專(zhuān)利名稱(chēng)：仿生發(fā)動(dòng)機(jī)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種仿生發(fā)動(dòng)機(jī)及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)代發(fā)動(dòng)機(jī)種類(lèi)多，也占領(lǐng)了各個(gè)領(lǐng)域，這里只以熱效率高的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)為例， 以汽油機(jī)當(dāng)參照機(jī)略述如下衡量發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)劣，主要是熱效率，就是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的有效功與工質(zhì)發(fā)出的總功之比，汽油機(jī)僅有η =0. 22-0.3，實(shí)用機(jī)隨機(jī)抽樣數(shù)據(jù)比該值還要低3-5%，對(duì)環(huán)境影響方面，IOOKff的發(fā)動(dòng)機(jī)，一年內(nèi)向大氣排放CO達(dá)600kg，NO達(dá)40kg，煙塵占排氣量的3_8%。影響因素1.冷卻耗能約30%，高者達(dá)35. 5%，其中循環(huán)耗能12_20% .2.低能(利用不到的能量)功耗達(dá)40%，這是熱力學(xué)理論根據(jù)當(dāng)代發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理給的定論，因?yàn)?1)發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程僅膨脹是對(duì)外作功，其余3個(gè)沖程都是消耗能量。(2)在膨脹沖程中力的授受不理想，當(dāng)活塞壓縮到上止點(diǎn)時(shí)，理論上為點(diǎn)火膨脹開(kāi)始。而實(shí)際上因燃燒膨脹需要時(shí)間，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)者就預(yù)給予了一個(gè)10° -30°的點(diǎn)火提前角，而工況變化引發(fā)的振動(dòng)，燃油的不匹配，地域環(huán)境，季節(jié)的變化使之所引發(fā)的與設(shè)計(jì)者給定的狀態(tài)不一定相匹配，使膨脹可能提前，這將產(chǎn)生反壓性干擾?；驕髣t造成過(guò)后燃燒，即使正好在上始點(diǎn)膨脹，這時(shí)的機(jī)構(gòu)狀態(tài)是；活塞銷(xiāo)、連桿、曲軸偏心臂連成一直線，膨脹力通過(guò)回轉(zhuǎn)中心，無(wú)力矩不能作功！此時(shí)的高壓能量不能利用，當(dāng)然慣性、飛輪使曲軸越過(guò)死點(diǎn)，而力矩隨正弦曲線變化，力的授受最理想位置是曲軸偏心臂與水平線成士45°范圍處，但為了減少返程的背壓力阻抗，使發(fā)動(dòng)機(jī)能連續(xù)正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)者不得不將排氣門(mén)提前40° -80°啟開(kāi)，也就是在最理想的-10° -50°工作的位置啟開(kāi)。工作壓力陡速下降輸出功停止。這時(shí)從排氣門(mén)流出的乏氣溫度達(dá)1200-1700K，流速達(dá)600-720M/S， 排量達(dá)60-70%。這已達(dá)到和超過(guò)當(dāng)今燃?xì)廨啓C(jī)的工況。膨脹功不能有效利用。3.由于膨脹初期溫度達(dá)^OOK,極易產(chǎn)生NOx，又因氧化劑分布不勻。