本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是基于熱共振聚變堆、能在普通條件和不太高的溫度下長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行，可作為微型、小型、中型和大型動(dòng)力裝置應(yīng)用的熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

目前，公知的發(fā)動(dòng)機(jī)種類很多。發(fā)動(dòng)機(jī)是一種能夠把其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力的裝置。包括內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)等。

內(nèi)燃機(jī)，是一種通過使燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力的裝置。內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用廣泛，種類繁多。包括往復(fù)、旋轉(zhuǎn)和自由活塞式內(nèi)燃機(jī)及旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。但通常所說的內(nèi)燃機(jī)是指活塞式內(nèi)燃機(jī)。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)最為普遍。

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)是一種由許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機(jī)器，要完成能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)正常工作，必須具備的組成部分主要有曲柄連桿機(jī)構(gòu)、機(jī)體和氣缸蓋、配氣機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動(dòng)裝置等。其工作原理是將燃料和空氣混合，在其汽缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使汽缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)狻Ｈ細(xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，再通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)或其他機(jī)構(gòu)將機(jī)械動(dòng)力輸出。常見的汽油機(jī)、柴油機(jī)是典型的內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：熱能利用率高；功率范圍廣，適應(yīng)性能好；結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，體積小，燃料和水的消耗量少；使用操作方便，起動(dòng)快。其缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)和布局復(fù)雜；對(duì)燃料要求較高且對(duì)燃料的潔凈度要求嚴(yán)格；使用總儲(chǔ)量不高的化石燃料，且易燃易爆，造成火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)環(huán)境的污染也愈來愈嚴(yán)重。

外燃機(jī)，是指燃料在其外部燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)。包括蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等。

蒸汽機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力的往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。主要由汽缸、底座、活塞、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、滑閥配汽機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)和飛輪等部分組成。蒸汽機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以利用幾乎所有的燃料將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力。其優(yōu)點(diǎn)還有，具有恒扭矩、可變速、可逆轉(zhuǎn)、運(yùn)行可靠、制造和維修方便等。其缺點(diǎn)是鍋爐使整個(gè)裝置龐大笨重；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；慣性往復(fù)式運(yùn)動(dòng)限制了轉(zhuǎn)速的提高；工作過程是不連續(xù)的，蒸汽的流量受到限制，制約功率的提高。

汽輪機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機(jī)械動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)。汽輪機(jī)由轉(zhuǎn)子和缸體兩部分組成。轉(zhuǎn)子包括主軸、葉輪、動(dòng)葉片和聯(lián)軸器等。缸體包括進(jìn)汽部分、汽缸、隔板和靜葉柵、汽封及軸承等。汽輪機(jī)與鍋爐或其他蒸汽發(fā)生器、發(fā)電機(jī)或其他被驅(qū)動(dòng)機(jī)械以及凝汽器、加熱器、泵等組成成套設(shè)備，一起協(xié)調(diào)配合工作。主要用作發(fā)電用的原動(dòng)機(jī)，也可直接驅(qū)動(dòng)各種大型機(jī)械。其優(yōu)點(diǎn)是功率大、熱效率高，運(yùn)行安全可靠性和耐用性高。缺點(diǎn)是輸出功率不易細(xì)致調(diào)整；運(yùn)行中主要因材料問題易滲漏和汽缸變形。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種具有閉式循環(huán)、不變工質(zhì)氣體和交流換熱器的、通過工質(zhì)氣體在發(fā)動(dòng)機(jī)的較熱部分膨脹和較冷部分壓縮的循環(huán)運(yùn)行把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力的往復(fù)活塞式熱力發(fā) 動(dòng)機(jī)。一個(gè)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)至少需要熱源、冷源和五個(gè)熱交換器。主要由熱源、加熱器/高溫區(qū)熱交換器、交流換熱器、冷卻器/低溫區(qū)熱交換器、冷源、配氣活塞等組成。有三種主要類型，區(qū)別是在熱冷區(qū)間移動(dòng)氣體的方式不同。I型：雙動(dòng)力活塞在氣體連通的熱冷兩缸中運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣體，并具有雙活塞連接在曲軸同一點(diǎn)上的典型三角陣式結(jié)構(gòu)。II型：有一熱端和一冷端的單缸型，缸內(nèi)有一動(dòng)力活塞和一配氣活塞，配氣活塞驅(qū)動(dòng)氣體在熱端和冷端運(yùn)動(dòng)，典型的結(jié)構(gòu)是用菱形驅(qū)動(dòng)器也有可90度相差的連接到曲軸上。III型：氣體連通的雙缸，一個(gè)具有熱端、冷端和配氣活塞，另一個(gè)有動(dòng)力活塞，典型的結(jié)構(gòu)是活塞平行并有90度相差的連接到曲軸上。優(yōu)點(diǎn)：能用任何合適熱源直接運(yùn)行；連續(xù)燃燒供熱避免或減低間歇爆燃引起的振動(dòng)；冷端的軸承和密封比其它往復(fù)式需要較少潤(rùn)滑并有較長(zhǎng)壽命；機(jī)構(gòu)比其它往復(fù)式的簡(jiǎn)單，無閥門，燃燒系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單；用單相工質(zhì)，壓力穩(wěn)定，爆炸風(fēng)險(xiǎn)低；低壓運(yùn)行可用輕質(zhì)缸；可建成安靜和不依賴空氣動(dòng)力系統(tǒng)；啟動(dòng)容易，在冷天效率高；泵冷水時(shí)用其冷卻壓縮空間效率高；熱動(dòng)力聯(lián)供非常靈活；余熱回收利用熱動(dòng)力聯(lián)供。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是在許多情況下難以運(yùn)行；高溫?zé)峤粨Q器的費(fèi)用高和材料耐熱防腐防蠕變難；加熱器溫度總是等于或超過膨脹氣體溫度，使加熱器材料冶金要求高；散熱特別困難；功率系數(shù)低，受氣體對(duì)流熱傳輸系數(shù)限制，向工質(zhì)氣體傳入和導(dǎo)出熱量很困難；不能瞬時(shí)啟動(dòng)，需要預(yù)熱，適合均速工作；功率調(diào)整很困難，適合定常功率工作。工質(zhì)氣體應(yīng)該有低的熱容量，以使給定熱量時(shí)的膨脹能產(chǎn)生更大的壓力。氫比氦效率高，但易燃易滲漏。結(jié)論是氦最合適?？諝狻⒌?dú)庖部捎?，但能達(dá)到的功率密度比氦低。

燃?xì)廨啓C(jī)是一種以連續(xù)流動(dòng)的氣體作為工質(zhì)、把熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)。在空氣和燃?xì)獾闹饕鞒讨?，只有壓氣機(jī)或壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪機(jī)這三大部件組成的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，稱為簡(jiǎn)單循環(huán)。大多數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)均采用簡(jiǎn)單循環(huán)方案。因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，而且最能體現(xiàn)出其所特有的體積小、重量輕、啟動(dòng)快、少用或不用冷卻水等優(yōu)點(diǎn)。燃?xì)廨啓C(jī)的優(yōu)勢(shì)是功率密度大；啟動(dòng)速度快；噪聲低頻分量很低。其主要缺點(diǎn)是效率不夠高，在部分負(fù)荷下效率下降快，空載時(shí)的燃料消耗量高；很難精細(xì)地調(diào)節(jié)輸出的功率；需要較蒸汽輪機(jī)更大的排氣系統(tǒng)。

噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種通過使燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓氣體高速噴出而產(chǎn)生推動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)有多種類型。按增壓技術(shù)，分為沖壓、脈沖、壓氣機(jī)、壓氣機(jī)結(jié)合沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。根據(jù)能量輸出的不同，有渦輪、渦輪風(fēng)扇、渦輪螺旋槳和螺槳風(fēng)扇噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是完全依賴燃?xì)饬鳟a(chǎn)生推力，以反作用力提供動(dòng)力。通常用作高速飛機(jī)的動(dòng)力。油耗比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)高?，F(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。也可以在渦輪和尾噴管間增加加力燃燒室。提高渦輪前溫度能提高渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和功率。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)油耗大于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，但高速性能優(yōu)異?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)是一種自帶全部推進(jìn)劑的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，主要分為固體和液體推進(jìn)劑型。例如，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要由推力室、推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)組成。其推力室是把液體推進(jìn)劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成推力的重要組件，由推進(jìn)劑噴嘴、燃燒室、噴管組件等組成。

電動(dòng)機(jī)，雖可直接把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力，但必須持續(xù)供電，無法單獨(dú)使用，適合固定工作設(shè)備如機(jī)床等或沿固定線路運(yùn)行的設(shè)備如電力機(jī)車等使用，對(duì)移動(dòng)范圍廣的機(jī)器設(shè)備尤其是車輛如汽車等難以用電線供電使用，用存貯電能供電也很困難且成本高、限制多。

世界上廣泛應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)，雖然采用不同的能量轉(zhuǎn)換方式，有不同的作用機(jī)制，主要用途是提供機(jī)械動(dòng)力。但其制造、運(yùn)行和維護(hù)的成本、使用和獲得機(jī)械動(dòng)力的成本都很高。因此研發(fā)一種即能長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行又能使制造、運(yùn)行和使用成本很低廉、不污染環(huán)境的聚變核能發(fā)動(dòng)機(jī)是實(shí)際應(yīng)用中很需要的。

熱共振聚變堆(中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺?01510638783.0)是基于熱共振聚變?cè)?，采用除了磁約束和慣性約束聚變模式之外的，第三種技術(shù)上切實(shí)可行的熱共振聚變模式的反應(yīng)堆。其堆芯主容器內(nèi)設(shè)屏蔽層和熱共振聚變組件，可同時(shí)用多種氣體聚變?nèi)剂暇圩儯谄胀l件和不太高的溫度下，通過起催化作用的鎳基或鉑基等熱共振聚變材料對(duì)被其吸附的氣體燃料的原子產(chǎn)生強(qiáng)迫熱振動(dòng)，使兩個(gè)燃料原子間在適當(dāng)溫度等條件下產(chǎn)生尖銳共振，獲得足夠高的動(dòng)能而發(fā)生聚變反應(yīng)，并用聚變產(chǎn)物引發(fā)另一種聚變反應(yīng)，成為以可控方式實(shí)現(xiàn)的持續(xù)核聚變反應(yīng)，同時(shí)使聚變核能的實(shí)際安全應(yīng)用在技術(shù)和工程上成為切實(shí)可行的。熱共振聚變堆沒有臨界體積的限制，很適合小型和微型化，因此不僅能為中大型，也能為小微型機(jī)械系統(tǒng)直接提供機(jī)械動(dòng)力和能源，且總成本低廉，能廣泛的應(yīng)用。

