專利名稱：圈缸活塞輪發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬熱機技術(shù)領(lǐng)域，涉及能源、航空和國防。
背景技術(shù)：
目前的熱機主要有活塞式內(nèi)燃機、蒸汽輪機、燃?xì)廨啓C、空氣噴氣發(fā)動機和火箭噴氣發(fā)動機?；钊絻?nèi)燃機以其熱效率高、扭矩大的優(yōu)勢主要用于機車，但其較笨重；蒸汽輪機以其可在機外燃燒三種物態(tài)的燃料且可大型化的優(yōu)勢主要用于火力、核能發(fā)電，但其設(shè)備過于龐大只能固定在地面使用；燃?xì)廨啓C以其體積小、重量輪、功率大且便于大型化的優(yōu)勢既用大型機車和艦船，又用于火力發(fā)電，用于航空時即成為噴氣發(fā)動機，但其受耐熱材料及冷卻技術(shù)的限制，實際工作燃?xì)鉁囟容^低，熱效率也較差且扭矩較小又限制了其運用范圍。在燃料使用方面，除火箭發(fā)動機使用的燃料較特殊外，其它熱機都以煤、石油、天燃?xì)膺@些化石燃料為主，因化石燃料是不可再生能源，地區(qū)分布不均，經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對此燃料的消耗逐年增加，由此造成的能源供求矛盾和環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
為進(jìn)一步提高熱機性能，緩解乃至解決能源供求矛盾和環(huán)境污染問題，尋求一種更高性能，不依靠化石燃料的熱機或替代化石燃料的熱機燃料是解決問題的有效途徑之一。
本發(fā)明是一種性能更優(yōu)越，不完全依賴化石燃料，可使用可再生能源工作的發(fā)動機，其原理、構(gòu)成、用途以下做逐一分述。
圈缸活塞輪壓氣機 “圈缸”是相對于往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的筒狀氣缸而言的，本發(fā)明的氣缸是圈狀，所以稱圈缸；“活塞輪”是相對于汽輪機的葉輪而言的，葉輪由葉片和輪機組成，本發(fā)明的活塞裝在輪機上，所以稱活塞輪。

圖1中a是圈缸的原理圖，其由金屬管繞成圈狀，在圈的外徑上切開一個口(2)，再從圈的內(nèi)徑正中徑向割出一條通口(12)而成，帶進(jìn)氣管(3)的長方體缸結(jié)(5)固定在開口(2)上對圈缸(6)起加固作用，活塞輪機(10)插入圈缸(6)內(nèi)徑并與之緊密結(jié)合且能轉(zhuǎn)動，密封環(huán)(9)從兩邊將圈缸卡在輪沿(10)上，活塞(32)從開口(1)處放入圈缸固定于輪沿上，活塞(32)呈弧形，一端有封閉的斜面，另一端開口，由螺桿(37)臥裝在輪沿上。活塞環(huán)(30)與活塞(19)一起在圈缸(6)、密封環(huán)(9)、輪沿(10)圍成的圈缸內(nèi)腔內(nèi)繞機軸(36)做圓周運動，如圖中D向所示。圖中(4)是一個與開口(2)相吻合的實心金屬體，為配合圈缸進(jìn)氣和活塞在圈缸內(nèi)的運動被切成了圖中(1)、b、c、d所示的形狀，并與連桿(27)、齒條(28)相結(jié)合構(gòu)成氣門c，氣門關(guān)閉時如圖中d所示與圈缸開口閉合，連桿(27)從缸結(jié)下的專用孔(26)穿過與圈缸開口、缸結(jié)如圖中h所示的方式結(jié)合，與連桿成一體的卡板(8)上有凸條(7)，與缸結(jié)內(nèi)的凹槽(39)相吻合，使氣門沿凹槽的方向上下運動而開合?；钊?19)在運動中其斜面與氣門斜面(17)相觸擊而未觸擊時氣門立即向上運動而打開，活塞(19)順利從圈缸開口處滑過，當(dāng)活塞平面(25)與圈缸截面(20)重合時，氣門因彈簧(42)的回彈作用而迅速關(guān)閉，活塞繼續(xù)運動，同時外界的空氣隨活塞的運動被吸入圈缸內(nèi)，原來在圈缸內(nèi)的空氣在活塞斜面(19)與氣門斜面(17)所圍成的空間內(nèi)受到壓縮，壓強增大，從氣孔(18)排出。當(dāng)活塞再與氣門相遇時氣門再開關(guān)一次，活塞再進(jìn)行下一周的吸氣和壓縮。氣門和活塞的諧調(diào)運動由機軸上的大凸輪(31)上的弧形凸起(21)在轉(zhuǎn)動中頂擊小凸輪(45)驅(qū)動扇形齒輪(35)旋轉(zhuǎn)90°，帶動齒條(28)、連桿(27)使氣門向上運動而打開，彈簧(42)回彈使氣門關(guān)閉來實現(xiàn)，因弧形凸起(21)頂轉(zhuǎn)小凸輪(45)的時間與活塞越過圈缸開口的時間相等，所以活塞與氣門不相撞。
空氣在壓縮過程中會對氣面斜面(17)產(chǎn)生向上、與圈缸相切的兩個分力進(jìn)而使氣門密封性變差而漏氣，大凸輪的壓緊環(huán)(48)在氣門關(guān)閉、連桿、齒條最靠近機軸時隨即壓住掛輪(29)使氣門緊緊壓在圈缸開口上以保持氣門不漏氣，掛輪從壓緊環(huán)開口滑出時又隨連桿上行，下次氣門關(guān)閉時又被壓緊環(huán)壓住。壓緊環(huán)(48)只是輔助部件，不需太大壓力。
圈缸活塞輪壓氣機與往復(fù)式活塞空壓機相比，因其活塞的運動沒有往復(fù)活塞的慣性制約，也無曲軸、連桿的笨重和強烈震動，所以其轉(zhuǎn)速高，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，效率高。其活塞運動一周同時完成吸氣、壓縮兩個工序，空氣流量大出許多。與離心式壓氣機相比，氣量與之相當(dāng)，但輸出空氣的壓強卻大出許多。與多級渦輪軸流式壓氣機相比雖然單缸的氣量較小，但采用多缸共軸的方式即可達(dá)到渦輪壓氣機的氣量，壓比卻大得多。
圈缸活塞輪氣動機氣動機即以氣體壓力工作的機械。圖1中f即圈缸活塞輪氣動機，其結(jié)構(gòu)與壓氣機e相同，區(qū)別是氣門(15)的形狀不同，其也由金屬體(4)切成，圈缸和缸管的直徑較大。其活塞(34)斜面端開口，另一端封閉，當(dāng)活塞(24)離開氣門(15)時，兩者之間便出現(xiàn)空間，同時壓氣機的高壓空氣從進(jìn)氣孔(23)進(jìn)入此空間與也同時供入的燃料混合燃燒，產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)馔苿踊钊?24)繞機軸(36)轉(zhuǎn)動并同時對外做功還將原存于缸管內(nèi)的廢氣從排氣管(16)排出?；钊?24)越過圈缸開口(14)時氣門(15)和壓氣機e一樣的原理開關(guān)一次。
燃?xì)馀鞚q時會對氣門(15)產(chǎn)生一個與圈缸相切的推力，這個推力通過卡板(38)都作用在了缸結(jié)(13)上，其壓緊環(huán)(41)和掛輪(40)可輔助氣門(15)承受較大的氣壓而不漏氣。因氣動機的尺寸比壓氣機大，燃?xì)庠诟坠軆?nèi)的澎漲比較大，氣體壓力利用較完全。
圈缸活塞輪氣動機與往復(fù)式活塞內(nèi)燃機相比，同樣具有震動小、效率高、轉(zhuǎn)速高、功率大出數(shù)倍的優(yōu)勢。與徑流式燃?xì)廨啓C相比，功率和扭矩都大得多。與多級軸流式燃?xì)廨啓C相比，燃?xì)夤ぷ鳒囟雀叩枚?，扭矩也大得多，僅需數(shù)個共軸的氣缸就可達(dá)到多級渦輪的功率。
