并可全天候地在普通的民用机场起飞、降落,大大降低太空
飞行的成本。
由于新型太空穿梭机自带的火箭只在冲出大气层飞进太空的加速及返回
地球飞进大气层的减速过程中短暂使用,因此新型太空穿梭机只需携带少量火
箭燃料及氧化剂便可飞行,大大增加了太空穿梭机的有效载荷。新型太空穿梭
机飞进大气层时在空气压缩航空发动机的减速下不必像现在的太空舱那样在大
气层中高速飞行、表面产生几千度的高温,故不必像现在的穿梭机和太空舱那
样在外壳装上厚重的防热层,进一步增加了新型太空穿梭机的有效载荷并可大
幅降低造价。
当装上空气压缩航空发动机造价低廉、有效载荷大的新型太空穿梭机生产
成功后,我们将可像现在乘搭民航客机那样廉价、方便地进出太空,人类开发、
利用外层空间将进入一个全新的阶段。


有关此项目的各种详细资料请参考:
http://blog.163.com/instech@126/

本成果已申请国际专利(中国发明专利号:ZL 2005-1-0034447.1, 国际专利
申请号: PCT/CN2006/000730 , 欧共体专利申请号:
06722377.6-1267-CN2006000730,俄罗斯专利申请号:20071398,美国专利
申请号:11/659888,日本专利申请号:2008-508053,),拥有独立知识产权,
任何单位或个人未经专利权人(张鸿元)许可,不得为生产经营目的制造、使
用、销售本发明产品,或者使用其发明方法以及使用、销售依照该发明方法直
接获得的产品。
发表于 2009-10-31 11:14:28 | 显示全部楼层
到你博客看了。
你这个设计,左一个腔右一个气室,气流阻力是如何计算的?
 楼主| 发表于 2009-10-31 11:27:50 | 显示全部楼层
3# 克虏伯火炮

谢谢您的关注!!!
详情请看本人博客中北航高歌教授的:“空气压缩航空发动机的可行性分析评估”
发表于 2009-10-31 11:49:06 | 显示全部楼层
高教授的种种高新科技,在各论坛可都是做为外星科技供起来的啊。:lol
发表于 2011-3-21 23:07:21 | 显示全部楼层
哈哈,版主说话真犀利啊
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