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)將發(fā)電功率小于300兆瓦的核反應(yīng)堆動(dòng)力裝置定義為小型反應(yīng)堆，簡(jiǎn)稱小型堆。發(fā)電功率在300-600兆瓦間的被定義為中型反應(yīng)堆。發(fā)電功率大于600兆瓦的被定義為大型反應(yīng)堆。大中型反應(yīng)堆主要用于發(fā)電。用于提供機(jī)械動(dòng)力的主要是小型和微型反應(yīng)堆。按閉式循環(huán)工作的氣輪機(jī)等裝置能利用核能，可用反應(yīng)堆作為加熱器，反應(yīng)堆直接或經(jīng)熱交換器的氣體冷卻劑(如蒸汽、氦或氮等)同時(shí)作為汽輪機(jī)或氣輪機(jī)的工質(zhì)。

現(xiàn)在，上述這些電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)遇到的難題，都可以通過熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用而得到解決。熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)是綠色、潔凈、環(huán)境友好型的發(fā)動(dòng)機(jī)，能為減少碳或溫室氣體排放、減少大氣污染、改善地球環(huán)境和氣候做出重大貢獻(xiàn)。

熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的提出，開啟人類在綠色、潔凈、環(huán)境友好的條件下，安全、低成本、充分使用發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和文明的一種新技術(shù)途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)，如內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)都用化石燃料、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高、排放溫室氣體、污染大氣和環(huán)境且都存在整體系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造運(yùn)行維護(hù)成本高、技術(shù)難度大；電動(dòng)機(jī)受供電限制很大無法單獨(dú)使用僅適合固定或沿固定線路運(yùn)行的工作條件等，的不足，本發(fā)明提供一種基于熱共振聚變堆、能在普通條件和不太高的溫度下長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行，同時(shí)提供綠色、潔凈、安全、廉價(jià)、充足的機(jī)械動(dòng)力，可作為微型、小型、中型和大型發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)。

熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)是用聚變核能作為高溫?zé)嵩吹男滦桶l(fā)動(dòng)機(jī)，即用聚變核能代替化石燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，提供機(jī)械動(dòng)力。通過用其熱共振聚變堆高溫?zé)嵩吹臒崮?，加熱工質(zhì)如氣 體、水等并使其體積迅速膨脹，推動(dòng)活塞移動(dòng)或葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力，并對(duì)外輸出。而其熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)部分及轉(zhuǎn)換機(jī)制，則可充分利用目前成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換技術(shù)和各種熱力學(xué)循環(huán)，如二、四沖程的內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)等及卡諾循環(huán)、布雷頓循環(huán)等，并進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、適當(dāng)改進(jìn)和簡(jiǎn)化即可。

熱共振聚變堆沒有像裂變反應(yīng)堆臨界體積那樣的限制，非常適合小型化，作為小型和微型熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的熱源應(yīng)用時(shí)，能使獲得和使用機(jī)械動(dòng)力的總成本非常低廉。

熱共振聚變堆和熔鹽貧鈾堆(中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺?01310204051.1)，都可以用作大中型供電和電熱聯(lián)供的大型蒸汽機(jī)和氣輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的能源，并且相應(yīng)的整套系統(tǒng)已包含在其發(fā)明專利中。因此熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)明專利的申請(qǐng)書中，主要考慮適合用于自由移動(dòng)的機(jī)械設(shè)備和裝置，例如汽車、拖拉機(jī)等機(jī)動(dòng)車輛以及船舶、飛機(jī)、機(jī)車等，并作為發(fā)動(dòng)機(jī)為其提供機(jī)械動(dòng)力的微型、小型、中型和大型的熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，采用兩相液體和氣體，例如水和蒸汽，或單相氣體作為工質(zhì)、開放或閉合式工質(zhì)循環(huán)工作模式、熱共振聚變堆作為高溫?zé)嵩矗a(chǎn)生高溫高壓蒸汽或氣體，并通過高壓蒸汽或氣體的迅速膨脹，推動(dòng)往復(fù)活塞或旋轉(zhuǎn)活塞或自由活塞或旋轉(zhuǎn)葉輪運(yùn)動(dòng)，用類似于內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)換方式，把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力并輸出，解決內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)燃燒寶貴的化石資源燃料、排放溫室氣體、污染大氣和環(huán)境等的技術(shù)難題，不需要電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的電線或存儲(chǔ)電能裝置的實(shí)現(xiàn)條件及其相關(guān)的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其輸入的只是聚變?nèi)剂陷敵龅木褪菣C(jī)械動(dòng)力和無污染聚變產(chǎn)物的運(yùn)行模式，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)行。

按所用熱共振聚變堆類型的不同可分為相應(yīng)的類型。例如按工作溫度不同分為高、中和低溫型。按工質(zhì)的循環(huán)工作模式不同可分為開放或閉式。按輸出功率的不同，可分為微型、小型、中型和大型。按結(jié)構(gòu)和應(yīng)用目標(biāo)不同，分為簡(jiǎn)化型和普通型兩種。簡(jiǎn)化型主要提供微小型機(jī)械動(dòng)力并降低成本，普通型主要提供中大型機(jī)械動(dòng)力并提高效率。

在高溫、中溫和低溫?zé)嵩垂ぷ鳁l件下，從發(fā)表的發(fā)動(dòng)機(jī)等結(jié)構(gòu)材料實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，都已找到與所用的工質(zhì)如水和蒸汽或氣體如氦氣、氮?dú)獾葰怏w工質(zhì)或氣體冷卻劑相容或耐腐蝕的材料，且可供選擇的材料較多。蒸汽或氣體工質(zhì)，能確定出合適的技術(shù)參數(shù)，其性能可滿足實(shí)際運(yùn)行的要求。能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的技術(shù)，如活塞曲軸連桿系統(tǒng)或葉輪渦輪機(jī)系統(tǒng)，整體上都較為成熟，是切實(shí)可行的。熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選系統(tǒng)為：簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆熱源系統(tǒng)+噴水供水系統(tǒng)+往復(fù)活塞式動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)+機(jī)體系統(tǒng)+潤(rùn)滑系統(tǒng)+冷卻系統(tǒng)+起動(dòng)裝置+控制加熱輔助和維護(hù)等系統(tǒng)。普通III高溫型熱共振聚變堆系統(tǒng)+氦氣或氮?dú)獾葰怏w工質(zhì)+閉布雷頓循環(huán)氣輪機(jī)組系統(tǒng)+控制潤(rùn)滑冷卻起動(dòng)系統(tǒng)等。

熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的堆芯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。布置有適宜材料的屏蔽層?？梢云帘萎a(chǎn)生的不同能量粒子例如中子對(duì)器壁和結(jié)構(gòu)材料及外界環(huán)境中物體的輻射損傷。屏蔽層外的輻射水平即降低到本底輻射水平。還布置有加熱和探測(cè)裝置并與控制系統(tǒng)相連接，以保證其長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，作為小型和微型發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用時(shí)，因其所用堆芯沒有裂變堆臨界體積的限制，輸出功率可以做得非常小，能按實(shí)際需要的功率大小設(shè)計(jì)制造，使其應(yīng)用范圍更加廣泛。例如用于汽車等。

熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)，使生產(chǎn)、使用和維護(hù)的總成本很低廉和更方便快速。其運(yùn)行不需要氧氣，核燃料的能量密度極大，加一次燃料可運(yùn)行工作很長(zhǎng)時(shí)間，也可同時(shí)提供多種資源，如供熱、供電和機(jī)械動(dòng)力。因此，如用微型熱共振聚變堆研發(fā)制成，適合作為家用汽車、小型車和各種機(jī)動(dòng)車的能源和動(dòng)力裝置，特別適合長(zhǎng)途使用和長(zhǎng)期野外工作綜合使用。如用小型熱共振聚變堆研發(fā)制成，可作為船舶、機(jī)車、重型汽車、飛機(jī)、空間飛行器的能源和動(dòng)力裝置，以及深空探測(cè)器的能源和動(dòng)力裝置。

物理分析和理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的技術(shù)結(jié)果都表明，熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)從科學(xué)原理和工作原理上、技術(shù)工藝上、設(shè)計(jì)研發(fā)上、系統(tǒng)整體上、工業(yè)制造上和規(guī)模產(chǎn)業(yè)化上都是可行的。

一、熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)

熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)除了自身具有的突出優(yōu)點(diǎn)外，如不存貯汽油等可燃油料，還具有普通發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，如熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力的技術(shù)已很成熟，也要解決普通發(fā)動(dòng)機(jī)的一些難題，如進(jìn)一步提高熱效率需要的耐高溫材料。但這些不利因素對(duì)其商業(yè)價(jià)值的作用和影響不大。1.熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)：

安全。無裂變反應(yīng)堆的核安全風(fēng)險(xiǎn)。無可燃物引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。無控制失效風(fēng)險(xiǎn)。不用化石燃料。不會(huì)燃燒爆炸。

綠色、潔凈、環(huán)保、無碳。

能同時(shí)提供非常廉價(jià)的機(jī)械動(dòng)力、熱能和電力等多種適用資源。

輸出功率范圍很廣。無裂變反應(yīng)堆臨界體積的限制。

正常運(yùn)行無燃燒過程、無需氧氣。受氣候環(huán)境影響很小。加一次核燃料可運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間。可在水下、高空、偏遠(yuǎn)地區(qū)、高海拔區(qū)等特殊環(huán)境正常運(yùn)行工作。

制造、購(gòu)置、運(yùn)行和維護(hù)的總成本低廉。運(yùn)行輸出的副產(chǎn)品價(jià)值高。

此外，還具有熱共振聚變堆的所有突出優(yōu)點(diǎn)，例如，所用的聚變核燃料資源豐富，實(shí)際上是無限的，能徹底解決能源資源不足的問題。

2.熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的安全分析：

熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性主要由所用的熱共振聚變堆決定。而熱共振聚變堆的安全性極高，是用內(nèi)部的物理機(jī)制控制聚變反應(yīng)。無控制失效風(fēng)險(xiǎn)。它用溫度調(diào)節(jié)熱共振形成的機(jī)制，使堆芯溫度過高過低時(shí)都不能發(fā)生聚變反應(yīng)。通過調(diào)節(jié)輸出的熱量控制堆芯溫度，保持溫度在能正常進(jìn)行聚變反應(yīng)的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

沒有涉及核安全因素導(dǎo)致的不安全的困擾。沒有裂變堆超臨界事故、堆芯熔化事故、核燃料泄漏事故和放射性產(chǎn)物的困擾；沒有高放射性核廢料污染環(huán)境和長(zhǎng)期處置困難的困擾；沒有裂變堆衰變余熱不能及時(shí)排出而導(dǎo)致堆芯熔化事故的困擾。

不用化石燃料。不會(huì)因此燃燒爆炸。聚變核燃料資源豐富，沒有資源短缺和供應(yīng)不足 的風(fēng)險(xiǎn)；聚變核燃料及其產(chǎn)物，如氘和氦氣等無放射性，泄漏到大氣中不會(huì)污染環(huán)境。