空氣過(guò)量(大于標(biāo)準(zhǔn)量)系數(shù)ζ = 0.88-0.96。直接造成4%以上的燃料損失，成為CO和煙塵排放污染環(huán)境。4.工質(zhì)充量(填充量)系數(shù)Ψ =0.7-0. 9，加上掃氣不徹底，機(jī)構(gòu)的復(fù)雜，空間利用率低，零件多而精度要求高，隨機(jī)協(xié)調(diào)難度大。 5.換氣過(guò)程，工質(zhì)溫度陡變，流場(chǎng)溫度變化頻率高，造成氣缸套蠕變大，發(fā)動(dòng)機(jī)壽命短。6.對(duì)燃料有苛求，受季節(jié)地域環(huán)境限制，使用范圍窄。7.活塞有效功輸出是斷續(xù)的，即作功的時(shí)間利用率不足15%。追索原因因四個(gè)沖程在一個(gè)缸室中完成，各沖程所需特殊要求相互制約干擾，協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)多，故障點(diǎn)就多。眾所周知專(zhuān)業(yè)化能達(dá)到高效率，專(zhuān)能能找最佳規(guī)律，發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程要有各自獨(dú)立的流場(chǎng)，讓工質(zhì)單向運(yùn)行，1951年德國(guó)汪克爾開(kāi)創(chuàng)了發(fā)動(dòng)機(jī)由往復(fù)式改為旋轉(zhuǎn)式，各流場(chǎng)獨(dú)立，這是一大進(jìn)步。但是他帶來(lái)了如以轉(zhuǎn)子的曲面形體與定子的旋輪線形體匹對(duì)吻合運(yùn)行，實(shí)質(zhì)上是一種形而上學(xué)的視野觀，不以相對(duì)論的動(dòng)態(tài)觀看問(wèn)題，從常溫常態(tài)下看來(lái)可行?？伤诟邷叵鹿ぷ鳎瑴囟忍荻却?，相吻合零件線性尺寸差大，膨脹不一，曲面多點(diǎn)吻合，密封難度大，導(dǎo)致流場(chǎng)間串氣、失壓、失控。不像齒輪嚙合，單一節(jié)徑，同形曲面，相對(duì)滑動(dòng)量少，又有按l/2n遞推原則的正壓力，相互有彈性變形來(lái)彌補(bǔ)，可是這類(lèi)形體密封是不可逾越的障礙。燃?xì)廨啓C(jī)雖然也是旋轉(zhuǎn)式工質(zhì)單向運(yùn)行，但流場(chǎng)(工質(zhì)作功或積聚的場(chǎng)所)零部件多而復(fù)雜，需要高溫耐熱合金，制造難度大、噪聲大，熱效率更低，僅利用了部分動(dòng)能，工質(zhì)勢(shì)能和內(nèi)能基本上沒(méi)利用。以上情況表明，想提高當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的難度相當(dāng)大，只有脫胎換骨式的根本變革，才有望攻克難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種仿生發(fā)動(dòng)機(jī)及其實(shí)現(xiàn)方法，該仿生發(fā)動(dòng)機(jī)及其實(shí)現(xiàn)方法結(jié)構(gòu)獨(dú)特、熱效率高。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種仿生發(fā)動(dòng)機(jī)，整機(jī)包括前后兩套雙姻能轉(zhuǎn)子定子副和中間的渦輪副；主軸包括輸入軸與輸出軸，主軸平行貫通轉(zhuǎn)子定子副與渦輪副中；輸入軸上安裝有壓氣輪、用于驅(qū)動(dòng)油泵的凸輪、前后兩件姻能轉(zhuǎn)子、渦輪和同步齒輪，輸出軸上安裝有對(duì)應(yīng)的一套前后兩件姻能轉(zhuǎn)子、渦輪和同步齒輪，輸出軸外伸輸出端，輸出軸和輸入軸通過(guò)同步齒輪同步做功；仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體上設(shè)有蓄壓器；雙姻能轉(zhuǎn)子定子副包括能定子和轉(zhuǎn)子； 