圈缸活塞輪發(fā)動機見圖1中g(shù)、h、j所示，其由壓氣機e和氣動機f共用一輪軸且缸結(jié)并列組成，壓氣機活塞(32)比氣動機活塞(34)落后一個角度到達(dá)各自的缸結(jié)，即壓氣機壓縮循環(huán)末點時是氣動機的做功循環(huán)的始點時，氣動機吸入空氣和燃料的過程即是壓氣機向氣動機供氣的過程，如圖1中E向和D向所示。此時活塞(19)與氣門(1)之間的體積反映出壓氣機的壓縮比。壓氣機出口(18)與氣動機進(jìn)氣口(23)由高壓氣管(43)和閥門(44)相連，當(dāng)氣動機吸氣時閥門(44)受輪沿上的弧形凸起(33)頂觸而打開，高壓空氣準(zhǔn)時供入氣動機缸管內(nèi)，吸氣完成后弧形凸起也越過閥門，閥門受其彈簧回彈作用而關(guān)閉。
圖2中a、b是圈缸活塞輪機的外殼圖，其也是冷卻水套和機座。e、f是圈缸活塞輪機的外形圖。d是發(fā)動機潤滑密封原理圖。圖中(28)是潤滑油胎，其裝于活塞和氣缸密封環(huán)(25)上的凹槽內(nèi)，其形狀、結(jié)構(gòu)與車輪的內(nèi)胎相同，但其構(gòu)成材料不是橡膠，而是用耐熱“纖維”織成，具有耐磨和一定的滲透作用及收縮性。受彈簧(21)的擠壓和機軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力作用，潤滑油被壓入潤滑油胎(28)并使之鼓漲緊壓于氣缸壁，有力輔助活塞環(huán)(27)和密封環(huán)(25)的密封作用，同時潤滑油從胎上的滲孔滲出潤滑油“抹”于氣缸壁，保持氣缸與活塞環(huán)和密封環(huán)之間的潤滑。潤滑錐(29)受彈簧(23)作用緊壓于機軸端面上的錐孔內(nèi)連通內(nèi)管(24)和外管(22)使?jié)櫥晚樌ㄟ^而不泄漏。這種潤滑密封方式不僅節(jié)約了潤滑油還可使氣缸、活塞“絲毫”不漏氣，其也適用于圖1中氣門與圈缸開之間的密封。
圈缸活塞輪發(fā)動機可使用三種物態(tài)的燃料，使用氣體燃料時，使用和目前內(nèi)燃機相同的燃?xì)夤?yīng)和點火系統(tǒng)，使用液態(tài)燃料時也使用與目前內(nèi)燃機相同的燃油供應(yīng)和點火系統(tǒng)，也分點燃和壓燃兩種著火方式。圖2中(3)是燃料進(jìn)口，(1)是空氣進(jìn)口，其在缸管內(nèi)以對沖的方式形成渦漩混合燃燒，火花塞(2)用于點燃式發(fā)動機。當(dāng)使用煤炭、農(nóng)作物桔桿、干草、竹木枝葉，可燃性垃圾這些固體燃料時需先將其粉碎成粉末狀，這里稱之謂燃粉。圖2中c是專用于圈缸活塞輪機的燃粉供應(yīng)機和調(diào)速器。圖中(9)是氣動機上的大凸輪，其外側(cè)的齒輪(19)和摩擦條(18)都是凸起于大凸輪外表面(20)的，當(dāng)伸縮傳動桿(8)處于圖中c向所示的位置時，摩擦條(18)與摩擦傳動輪(10)處于壓緊狀態(tài)，大凸輪(9)和摩擦條(18)便帶動伸縮轉(zhuǎn)動桿(6)和齒輪(4)、(5)轉(zhuǎn)動，燃粉供應(yīng)機(7)便向氣動機內(nèi)噴注燃粉。由于摩擦條(18)較窄，其與摩擦輪(10)壓緊時間正好等于氣動機活塞吸入空氣的時間，燃粉便在這一時間供入氣動機，活塞吸氣完成后，摩擦條(18)也離開摩擦傳動轉(zhuǎn)(10)，待下次活塞再吸入空氣和燃料時也再次壓緊。傳動桿(8)由一根截面呈正方形的細(xì)桿(14)插入另一根粗管(8)構(gòu)成，粗管(8)上端又套在軸承(15)內(nèi)徑內(nèi)，軸承(15)與拉桿(11)相固定。在C向圖中向上拉動拉桿(11)時粗管(8)和傳動輪(10)也隨之上移，因摩擦條(18)是扇形，傳動輪(10)越向上移動，其受壓緊位置的摩擦條(18)弧長也越長，傳動輪(10)在同樣的壓緊時間內(nèi)轉(zhuǎn)動的周數(shù)也越多，隨之加速帶動齒輪(4)、(5)轉(zhuǎn)動，燃粉供應(yīng)量也隨之增多，發(fā)動機加速，當(dāng)拉桿(11)向下移動時發(fā)動機便減速。當(dāng)傳動輪(10)下移至下止點時，軸承(15)單獨繼續(xù)下移，拉桿上的卡環(huán)(13)會使軸承帶著粗管和傳動輪(10)離開大凸輪(9)，發(fā)動機也因無燃料供應(yīng)而停止。拉桿(11)和軸承(15)下移完全靠彈簧(12)的伸展完成，給發(fā)動機調(diào)速或起動時僅需拉動拉桿(11)即可，松開拉桿(11)后彈簧(12)會立即回彈使軸承下移至發(fā)動機停止?fàn)顟B(tài)。
圖3中a是燃粉供應(yīng)機的原理結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)齒輪(1)轉(zhuǎn)動時，錐齒輪(4)和變速齒輪(6)也隨之轉(zhuǎn)動，燃粉箱(13)內(nèi)的燃粉經(jīng)螺旋(5)供至鋼砂輪(7)的內(nèi)側(cè)(0)，加熱齒(2)的高速轉(zhuǎn)動使燃粉在摩擦中迅速變成粉塵并加熱至燃點被甩入供粉管(10)內(nèi)，從壓氣機來的高壓空氣從進(jìn)氣口(8)進(jìn)入經(jīng)鋼砂輪外側(cè)的葉輪(9)加壓輔助燃粉經(jīng)供粉管(10)噴注入氣動機。圖中(3)是軸承，E-E圖表示螺旋(5)與錐齒輪(4)的結(jié)合方式，螺旋(5)將燃粉送至錐齒輪與螺旋的間隙(11)時由扇葉狀的支撐(12)再送入下一段螺旋槽內(nèi)。彎曲的螺旋可使燃粉箱(13)置于發(fā)動機的任何位置。
圖3中b是燃粉廢氣氣灰分離器，含飛灰的廢氣從進(jìn)口(14)進(jìn)入過濾器后，廢氣穿過過濾網(wǎng)(15)從排氣口(16)排出，飛灰則存于過濾網(wǎng)(15)內(nèi)。在發(fā)動機加燃粉時同時排灰，先將灰箱蓋(17)取下蓋于排氣口(16)上，然后開動發(fā)動機用廢氣的沖擊力將飛灰從排灰口(18)吹出，再進(jìn)入專用的較大的過濾袋，排完灰后再將排灰口(17)蓋住，以防止飛灰污染。
大功率或超大功率的圈缸活塞輪發(fā)動機以圖3中A、B、C所示的多缸共軸的方式獲得。用多缸共軸壓氣機(21)大量地向燃燒室(20)供入高壓空氣與燃料混合燃燒后產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)怛?qū)動多缸共軸氣動機(19)維持壓氣機工作并對外做功。燃?xì)夤?23)通過燃?xì)忾y(24)向氣動機供入燃?xì)猓細(xì)忾y的結(jié)構(gòu)見圖3中c，當(dāng)氣動機活塞越過其缸結(jié)時，其大凸輪上的附加凸起(25)頂擊燃?xì)忾y上的小凸輪(26)使閥體(28)和氣孔(27)旋轉(zhuǎn)90°，燃?xì)饪?30)被閥體(28)堵住，待氣動機活塞越過缸結(jié)后，附加凸起(25)離開小凸輪(26)，受扭轉(zhuǎn)彈簧(29)的回彈作用，閥體回轉(zhuǎn)90°，燃?xì)饪?30)和氣孔(27)又接通，燃?xì)饫^續(xù)進(jìn)入氣動機。壓氣機出口處(22)都有自動閥門以防止高壓空氣回流入壓氣機。