緊急情況下，或堆芯溫度超過正常運(yùn)行溫度范圍時(shí)，熱共振形成機(jī)制失效，堆芯停堆，熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)停機(jī)。即由物理機(jī)制控制其聚變反應(yīng)的停止。非外部直接控制停止。靠自然冷卻和熱容量吸收非能動(dòng)的排出多余熱量。沒有過熱和爆炸等風(fēng)險(xiǎn)。

綜合結(jié)果，熱共振聚變堆整體的安全性極高，完全可以安裝運(yùn)行在城市內(nèi)或工業(yè)區(qū)中。而熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)其余的部分，都是經(jīng)過長(zhǎng)期檢驗(yàn)的性能完善的成熟機(jī)械裝置，其安全性能已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，并且又消除了化石燃料燃燒引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，因此，熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)整體的安全性，高于、至少不會(huì)低于同類型化石燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性。

3.熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性分析：

熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)所用的熱共振聚變堆的堆芯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。與燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，雖增加了熱共振聚變堆，但減少了整套的供油系統(tǒng)，也使整機(jī)結(jié)構(gòu)相應(yīng)簡(jiǎn)化，成本降低。

運(yùn)行成本很低。運(yùn)行輸出的副產(chǎn)品價(jià)值高。聚變核燃料資源，如氘氣或重水等，豐富而低價(jià)。而燃油發(fā)動(dòng)機(jī)所用的燃油，使運(yùn)行成本高。

綠色潔凈環(huán)保無碳。降低環(huán)境保護(hù)的成本。

不用化石燃料。不會(huì)因此燃燒和爆炸。降低安全保護(hù)的成本。

溫度調(diào)節(jié)熱共振形成機(jī)制，使運(yùn)行控制系統(tǒng)簡(jiǎn)易，成本降低。

制造、運(yùn)行和維護(hù)的總成本低。能同時(shí)提供非常廉價(jià)的熱能、電力和機(jī)械動(dòng)力等。因而經(jīng)濟(jì)性很好，其商業(yè)價(jià)值很高。非常適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。

二、熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的一些共同選擇項(xiàng)：

1.熱共振聚變堆選擇：標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)的熱共振聚變堆種類較多。主要可分為簡(jiǎn)化型和普通型。其差別是簡(jiǎn)化型不設(shè)一回路而普通型設(shè)一回路，因此能輸出的最大熱能不同。簡(jiǎn)化型較適用于微、小型的熱共振聚變堆。普通型更適用于中、大型的熱共振聚變堆。熱共振聚變堆直接或經(jīng)熱交換器的氣體冷卻劑(如蒸汽、氦或氮等)，可以同時(shí)作為汽輪機(jī)或氣輪機(jī)的工質(zhì)。作為高溫能源應(yīng)用的熱共振聚變堆的要求，滿足長(zhǎng)期額定功率工作的動(dòng)力輸出要求，總體性能滿足實(shí)際需要，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安全可靠，總成本低廉。優(yōu)先選擇滿足實(shí)際運(yùn)行要求的系列堆中的低價(jià)堆。

2.工質(zhì)和核燃料選型：工質(zhì)主要有單相氣體，例如氦氣、氮?dú)獾?，和兩相液體和氣體，例如水和蒸汽等。后面以水為例。閉式循環(huán)用工質(zhì)氣體的要求是熱容量小、粘滯性低、導(dǎo)熱速度快和安全性高。氦氣最合適。其它適用的工質(zhì)氣體有氮?dú)?、氨氣、氫氣、甲烷等。但氫氣和甲烷易燃，?yīng)注意避免泄漏造成事故。核燃料首選氣態(tài)型，如氘氣等。其次為液體，如重水。微小型優(yōu)先選擇氣體以簡(jiǎn)化整機(jī)。大中型優(yōu)選液體，因用量大，應(yīng)易于儲(chǔ)存。也可按需要選用其它類型。

3.運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)類型選擇：熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，主要有往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)型和旋轉(zhuǎn)型。旋轉(zhuǎn)型適用于中大型發(fā)動(dòng)機(jī)，主要有蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，二者都可采用閉式循環(huán)與反應(yīng)堆或其熱交換器聯(lián)接組成發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。例如閉蘭金循環(huán)蒸汽輪機(jī)組、閉布雷 頓循環(huán)氣輪機(jī)組等。往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)型適用于微小型，也可用于中大型發(fā)動(dòng)機(jī)。往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為普遍。旋轉(zhuǎn)活塞和自由活塞式等，也有適合應(yīng)用的場(chǎng)合。應(yīng)根據(jù)具體的實(shí)際需要選擇。例如，汽車、機(jī)動(dòng)車輛優(yōu)先選擇往復(fù)活塞式，船舶等優(yōu)先選擇旋轉(zhuǎn)型。

4.堆芯內(nèi)的放射性及其抗輻射防護(hù)方法：正常工作的熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，所用的熱共振聚變堆的堆芯內(nèi)一直在進(jìn)行聚變反應(yīng)以提供發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的全部熱能。聚變反應(yīng)(氘簡(jiǎn)記為D，氚簡(jiǎn)記為T)，如D+D和D+T聚變，都產(chǎn)生能量高的中子或質(zhì)子，D+D產(chǎn)生的中子和質(zhì)子能量為2.45和3.02MeV，D+T產(chǎn)生的中子能量為14.1MeV，對(duì)堆內(nèi)器件材料會(huì)造成很大的輻射損傷而使其效能降低或失效。但這僅限于堆芯內(nèi)，因?yàn)樵诙研局魅萜鲀?nèi)，緊貼主容器內(nèi)壁設(shè)有屏蔽層，能夠屏蔽堆芯產(chǎn)生的全部放射性輻射，在堆芯外探測(cè)只能測(cè)到本底劑量。本底劑量就是周圍環(huán)境中普遍都存在的放射性劑量。因此，用于熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的堆芯，無需再做或附加任何的抗輻射防護(hù)，即可安全的使用。其整體的安全性，比燃料引發(fā)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高的普通內(nèi)燃機(jī)還高。

5.發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及性能：微型、小型發(fā)動(dòng)機(jī)采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。中型、大型發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先采用一體化結(jié)構(gòu)，也可采用二體及多體化結(jié)構(gòu)?？筛鶕?jù)實(shí)際需要選擇。例如，需要盡量少占用空間的應(yīng)用，宜用緊湊型一體化結(jié)構(gòu)。有立式、臥式、復(fù)合式等結(jié)構(gòu)。主要組成有：熱共振聚變堆，熱交換器，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，機(jī)體等。例如，往復(fù)活塞式主要有熱共振聚變堆供熱系統(tǒng)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、機(jī)體和氣缸蓋、配氣機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動(dòng)裝置等；汽輪機(jī)式由熱共振聚變堆供熱系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子和缸體等；或氣輪機(jī)式由熱共振聚變堆供熱系統(tǒng)、壓氣機(jī)、熱交換器和加熱室、冷卻器和渦輪機(jī)等。性能：主要提供機(jī)械動(dòng)力、滿足自由移動(dòng)需要、長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行等。

6.結(jié)構(gòu)材料選擇：堆芯結(jié)構(gòu)材料已按熱共振聚變堆的要求選擇。例如，高溫型首選材料為鉬及其高熔點(diǎn)合金，中低溫型可選不銹鋼或高鎳合金。其余結(jié)構(gòu)材料的選擇，可選用相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)已成熟應(yīng)用的材料，也可按需要或提高性能研發(fā)新的材料。但應(yīng)盡量使用低價(jià)結(jié)構(gòu)材料以利于提高商業(yè)價(jià)值和大規(guī)模推廣應(yīng)用。低工作溫度，雖然會(huì)降低熱效率，但可用低價(jià)的結(jié)構(gòu)材料，可供選擇的材料范圍也更廣，對(duì)普及應(yīng)用可能會(huì)更好。

三、內(nèi)膨脹式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)

內(nèi)膨脹式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)是一種通過使液體工質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的熱交換器表面受熱汽化膨脹推動(dòng)活塞移動(dòng)，將聚變熱能直接轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力的機(jī)械裝置。

內(nèi)膨脹式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱內(nèi)振機(jī)，采用簡(jiǎn)化型或普通型熱共振聚變堆，液體和氣體兩相工質(zhì)，工質(zhì)閉式或開放式循環(huán)，熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力采用往復(fù)活塞式機(jī)構(gòu)。其動(dòng)力特性主要由所用堆芯決定?？梢院喜⒁恍┎考⒎艞壱恍┕δ?，以降低成本和適應(yīng)小型化。工質(zhì)以水為例。與四沖程內(nèi)燃機(jī)相比，其不需要吸氣和壓縮沖程，簡(jiǎn)化到只需要二沖程。其單缸二沖程的工作過程：熱共振聚變堆產(chǎn)生的熱能經(jīng)熱交換器傳入汽缸內(nèi)的熱交換器，同時(shí)高壓水泵從水箱中抽水并形成高溫高壓水，經(jīng)噴口噴入汽缸內(nèi)的高溫?zé)峤粨Q器表面，迅速汽 化膨脹形成高壓蒸汽推動(dòng)活塞移動(dòng)，并帶動(dòng)曲軸連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)曲軸和飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再由飛輪帶動(dòng)活塞與排汽機(jī)構(gòu)排出膨脹后的蒸汽，完成二沖程工作循環(huán)過程，并對(duì)外輸出機(jī)械動(dòng)力。閉式循環(huán)，排出的蒸汽經(jīng)過冷卻系統(tǒng)冷凝成水后，導(dǎo)入水箱。內(nèi)振機(jī)也可采用單熱源多缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的二沖程工作模式，能使轉(zhuǎn)動(dòng)更平穩(wěn)和額定輸出功率更大。

具有旋轉(zhuǎn)活塞和自由活塞式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的內(nèi)振機(jī)，與相應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)類似，只需部分改造即可。例如，把其燃燒室改為蒸汽膨脹室并由熱共振聚變堆供給所需熱能等，而其余部分的改變不大。以用于適合其發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的環(huán)境和場(chǎng)合。

1.內(nèi)振機(jī)概念方案 微小中大型、熱共振聚變堆供給熱能、傳導(dǎo)式熱交換器、往復(fù)活塞式機(jī)構(gòu)、蒸汽二沖程、兩相工質(zhì)、開放或閉式循環(huán)、熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)?？刹捎煤?jiǎn)化型堆芯；也可采用普通型堆芯，但整體結(jié)構(gòu)的難度會(huì)增加。功用是把堆芯產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力并輸出。氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐。內(nèi)振機(jī)商用目標(biāo)：商用發(fā)動(dòng)機(jī)。提供商用機(jī)械動(dòng)力。例如，作為車輛、船舶等的發(fā)動(dòng)機(jī)。