每一個(gè)雙姻能轉(zhuǎn)子定子副中，姻能定子上設(shè)有上下對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)型腔，2個(gè)轉(zhuǎn)子分別置該2個(gè)型腔中形成A、B、C、D主流場(chǎng)，A為進(jìn)氣主流場(chǎng)、C為進(jìn)油與催化劑流場(chǎng)，B和D均為膨脹排放流場(chǎng)，能定子的右側(cè)設(shè)燃燒室，姻能定子的左側(cè)設(shè)M能熱交換腔，_能定
子的上壁設(shè)有進(jìn)氣道，下壁設(shè)有進(jìn)油、催化劑道，右壁設(shè)有循環(huán)注水道和潤(rùn)滑油管過(guò)道，在B 和D主流場(chǎng)的尾端設(shè)置交叉控作道；渦輪副包括渦輪定子和渦輪，渦輪定子套的右側(cè)設(shè)有冷卻水蓄壓室，渦輪定子套的兩個(gè)型腔中設(shè)有波闊穴；燃燒室包括2個(gè)主燃燒室、2個(gè)預(yù)燃燒室、安裝火花塞的火花塞孔和進(jìn)氣道；火花塞孔貫通2個(gè)主燃燒室和2個(gè)預(yù)燃燒室；燃燒室內(nèi)設(shè)有多個(gè)蓄壓室和多條進(jìn)氣道，每一個(gè)蓄壓室與3或4條進(jìn)氣道相通，每一個(gè)蓄壓室通過(guò)一個(gè)噴嘴與主燃燒室連接， 噴嘴的噴口與主燃燒室的內(nèi)壁相切；有兩條進(jìn)氣道分別直通2個(gè)預(yù)燃燒室。渦輪定子套的每一個(gè)型腔中的過(guò)熱蒸汽波闊穴為3個(gè)，且尺寸不一致。一種仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，采用前述的仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，步驟如下通過(guò)皮帶輪驅(qū)動(dòng)輸入軸旋轉(zhuǎn)，輸入軸與輸出軸通過(guò)同步齒輪嚙合，壓氣輪、凸輪姻能轉(zhuǎn)子和渦輪及同步齒輪一道旋轉(zhuǎn)；輸入軸帶動(dòng)壓氣輪將空氣送入蓄壓器進(jìn)入姻能定子中主流場(chǎng)，凸輪驅(qū)動(dòng)油泵將燃油經(jīng)燃油入射口進(jìn)入主流場(chǎng)，能轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將空氣經(jīng)氧化劑入射通道、燃油經(jīng)燃油催
化劑混合入射通道進(jìn)入燃燒室，氧化劑入射通道通氧化劑流道，燃油依次經(jīng)燃油催化劑混合入射通道和燃油引射通道引射到氧化劑流道即進(jìn)氣道，燃油和空氣在氧化劑流道混合進(jìn)入蓄壓室，再經(jīng)噴嘴切向噴入主燃燒室，成球形渦流即環(huán)流工質(zhì)團(tuán)，氧化劑流道中的兩條直通預(yù)燃室，在火花塞孔點(diǎn)火，明火流在砂丘效應(yīng)作用下吸入環(huán)流工質(zhì)團(tuán)，在主燃燒室內(nèi)形成空中焰核即渦流火焰中心穩(wěn)定燃燒，燃燒形成的高壓燃?xì)鈴闹魅紵覂膳酝ǖ澜o力姻能轉(zhuǎn)子，從而驅(qū)動(dòng)能轉(zhuǎn)子及葉片做功，乏氣經(jīng)導(dǎo)向器驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子的葉片做功；冷卻水形成蒸汽在渦輪定子的渦輪主流場(chǎng)作功后繼續(xù)受波闊穴作用完成蒸汽墊底，產(chǎn)生高溫度差燃?xì)馓匦ё鞴?，然后乏氣?jīng)渦輪定子套的能熱交換道傳熱交換后，最后從尾管排出。主燃燒室的燃燒過(guò)程輻射熱作用在彌散的催化劑云上成白熾態(tài)，催化劑與水蒸氣作用(H 2 O + CC O+H 熱離解成CO和H2氫氣與氧氣結(jié)合燃燒，N與 H2作用形成氨氣，避免了有害氣體的直接排放。所述的催化劑為顆粒直徑為0. 03-0. 05mm的碳微粒。(其原理與煤氣發(fā)生器的工作原理相同)本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的工質(zhì)遵循