圖1中所示的圈缸活塞輪發(fā)動機的特點是一臺壓氣機配一臺氣動機，燃料在圈缸內(nèi)燃燒，所以稱之謂1配1缸燃式，圖3中所示的圈缸活塞輪發(fā)動機是多臺壓氣機配多臺氣動機，燃料在燃燒室內(nèi)燃燒，所以稱之謂多配多室燃式，因其是6臺壓氣機配6臺氣動機，又稱6配6室燃式。室燃式進(jìn)入氣動機的僅是燃?xì)?，也可將圖3中的6臺氣動機改成與壓氣機尺寸相同的8臺代替，這可使整臺發(fā)動機的直徑相等，稱之謂6配8室燃式。
多配多室燃式燃料在燃燒室和燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)燃燒時間較長，空氣供應(yīng)也很充足，其適合使用煤、柴油、植物油、可燃性垃圾這些燃點較高，燃燒速度較慢的燃料。而1配1缸燃式較適合使用農(nóng)作物桔桿、竹木枝葉、汽油、生物酒精、燃?xì)膺@些燃點較低，燃燒速度較快的燃料。
多配多室燒式的活塞輪是星形結(jié)構(gòu)，如圖4中g(shù)所示，這使活塞(3)在并列的圈缸a、b、c、d、e、f中轉(zhuǎn)動時依次落后相同的角度到達(dá)各自的缸結(jié)(1)，圖中實線(2)表示壓氣機的活塞斜面，從左至右，后一個圈缸活塞斜面總是落后60°到達(dá)缸結(jié)，虛線(4)表示氣動機活塞的平面，也是落后60°到達(dá)缸結(jié)。這種結(jié)構(gòu)和工作方式可使壓氣機平穩(wěn)地輸出高壓空氣，氣動機平穩(wěn)輸出扭矩。
1配1缸燃式圈缸活塞輪發(fā)動機與單缸往復(fù)式活塞內(nèi)燃機相比，若其吸氣工序氣量相等，圈缸活塞輪機功率則大出數(shù)倍，且扭矩平穩(wěn)，熱效率高，體積只與往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的曲軸箱相當(dāng)，質(zhì)量只有往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的1/2-2/3。圖2中g(shù)、h是其體積比較圖。多配多室燃式圈缸活塞輪機與燃?xì)廨啓C相比，若尺寸和質(zhì)量相當(dāng)，多配多室燃式圈缸活塞輪機的空氣流量只有燃?xì)廨啓C的40％-50％，燃?xì)廨啓C受耐熱材料和冷卻技術(shù)的限制，渦輪前溫度較低，只有15％-30％的空氣流量參與了燃燒，其余的空氣都用于冷卻了，而多配多室燃式圈缸活塞輪機全部空氣流量都參與了燃燒，且燃?xì)鉁囟扔指叩枚?，所以多配多室燃式圈缸活塞輪機熱效率高，扭矩大，功率重量比并不亞于燃?xì)廨啓C。圈缸活塞輪機的氣動機造價比燃?xì)鉁u輪低得多，所以其成本也低得多。圈缸活塞輪機可使用固體燃料，其可替代體積龐大的蒸氣輪機用于火力發(fā)電。
圈缸活塞輪機的燃?xì)鉁囟容^高，空氣和燃料消耗率較高，機身發(fā)熱較嚴(yán)重，也易產(chǎn)生NOx，使用固體燃料時飛灰對氣動機氣缸有所損傷，圈缸活塞輪機將水套產(chǎn)生的高溫水和蒸汽噴入燃燒室或燃?xì)夤軈⑴c燃?xì)庾龉?，因氣動機的澎漲比較大，排出廢氣溫度也較低，這不僅緩解了上述問題還提高了效率和扭矩。
太陽能圈缸活塞輪發(fā)動機 見圖4中h是集熱器，聚光鏡(9)將陽光聚集在熱交換管(7)的凹槽(12)內(nèi)產(chǎn)生1000℃左右的溫度，凹槽(12)與熱交換片(11)同時對管內(nèi)的高壓空氣或水加熱，產(chǎn)生的高壓高溫空氣或蒸汽直接供入多配多圈缸活塞輪氣動機和燃?xì)夤軆?nèi)驅(qū)動氣動機工作，壓氣機同時向熱交換管進(jìn)氣口(13)供氣。也可不用壓氣機，由氣動機帶動噴水泵將水從噴水嘴(14)噴入熱交換管(7)內(nèi)。圖中(8)是兩片條形的光伏電池，受陽光照射時其產(chǎn)生的電流可控制伸縮機(10)電路的轉(zhuǎn)向開關(guān)而使伸縮機帶動反光鏡轉(zhuǎn)動至熱交換管的影子照至光伏電池上時止，這可使集熱器隨太陽轉(zhuǎn)動，陽光焦點始終在凹槽(12)內(nèi)。此種太陽能圈缸活塞輪發(fā)動機體積小、起動快、效率高、造價相對較低，可隨陽光的強弱自動起動和停止，適合置于屋頂對居民家庭熱電并供，置于列車頂上直接驅(qū)動火車，也可多臺集中將發(fā)電機連接與風(fēng)力發(fā)電配合，白天、晴天時將水抽至高處，晚上和陰天時放水發(fā)電，稱之謂風(fēng)光電站。
圈缸活塞輪航空傾轉(zhuǎn)旋翼發(fā)動機 圈缸活塞輪發(fā)動機的功率重量比并不亞于燃?xì)廨啓C，且扭矩大，耗油率低于目前所有的航空發(fā)動機，所以其可用于航空器。圖4中j是一臺4配4室燃式圈缸活塞輪機，發(fā)動機起動后合并離合器(31)，通過齒輪(30)、(24)帶動同軸的風(fēng)扇(25)和傾轉(zhuǎn)變速器(29)轉(zhuǎn)動，使旋翼(27)工作?？諝鈴倪M(jìn)氣口(28)進(jìn)入后經(jīng)風(fēng)扇(25)加壓進(jìn)入機殼(20)內(nèi)，一部分被壓氣機進(jìn)氣口(19)吸入，另一部分從散熱片(6)的間隙流出，廢燃?xì)鈴膹U氣口(5)排出。(18)是潤滑油錐，(17)是潤滑油箱。傾轉(zhuǎn)變速器內(nèi)的傾轉(zhuǎn)變速齒輪見圖中k所示，無論軸(26)、(21)是轉(zhuǎn)動還是靜止?fàn)顟B(tài)，軸(26)都可繞軸(23)做往復(fù)轉(zhuǎn)動，這一往復(fù)轉(zhuǎn)動由液壓缸(15)的伸縮來完成，(16)是液壓油泵，由軸(21)、齒輪(22)帶動工作。
低亞音速的螺旋漿飛機和亞音速的漿扇飛機都可運用圈缸活塞輪傾轉(zhuǎn)旋翼發(fā)動機，其可多臺并列裝于飛機兩側(cè)的固定翼上。傾轉(zhuǎn)變速器裝于發(fā)動機進(jìn)氣口(28)的飛機升降時需使旋翼向上傾轉(zhuǎn)90°，裝于排氣口(5)的飛機則需使旋翼向下傾轉(zhuǎn)90°，平飛時軸(26)與發(fā)動機軸平行。