表1 簡(jiǎn)化型熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)整體相容材料

2.整機(jī)系統(tǒng)組成、整體結(jié)構(gòu)和布局：簡(jiǎn)化I、II、III型組成：熱共振聚變堆+器壁型板式熱交換器或熱交換層+噴口高壓水泵水箱排汽系統(tǒng)冷凝器水泵系統(tǒng)+汽缸活塞曲軸連桿機(jī)構(gòu)+機(jī)體和氣缸蓋+配氣機(jī)構(gòu)+潤(rùn)滑系統(tǒng)+冷卻系統(tǒng)+起動(dòng)裝置+氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐+重水存儲(chǔ)電解系統(tǒng)+保溫層+備用氣體存儲(chǔ)罐+控制、加熱、輔助和維護(hù)等設(shè)備。結(jié)構(gòu)和布局：立式機(jī)體頂部安裝熱共振聚變堆和熱交換器、熱交換器與汽缸蓋一體化、汽缸體垂直豎立、汽缸體頂部安裝高壓水噴口和排汽閥、及冷卻、潤(rùn)滑和控制系統(tǒng)等，共同組成整機(jī)。堆芯熱能直接傳導(dǎo)，或通過氣體或熔鹽或蒸汽熱交換層傳導(dǎo)，至汽缸體頂端的熱交換器，以產(chǎn)生高溫高壓蒸汽推動(dòng)活塞移動(dòng)并帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其外圍繞冷卻及保溫層。并由轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸向外輸出機(jī)械動(dòng)力。見圖1。耐壓氣體儲(chǔ)存罐設(shè)在機(jī)體旁， 并與其用氣體燃料閥、輸送泵相連接。臥式與立式機(jī)體結(jié)構(gòu)類似，只是把組成部件的上下排列改為水平排列，且差別不大。也可按需要采用復(fù)合型機(jī)體結(jié)構(gòu)和布局。

3.簡(jiǎn)化I型 微、小、中、大型。簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆。臥式或立式機(jī)體結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆熱源系統(tǒng)+噴水供水系統(tǒng)+往復(fù)活塞式動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)+機(jī)體系統(tǒng)+潤(rùn)滑系統(tǒng)+冷卻系統(tǒng)+起動(dòng)裝置+控制加熱輔助和維護(hù)等系統(tǒng)。

4.簡(jiǎn)化II型 微、小、中、大型。簡(jiǎn)化II型熱共振聚變堆。其余與簡(jiǎn)化I型類似。

5.簡(jiǎn)化III型 微、小、中、大型。簡(jiǎn)化III型熱共振聚變堆。其余與簡(jiǎn)化I型類似。

6.普通I、II、III型 小、中、大型。普通I、II、III型熱共振聚變堆。其余與相應(yīng)的簡(jiǎn)化I、II、III型類似。例如，普通III高溫型熱共振聚變堆系統(tǒng)+噴水供水系統(tǒng)+往復(fù)活塞式動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)+控制、潤(rùn)滑、冷卻、加熱、輔助和維護(hù)等機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。

7.系統(tǒng)整體相容材料 初步選出幾組相容性好的材料，主要是高溫條件下工作部件材料的耐高溫耐腐蝕性能，簡(jiǎn)化型見表1，普通型見表2。選擇標(biāo)準(zhǔn)是優(yōu)先選用性能稍差但價(jià)格低的材料。熱共振聚變堆的主容器要考慮與氣體燃料和冷卻劑都相容，管道、主泵和熱交換器要與冷卻劑相容。內(nèi)振機(jī)優(yōu)選系統(tǒng)：簡(jiǎn)化I型。

表2 普通型熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)整體相容材料

四、斯特林熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)

斯特林熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱斯振機(jī)，采用簡(jiǎn)化型或普通型熱共振聚變堆、閉式循環(huán)、不變工質(zhì)氣體，熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力采用往復(fù)活塞式機(jī)構(gòu)。其動(dòng)力特性主要由所用堆芯決定?？梢院喜⒁恍┎考⒎艞壱恍┕δ?，以降低成本和適應(yīng)小型化。斯振機(jī)與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)相似，主要差別是用熱共振聚變堆作為熱源，相應(yīng)的供熱模式和控制方式等也不同。斯振機(jī)也可采用單熱源多缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作模式，能使轉(zhuǎn)動(dòng)更平穩(wěn)和輸出功率更大。與I、II、III型斯特 林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)類似，也有相應(yīng)結(jié)構(gòu)的I、II、III型斯振機(jī)，三種主要類型的區(qū)別是在熱冷區(qū)間移動(dòng)氣體的方式不同。I型斯振機(jī)：雙動(dòng)力活塞在工質(zhì)連通的熱冷兩缸中運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣體，具有雙活塞連接在曲軸同一點(diǎn)上的典型三角陣式結(jié)構(gòu)。II型斯振機(jī)：有一熱端和一冷端的單缸型，缸內(nèi)有一動(dòng)力活塞和一配氣活塞，配氣活塞驅(qū)動(dòng)氣體在熱端和冷端運(yùn)動(dòng)，典型的結(jié)構(gòu)是用菱形驅(qū)動(dòng)器，也可以有90度相差的連接到曲軸上。III型斯振機(jī)：氣體連通的雙缸，一個(gè)具有熱端、冷端和配氣活塞，另一個(gè)有動(dòng)力活塞，典型的結(jié)構(gòu)是雙活塞平行并有90度相差的連接到曲軸上。

因此，除了由于熱源改變產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)外，斯振機(jī)還具有斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)所具有的其它優(yōu)點(diǎn)，例如，振動(dòng)小，機(jī)構(gòu)比其它往復(fù)式的簡(jiǎn)單等；也具有其除熱源外的缺點(diǎn)，例如，高溫?zé)峤粨Q器需要耐高溫材料，散熱困難，功率系數(shù)低，需要預(yù)熱，功率調(diào)整困難等。

1.斯振機(jī)概念方案 微、小、中和大型、熱共振聚變堆供給熱能、傳導(dǎo)式熱交換器、往復(fù)活塞式機(jī)構(gòu)、閉式循環(huán)、不變工質(zhì)氣體、斯特林熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)?？刹捎煤?jiǎn)化型堆芯；也可采用普通型堆芯，但整體結(jié)構(gòu)的難度會(huì)增加。功用是把堆芯產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力并輸出。氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐。斯振機(jī)商用目標(biāo)：商用發(fā)動(dòng)機(jī)。提供商用機(jī)械動(dòng)力。例如，作為車輛、船舶等的發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.整機(jī)系統(tǒng)組成、整體結(jié)構(gòu)和布局：簡(jiǎn)化I、II、III型組成：熱共振聚變堆+器壁型板式熱交換器或熱交換層(加熱器)+高溫區(qū)熱交換器+交流換熱器+冷卻器+低溫區(qū)熱交換器+冷源+配氣活塞+閉式循環(huán)不變氣體工質(zhì)+氣缸活塞曲軸連桿機(jī)構(gòu)+機(jī)體潤(rùn)滑系統(tǒng)+氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐+重水存儲(chǔ)電解系統(tǒng)+其間燃料輸送管道泵閥+保溫層+備用氣體存儲(chǔ)罐+控制、加熱、輔助和維護(hù)等設(shè)備。結(jié)構(gòu)和布局：I、II、III型斯振機(jī)的結(jié)構(gòu)布局與對(duì)應(yīng)I、II、III型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)布局類似。主要區(qū)別是用熱共振聚變堆作為斯振機(jī)的熱源，替代斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱源，并安裝和布置在相應(yīng)熱源的原位置上。也可以根據(jù)實(shí)際需要和工作環(huán)境的不同要求，靈活的布置斯振機(jī)的結(jié)構(gòu)。耐壓氣體儲(chǔ)存罐設(shè)在機(jī)體旁，并與其用氣體燃料閥、輸送泵相連接。由轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸向外輸出機(jī)械動(dòng)力。見圖2，圖中所示為I型斯振機(jī)。

3.簡(jiǎn)化I型 微、小、中、大型。簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆。I、II、III型斯振機(jī)的結(jié)構(gòu)布局。簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆熱源系統(tǒng)+閉式循環(huán)不變氣體工質(zhì)+往復(fù)活塞式動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)+機(jī)體潤(rùn)滑起動(dòng)控制等機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。

4.簡(jiǎn)化II型 微、小、中、大型。簡(jiǎn)化II型熱共振聚變堆。其余與簡(jiǎn)化I型類似。

5.簡(jiǎn)化III型 微、小、中、大型。簡(jiǎn)化III型熱共振聚變堆。其余與簡(jiǎn)化I型類似。

6.普通I、II、III型 小、中、大型。普通I、II、III型熱共振聚變堆。其余與相應(yīng)的簡(jiǎn)化I、II、III型類似。例如，普通III高溫型熱共振聚變堆系統(tǒng)+閉式循環(huán)不變氣體工質(zhì)+往復(fù)活塞式動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)+控制、潤(rùn)滑、冷卻、加熱、輔助和維護(hù)等機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。

7.系統(tǒng)整體相容材料 初步選出幾組相容性好的材料，主要是高溫條件下工作部件材料的耐高溫耐腐蝕性能，簡(jiǎn)化型見表1，普通型見表2。選擇標(biāo)準(zhǔn)是優(yōu)先選用性能稍差但價(jià)格 低的材料。熱共振聚變堆的主容器要考慮與氣體燃料和冷卻劑都相容，管道、主泵和熱交換器要與冷卻劑相容。斯振機(jī)優(yōu)選系統(tǒng)：簡(jiǎn)化I型。

五、蒸汽活塞式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)

蒸汽活塞式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)是一種用鍋爐或蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生高溫高壓蒸汽在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)膨脹推動(dòng)活塞移動(dòng)，將聚變熱能直接轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力的機(jī)械裝置。

蒸汽活塞式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱汽振機(jī)，采用簡(jiǎn)化型或普通型熱共振聚變堆，開放或閉式循環(huán)，熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力采用往復(fù)活塞式機(jī)構(gòu)。其動(dòng)力特性主要由所用堆芯決定?？梢院喜⒁恍┎考⒎艞壱恍┕δ埽越档统杀竞瓦m應(yīng)小型化。與燃煤型蒸汽機(jī)相比，汽振機(jī)用熱共振聚變堆作為熱源，供給鍋爐或蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生高溫高壓蒸汽所需要的熱能，可以采用開式或閉式循環(huán)，不用燃燒化石燃料如煤等，也無需自帶大量化石燃料，因而可以小型化。鍋爐型較適合開式循環(huán)，蒸汽發(fā)生器型較適合閉式循環(huán)。可根據(jù)實(shí)際需要選擇開或閉式。