吸氣一"^壓縮一"^膨脹一"^排放Ig沖壓(大型機(jī)二
級(jí))工質(zhì)(作功的物質(zhì)元)單向運(yùn)行，因?yàn)槭欠律Y(jié)構(gòu)，氧化劑與燃料有各自的吸氣、 壓縮流場(chǎng)，各流場(chǎng)獨(dú)立、各具特色。1.吸氣流場(chǎng)(1)氧化劑流場(chǎng)擁有最大的吸氣域，設(shè)計(jì)者可以優(yōu)選到最佳態(tài)(空氣過(guò)量系數(shù) ‘1. 1< ξ < 1.6’)，與壓縮流場(chǎng)無(wú)定界，互容70°。(2)燃料流場(chǎng)為保護(hù)燃油預(yù)熱的需要，同時(shí)吸入了水蒸汽，又為了能讓水蒸汽熱離解和大型機(jī)燒重油時(shí)的裂化，隨程吸入催化劑和裂解劑，即吸入了顆粒狀燃料和重油裂解料。2.壓縮流場(chǎng)全程對(duì)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，氧化劑流場(chǎng)在與吸氣流場(chǎng)重迭區(qū)預(yù)壓，壓縮至端點(diǎn)時(shí)燃油在壓縮空氣管喉效應(yīng)(引射現(xiàn)象)作用進(jìn)行引射式混氣(包括啟動(dòng)初期燃油霧化)。在燃料流場(chǎng)大型機(jī)燒重油時(shí)，激烈地將重油借水蒸汽與裂解劑的作用裂化為輕質(zhì)油至氣化。3.膨脹流場(chǎng)混合(在圖6中的氧化劑流道6-4)后的工質(zhì)，從導(dǎo)流道切向進(jìn)入球形燃燒室，因入射流場(chǎng)散度和所形成的界面旋度構(gòu)成環(huán)流，形成穩(wěn)定渦流流場(chǎng)。又因各導(dǎo)流道至點(diǎn)火區(qū)的路程，預(yù)燃室的路程僅是主燃室的1/4-1/3，所以它優(yōu)先到達(dá)點(diǎn)火區(qū)，以明火流在砂丘效應(yīng)(大氣流對(duì)沙漠搬沙造丘的背面形成的稀氣渦流現(xiàn)象)的作用下點(diǎn)燃主燃室并形成焰核而穩(wěn)定燃燒，在膨脹流場(chǎng)作功。(參看圖6)a.新鮮工質(zhì)切向進(jìn)入燃燒室，處在火焰區(qū)的最外層成為燃?xì)馀c流場(chǎng)表面間的氣墊、有效地保護(hù)燃燒室，自身被預(yù)熱而焓增(內(nèi)能增加)。b.高速運(yùn)行的工質(zhì)中彌散著催化劑云，在熱輻射的作用下使水蒸汽激烈熱離解， 熱離解的吸熱作用又控制該層的溫度，成為流場(chǎng)的雙層保護(hù)。c.預(yù)燃室的另一個(gè)特色功能既穩(wěn)妥地保護(hù)火花塞，又連續(xù)地對(duì)中隔機(jī)構(gòu)進(jìn)行冷卻。d.膨脹流場(chǎng)空間大，比吸氣、壓縮兩流場(chǎng)的總和還大，是排放流場(chǎng)的五倍。壓縮比大也不產(chǎn)生爆震，而將能量連續(xù)有序梯級(jí)轉(zhuǎn)化。e.杜絕了偏心式運(yùn)行結(jié)構(gòu)，震動(dòng)從源頭遏制。4.排放流場(chǎng)短而集中，既減少了膨脹流場(chǎng)的背壓力，有機(jī)地將過(guò)熱蒸汽導(dǎo)前燃?xì)?0° -30°以氣墊方式同入射的燃?xì)馔ㄟ^(guò)導(dǎo)向器在渦輪上作功，因溫差大而產(chǎn)生高焓降 (工質(zhì)從高能位陡降至低能位，高速釋放能量作功，工質(zhì)動(dòng)能充分利用，勢(shì)能內(nèi)能得到有效利用)。5.渦輪接受雙向的燃?xì)庾鞴?