渦輪140。這種裝置具有將空氣質量體再次引入到推力氣流中的額外的益處，并且因此增大了用于推力的總空氣質量。在一個實施方式中，出口裝置190提供了包括“De Laval”噴嘴185和噴射器的排放裝置、單元或系統(tǒng)。“De Laval”噴嘴185和噴射器可以結合成單個的或一體的裝置、單元或系統(tǒng)以提供排放裝置。
[0046]應當指出的是，對為了將空氣質量體從一個或更多個管175排出到環(huán)境空氣中的一個實施方式而言，出口裝置190 (例如，噴射器)或任何其他部件的實際位置可以取決于使用推進系統(tǒng)的應用。在示出的示例中，由于推力部分地取決于空氣的質量流，空氣運行至引射器/噴射器/文丘里管(即，出口裝置190)以增大所加速的并用作推力的空氣的總質量流。同時，在一個或更多個管175中由引射器/噴射器/文丘里管產生的真空效果有助于產生穿過渦輪增壓器渦輪140的更大的壓力差，從而增大了渦輪增壓器的效率并且減小了來自初始壓縮機115以向渦輪增壓器的渦輪140施加動力所需的空氣量。最終結果是，來自初始壓縮機115的空氣質量的更多的部分可以直接用于推力。替代性地，在能夠接受更少質量/重量的空氣但所需要的結果是更大壓力空氣的較大體積的情況下，來自一個或更多個管175的低壓空氣的較小部分可以作為廢氣被排放至環(huán)境空氣，并且氣流的剩余體積仍保持更高壓力和平均速度。
[0047]—個或更多個管180提供一個或更多個發(fā)動機排氣管。排氣管180可以傳送發(fā)動機廢氣(即發(fā)動機廢氣流)并且根據系統(tǒng)需要執(zhí)行任何下述任務:
[0048]廢氣可以從推進系統(tǒng)100排出至大氣(標準排氣管);
[0049]廢氣可以被引向可選的出口裝置190并且通過使用一個或更多個管與其他氣流匯合以提供總空氣質量體，從而提供推進系統(tǒng)的推力(如所示出的實施方式)。總空氣質量體可以通過噴嘴185離開。
[0050]渦輪增壓器壓縮機145可以是由渦輪增壓器的渦輪140驅動的標準渦輪增壓器離心式壓縮機。渦輪增壓器壓縮機145可以被重新設計以使用諸如軸流式壓縮機、鼠籠式壓縮機之類的任何類型的壓縮機以根據需要實現所需的質量氣流、壓力或速度。渦輪增壓器渦輪140可以是標準的渦輪增壓器增壓渦輪。這種設計的變型是可能的并且可以包括例如速度渦輪、沖擊式渦輪或甚至渦輪的組合以驅動渦輪增壓器壓縮機145。
[0051]在另一實施方式中，軸流式渦輪、沖擊式渦輪等可以添加在增壓渦輪140之后以從氣流中吸取另外的能量，注意到，施加到渦輪的低壓側的真空或部分真空增大了就渦輪的高壓側的給定輸入而言的可用能量。
[0052]在另一實施方式中，關于壓縮機145，由于“De Laval”噴嘴更響應于額外的壓力而非體積，因此壓力尤為重要。渦輪部分的所增大的效率允許軸流式壓縮機的引入以增大壓力、體積或壓力和體積兩者。軸流式壓縮機和離心式壓縮機的組合可以用于實現壓力和體積方面的最大增加，并且同時仍保持一個或更多個管165中的較高的速度值。
[0053]還應當指出的是，根據壓力和速度在接合一個或更多個管部段(例如，歧管)之間匹配的程度，可以不使用或不需要止回閥以避免推進系統(tǒng)內各個位置處的氣流逆行。還可以不使用止回閥以減小部件失效情況下的損耗。此外，可以使用數字或模擬壓力控制器以確保空氣質量被引導貫穿推進系統(tǒng)從而根據待使用的機器的選擇和特定應用來實現所需或優(yōu)化的結果。此外，通過使用收縮/分散管道理論，可以使用收集器、提取器等以使氣流速度和壓力最佳化以實現管部段中的所需結果。
[0054]與標準渦輪增壓器的用途不同的示例差異
[0055]下述方面通過示例提供以強調本實施方式與已知的渦輪增壓器的用途之間的差異。這些示例差異不應當被理解為限制本發(fā)明的范圍。
[0056]包括渦輪140和壓縮機145的渦輪增壓器沒有用作發(fā)動機的配件，即內嵌在廢氣歧管上以通過向發(fā)動機提供壓縮空氣/燃料供料來產生額外的機械動力。內燃機或其他類型的發(fā)動機可以在不使用渦輪增壓器的情況下成功地操作。
[0057]包括渦輪140和壓縮機145的渦輪增壓器用作推進系統(tǒng)的部件以產生推力。渦輪增壓器未由熱的排放氣體或廢氣來供以動力。渦輪140為相對更涼的壓縮空氣歧管上的內嵌部件以用于產生推力。
[0058]渦輪140由初級壓縮氣流提供動力。在空氣質量體已經穿過渦輪140之后，可以再次使用該空氣質量體，從而產生以及提供總推力和動力值。
[0059]在通常使用中，渦輪增壓器具有僅一個動力源一一熱廢氣流。在推進系統(tǒng)100中，渦輪140優(yōu)選地由下述源驅動:
[0060]來自初始或初級壓縮機115的傳送到渦輪140中的氣體壓力/速度的使用；并且額外地，
[0061]通過噴射器/引射器/文丘里管(為出口裝置190的一部分或包含于出口裝置190的一部分)的使用而在一個或更多個管175中產生的真空、部分真空或減小的空氣壓力。
[0062]申請人不知道已知或可以用于渦輪增壓器的任何其他應用，其中，該渦輪增壓器由相對較涼或較冷的氣流提供動力(即，不由燃燒后的發(fā)動機廢氣提供動力)或由在輸入至渦輪增壓器的渦輪之前沒有通過在燃料-空氣供料中燃燒化石燃料而膨脹過的氣流來提供動力。在優(yōu)選實施方式中，相對較涼或較冷的空氣的使用通過渦輪的輸入與輸出之間的壓力差的使用或應用而實現。
[0063]由初始或初級壓縮機115產生的壓縮空氣不與燃料/柴油混合以產生供料，然而，對于常規(guī)增壓器或渦輪增壓器操作而言，壓縮空氣與燃料/柴油混合以在發(fā)動機中產生供料。在優(yōu)選實施方式中，來自初始或初級壓縮機115的壓縮空氣自身提供了推力的驅動力。通常，在已知的增壓器或渦輪增壓器操作中，壓縮空氣可以燃燒并膨脹以產生更大的潛在能量。在一種觀點中，來自初始或初級壓縮機115的壓縮空氣是用于實現總體推進系統(tǒng)效率提尚的原因。
[0064]示例的優(yōu)勢
[0065]使用相對較涼或較冷的空氣的渦輪增壓器的操作具有許多另外的優(yōu)勢，包括例如:
[0066]?沒有在空氣質量體中燃燒使得操作溫度減小至低于大約200°C (正如在常規(guī)操作中發(fā)現的，當與內燃機結合使用時產生了高至大約100tC的空氣/氣體溫度)，從而導致熱部段/渦輪和軸承上的磨損的顯著降低。
[0067]籲這還允許使用大量的更輕的材料以用于渦輪殼體。維修間隔和可靠性也大大增加。
[0068]籲高壓、較冷、順暢的氣流的使用減小了通常由源自內燃機的排放的空氣脈沖所產生的低效率。遞送至渦輪的順暢氣流實現了軸承上更少的振動/摩擦，從而又增大了效率。
[0069]籲氣流中缺乏的或減小的熱量減小了導致葉片變形或破裂或完全失效的渦輪葉片的膨脹。葉片保持更一致的形狀并且更有效的操作。
[0070]籲相對較涼的、更密集的空氣允許渦輪以提高的效率操作。
[0071]?使用廢氣產生推力的能力增大了渦輪增壓器的整體效率。
[0072]籲將真空壓力、部分真空壓力或減小的空氣壓力施加至渦輪的低壓側的能力減小了需要以常規(guī)的每分鐘操作轉速(RPM)來驅動渦輪增壓器的壓力。
[0073]至少由于上文列舉的因素，渦輪部段中的增大的效率導致了由推進系統(tǒng)在由發(fā)動機驅動時產生的總推力的增大。替代性地，相同的能量能夠被渦輪增壓器中的渦輪吸收，并且更大的初始或初級壓縮機可以由發(fā)動機驅動以產生額外的推力。由于這些改進以及渦輪增壓器的先前不知道的用途，推進系統(tǒng)可以用于提供增大的推力而非動力。替代性地，在另一形式中，系統(tǒng)可以用作極大容量的空氣壓縮機。
[0074]為渦輪增壓器的設計做出貢獻的主要因素中的一個因素為其以快速響應于發(fā)動機轉速的方式進行加速的能力。由于該考慮在本推進系統(tǒng)中并不是非常重要的因素，因此可以在不改變渦輪增壓器工作方式的情況下，對渦輪增壓器的基本設計做出改變。
[0075]示例輸出值
[0076]下述輸出值由圖2中示出的推進系統(tǒng)的示例實施來獲得。這些測試值僅通過示例提供為可實現的輸出的指示，并且不應當被理解為限制本發(fā)明。
[0077]發(fā)動機105的操作參數:
[0078]發(fā)動機105的輸送功率=X ;
[0079]質量流量--2.lkg/s ；
[0080]壓力——50PSI；
[0081]速度--240m/s
[0082]來自初始壓縮機——初始壓縮機115——的初級氣流以50PSI的壓力向歧管130和歧管165產生了 2.lkg/s的質量流。閥170根據需要將初級氣流再次引向歧管135。渦輪140需要0.45kg/s的最大空氣質量體以驅動渦輪。需要歧管135與歧管175之間的38PSI的最大壓力差。
[0083]壓縮機145以60PSI的壓力向歧管160和歧管165產生了 1.36kg/s的質量流量的額外的空氣。歧管165現在具有大約54PSI壓力的3.01kg/s的空氣。噴嘴185使空氣質量體加速以超過馬赫數2，并且噴射器190使來自歧管175的0.45kg/s的質量流加速至馬赫數1.2 (從而在歧管175中產生部分真空)。
[0084]因此，在輸出時:
[0085]發(fā)動機105的輸送功率仍保持