汽振機(jī)的機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)換部分主要由汽缸、底座、活塞、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、滑閥配汽機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)和飛輪等部分組成。鍋爐或蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽，通過管道被送入汽缸。閥門控制高壓蒸汽到達(dá)汽缸的時(shí)間。蒸汽可在活塞一側(cè)或兩側(cè)工作，即單作用和雙作用式。雙作用式，蒸汽經(jīng)主汽閥和節(jié)流閥進(jìn)入滑閥室，受滑閥控制交替地進(jìn)入汽缸內(nèi)活塞的一側(cè)或另一側(cè)膨脹；單作用式只在活塞的一側(cè)膨脹；推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)曲軸連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)曲軸和飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再由飛輪帶動(dòng)活塞與排汽機(jī)構(gòu)排出膨脹后的蒸汽，完成工作循環(huán)過程。閉式循環(huán)，排出的蒸汽通過管道被引入冷凝器重新凝結(jié)為水，泵入鍋爐或蒸汽發(fā)生器循環(huán)使用。一般的汽振機(jī)有三個(gè)汽缸組成一個(gè)組，能使轉(zhuǎn)動(dòng)更平穩(wěn)和輸出功率更大。

1.汽振機(jī)概念方案 微小中大型、熱共振聚變堆供給熱能、鍋爐或蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生高溫高壓蒸汽、往復(fù)活塞式機(jī)構(gòu)、蒸汽二沖程、液體和氣體兩相工質(zhì)、閉或開放式循環(huán)、蒸汽活塞式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)?？刹捎煤?jiǎn)化型堆芯；也可采用普通型堆芯，但整體結(jié)構(gòu)的難度會(huì)增加。功用是把堆芯產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力并輸出。氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐。汽振機(jī)商用目標(biāo)：商用發(fā)動(dòng)機(jī)。提供商用機(jī)械動(dòng)力。例如，作為車輛、船舶等的發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.整機(jī)系統(tǒng)組成、整體結(jié)構(gòu)和布局：簡(jiǎn)化I、II、III型組成：熱共振聚變堆+鍋爐或蒸汽發(fā)生器+汽缸、活塞、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、滑閥配汽機(jī)構(gòu)、飛輪、調(diào)速機(jī)構(gòu)和底座+管道泵閥水箱排汽系統(tǒng)冷凝器+氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐+重水存儲(chǔ)電解系統(tǒng)+保溫層+控制、加熱、輔助和維護(hù)等設(shè)備。結(jié)構(gòu)和布局：立式和臥式汽振機(jī)，與立式和臥式蒸汽機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)和布局類似。立式機(jī)體，頂部或側(cè)面安裝配汽機(jī)構(gòu)、汽缸體垂直豎立、活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)及冷卻、潤(rùn)滑和控制系統(tǒng)等與蒸汽機(jī)類似布局，熱共振聚變堆、鍋爐或蒸汽發(fā)生器等布置在底座上汽缸體旁，共同組成整機(jī)。見圖3。耐壓氣體儲(chǔ)存罐設(shè)在機(jī)體旁，并與其用氣體燃料閥、輸送泵相連接。臥式與立式機(jī)體結(jié)構(gòu)類似，只是把組成部件的上下排列改為水平排列，且差別不大。

3.簡(jiǎn)化I型 微、小、中和大型。簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆。臥式或立式機(jī)體結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆熱源系統(tǒng)+鍋爐或蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)+往復(fù)活塞式動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)+控制、潤(rùn) 滑、冷卻、加熱、輔助和維護(hù)等機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。

4.簡(jiǎn)化II型 微、小、中、大型。簡(jiǎn)化II型熱共振聚變堆。其余與簡(jiǎn)化I型類似。

5.簡(jiǎn)化III型 微、小、中、大型。簡(jiǎn)化III型熱共振聚變堆。其余與簡(jiǎn)化I型類似。

6.普通I、II、III型 小、中、大型。普通I、II、III型熱共振聚變堆。其余與相應(yīng)的簡(jiǎn)化I、II、III型類似。例如，普通III高溫型熱共振聚變堆系統(tǒng)+鍋爐或蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)+往復(fù)活塞式動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)+控制、潤(rùn)滑、冷卻、加熱、輔助和維護(hù)等機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。

7.系統(tǒng)整體相容材料 初步選出幾組相容性好的材料，主要是耐高溫耐腐蝕性能，簡(jiǎn)化型見表1，普通型見表2。選擇標(biāo)準(zhǔn)是優(yōu)先選用性能稍差但價(jià)格低的材料。熱共振聚變堆的主容器要考慮與氣體燃料和冷卻劑都相容，管道、主泵和熱交換器要與冷卻劑相容。汽振機(jī)優(yōu)選系統(tǒng)：簡(jiǎn)化I型。

六、渦輪式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)

渦輪式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱渦振機(jī)，是一種以一體化緊湊型設(shè)計(jì)為特征、連續(xù)流動(dòng)的蒸汽或氣體作為工質(zhì)、把熱共振聚變堆的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)。

渦振機(jī)，采用一體化緊湊型設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化型或普通型熱共振聚變堆，閉式循環(huán)，也可用開放式循環(huán)，工質(zhì)可分為蒸汽或氣體型，熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力采用旋轉(zhuǎn)葉輪式機(jī)構(gòu)。其動(dòng)力特性主要由所用堆芯決定。蒸汽型渦振機(jī)與蒸汽輪機(jī)類似，主要差別是用熱共振聚變堆的蒸汽發(fā)生器代替鍋爐。氣體型渦振機(jī)與閉布雷頓循環(huán)氣輪機(jī)組類似，主要差別是熱源改用熱共振聚變堆，加熱氣體是用熱共振聚變堆的熱交換器實(shí)現(xiàn)的。

蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的種類都很多。采用與其相應(yīng)的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力的模式和機(jī)制，渦振機(jī)也有很多相似的類型。以滿足和適應(yīng)不同的工作環(huán)境和實(shí)際需要，對(duì)其性能提出的不同要求，包括性能提升和改善的要求。例如，可以要求提高工作溫度、改善系統(tǒng)功能等以提高效益；也可以合并一些部件并放棄一些功能，以降低成本。

閉式循環(huán)蒸汽型渦振機(jī)主要由熱共振聚變堆、熱交換器、蒸汽發(fā)生器、蒸汽輪機(jī)、冷凝器、加熱器、泵等組成。蒸汽輪機(jī)由轉(zhuǎn)子和缸體兩部分組成。轉(zhuǎn)子包括主軸、葉輪、動(dòng)葉片和聯(lián)軸器等。缸體包括進(jìn)汽部分、汽缸、隔板和靜葉柵、汽封及軸承等。其優(yōu)點(diǎn)是功率大、熱效率高，運(yùn)行安全可靠性和耐用性高。缺點(diǎn)是輸出功率不易細(xì)致調(diào)整；運(yùn)行中主要因材料問題易滲漏和汽缸變形。

閉布雷頓循環(huán)氣體型渦振機(jī)系統(tǒng)，主要由熱共振聚變堆、熱交換器加熱室、壓氣機(jī)、渦輪機(jī)、冷卻器等組成。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪聲低頻分量很低，功率密度大，少用或不用冷卻水等。主要缺點(diǎn)是很難精細(xì)地調(diào)節(jié)輸出的功率。

1.渦振機(jī)概念方案 小中大型、熱共振聚變堆供給熱能、熱交換器、蒸汽發(fā)生器或加熱室、旋轉(zhuǎn)葉輪式機(jī)構(gòu)、蒸汽或氣體工質(zhì)、閉式或開放式循環(huán)、一體化緊湊型設(shè)計(jì)的渦輪式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)?？刹捎煤?jiǎn)化型堆芯；也可采用普通型堆芯，但整體結(jié)構(gòu)的難度會(huì)增加。功用是把堆芯產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力并輸出。氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐。渦振機(jī)商用目標(biāo)：商用發(fā)動(dòng)機(jī)。提供商用機(jī)械動(dòng)力。例如，作為船舶、車輛等的發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.整機(jī)系統(tǒng)組成、整體結(jié)構(gòu)和布局：簡(jiǎn)化或普通I、II、III型組成：熱共振聚變堆+熱交換器+蒸汽發(fā)生器蒸汽輪機(jī)冷凝器泵系統(tǒng)或閉布雷頓循環(huán)氣輪機(jī)組系統(tǒng)+氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐+重水存儲(chǔ)電解系統(tǒng)+其間輸送管道泵閥+保溫層+備用氣體存儲(chǔ)罐+控制、加熱、輔助和維護(hù)等設(shè)備。結(jié)構(gòu)和布局：熱共振聚變堆和熱交換器采用緊湊型結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)，與蒸汽發(fā)生器、蒸汽輪機(jī)、冷凝器或閉布雷頓循環(huán)氣輪機(jī)組，及泵、冷卻、潤(rùn)滑和控制系統(tǒng)等，共同組成一體化整機(jī)。蒸汽型見圖4，氣體型見圖5。耐壓氣體儲(chǔ)存罐設(shè)在主機(jī)旁，并與其用氣體燃料閥、輸送泵相連接。轉(zhuǎn)子采用水平布置。整機(jī)可采用一體化緊湊型結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)，也可采用主要部件分立分布式布置設(shè)計(jì)。可根據(jù)實(shí)際需要和具體工作環(huán)境靈活設(shè)計(jì)整機(jī)的結(jié)構(gòu)和布局。

3.簡(jiǎn)化I型 小、中、大型。簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆。轉(zhuǎn)子采用水平布置。簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆系統(tǒng)+蒸汽輪機(jī)組或閉布雷頓循環(huán)氣輪機(jī)組系統(tǒng)+控制潤(rùn)滑冷卻起動(dòng)等系統(tǒng)。

4.簡(jiǎn)化II型 小、中、大型。簡(jiǎn)化II型熱共振聚變堆。其余與簡(jiǎn)化I型類似。

5.簡(jiǎn)化III型 小、中、大型。簡(jiǎn)化III型熱共振聚變堆。其余與簡(jiǎn)化I型類似。

6.普通I、II、III型 小、中、大、巨型。普通I、II、III型熱共振聚變堆。其余與相應(yīng)的簡(jiǎn)化I、II、III型類似。例如，普通III高溫型熱共振聚變堆系統(tǒng)+氦氣或氮?dú)獾葰怏w工質(zhì)+閉布雷頓循環(huán)氣輪機(jī)組系統(tǒng)+控制潤(rùn)滑冷卻起動(dòng)等系統(tǒng)。

7.系統(tǒng)整體相容材料 初步選出幾組相容性好的材料，主要是耐高溫耐腐蝕性能，簡(jiǎn)化型見表1，普通型見表2。選擇標(biāo)準(zhǔn)是優(yōu)先選用性能稍差但價(jià)格低的材料。渦振機(jī)優(yōu)選系統(tǒng)：簡(jiǎn)化I型。

七、渦輪噴氣式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)

渦輪噴氣式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱噴振機(jī)，是一種以一體化緊湊型設(shè)計(jì)為特征、連續(xù)流動(dòng)的空氣作為工質(zhì)、完全依賴高溫高壓空氣產(chǎn)生的高速噴出氣流的反作用力產(chǎn)生推力，把熱共振聚變堆的熱能轉(zhuǎn)換為推動(dòng)力的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。