，平衡了整體的軸向力，因與姻能(指能作技術(shù)功的能)轉(zhuǎn)子共軸，能量迭加，結(jié)構(gòu)甚為緊湊。本發(fā)明的仿生發(fā)動(dòng)機(jī)遵循生物的生化原理，按照結(jié)構(gòu)力學(xué)的剛?cè)嵩瓌t，滿足熱力學(xué)的熱力機(jī)制條件，順應(yīng)物理化學(xué)廣譜效應(yīng)的狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)嫁接技術(shù)構(gòu)筑流場(chǎng)，以催化劑云的方式將缸內(nèi)直接吸入顆粒狀燃料具有特殊燃燒機(jī)理的，形態(tài)似旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的模式，又具有燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)，潛存透平機(jī)內(nèi)涵的工質(zhì)多元化的復(fù)合式發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)將能源高效利用與從源頭遏制NxOy的產(chǎn)生，達(dá)到科學(xué)地保護(hù)環(huán)境相融到自然和諧之雙穩(wěn)態(tài)高度的全新發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明有效地利用了傳熱學(xué)的經(jīng)典焰核熱輻射1.3傳熱能，屬于持續(xù)的輻射，其機(jī)理完全不同于常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的斷續(xù)熱輻射，因該能與授體絕對(duì)溫度的四次方成正比，傳速是光速，將能量輻射在彌散的催化劑云上，使之成白熾態(tài)，與水蒸氣作用
(H 2 O + Cc O + H 2 熱離解(在流場(chǎng)中，⑶與氧氣結(jié)合燃燒，N與氫氣
作用形成NH3，環(huán)保)，其吸熱作用有效地保護(hù)機(jī)體，大大地降低了材料的蠕變，提高了材料的耐疲勞強(qiáng)度。更重要的是創(chuàng)建了新一代內(nèi)燃機(jī)的燃燒理論，即在缸內(nèi)直接吸入顆粒狀燃料，特殊式燃燒的基礎(chǔ)理論技術(shù)，并形成可控制機(jī)制，這是人們?cè)缫褖?mèng)寐已求的高新技術(shù)， 本機(jī)率先運(yùn)用。是科學(xué)地仿真生物無(wú)氧酵解，是高能基質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)中的典范體現(xiàn)，是高熱效率巨變的根基。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊奏體積僅是汽油機(jī)的1/3-2/5，因采用了旋轉(zhuǎn)式，無(wú)沖程變換，氣化連續(xù)燃燒，省去了配氣機(jī)構(gòu)，分電器、化油器，冷卻水箱，沒(méi)有曲軸和曲軸箱，整體系對(duì)稱(chēng)仿生結(jié)構(gòu)，力系平衡，工作平穩(wěn)，無(wú)振動(dòng)，無(wú)噪聲，出力大，對(duì)燃料不苛求，不受環(huán)境季節(jié)影響，適應(yīng)范圍廣，是家居、旅游、邊遠(yuǎn)山區(qū)、空中摩托等的輕巧動(dòng)力，更是海、陸、空等大型機(jī)器的理想動(dòng)力。本機(jī)各流場(chǎng)溫度很穩(wěn)定，基本上無(wú)波動(dòng)，延長(zhǎng)了材料的耐疲勞強(qiáng)度，更是陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的理想機(jī)型，當(dāng)采用高溫耐熱陶瓷時(shí)，機(jī)型將更小，體重更輕是高空最理想的留空時(shí)間最長(zhǎng)的飛行器原動(dòng)力。