圈缸活塞輪沖壓噴氣發(fā)動機 見圖5中a所示，其由圈缸活塞輪噴氣發(fā)動機和沖壓發(fā)動機組合而成。發(fā)動機工作時起動動力機(19)，然后合并離合器(18)帶動多缸共軸壓氣機(16)轉(zhuǎn)動，空氣從進(jìn)出口(13)進(jìn)入經(jīng)壓氣機(16)壓縮后再經(jīng)高壓氣管(17)供入燃燒室(14)與燃料混合燃燒后噴出，發(fā)動機垂直升空，到達(dá)一定高度后關(guān)閉閥門(15)，同時打開閥門(4)空氣和燃料改供入燃燒室(5)點燃噴出，發(fā)動機平飛或斜向爬升，待達(dá)到超音速時噴嘴(6)向沖向燃燒室(8)內(nèi)噴射燃料，發(fā)動機以最高的速度飛行。當(dāng)爬升至空氣稀薄不足以維持發(fā)動機正常工作的高度時，從液氧儲箱供來的液氧進(jìn)入管道(1)穿過發(fā)動機機殼上的條形水套(12)到壓縮機(22)內(nèi)，經(jīng)加壓后再經(jīng)高壓液氧管(2)分成兩路，一路與動力機的定時供氣閥(21)相接向氣動機內(nèi)定時供氧取代空氣維持動力機的工作，同時斷開離合器(18)，另一路與高壓氣管(17)相接向燃燒室(5)內(nèi)供氧繼續(xù)產(chǎn)生噴氣推力使發(fā)動機在超常的高度飛行或直接沖出大氣層進(jìn)入太空。這時動力機僅驅(qū)動電機(23)和循環(huán)水泵(20)，維持發(fā)動機電控系統(tǒng)的供電和使冷卻液在動力機水套(19)，散熱管(10)，燃燒室水套(7)內(nèi)循環(huán)。在空氣中飛行時空氣從進(jìn)氣口(12)隨沖壓進(jìn)入機殼內(nèi)，再從機殼尾端的出口排出實現(xiàn)對散熱器(10)上的散熱片換熱，在大氣層外飛行時由從水套(10)內(nèi)穿過的液氧管(1)對冷卻液吸熱冷卻。當(dāng)發(fā)動機再入大氣層后關(guān)閉液氧供應(yīng)管路，重新合并離合器(18)，發(fā)動機又以空氣維持飛行。垂直降落時關(guān)閉燃燒室(5)，重開燃燒室(14)，發(fā)動機垂直落地。
發(fā)動機靜止或低速飛行時氣門調(diào)節(jié)片(11)上的圓孔與進(jìn)氣口(3)是重合的，發(fā)動機高速飛行時受沖壓的作用，調(diào)節(jié)片(11)的前端受壓使調(diào)節(jié)片向后移動，其圓孔與動力機和壓氣機進(jìn)氣口錯開，如圖中b所示的狀態(tài)，使動力機和壓氣機進(jìn)氣口變小，當(dāng)發(fā)動機低速時調(diào)節(jié)片(11)受其尾部彈簧的回彈作用又使其圓孔與動力機和壓氣機進(jìn)氣口重合，這可使動力機、壓氣機無論在發(fā)動機高速還是低速飛行時都保持一致的進(jìn)氣量，不會因發(fā)動機高速飛行時沖壓過大而使圈缸機無法工作。發(fā)動機整個飛行過程中，圈缸活塞輪噴氣發(fā)動機燃燒室都處于工作狀態(tài)，且噴出的燃?xì)鉁囟仍?200℃以上，所以沖壓燃燒室勿需預(yù)燃室、點火器和火焰穩(wěn)定器。
圈缸活塞輪噴氣發(fā)動機的空氣流量取決于其壓氣機的尺寸、缸數(shù)，與相當(dāng)質(zhì)量和尺寸的渦噴發(fā)動機相比其空氣流量只有渦噴發(fā)動機的40％-50％，但其壓比要高出數(shù)倍，且空氣都全部參與了燃燒，燃?xì)鉁囟纫哺叱鲈S多，其動力機比燃?xì)鉁u輪效率高，所以其推力，推重比，耗油率均優(yōu)于渦噴發(fā)動機，其構(gòu)成材料與內(nèi)燃機相當(dāng)，造價也低得多。目前的渦噴沖壓發(fā)動機在3馬赫以上的速度時需關(guān)閉渦噴發(fā)動機，渦噴發(fā)動機成了個負(fù)重設(shè)備，圈缸活塞輪噴氣發(fā)動機在沖壓發(fā)動機中始終處于工作狀態(tài)，所以其高度飛行時推力也顯著大于渦噴沖壓發(fā)動機。由于其便于小型化，很適合作為微型航空器的動力，大型化后與火箭沖壓發(fā)動機一樣用于導(dǎo)彈。
圖5中c、d是單臺圈缸活塞輪壓氣機與同直徑的單級渦輪壓氣機的體積比較圖。(9)是動力機廢氣排出管。
圈缸活塞輪渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動機 見圖5中e所示，發(fā)動機起動時先起動動力機(40)，同時(39)處的液壓油泵也開始工作，驅(qū)動液壓油缸(29)收縮，彎折桿(31)受連桿(30)牽拉帶動燃燒室(34)和彎曲管(35)向下彎曲90°，此時合并離合器(42)，齒輪(43)隨即帶動壓氣機(45)和風(fēng)扇(47)轉(zhuǎn)動壓縮空氣經(jīng)擴(kuò)壓器(37)直接供入燃燒室(34)與燃料混合燃燒產(chǎn)生其所能達(dá)到的最高溫度的高壓燃?xì)庀虻孛鎳姄?，風(fēng)扇(47)產(chǎn)生的一部分高速空氣從外涵道(46)向后噴出，發(fā)動機垂直略向前升空。到達(dá)一定高度后液壓油泵(39)使油缸(29)、連桿(30)，彎折桿(31)伸展90°，發(fā)動機隨即高速平飛或斜向爬升。當(dāng)爬升至空氣稀薄使發(fā)動機不能正常工作的高度時，液態(tài)氧進(jìn)入供氧管(26)穿過處于外涵道內(nèi)的條形水套(28)再經(jīng)供氧泵(39)加壓分成兩路，一路供入動力機維持動力機驅(qū)動發(fā)電機，液冷循環(huán)泵(39)的正常工作，另一路(38)供入擴(kuò)壓器(37)代替空氣維持燃燒室(34)繼續(xù)噴氣，與此同時液壓油泵(39)驅(qū)動油缸(24)伸展關(guān)閉氣門(25)堵實空氣進(jìn)口(27)，防止完全氣化了的純氧漏出擴(kuò)壓器(37)，離合器(42)也在此時斷開。發(fā)動機以更快的速度在超常的高度飛行或沖出大氣層進(jìn)入太空飛行。當(dāng)發(fā)動機再入大氣層時關(guān)閉液氧供應(yīng)，打開氣門(25)，合并離合器(42)再以空氣維持發(fā)動機工作，降落時彎曲管(35)再向下彎轉(zhuǎn)90°，發(fā)動機垂直略向前落地。
圖中(39)處的冷卻液循環(huán)泵功率較大，其使冷卻液從風(fēng)扇和壓氣機靜葉內(nèi)的通道(44)流過，再經(jīng)管道(41)、動力機水套(40)、燃燒室水套(34)，管道(32)、泵體(39)、管道(36)、內(nèi)涵道條形水套(28)回流至靜葉通道(44)，這一循環(huán)線路可將高壓壓氣機壓縮空氣時產(chǎn)生的熱量、動力機需散出的熱量、燃燒室(34)冷卻散出的熱量全部傳給外涵道(46)內(nèi)流動的空氣，這不僅使外涵道噴口的推力增大，發(fā)動機發(fā)熱部件得到冷卻，還可使壓氣機壓縮空氣時“增壓不升溫”，明顯提高壓氣機的效率。其使用的冷卻液可以是水、氨或弗利昂。壓氣機在此條件下產(chǎn)生的“常溫高壓”空氣供入燃燒室后還可使燃料在較低的溫度條件下完全燃燒，可顯著減少NOx的產(chǎn)生。
圖中(50)所示的機軸是固定不動的，風(fēng)扇(47)和壓氣機(45)的每級葉片和輪盤是整體結(jié)構(gòu)，(49)是軸承，輪間傳動齒輪(48)與輪盤兩側(cè)的錐齒輪(51)齒合，傳動齒輪(48)前邊的錐齒輪直徑總是比后邊的錐齒輪略大，動力機齒輪(43)驅(qū)動最后一級葉輪時，使葉輪從前至后逐級加速，從后至前逐級減速，且逐級轉(zhuǎn)動方向相反，稱之謂“逐級變速對轉(zhuǎn)”風(fēng)扇、壓氣機，這種結(jié)構(gòu)和工作方式可使空氣流量與葉輪圓周速度保持正比，從而提高壓氣機的效率并有效防喘振。
圖中(33)是電動噴油泵和點火器線圈，由(39)處的發(fā)電機供電工作。(32)所在的空間也是電線和油管所過的位置，其都是軟管以適應(yīng)彎曲管(35)的彎轉(zhuǎn)。