噴振機(jī)，采用一體化緊湊型設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化型或普通型熱共振聚變堆，空氣工質(zhì)，開放式循環(huán)，主要提供推力，熱能轉(zhuǎn)換成推力采用高速噴出空氣流的模式。其動(dòng)力特性主要由所用堆芯決定。噴振機(jī)與渦振機(jī)類似，主要差別是前者主要或只提供推力，后者只提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。

普通噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)有多種類型。采用與其相應(yīng)的熱能轉(zhuǎn)換成推力的模式和機(jī)制，噴振機(jī)也有很多相似的類型。以滿足和適應(yīng)不同的工作環(huán)境和實(shí)際需要，對(duì)其性能提出的不同要求，包括性能提升和改善的要求。例如，可以要求提高工作溫度、改善系統(tǒng)功能等以提高效益；也可以合并一些部件并放棄一些功能，以降低成本。

噴振機(jī)主要由熱共振聚變堆、進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、加熱室、渦輪機(jī)和尾噴管組成?？煞譃榛拘秃徒M合型。按增壓技術(shù)，分為沖壓、脈沖、壓氣機(jī)、壓氣機(jī)結(jié)合沖壓型。以及根據(jù)能量輸出的不同，有渦輪、渦輪風(fēng)扇、渦輪螺旋槳和螺槳風(fēng)扇等組合型的噴振機(jī)?；拘蛧娬駲C(jī)的工作原理是，空氣從進(jìn)氣道進(jìn)入，經(jīng)壓氣機(jī)加壓后進(jìn)入加熱室，加熱室由熱共振聚變堆的熱交換器構(gòu)成，用以加熱空氣至高溫高壓狀態(tài)，形成高速氣流，流經(jīng)渦輪機(jī)并推動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng) 同時(shí)帶動(dòng)同軸的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，最后從尾噴管高速噴出。其特點(diǎn)是完全依賴高速噴出的空氣流產(chǎn)生的反作用力形成的推力，提供動(dòng)力。其它類型的噴振機(jī)，與此類似。例如，渦輪風(fēng)扇噴振機(jī)，屬組合型，壓氣機(jī)與風(fēng)扇組合，同樣是用熱共振聚變堆的熱交換器構(gòu)成的加熱室代替燃燒室，除尾噴管噴出的高速氣流產(chǎn)生推力外，轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)扇也能提供推力，這種組合能使較低速度下的推進(jìn)效率較高。其余部分按普通噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)稍作調(diào)整即可；例如，去除全部燃油系統(tǒng)等。沖壓型噴振機(jī)，單靠其相對(duì)速度使空氣在進(jìn)氣道內(nèi)產(chǎn)生需要的壓力，即沖壓，不用壓氣機(jī)和渦輪機(jī)，但必須在高速運(yùn)動(dòng)中才能啟動(dòng)和正常工作。

噴振機(jī)用熱共振聚變堆加熱空氣，代替普通噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的化石燃料燃燒，沒有燃燒不穩(wěn)定、供油系統(tǒng)故障、燃料負(fù)荷及燃料引發(fā)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等問題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是綠色、潔凈、無碳、不污染空氣的新型噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)?？捎米鞲咚亠w機(jī)的動(dòng)力，能提供超長(zhǎng)航程和超長(zhǎng)留空時(shí)間。主要缺點(diǎn)是低速性能稍差。

由于所用的熱共振聚變堆運(yùn)行成本很低，能提供廉價(jià)的熱能，因此噴振機(jī)也能提供廉價(jià)、安全、充足、清潔的推動(dòng)力，會(huì)有廣泛的應(yīng)用。

1.噴振機(jī)概念方案 小中大型、熱共振聚變堆供給熱能、熱交換器加熱室、旋轉(zhuǎn)葉輪式機(jī)構(gòu)、空氣工質(zhì)、開放式循環(huán)、基本或組合型壓氣機(jī)系統(tǒng)、一體化緊湊型設(shè)計(jì)的渦輪噴氣式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)。可采用簡(jiǎn)化型堆芯；也可采用普通型堆芯，但整體結(jié)構(gòu)的難度會(huì)增加。功用是把堆芯產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成推動(dòng)力并輸出。氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐。噴振機(jī)商用目標(biāo)：商用發(fā)動(dòng)機(jī)。提供商用機(jī)械動(dòng)力。例如，作為飛機(jī)、飛行器等的發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.整機(jī)系統(tǒng)組成、整體結(jié)構(gòu)和布局：簡(jiǎn)化或普通I、II、III型組成：熱共振聚變堆+熱交換器+進(jìn)氣道+基本或組合型壓氣機(jī)系統(tǒng)+加熱室+渦輪機(jī)+尾噴管+氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐+重水存儲(chǔ)電解系統(tǒng)+其間輸送管道泵閥+保溫層+備用氣體存儲(chǔ)罐+控制、加熱、輔助和維護(hù)等設(shè)備。結(jié)構(gòu)和布局：熱共振聚變堆和熱交換器、進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、加熱室、渦輪機(jī)和尾噴管，熱交換器和加熱室合并，及冷卻、潤(rùn)滑和控制系統(tǒng)等，采用緊湊型結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)，共同組成一體化整機(jī)。見圖6，圖中所示為基本型。耐壓氣體儲(chǔ)存罐設(shè)在主機(jī)旁，并與其用氣體燃料閥、輸送泵相連接。轉(zhuǎn)子采用水平布置。

3.簡(jiǎn)化I型 小、中、大型。簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆。轉(zhuǎn)子采用水平布置。簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆系統(tǒng)+進(jìn)氣道+基本或組合型壓氣機(jī)系統(tǒng)+加熱室+渦輪機(jī)+尾噴管+控制潤(rùn)滑冷卻起動(dòng)等系統(tǒng)。

4.簡(jiǎn)化II型 小、中、大型。簡(jiǎn)化II型熱共振聚變堆。其余與簡(jiǎn)化I型類似。

5.簡(jiǎn)化III型 小、中、大型。簡(jiǎn)化III型熱共振聚變堆。其余與簡(jiǎn)化I型類似。

6.普通I、II、III型 小、中、大、巨型。普通I、II、III型熱共振聚變堆。其余與相應(yīng)的簡(jiǎn)化I、II、III型類似。例如，普通III高溫型熱共振聚變堆系統(tǒng)+進(jìn)氣道+基本或組合型壓氣機(jī)系統(tǒng)+加熱室+渦輪機(jī)+尾噴管+控制潤(rùn)滑冷卻起動(dòng)等系統(tǒng)。

7.系統(tǒng)整體相容材料 初步選出幾組相容性好的材料，主要是耐高溫耐腐蝕性能，簡(jiǎn)化型見表1，普通型見表2。選擇標(biāo)準(zhǔn)是優(yōu)先選用性能稍差但價(jià)格低的材料。噴振機(jī)優(yōu)選系統(tǒng)： 簡(jiǎn)化I型。

八、火箭式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)

火箭式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱箭振機(jī)，是一種以一體化緊湊型設(shè)計(jì)為特征、自帶工質(zhì)、主要采用液體工質(zhì)、完全依賴高溫高壓氣體產(chǎn)生的高速噴出氣流的反作用力產(chǎn)生推力，把熱共振聚變堆的熱能轉(zhuǎn)換為推動(dòng)力的火箭式發(fā)動(dòng)機(jī)。

箭振機(jī)，采用一體化緊湊型設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化型或普通型熱共振聚變堆，自帶液體工質(zhì)，也可采用其它類型工質(zhì)，開放式循環(huán)，主要提供推力，熱能轉(zhuǎn)換成推力采用高速噴出氣流的模式。其動(dòng)力特性主要由所用堆芯決定。箭振機(jī)與噴振機(jī)類似，主要差別是前者不用空氣做工質(zhì)，自帶工質(zhì)，能在大氣層外和深空中提供推力。

普通火箭發(fā)動(dòng)機(jī)有多種類型。采用與其相應(yīng)的熱能轉(zhuǎn)換成推力的模式和機(jī)制，箭振機(jī)也有很多相似的類型。以滿足和適應(yīng)不同的工作環(huán)境和實(shí)際需要，對(duì)其性能提出的不同要求，包括性能提升和改善的要求。例如，可以要求提高工作溫度、改善系統(tǒng)功能等以提高效益；也可以合并一些部件并放棄一些功能，以降低成本。

箭振機(jī)主要由熱共振聚變堆、熱交換器加熱室、噴嘴工質(zhì)存貯供應(yīng)系統(tǒng)、尾噴管系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。其工作原理是，液體工質(zhì)從存貯供應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)加壓后，從噴嘴噴入加熱室，加熱室由熱共振聚變堆的熱交換器構(gòu)成，用以加熱工質(zhì)至高溫高壓狀態(tài)，形成高速氣流，從尾噴管高速噴出。其特點(diǎn)是完全依賴高速噴出的氣流產(chǎn)生的反作用力形成的推力，提供動(dòng)力。其余部分按普通火箭發(fā)動(dòng)機(jī)稍作調(diào)整即可；例如，去除全部化學(xué)燃料系統(tǒng)等。

箭振機(jī)用熱共振聚變堆加熱液體工質(zhì)，代替普通火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑的燃燒，沒有燃燒不穩(wěn)定、供燃料系統(tǒng)故障及燃料引發(fā)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等問題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是綠色、潔凈、無碳、不污染大氣和環(huán)境的新型火箭式發(fā)動(dòng)機(jī)。

由于所用的熱共振聚變堆運(yùn)行成本很低，能提供廉價(jià)的熱能，因此箭振機(jī)也能提供廉價(jià)、安全、充足、清潔的推動(dòng)力，作為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)有廣泛的應(yīng)用。

1.箭振機(jī)概念方案 小中大型、熱共振聚變堆供給熱能、熱交換器加熱室、液體工質(zhì)、開放式循環(huán)、噴嘴工質(zhì)存貯供應(yīng)系統(tǒng)、一體化緊湊型設(shè)計(jì)的火箭式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)?？刹捎煤?jiǎn)化型堆芯；也可采用普通型堆芯，但整體結(jié)構(gòu)的難度會(huì)增加。功用是把堆芯產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成推動(dòng)力并輸出。氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐。箭振機(jī)商用目標(biāo)：商用發(fā)動(dòng)機(jī)。提供商用機(jī)械動(dòng)力。例如，作為火箭、空間飛行器等的發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.整機(jī)系統(tǒng)組成、整體結(jié)構(gòu)和布局：簡(jiǎn)化或普通I、II、III型組成：熱共振聚變堆系統(tǒng)+熱交換器加熱室系統(tǒng)+噴嘴工質(zhì)存貯供應(yīng)系統(tǒng)+尾噴管系統(tǒng)+氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐系統(tǒng)+重水存儲(chǔ)電解系統(tǒng)+保溫層系統(tǒng)+控制、加熱、輔助和維護(hù)等系統(tǒng)和設(shè)備。結(jié)構(gòu)和布局：熱共振聚變堆和熱交換器、噴嘴工質(zhì)存貯供應(yīng)系統(tǒng)、加熱室、尾噴管系統(tǒng)，熱交換器和加熱室合并，及冷卻、潤(rùn)滑和控制系統(tǒng)等，采用緊湊型結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)，共同組成一體化整機(jī)。耐壓氣體儲(chǔ)存罐設(shè)在主機(jī)旁，并與其用氣體燃料閥、輸送泵相連接。