本發(fā)明具有高熱效率本機(jī)真正屬于接近定容、恒溫、恒壓絕熱的熱力過(guò)程，高場(chǎng)效應(yīng)流場(chǎng)。工作穩(wěn)定性高，可靠性高，所以熱效率按計(jì)算η >0.5，是當(dāng)代發(fā)動(dòng)機(jī)的2-3倍， 又因冷卻水能量的利用，減少了煙能的損失，熱輻射能的利用，燃料氣化燃燒，輔助機(jī)構(gòu)少。球形溫度場(chǎng)，熱流損失少等。本發(fā)明的仿生發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)快，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，冷卻水潤(rùn)滑油全系內(nèi)流，整體固化，對(duì)環(huán)境不苛求，無(wú)振動(dòng)，聲音小體積小可與電機(jī)媲美。上述表明，本發(fā)明的仿生發(fā)動(dòng)機(jī)將以嶄新面貌替代當(dāng)代發(fā)動(dòng)機(jī)，以優(yōu)異的性能為人類(lèi)服務(wù)。


圖1為仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖(主視圖)；圖2為姻能定子套結(jié)構(gòu)圖，其中圖a為主視圖，圖b右視圖、圖c為左視圖，圖d俯視圖，圖e為圖a中的E向視圖，圖f為圖e中的F向視圖，圖g為圖a中的G處放大圖，圖 h為圖g中的H-H處(向圖g的左方看)的剖面視圖。圖3為渦輪定子套結(jié)構(gòu)圖；圖a為主視圖(圖3a的左方對(duì)應(yīng)圖7的下方)，圖b為俯視圖。圖4為姻能轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖，圖a為主視圖，圖b為左視圖；圖5為渦輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖；圖a為主視圖，圖b為左視圖；圖6為燃燒室結(jié)構(gòu)圖；圖a為整體結(jié)構(gòu)圖，圖b為沿著圖a的水平中心線剖開(kāi)向上的視圖，圖c為沿著圖a的水平中心線剖開(kāi)向下的視圖；圖7為仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖(左視圖)；標(biāo)號(hào)說(shuō)明A、B、C、D為姻能定子套中的4個(gè)主流場(chǎng)，Ia-輸入軸，Ib-輸出軸，2_姻
能定子套，3.渦輪定子套，4.姻能轉(zhuǎn)子，5.渦輪，6.燃燒室，7.機(jī)座，8.尾管，9.啟動(dòng)輪，
10.壓氣輪，11.同步齒輪，12.凸輪，13.油泵(燃油、潤(rùn)滑油、水三位一體)，14.蓄壓器， 15.導(dǎo)向器；2-1主流場(chǎng)，2-1-1轉(zhuǎn)子密封腔，2-2燃燒室腔，2-3燃油入射口，2-4氧化劑入口，
2-5催化劑入口(碳微粒，粒度直徑為0.03-0. 05。)，2-6 M能熱交換腔，2-6-1乏氣通道，
2-7冷卻水入口，2-7-1冷卻水循環(huán)道，2-8交叉控作道(包括圖2b右下方的水平孔和斜孔， 使得工質(zhì)工作蠕動(dòng)有序，由于多個(gè)交叉控作道傾斜，使燃?xì)庠谥髁鲌?chǎng)以螺旋形式運(yùn)動(dòng))，2-9 氧化劑入射通道，2-10燃油催化劑混合入射通道，2-11密封流進(jìn)口，2-12蒸汽密封流進(jìn)口，
2-13火花塞腔。3-1渦輪主流場(chǎng)，3-2冷卻水蓄壓室，3-3 能熱交換通道，3-4過(guò)熱蒸汽波闊穴，
3-5腔間貫通道；4-1葉片工作腔，4-2壓力平衡腔，4-3密封盤(pán)腔，4-4主軸配合部，4_5主流場(chǎng)壓入口作用是平衡葉片的受力，使得葉片前后壓力平衡，4-6轉(zhuǎn)子前后壓力平衡室，4-7葉片背壓力室，4-8葉片潤(rùn)滑通道；