目前的渦扇發(fā)動機是多軸壓氣機結(jié)構(gòu)，在加力狀態(tài)時空氣才較完全地參與燃燒且燃?xì)鉁囟仍?700℃以下，工作時間也很短，空氣在流經(jīng)燃燒室和渦輪時受阻礙較大，推力不足200千牛，推重比略過10，耗油率也遠(yuǎn)高于內(nèi)燃機，需使用造價昂貴的材料制造。而圈缸活塞輪渦扇發(fā)動機內(nèi)氣道通暢，壓氣機高效，空氣流量顯著大于目前的渦扇發(fā)動機，空氣全部參與燃燒，燃?xì)鉁囟纫脖饶壳皽u扇發(fā)動機高得多，圈缸活塞輪機替代渦輪驅(qū)動風(fēng)扇和壓氣機的效率與內(nèi)燃機相當(dāng)，低速或慢車狀態(tài)時僅靠排空推力就可維持發(fā)動機飛行。與相同尺寸和質(zhì)量的渦扇發(fā)動機相比，圈缸活塞輪渦扇發(fā)動機的推力，推重比、耗油率均優(yōu)越數(shù)倍，其整機都可用合金鋼制造，所以其造價也低得多，因其能使用液氧助燃升限也遠(yuǎn)大于渦扇發(fā)動機，還可始終保持滿載狀態(tài)巡航。
垂直升降，矢量噴管、圈缸活塞輪渦輪風(fēng)扇空氣火箭 見圖5中f所示，其由一級后掠葉片風(fēng)扇(55)、兩臺圈缸活塞輪后掠葉片渦輪壓氣機(80)，共用燃燒室(67)和一臺沖壓噴氣發(fā)動機(72)組合而成。發(fā)動機靜止時，調(diào)節(jié)梭(53)處于前伸狀態(tài)，圓板形氣門(64)與機軸(62)垂直即關(guān)閉狀態(tài)，發(fā)動機工作時先起動擴(kuò)壓器(59)內(nèi)的圈缸活塞輪動力機(40)，合并離合器(42)，前后兩臺渦輪壓氣機(80)開始工作，空氣從進(jìn)氣口(83)進(jìn)入前一臺壓氣機(80)，從進(jìn)氣口(82)進(jìn)入后一臺壓氣機，兩臺壓氣機產(chǎn)生的“常溫高壓”空氣在擴(kuò)壓器(59)內(nèi)轉(zhuǎn)化為靜壓后從輻射狀的氣管(60)供入總空氣管(63)，分成兩路分別供入前“U”形燃燒室(56)和后“U”形燃燒室(70)與燃燒混合燃燒垂直向地面噴射，風(fēng)扇(55)由前臺壓氣機內(nèi)的輻射軸(54)和齒輪(81)帶動工作，壓縮空氣從外涵道噴口(69)噴出，發(fā)動機垂直略向前升空，到達(dá)一定高度后圓板形氣門(64)轉(zhuǎn)至與機軸(62)平行的狀態(tài)即打開狀態(tài)，同時關(guān)閉前后氣閥(57)、(66)，兩臺壓氣機(80)的全部空氣都供入燃燒室(67)內(nèi)與燃料混合燃燒向后噴出，發(fā)動機平飛或斜向爬升，達(dá)到超音速的過程中沖壓逐漸增大，調(diào)節(jié)梭(53)受沖壓作用也逐漸后縮至如圖中g(shù)所示的狀態(tài)，兩臺壓氣機的進(jìn)氣口(83)和(61)隨之縮小，以此保持壓氣機的進(jìn)氣量始終一致，發(fā)動機達(dá)到超音速后沖壓燃燒室(72)開始工作，發(fā)動機以更高的速度飛行，到達(dá)空氣稀薄的高度后也使用液氧在燃燒室(67)內(nèi)維持噴氣和動力機(40)的轉(zhuǎn)動使發(fā)動機沖出大氣層。再入大氣層后關(guān)閉液氧供應(yīng)又以空氣維持發(fā)動機工作，垂直降落時關(guān)閉氣門(64)，打開氣閥(57)、(66)，打開前后“U”燃燒室(56)、(70)，發(fā)動機垂直落地。發(fā)動機減速過程中調(diào)節(jié)梭(53)因沖壓減小，受彈簧(52)的回彈作用也逐漸向前伸。在空氣中的整個飛行過程中，壓氣機(80)和燃燒室(67)始終處于工作狀態(tài)，所以沖壓燃燒室內(nèi)也勿需預(yù)燃室、點火器和火焰穩(wěn)定器。
發(fā)動機的冷卻液分成兩個回路，第一路從前擴(kuò)壓器(59)內(nèi)的循環(huán)泵(39)始，經(jīng)輻射狀管(78)，前“U”形燃燒室水套(77)，外涵道散熱管(73)，管道(74)，壓氣機靜葉通道(44)、動力機水套(40)回至循環(huán)泵(39)；第二路從后擴(kuò)壓器內(nèi)的循環(huán)泵(39)始經(jīng)燃燒室水套(68)、沖壓燃燒室水套(71)、熱液管(75)、外涵道散熱管(76)、管道(79)、壓氣機靜葉通道(44)、后動力機水套(40)回至其循環(huán)泵。這兩路循環(huán)管道將發(fā)動機內(nèi)的需散熱量傳給外涵道內(nèi)的空氣使之加溫噴出。
圖5中h是發(fā)動的矢量噴管，其前端呈倒“T”形，裝在飛機的頭部，后端是一根直管道的兩端垂直向下安裝著兩噴口，裝在飛機兩翼尖端下方，前后端由一根管道相通，其進(jìn)氣口(58)與發(fā)動機總空氣管(63)相接，飛機在起飛和飛行過程中，空氣總管(63)內(nèi)的高壓空氣經(jīng)進(jìn)氣口(58)供入矢量噴管，單獨打開噴管上各出氣口的氣門，空氣隨即噴出，如圖h中箭頭所示，其可使飛機在空中如圖j、k中箭頭所示靈活地左偏、右偏、左轉(zhuǎn)180°-360°、右轉(zhuǎn)180°-360°、左移、右移、左滾、右滾、低頭的機動動作，配合前后“U”形燃燒室還可使飛機做抬頭、后空翻、抬尾、前空翻動作，將噴口(65)向前旋轉(zhuǎn)90°或加噴燃料點燃可使飛機后退，也可用于降落時減速，同時使用前后“U”形燃燒室可使飛機在空中懸停。使用這種矢量噴管的飛機勿需尾翼，重心可略向后，如圖中j所示。
此發(fā)動機的長度和質(zhì)量是圈缸活塞輪渦扇發(fā)動機的2倍，直徑與之相當(dāng)，在高速飛行時其推力卻是圈缸活塞輪渦扇發(fā)動機的3倍，可與運載火箭相比，所以稱之謂空氣火箭。其既可用合金鋼制造，也可用鈦合金和復(fù)合材料制造，適用于高超音速飛行器和空天飛機。
本發(fā)明的積極效果有如下數(shù)個方面1、其促進(jìn)了熱機性能的提高，打破了目前熱機以化石燃料為主的局面，可有力提高燃料的利用率，緩解乃至解決能源供求矛盾。圈缸活塞輪系列發(fā)動機具熱效率高，扭矩大、體積小、重量輪、功率大、不拘燃料物態(tài)，可用于航空航天、造價低等眾多優(yōu)點，若將交通運輸中的機車、艦船、亞音速飛機在換發(fā)動機后使用可再生的植物油和生物酒精，用太陽能圈缸活塞輪發(fā)動機產(chǎn)生電能或氫燃料，可使少化石燃料的地區(qū)勿需再進(jìn)口化石燃料，而無化石燃料的地區(qū)少進(jìn)口化石燃料僅用于化工。從而大大緩解能源供求矛盾，加之圈缸活塞輪發(fā)動機和可再生能源的大量生產(chǎn)及節(jié)能技術(shù)的提高，最終解決能源供求矛盾和環(huán)境污染問題。
2、其將促成能源開發(fā)和利用的新局面。目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的能源需求主要靠化石能源支持，不得不容忍其儲量有限，地區(qū)分布不均、環(huán)境污染較嚴(yán)重、不能支持經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的缺陷，圈缸活塞輪系列發(fā)動機可直接使用可再生能源，而可再生能源無化石能源的缺陷，可有力支持經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和環(huán)境改善，這必將形成以可再生能源為主，產(chǎn)量不斷增加，化石能源為輔并提高化石能源利用門檻的能源開發(fā)和利用新局面。