3.簡(jiǎn)化I型 小、中、大型。簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆。簡(jiǎn)化I型熱共振聚變堆系統(tǒng)+熱交換 器加熱室系統(tǒng)+噴嘴工質(zhì)存貯供應(yīng)系統(tǒng)+尾噴管系統(tǒng)+氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐系統(tǒng)+重水存儲(chǔ)電解系統(tǒng)+保溫層系統(tǒng)+控制潤(rùn)滑冷卻起動(dòng)輔助和維護(hù)等系統(tǒng)。

4.簡(jiǎn)化II型 小、中、大型。簡(jiǎn)化II型熱共振聚變堆。其余與簡(jiǎn)化I型類似。

5.簡(jiǎn)化III型 小、中、大型。簡(jiǎn)化III型熱共振聚變堆。其余與簡(jiǎn)化I型類似。

6.普通I、II、III型 小、中、大、巨型。普通I、II、III型熱共振聚變堆。其余與相應(yīng)的簡(jiǎn)化I、II、III型類似。例如，普通III高溫型熱共振聚變堆系統(tǒng)+熱交換器加熱室系統(tǒng)+噴嘴工質(zhì)存貯供應(yīng)系統(tǒng)+尾噴管系統(tǒng)+氣體燃料和乏燃料儲(chǔ)存罐系統(tǒng)+重水存儲(chǔ)電解系統(tǒng)+保溫層系統(tǒng)+控制潤(rùn)滑冷卻起動(dòng)輔助和維護(hù)等系統(tǒng)。

7.系統(tǒng)整體相容材料 初步選出幾組相容性好的材料，主要是耐高溫耐腐蝕性能，簡(jiǎn)化型見表1，普通型見表2。選擇標(biāo)準(zhǔn)是優(yōu)先選用性能稍差但價(jià)格低的材料。箭振機(jī)優(yōu)選系統(tǒng)：簡(jiǎn)化I型。

九、熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)溫度控制啟動(dòng)和停機(jī)方法及輸出功率調(diào)節(jié)方法

1.熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法：?jiǎn)?dòng)時(shí)，先啟動(dòng)熱共振聚變堆，堆芯內(nèi)加入適當(dāng)濃度的氣體核燃料，用輔助加熱裝置對(duì)主容器內(nèi)的氣體核燃料、熱共振聚變組件逐漸加熱，達(dá)到實(shí)現(xiàn)熱共振聚變的溫度后，熱共振聚變堆即開始運(yùn)行，產(chǎn)生并供應(yīng)熱能，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽或氣體，推動(dòng)機(jī)件運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并完成啟動(dòng)過程。

2.熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的停機(jī)方法：熱共振聚變堆降溫停堆停機(jī)法。正常運(yùn)行的熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，降低堆芯氣體核燃料的溫度，使熱共振聚變組件的溫度逐漸降低，熱共振機(jī)制停止，聚變反應(yīng)停止，實(shí)現(xiàn)停堆，熱能供給停止，熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。

3.熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率調(diào)節(jié)方法：調(diào)節(jié)蒸汽或氣體供給數(shù)量或/和壓力或/和溫度；調(diào)節(jié)堆芯工作溫度偏離最佳工作溫度的大??；調(diào)節(jié)堆芯內(nèi)熱共振聚變組件參與聚變反應(yīng)的數(shù)量和程度，例如熱共振聚變功能片或棒的一部分參與聚變反應(yīng)。

本發(fā)明的有益效果是：熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，克服了現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)，如內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)都用化石燃料、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高、排放溫室氣體、污染大氣和環(huán)境且都存在整體系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造運(yùn)行維護(hù)成本高、技術(shù)難度大；電動(dòng)機(jī)受供電限制很大無法單獨(dú)使用僅適合固定或沿固定線路運(yùn)行的工作條件等的不足，基于熱共振聚變堆，能在普通條件和不太高的溫度下長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行并同時(shí)提供綠色、潔凈、安全、廉價(jià)、充足的機(jī)械動(dòng)力。熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)是一種新型的聚變核能發(fā)動(dòng)機(jī)，可作為微型、小型、中型和大型發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛的應(yīng)用。

熱共振聚變堆能以可控的方式實(shí)現(xiàn)持續(xù)的核聚變反應(yīng)，使聚變核能的應(yīng)用在技術(shù)和工程上成為切實(shí)可行的；具有溫度調(diào)節(jié)熱共振形成機(jī)制，容易控制，能保持在適合聚變的溫度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行；正常運(yùn)行時(shí)只需要用氘、氚等輕核，核燃料資源豐富而低價(jià)，不產(chǎn)生高放射性核廢料，不污染環(huán)境；不涉及鈾濃縮和钚分離問題，具有防核擴(kuò)散功能；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合小型和微型化，建造和運(yùn)行總成本低，非常適合大規(guī)模推廣應(yīng)用，能徹底解決能源資源不足的問題。

熱共振聚變堆的這些優(yōu)異性能表明，以其作為供熱能源的熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，在機(jī)械動(dòng) 力資源發(fā)展戰(zhàn)略中具有極其重要的地位和價(jià)值，有巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)和前景。能實(shí)現(xiàn)用聚變核能充分滿足人類長(zhǎng)期機(jī)械動(dòng)力需求的同時(shí)，解決能源、動(dòng)力資源和核燃料資源不足、核安全和低碳發(fā)展的問題。還具有徹底改變當(dāng)前世界機(jī)械動(dòng)力資源供應(yīng)模式和格局的巨大潛力。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的作為發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的內(nèi)膨脹式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)布局示意圖。熱共振聚變堆優(yōu)選簡(jiǎn)化型，也可以是普通型。所示缸體部分為簡(jiǎn)化剖面構(gòu)造示意圖。

圖2是本發(fā)明的作為發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的斯特林熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)布局示意圖。熱共振聚變堆優(yōu)選簡(jiǎn)化型，也可以是普通型。所示結(jié)構(gòu)類型為I型斯振機(jī)，即雙動(dòng)力活塞在氣體連通的熱冷兩缸中運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣體并具有雙活塞連接在曲軸同一點(diǎn)上的典型三角陣式結(jié)構(gòu)。所示部分為簡(jiǎn)化剖面構(gòu)造示意圖。

圖3是本發(fā)明的作為發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的蒸汽活塞式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)布局示意圖。熱共振聚變堆優(yōu)選簡(jiǎn)化型，也可以是普通型。所示為單作用式汽缸的簡(jiǎn)化剖面構(gòu)造示意圖。

圖4是本發(fā)明的作為發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的閉循環(huán)蒸汽渦輪式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)布局示意圖。熱共振聚變堆優(yōu)選簡(jiǎn)化型，也可以是普通型。所示部分為簡(jiǎn)化剖面構(gòu)造示意圖。

圖5是本發(fā)明的作為發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的閉循環(huán)氣體渦輪式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)布局示意圖。熱共振聚變堆優(yōu)選簡(jiǎn)化型，也可以是普通型。所示部分為簡(jiǎn)化剖面構(gòu)造示意圖。

圖6是本發(fā)明的作為發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的渦輪噴氣式熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)布局示意圖。熱共振聚變堆優(yōu)選簡(jiǎn)化型，也可以是普通型。所示為基本型噴振機(jī)的簡(jiǎn)化剖面構(gòu)造示意圖。

圖1中，1.活塞裝置，2.汽缸系統(tǒng)，3.熱交換器系統(tǒng)，4.熱共振聚變堆系統(tǒng)，5.重水存儲(chǔ)電解系統(tǒng)，6.儲(chǔ)氣罐系統(tǒng)，7.噴口高壓泵供水系統(tǒng)，8.水箱系統(tǒng)，9.排汽系統(tǒng)，10.泵系統(tǒng)，11.冷凝器系統(tǒng)，12.輔助系統(tǒng)，13.曲軸連桿機(jī)構(gòu)，14.飛輪系統(tǒng)。

圖2中，1.冷卻器和低溫區(qū)熱交換器系統(tǒng)，2.低溫汽缸氣體工質(zhì)低溫工作區(qū)，3.低溫活塞系統(tǒng)，4.低溫汽缸體系統(tǒng)，5.低溫活塞連桿機(jī)構(gòu)，6.曲軸飛輪系統(tǒng)，7.雙活塞連桿在曲軸上的同一連接點(diǎn)，8.高溫活塞連桿機(jī)構(gòu)，9.高溫汽缸體系統(tǒng)，10.高溫活塞系統(tǒng)，11.高溫汽缸氣體工質(zhì)高溫工作區(qū)，12.熱共振聚變堆熱源系統(tǒng)，13.高溫?zé)峤粨Q器系統(tǒng)，14.氣體工質(zhì)連通管道和交流換熱器系統(tǒng)。

圖3中，1.活塞系統(tǒng)，2.汽缸和缸體系統(tǒng)，3.儲(chǔ)氣罐系統(tǒng)，4.重水存儲(chǔ)電解系統(tǒng)，5.熱共振聚變堆熱交換器系統(tǒng)，6.蒸汽發(fā)生器或鍋爐系統(tǒng)，7.滑閥配汽機(jī)構(gòu)和調(diào)速機(jī)構(gòu)，8.高壓泵管道閥供水系統(tǒng)，9.排汽系統(tǒng)，10.冷凝器系統(tǒng)，11.輔助系統(tǒng)，12.曲軸連桿機(jī)構(gòu)，13.飛輪系統(tǒng)。

圖4中，1.熱共振聚變堆系統(tǒng)，2.熱交換器和蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)，3.高壓泵管道閥供水系 統(tǒng)，4.冷凝器系統(tǒng)，5.蒸汽輪機(jī)和缸體隔板等及輔助系統(tǒng)，6.負(fù)載系統(tǒng)，7.主軸和聯(lián)軸器系統(tǒng)，8.葉輪和動(dòng)葉片系統(tǒng)。

圖5中，1.氣輪機(jī)缸體隔板等及輔助系統(tǒng)，2.壓氣機(jī)系統(tǒng)，3.熱共振聚變堆系統(tǒng)，4.熱交換器和加熱室系統(tǒng)，5.主軸和聯(lián)軸器系統(tǒng)，6.渦輪機(jī)系統(tǒng)，7.負(fù)載系統(tǒng)，8.冷卻器系統(tǒng)。

圖6中，1.進(jìn)氣系統(tǒng)，2.壓氣機(jī)系統(tǒng)，3.熱共振聚變堆系統(tǒng)，4.熱交換器和加熱室系統(tǒng)，5.主軸系統(tǒng)，6.渦輪機(jī)系統(tǒng)，7.尾噴管系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