3、其將有力促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和農(nóng)村生活的進(jìn)步。圈缸活塞輪系列發(fā)動機使用的可再生能源的農(nóng)作物桔桿、干草、竹木枝葉、植物油、生物酒精、沼氣等都來之于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村，加之荒山、丘陵和沙化地帶又可架設(shè)大量的圈缸活塞輪風(fēng)光電站，農(nóng)村將成為新的能源供應(yīng)基地，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的機械動力和農(nóng)村生活中的電力需求也勿需外購，隨之而產(chǎn)生農(nóng)民收入大大增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，農(nóng)村生活水平進(jìn)一步提高的良好景象。
4、其將使機車和航空器的性能再上一個臺階。用體積與暖水瓶相當(dāng)?shù)娜Ω谆钊啺l(fā)動機改裝目前的自行車，不僅可以動力和人力交替使用，還可如自行車一樣被人力提起，這比目前重量較重和價格較高的電動自行車和機動摩托車都輕便和實用。用圈缸活塞輪噴氣發(fā)動機改裝目前的汽車可實現(xiàn)汽車空陸兩用。使用圈缸活塞輪發(fā)動機的大型機車和艦船不僅功率更大，還可使運營成本降低。使用圈缸活塞輪傾轉(zhuǎn)旋翼發(fā)動機的直升飛機的載重量、飛行速度及航程都是目前直升飛機的數(shù)倍。使用圈缸活塞輪系列噴氣發(fā)動機的民航飛機的載客量、飛行速度、航程也是目前民航飛機的數(shù)倍，還因其有垂直升降功能、安全系數(shù)也大大提高，運營成本也大大低于目前的民航飛機。
使用圈缸活塞輪系列噴氣發(fā)動機的軍用戰(zhàn)斗飛機除其造價和耗油率遠(yuǎn)低于目前的軍用戰(zhàn)斗飛機外還具有以下優(yōu)勢(1)、垂直升降、空中懸停。由其垂直噴口和矢量噴管控制實現(xiàn)。
(2)、彈機合一，大載重量。即飛機和飛機上導(dǎo)彈都使用的是具有垂直升降功能的圈缸活塞輪系列的噴氣發(fā)動機，飛機起飛時和飛行中導(dǎo)彈發(fā)動機使用飛機油箱內(nèi)的燃油輔助飛機發(fā)動機使飛機近似空載地飛行，導(dǎo)彈發(fā)射后其發(fā)動機改用導(dǎo)彈燃料箱內(nèi)的燃料自主飛行。這可大大提高戰(zhàn)機的總推重比，加之其發(fā)動機推力和推重比是目前飛機發(fā)動機的數(shù)倍，其載重量便遠(yuǎn)超過目前的戰(zhàn)機。對于無人戰(zhàn)機而言，飛機也就是導(dǎo)彈束，導(dǎo)彈束即飛機，即彈機合一。
(3)、高超音速。其發(fā)動機推力不亞于運載火箭，加之彈機合一，若材料允許，其飛行速度可輕松超過6馬赫。
(4)、超常機動。其垂直噴口配合大推力矢量噴管使飛機廢棄了傳統(tǒng)的氣動控制設(shè)備，不存在過失速的問題，能完成目前戰(zhàn)機不能完成的多種機動動作。
(5)、遠(yuǎn)超視距打擊目標(biāo)。圈缸活塞輪系列噴氣發(fā)動機的推力、推重比、耗油率皆優(yōu)于目前的導(dǎo)彈發(fā)動機，其載油量、速度和射程也相應(yīng)超過目前的導(dǎo)彈，加之大推力矢量噴管產(chǎn)生的超常機動性能，無論是打擊還是躲避攔截能力都優(yōu)于目前的導(dǎo)彈。目前的導(dǎo)彈是超視距射程，那圈缸活塞輪發(fā)動機導(dǎo)彈自然是遠(yuǎn)超視距射程。
(6)、空天重復(fù)使用。因其發(fā)動機可使用液氧助燃，使飛機既可在空氣中、也可在太空中飛行，這種飛機可在兩小時左右到達(dá)地球任何地方，也可用于發(fā)射航天器和超高空偵察。在飛機從太空返回地面穿入大氣層的過程中，用其垂直噴口的強大推力輔助大面積機翼使飛機以不使機身過熱的速度水平降落并直接飛回基地，從而真正實現(xiàn)空天飛機的廉價和重復(fù)使用。
具體實施例方式
圖1、圖2是1配1(1P1)式圈缸活塞輪發(fā)動機的實施例。圖1中g(shù)、h、j所示，壓氣機e與氣動機f并列裝于輪機(10)上，氣動機缸結(jié)(13)和壓氣機缸結(jié)(5)的外平面平行，其氣門連桿(27)、齒條(28)、扇形齒輪(35)、大凸輪(31)分別位于其所在的機軸(36)端側(cè)，壓氣機進(jìn)氣管(3)和氣動機排氣管(16)在缸結(jié)上的位置相對。連接壓氣機出氣口和氣動機進(jìn)氣口的高壓氣管(43)和閥門(44)處于兩缸體之間，頂擊閥門(44)的弧形凸起(33)始端與氣動機活塞(34)平面軸向?qū)R，末端與壓氣機活塞(32)的斜面尖端軸向?qū)R。壓氣機活塞(32)落后于氣動機活塞(34)到達(dá)其缸結(jié)的角度等于壓氣機排氣始活塞所在位置與氣動機吸氣始活塞所在位置的夾角。壓氣機支撐環(huán)(49)(見30處49所示)和氣動機支撐環(huán)(50)都緊靠其輪機的輪沿(10)和(12)。圖2中a、b所示，發(fā)動機的水套兼外殼(30)呈與圈缸主機相適應(yīng)的圓形，其平底機座(31)與機殼(30)相切，機殼(30)由與機座(31)底面平行的直徑沿軸向分開的兩部分安裝而成。托撐(32)托住主機上的支撐環(huán)(圖1中49)將主機的圈缸密封在機殼(30)內(nèi)，缸結(jié)、氣門連桿、齒條、扇形齒輪、大凸輪均不機殼內(nèi)。氣動機端的四根與機軸(36)平行的四根橫撐(33)一端角度相等地與機殼相連，另一端與軸承套(35)上的四個立撐(34)垂直相連，托住機軸(36)，壓氣機端的四根橫撐(37)也與所在端的軸承套(44)上的立撐(45)垂直相接托住機軸(36)。冷卻風(fēng)扇(38)裝于機軸(36)的壓氣機端(43)處，散熱器(40)緊靠風(fēng)扇(38)。潤滑油管(39)在壓氣機端，潤滑油錐(41)底面的彈簧(23)固定于散熱器(40)上，錐尖插入機軸端面的錐孔內(nèi)。起動機(42)、軸流式增壓機(46)，冷卻循環(huán)泵(49)都裝于氣動機機殼上，與機軸(36)垂直，以錐齒輪(47)與氣動機的大凸輪(48)邊緣齒合。發(fā)動機的燃料供應(yīng)機(7)裝于氣動機進(jìn)燃料口處的橫撐(33)和立撐(34)上由氣動機大凸輪(9)驅(qū)動。
圖3是多配多式圈缸活塞輪發(fā)動機的實施例。圖中壓氣機(21)和氣動機(19)共機軸，都是每兩個缸共用一個水套機殼和柱狀輪機，各自的大凸輪，氣門連桿、齒條、扇形齒輪位于軸向的兩側(cè)。每個機殼兩側(cè)的底撐(32)與機殼相切又與缸結(jié)的豎面平行，使氣動機和壓氣機置于兩條平行的角鋼(31)的平面上，用螺桿、螺冒(39)固定。托撐機軸(38)兩端的軸承套(37)通過伸向兩角鋼的弧形支架也用螺桿、螺冒(39)固定在角鋼(31)上，燃燒室(20)、起動機(35)、冷卻循環(huán)泵(40)、燃料供應(yīng)機(36)繞機軸固定于與之適應(yīng)的開口朝向底部角鋼(31)并固定在角鋼上的“U”形支架(41)內(nèi)，處于壓氣機組和氣動機組之間。每個壓氣機出口(22)都與高壓氣管(34)相連，高壓氣管出口與燃燒室(20)相接。燃?xì)夤?23)一端與燃燒室(20)相連，另一端分出多個分支接于每個氣動機的燃?xì)忾y(24)與氣動機進(jìn)氣口相通。潤滑油錐(33)處于壓氣機端的機軸端面上。
權(quán)利要求
1.圈缸活塞輪發(fā)動機也是內(nèi)燃機，依靠空氣和燃料在氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)馔苿踊钊跉飧變?nèi)運動而工作，其特征是其氣缸是金屬管制成的圈形，即圈缸，圈缸的外徑上有一個開口，長方體中空的缸結(jié)的一個面與開口對接相通固定于開口上，吸入空氣或排出廢氣的氣管固定于缸結(jié)的一個面上與缸結(jié)相通，與圈缸相切，氣門的形狀與圈缸開口的形狀相吻合并能堵實開口且有一個使氣體徑向進(jìn)出圈缸的斜口，與圈缸直徑平行的氣門連桿一端連著氣門的一側(cè)，另一端穿過缸結(jié)伸向機軸，與氣門連桿平行的齒條在靠近機軸處與連桿相接并緊靠缸結(jié)，活塞呈與圈缸內(nèi)腔相適應(yīng)的弧形，臥裝于柱形輪機沿上，在圈缸內(nèi)腔內(nèi)繞輪機機軸做圓周運動，機軸上的大凸輪與圈缸直徑平行，驅(qū)動裝于圈缸上的扇形齒輪帶動齒條和連桿及氣門做與活塞相諧調(diào)的往復(fù)運動，實現(xiàn)活塞在圈缸內(nèi)壓縮空氣或接受燃?xì)馀鞚q轉(zhuǎn)動做功，專用于壓縮空氣的圈缸活塞輪機是壓氣機，專用于燃?xì)馀鞚q做功的圈缸活塞輪機是氣動機，每臺圈缸活塞輪發(fā)動機都由壓氣機和氣動機組成，且氣動機的尺寸比壓氣機略大，裝氣、液態(tài)燃料供應(yīng)系統(tǒng)的圈缸活塞輪發(fā)動機使用氣、液態(tài)燃料，裝螺旋供粉機的圈缸活塞輪機使用粉狀固體燃料，其潤滑都采用壓力密封潤滑方式；圈缸活塞輪發(fā)動機與太陽能集熱器組合即成為太陽能圈缸活塞輪發(fā)動機，與飛機旋翼和傾轉(zhuǎn)變速箱組合即成為圈缸活塞輪航空傾轉(zhuǎn)旋翼發(fā)動機，與多缸共軸圈缸活塞輪壓氣機和沖壓發(fā)動機組合即成為航空用圈缸活塞輪沖壓噴氣發(fā)動機，與軸流式多級渦輪壓氣機和風(fēng)扇組合即成為圈缸活塞輪渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動機，與渦輪風(fēng)扇壓氣機和沖壓發(fā)動機組合即成為圈缸活塞輪渦輪風(fēng)扇空氣火箭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圈缸活塞輪發(fā)動機，其特征是一臺圈缸活塞輪壓氣機配一臺圈缸活塞輪氣動機，其并列裝于其共用的輪機上，壓氣機出氣口與氣動機進(jìn)氣口以高壓氣管相連接，其各自的大凸輪、扇形齒輪、齒條、氣門連桿裝于各自圈缸的外側(cè)即其圈缸所在側(cè)的機軸端側(cè)，壓氣機活塞落后氣動機活塞到達(dá)各自缸結(jié)的角度等于壓氣機壓縮空氣供入氣動機轉(zhuǎn)動的角度，壓氣機向氣動機定時供入空氣靠輪機輪沿上的弧形凸起頂擊高壓氣管上的氣閥實現(xiàn)，使燃料在氣動機的缸內(nèi)燃燒，發(fā)動機的機殼兼水套呈與壓氣機和氣動機組成的主機外形相適應(yīng)的圓形，其平底機座與機殼相切，機殼由與機座底面平行的直徑沿軸向分開的兩部分安裝而成，將主機圈缸密封在機殼內(nèi)，缸結(jié)、齒條、氣門連桿、扇形齒輪、大凸輪不在機殼內(nèi)，發(fā)動機機軸由與機殼兩邊均布的各四根橫撐垂直連接的兩個軸承套托住，冷卻風(fēng)扇和散熱器裝于壓氣機端，發(fā)動機的起動機、增壓器、冷卻液循環(huán)泵裝于氣動機端的機殼上，其軸都與發(fā)動機機軸垂直，由錐齒輪與氣動機大凸輪外側(cè)的邊緣齒合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圈缸活塞輪發(fā)動機，其特征是發(fā)動機由多臺壓氣機和多臺氣動機并列共用一根機軸構(gòu)成，壓氣機、氣動機都是每兩臺共用一個機殼兼水套，氣門連桿、齒條、扇形齒輪、大凸輪分別位于此機殼軸向的兩側(cè)，每個機殼都有兩個與機殼相切與缸結(jié)平行的底撐，底撐與兩條與機軸等長的角鋼相固定，使整臺發(fā)動機成為一體，發(fā)動機的起動機、冷卻循環(huán)泵、燃料供應(yīng)設(shè)備、燃燒室處于氣動機組和壓氣機組之間，并繞機軸固定，壓氣機組共用一根高壓氣管向燃燒室供應(yīng)空氣，使燃料在專用的燃燒室內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)庥梢桓細(xì)夤芊殖啥鄠€支管經(jīng)氣動機進(jìn)燃?xì)饪谔幍娜細(xì)忾y定時向多臺氣動機供應(yīng)，燃?xì)忾y的開關(guān)由每臺氣動機上大凸輪上的弧形凸起定時頂擊實現(xiàn)，發(fā)動機的機軸由軸承套向兩端角鋼伸出的弧形支撐托住，氣動機和壓氣機輪機上的多個活塞都依次落后相同角度到達(dá)各自的缸結(jié)呈星形結(jié)構(gòu)。
4.權(quán)利要求1所述的螺旋供粉機，其特征是其由數(shù)段螺旋垂直密閉連接而成，各段螺旋連接處由錐齒輪相齒合，末段螺旋的進(jìn)燃粉端與齒輪軸相連，由齒輪帶動末段螺旋轉(zhuǎn)動進(jìn)而通過錐齒輪使各段螺旋同時轉(zhuǎn)動使燃粉從燃粉箱不斷輸送到末段螺旋的出燃粉口，出燃粉口端的螺旋與圓臺狀的變速齒輪箱一端相接驅(qū)動變速箱另一端的帶齒砂輪高速轉(zhuǎn)動，與燃粉出口外殼相接的將變速箱和砂輪密閉在其內(nèi)的外殼末端邊緣的燃粉噴射出口與此外殼端面相切，此外殼上輔助高壓空氣的進(jìn)口正對砂輪的圓心。
5.權(quán)利要求1所述的壓力密封潤滑方式，其特征是在圈缸內(nèi)的活塞與缸壁之間和圈缸外的密封環(huán)與缸表面之間有一圈輪胎狀且有一定收縮性的密封胎，發(fā)動機外的潤滑油箱能產(chǎn)生一定壓力的潤滑油，經(jīng)潤滑油管、機軸一端面上的潤滑油錐和機軸內(nèi)的管路穿過輪機供入輪機沿上活塞上的密封環(huán)之間的密封胎內(nèi)，使密封胎緊壓缸壁并向缸壁滲出潤滑油。
6.權(quán)利要求1所述的太陽能圈缸活塞輪發(fā)動機，其特征是集熱器上的熱交換管的截面呈彎月形，陽光焦點投在彎月形的凹槽內(nèi)，熱交換管內(nèi)的散熱片使凹槽吸收的陽光焦熱向管內(nèi)四周傳遞以使管內(nèi)流動的空氣和蒸汽均勻加熱，多配多圈缸活塞輪發(fā)動機的壓氣機向熱交換管內(nèi)供入高壓空氣或由水泵將水經(jīng)噴嘴向熱交換管內(nèi)供入霧狀水，熱交換管內(nèi)產(chǎn)生的高溫高壓空氣或蒸汽再經(jīng)管道供入發(fā)動機的氣動機使發(fā)動機連續(xù)工作。