制造新發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，要按照對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的具體指標(biāo)要求并同時(shí)按照熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的要求設(shè)計(jì)制造，才能滿足熱共振聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行的特殊性能的要求。實(shí)現(xiàn)其優(yōu)異性能，如只需要對(duì)該堆輸入氣體核燃料并在常規(guī)條件下，無碳無氧不需要復(fù)雜系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)低成本的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的正常運(yùn)行。

在圖1中，氣體聚變?nèi)剂峡捎芍厮鎯?chǔ)電解系統(tǒng)(5)電解生產(chǎn)再供給儲(chǔ)氣罐系統(tǒng)(6)，氣體聚變?nèi)剂嫌蓺怏w聚變?nèi)剂腺A罐及管道泵和加料控制系統(tǒng)(6)進(jìn)入熱共振聚變堆(4)內(nèi)發(fā)生聚變反應(yīng)，放出的熱能傳導(dǎo)入汽缸系統(tǒng)(2)的汽缸內(nèi)的熱交換器系統(tǒng)(3)的熱交換器，同時(shí)噴口高壓泵供水系統(tǒng)(7)從水箱系統(tǒng)(8)抽水并產(chǎn)生高溫高壓水經(jīng)噴口噴入汽缸內(nèi)的熱交換器上，在汽缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，蒸汽膨脹推動(dòng)活塞裝置(1)移動(dòng)并帶動(dòng)曲軸連桿機(jī)構(gòu)(13)運(yùn)動(dòng)和飛輪系統(tǒng)(14)轉(zhuǎn)動(dòng)，膨脹后的蒸汽經(jīng)排汽系統(tǒng)(9)排出汽缸進(jìn)入冷凝器系統(tǒng)(11)，蒸汽冷凝成水后經(jīng)泵系統(tǒng)(10)泵入水箱系統(tǒng)(8)，形成工作循環(huán)。飛輪系統(tǒng)(14)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)外輸出機(jī)械動(dòng)力。輔助系統(tǒng)(12)起協(xié)調(diào)輔助運(yùn)行等作用。

在圖2中，所示的結(jié)構(gòu)類型為工型斯振機(jī)。熱共振聚變堆熱源系統(tǒng)(12)產(chǎn)生的熱能，通過高溫?zé)峤粨Q器系統(tǒng)(13)傳入高溫汽缸氣體工質(zhì)高溫工作區(qū)(11)中，加熱工質(zhì)氣體。冷卻器和低溫區(qū)熱交換器系統(tǒng)(1)中的冷卻器，通過低溫區(qū)熱交換器冷卻低溫汽缸氣體工質(zhì)低溫工作區(qū)(2)中的工質(zhì)氣體。氣體工質(zhì)連通管道和交流換熱器系統(tǒng)(14)連接并輸送高溫汽缸氣體工質(zhì)高溫工作區(qū)(11)和低溫汽缸氣體工質(zhì)低溫工作區(qū)(2)中的工質(zhì)氣體，并同時(shí)用交流換熱器吸收流入冷區(qū)工質(zhì)氣體的熱能再轉(zhuǎn)移到流入熱區(qū)的工質(zhì)氣體中，以提高熱效率。工作循環(huán)由四個(gè)過程組成。過程1：多數(shù)工質(zhì)氣體在高溫汽缸氣體工質(zhì)高溫工作區(qū)(11)中經(jīng)高溫?zé)峤粨Q器系統(tǒng)(13)的熱交換器加熱，膨脹推動(dòng)高溫活塞系統(tǒng)(10)的高溫活塞移動(dòng)直至高溫汽缸體系統(tǒng)(9)的高溫汽缸頂端，同時(shí)通過高溫活塞連桿機(jī)構(gòu)(8)推動(dòng)曲軸飛輪系統(tǒng)(6)的曲軸飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)低溫活塞連桿機(jī)構(gòu)(5)和低溫活塞系統(tǒng)(3)的活塞移動(dòng)，使低溫汽缸氣體工質(zhì)低溫工作區(qū)(2)擴(kuò)大，低溫活塞落后高溫活塞有90度的相差，并從熱區(qū)把工質(zhì)氣體抽入冷區(qū)中。過程2：工質(zhì)氣體的總體積已達(dá)到最大。之后，高溫活塞開始回復(fù)移動(dòng)，并把多數(shù)工質(zhì)氣體從高溫汽缸氣體工質(zhì)高溫工作區(qū)(11)壓入低溫汽缸氣體工質(zhì)低溫工作區(qū)(2)中冷卻和減低壓力。過程3：幾乎所有工質(zhì)氣體都處在低溫汽缸氣體工質(zhì)低溫工作區(qū)(2)中并繼續(xù)冷卻。在曲軸飛輪系統(tǒng)(6)通過低溫活塞連桿機(jī)構(gòu)(5)驅(qū)動(dòng)下，低溫活塞系統(tǒng)(3)的活塞開始回復(fù)移動(dòng)，壓縮冷區(qū)中的工質(zhì)氣體。過程4：工質(zhì)氣體的總體積已達(dá)到 最小，接著工質(zhì)氣體在高溫汽缸氣體工質(zhì)高溫工作區(qū)(11)中再加熱膨脹，推動(dòng)高溫活塞系統(tǒng)(10)的高溫活塞移動(dòng)，對(duì)外輸出動(dòng)力，完成I型斯振機(jī)的工作循環(huán)。低溫汽缸體系統(tǒng)(4)與高溫汽缸體系統(tǒng)(9)垂直。低溫活塞連桿的曲軸連接端與高溫活塞連桿的曲軸連接端，定位在雙活塞連桿在曲軸上的同一連接點(diǎn)(7)上。

圖3中，氣體聚變?nèi)剂峡捎芍厮鎯?chǔ)電解系統(tǒng)(4)電解生產(chǎn)再供給儲(chǔ)氣罐系統(tǒng)(3)，氣體聚變?nèi)剂嫌蓺怏w聚變?nèi)剂腺A罐及管道泵和加料控制系統(tǒng)(3)進(jìn)入熱共振聚變堆熱交換器系統(tǒng)(5)內(nèi)發(fā)生聚變反應(yīng)，產(chǎn)生的熱能輸入蒸汽發(fā)生器或鍋爐系統(tǒng)(6)產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，高溫高壓蒸汽經(jīng)滑閥配汽機(jī)構(gòu)和調(diào)速機(jī)構(gòu)(7)進(jìn)入汽缸系統(tǒng)(2)的汽缸內(nèi)，蒸汽膨脹推動(dòng)活塞裝置(1)移動(dòng)并帶動(dòng)曲軸連桿機(jī)構(gòu)(12)運(yùn)動(dòng)和飛輪系統(tǒng)(13)轉(zhuǎn)動(dòng)，膨脹后的蒸汽經(jīng)排汽系統(tǒng)(9)排出汽缸進(jìn)入冷凝器系統(tǒng)(10)，蒸汽冷凝成水后經(jīng)泵系統(tǒng)(8)泵入蒸汽發(fā)生器或鍋爐系統(tǒng)(6)，形成工作循環(huán)。飛輪系統(tǒng)(13)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)外輸出機(jī)械動(dòng)力。輔助系統(tǒng)(11)起協(xié)調(diào)輔助運(yùn)行等作用。

圖4中，熱共振聚變堆系統(tǒng)(1)內(nèi)的聚變反應(yīng)產(chǎn)生的熱能傳導(dǎo)入熱交換器和蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)(2)產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，蒸汽導(dǎo)入蒸汽輪機(jī)和缸體隔板等及輔助系統(tǒng)(5)內(nèi)膨脹推動(dòng)渦輪機(jī)的主軸和聯(lián)軸器系統(tǒng)(7)和葉輪和動(dòng)葉片系統(tǒng)(8)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)負(fù)載系統(tǒng)(6)轉(zhuǎn)動(dòng)，膨脹后的蒸汽排入冷凝器系統(tǒng)(4)，蒸汽冷凝成水后經(jīng)高壓泵管道閥供水系統(tǒng)(3)泵入熱交換器和蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)(2)，形成工作循環(huán)。主軸和聯(lián)軸器系統(tǒng)(7)的主軸與負(fù)載系統(tǒng)(6)的主軸，用聯(lián)軸器連接。

圖5中，熱共振聚變堆系統(tǒng)(3)內(nèi)的聚變反應(yīng)產(chǎn)生的熱能經(jīng)熱交換器和加熱室系統(tǒng)(4)傳導(dǎo)入加熱室內(nèi)加熱工質(zhì)氣體，并形成高溫高壓氣體導(dǎo)入渦輪機(jī)系統(tǒng)(6)內(nèi)膨脹，推動(dòng)渦輪機(jī)及其主軸和聯(lián)軸器系統(tǒng)(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)負(fù)載系統(tǒng)(7)轉(zhuǎn)動(dòng)，膨脹后的氣體排入冷卻器系統(tǒng)(8)，冷卻減壓后的氣體輸入壓氣機(jī)系統(tǒng)(2)加壓后進(jìn)入熱交換器和加熱室系統(tǒng)(4)的加熱室內(nèi)加熱，形成工作循環(huán)。壓氣機(jī)系統(tǒng)(2)的壓氣機(jī)，與渦輪機(jī)系統(tǒng)(6)的渦輪機(jī)，共用主軸和聯(lián)軸器系統(tǒng)(5)的同一個(gè)主軸，一起轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸和聯(lián)軸器系統(tǒng)(5)的主軸與負(fù)載系統(tǒng)(7)的主軸，用聯(lián)軸器連接。氣輪機(jī)缸體隔板等及輔助系統(tǒng)(1)起支撐和隔離等作用，以保證整機(jī)的正常運(yùn)行。

圖6中，氣體經(jīng)進(jìn)氣系統(tǒng)(1)進(jìn)入壓氣機(jī)系統(tǒng)(2)對(duì)氣體加壓，加壓后的氣體進(jìn)入熱交換器和加熱室系統(tǒng)(4)的加熱室內(nèi)，同時(shí)熱共振聚變堆系統(tǒng)(3)內(nèi)的聚變反應(yīng)產(chǎn)生的熱能經(jīng)熱交換器和加熱室系統(tǒng)(4)導(dǎo)入加熱室內(nèi)加熱氣體，并形成高溫高壓氣體導(dǎo)入渦輪機(jī)系統(tǒng)(6)內(nèi)膨脹，推動(dòng)渦輪機(jī)及其主軸系統(tǒng)(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)壓氣機(jī)系統(tǒng)(2)的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，膨脹后的氣體經(jīng)尾噴管系統(tǒng)(7)的尾噴管高速噴出，高速噴出氣流的反作用力形成噴振機(jī)的推力。壓氣機(jī)系統(tǒng)(2)的壓氣機(jī)，與渦輪機(jī)系統(tǒng)(6)的渦輪機(jī)，共用主軸系統(tǒng)(5)的同一個(gè)主軸，一起轉(zhuǎn)動(dòng)。