7.權(quán)利要求1所述的航空傾轉(zhuǎn)旋翼發(fā)動機，其特征是多配多圈缸活塞輪發(fā)動機置于筒狀機殼內(nèi)，壓氣機所在的機殼端口是發(fā)動機的總進(jìn)氣口，氣動機所在端的機殼端口是發(fā)動機的總排氣口，進(jìn)氣口端從端口始依次裝著傾轉(zhuǎn)變速齒輪箱、風(fēng)扇、離合器，壓氣機的機軸經(jīng)離合器、齒輪帶動風(fēng)扇和傾轉(zhuǎn)變速齒輪箱及與傾轉(zhuǎn)變速齒輪箱相接的傾轉(zhuǎn)旋翼軸轉(zhuǎn)動，傾轉(zhuǎn)變速齒輪箱呈橢圓形，其內(nèi)部的傾轉(zhuǎn)變速齒輪組裝于兩個對接的“U”形框內(nèi)，小框的開口端插入大框開口端，由中齒輪軸穿過將其連接并可使小框繞中齒輪軸轉(zhuǎn)動，大、小框內(nèi)各還有一根齒輪軸與中齒輪軸平行并各裝著大小兩齒輪，受發(fā)動機和離合器驅(qū)動的高速齒輪軸從大框開口相對的框壁中心穿入，其末端的小直徑錐齒輪與大框齒輪軸上的大齒輪垂直齒合，大框齒輪軸上的小齒輪又與中齒輪軸的大齒輪齒合，中齒輪軸的小齒輪又與小框齒輪軸的大齒輪齒合，小框齒輪軸的的小齒輪再與從小框開口對側(cè)框壁中點穿入的旋翼軸大齒輪垂直齒合，從而實現(xiàn)減速增大扭矩，大小框的同側(cè)裝著兩根與齒輪軸平行的支撐杠，一根靠近旋翼軸齒輪，另一根處于大框側(cè)壁的延伸部份的末端，一臺油壓伸縮機裝于兩根支撐杠上，由高速齒輪軸驅(qū)動的液壓油泵控制伸縮，從而帶動小框及旋翼軸繞中齒輪軸傾轉(zhuǎn)。
8.權(quán)利要求1所述的圈缸活塞輪沖壓噴氣發(fā)動機，其特征是其由圈缸活塞輪噴氣發(fā)動機置于沖壓噴氣發(fā)動機進(jìn)氣道內(nèi)組合而成，其共用進(jìn)氣口和尾噴管，圈缸活塞輪噴氣發(fā)動機的壓氣機即多缸共軸圈缸活塞輪壓氣機組，一端經(jīng)離合器與圈缸活塞輪發(fā)動機即動力機的機軸相接，另一端裝兩個向后和向下噴氣的燃燒室/噴口，由動力機驅(qū)動壓氣機、高壓油泵向燃燒室供應(yīng)空氣和燃料，動力機還驅(qū)動冷卻循環(huán)泵使冷卻液在動力機水套、燃燒室水套、沖壓發(fā)動機機殼上的散熱片內(nèi)循環(huán)使發(fā)動機得到冷卻，動力機還驅(qū)動液氧泵將液氧從液氧儲箱內(nèi)吸出經(jīng)散熱片和壓氣機高壓氣管供入氣動機和噴氣燃燒室，使發(fā)動機可在太空或水中工作。
9.權(quán)利要求1所述的圈缸活塞輪渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動機，其特征是風(fēng)扇和壓氣機的軸是固定的，不隨葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪和葉片是一個整體，用輪盤中心的軸承固定于機軸上，葉輪盤之間都有與葉輪直徑垂直的錐齒輪與葉輪盤齒合，使第一級葉輪至最后一級葉輪逐級增大轉(zhuǎn)速且轉(zhuǎn)動方向相反，風(fēng)扇壓縮的空氣一部分從外涵道直接噴出發(fā)動機，另一部分經(jīng)壓氣機壓縮經(jīng)擴(kuò)壓器供入液冷燃燒室與燃料燃燒直接噴出發(fā)動機，驅(qū)動壓氣機和風(fēng)扇的圈缸活塞輪發(fā)動機即動力機裝于壓氣機末級輪盤后的擴(kuò)壓器內(nèi)，其密封在壓氣機末級輪盤與其外包殼所圍成的空間內(nèi)，動力機經(jīng)離合器和齒輪驅(qū)動壓氣機末級輪盤，再經(jīng)輪盤間的錐齒輪傳動使全部葉輪轉(zhuǎn)動工作，噴氣燃燒室與擴(kuò)壓器之間由可彎曲的彎曲管相連，噴氣燃燒室與動力機外包殼之間由可彎折的彎折管相連，擴(kuò)壓器內(nèi)的高壓空氣從彎曲管和彎折管之間供入噴氣燃燒室，動力機帶動發(fā)電機經(jīng)電線驅(qū)動彎折管內(nèi)靠近噴氣燃燒室處的電動噴油泵和點火器向噴氣燃燒室內(nèi)供入燃料并點火，動力機還驅(qū)動冷卻液循環(huán)泵使冷卻液在風(fēng)扇和壓氣機靜葉內(nèi)的通道，動力機水套、噴氣燃燒室水套、外涵道內(nèi)的散熱片內(nèi)循環(huán)使其需散出的熱量傳給外涵道內(nèi)流動的空氣，動力機還驅(qū)動液氧泵將液氧儲箱內(nèi)的液氧抽出經(jīng)外涵道散熱片內(nèi)流過經(jīng)液氧泵加壓供入擴(kuò)壓器內(nèi)再至燃燒室使發(fā)動機能在太空工作，動力機還驅(qū)動液壓油泵使壓氣機出氣口處的伸縮缸帶動氣門在發(fā)動機以空氣助燃時打開，液氧助燃時關(guān)閉，使彎折管內(nèi)的伸縮缸帶動彎折管和彎曲管在發(fā)動機起落時向地面彎曲90°，發(fā)動機平飛時伸展90°。
10.權(quán)利要求1所述的圈缸活塞輪渦輪風(fēng)扇空氣火箭，其特征是其由圈缸活塞輪渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動機與沖壓發(fā)動機組合而成，兩臺圈缸活塞輪渦輪壓氣機及其共用噴氣燃燒室依次置于沖壓發(fā)動機的進(jìn)氣道內(nèi)，兩臺壓氣機壓縮的空氣由其擴(kuò)壓器上輻射狀氣管穿過沖壓進(jìn)氣道壁匯入總空氣管，經(jīng)空氣閥門控制，總空氣管內(nèi)的空氣即可供入發(fā)動機前后兩端的“U”形垂直噴氣燃燒室，也可供入共用噴氣燃燒室，還可供入與總空氣管相連的矢量噴管，發(fā)動機的風(fēng)扇輪盤呈環(huán)狀，由軸承固定于沖壓進(jìn)氣道外壁前端，由前臺壓氣機向前延伸的機軸經(jīng)齒輪驅(qū)動穿過沖壓進(jìn)氣道壁的輻射狀傳動軸末端的錐齒輪帶動工作，將風(fēng)扇和總空氣管包蓋住的外殼與沖壓進(jìn)氣道外壁構(gòu)成外涵道，外涵道的空氣不進(jìn)入壓氣機；發(fā)動機內(nèi)的動力機驅(qū)動高壓油泵向燃燒室供應(yīng)燃料，驅(qū)動冷卻循環(huán)泵將動力機水套、壓氣機靜葉通道，共用燃燒室水套，“U”形垂直噴氣燃燒室水套、沖壓燃燒室水套需散出的熱量傳給外涵道流動的空氣，動力機還驅(qū)動液氧泵將液氧供入壓氣機擴(kuò)壓器至總空氣管和共用燃燒室。
全文摘要
圈缸活塞輪發(fā)動機是一種用裝在柱狀輪機沿上的活塞在金屬管繞成的圈形的氣缸內(nèi)繞輪機機軸轉(zhuǎn)動實現(xiàn)壓縮空氣、燃?xì)馀蛎涀龉Φ膬?nèi)燃機，其輸出功率、扭矩、熱效率、體積、質(zhì)量參數(shù)均優(yōu)于目前的內(nèi)燃機和燃?xì)廨啓C，且造價低廉。其可以用目前的石油、煤、天然氣這些化石能源為燃料，也可以用農(nóng)作物秸稈、干草、竹木枝葉、植物油、沼氣、可燃性垃圾等這些可再生能源為燃料，還可用太陽光的聚焦熱能工作，其不僅可用于機車、艦船、也可用于火力發(fā)電、還可與渦輪壓氣機結(jié)合用于航空等。
文檔編號F01M1/04GK101059097SQ20061007764
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者章成誼 申請人:章成誼