5-1葉片，5-2軸向軸承腔，5-3主軸配合部；6-1主燃燒室，6-2預(yù)燃燒室，6-3燃油引射通道，6-4氧化劑流道，6-5密封室腔， 6-6小蓄壓腔，6-7噴嘴，6-8火花塞孔。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1 參見(jiàn)圖1-7，一種仿生發(fā)動(dòng)機(jī)，整機(jī)包括前后兩套雙姻能轉(zhuǎn)子定子副和中間的渦輪副；主軸包括輸入軸與輸出軸，主軸平行貫通轉(zhuǎn)子定子副與渦輪副中；輸入軸上安裝有壓氣輪、用于驅(qū)動(dòng)油泵的凸輪、前后兩件姻能轉(zhuǎn)子、渦輪和同步齒輪，輸出軸上安裝有對(duì)應(yīng)的一套前后兩件姻能轉(zhuǎn)子、渦輪和同步齒輪，輸出軸外伸輸出端，輸出軸和輸入軸通過(guò)同步齒輪同步做功；仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體上設(shè)有蓄壓器；雙能轉(zhuǎn)子定子副包括能定子和轉(zhuǎn)子；每一個(gè)雙姻能轉(zhuǎn)子定子副中，姻能定子上設(shè)有上下對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)型腔，2個(gè)轉(zhuǎn)子分別置該2個(gè)型腔中形成A、B、C、D主流場(chǎng)，A為進(jìn)氣主流場(chǎng)、C為進(jìn)油與催化劑流場(chǎng)，B和D均為膨脹排放流場(chǎng)，能定子的右側(cè)設(shè)燃燒室，姻能定子的左側(cè)設(shè)Mj能熱交換腔，_能定子的上壁設(shè)有進(jìn)氣道，下壁設(shè)有進(jìn)油、催化劑道，右壁設(shè)有循環(huán)注水道和潤(rùn)滑油管過(guò)道，在B 和D主流場(chǎng)的尾端設(shè)置交叉控作道；渦輪副包括渦輪定子和渦輪，渦輪定子套的右側(cè)設(shè)有冷卻水蓄壓室，渦輪定子套的兩個(gè)型腔中設(shè)有波闊穴；燃燒室包括2個(gè)主燃燒室、2個(gè)預(yù)燃燒室、安裝火花塞的火花塞孔和進(jìn)氣道；火花塞孔貫通2個(gè)主燃燒室和2個(gè)預(yù)燃燒室；燃燒室內(nèi)設(shè)有多個(gè)蓄壓室和多條進(jìn)氣道，每一個(gè)蓄壓室與3或4條進(jìn)氣道相通，每一個(gè)蓄壓室通過(guò)一個(gè)噴嘴與主燃燒室連接， 噴嘴的噴口與主燃燒室的內(nèi)壁相切；有兩條進(jìn)氣道分別直通2個(gè)預(yù)燃燒室。渦輪定子套的每一個(gè)型腔中的過(guò)熱蒸汽波闊穴為3個(gè)，且尺寸不一致。參見(jiàn)圖2的姻能定子套結(jié)構(gòu)圖，滲透工質(zhì)的工作過(guò)程的脈絡(luò)通道全境，主流場(chǎng)工質(zhì)入射，姻能轉(zhuǎn)子將空氣燃油送入燃燒室形成環(huán)流工質(zhì)團(tuán)再與催化劑結(jié)合，形成焰核穩(wěn)定燃燒，從而產(chǎn)生有序燃?xì)饬髋蛎涀鞴?；其中交叉控作?包括圖加右下方的水平孔和斜孔)使得工質(zhì)工作蠕動(dòng)有序，由于多個(gè)交叉控作道傾斜，使燃?xì)庠谥髁鲌?chǎng)以螺旋形式運(yùn)動(dòng)。參見(jiàn)圖3的渦輪定子套結(jié)構(gòu)圖，冷卻水吸熱成干度高的過(guò)熱蒸汽，波闊穴為燃?xì)鈮|底形成高溫度差波闊穴位類(lèi)似于搓衣板式的型面，造成氣流跳躍式振動(dòng)前進(jìn)，起到降速與增大燃?xì)饨佑|面，蒸汽溫度不大于600k，而燃?xì)鉁囟葹?500-1800K，蒸汽提前10-30角度
到達(dá)，自然就工質(zhì)墊底了，產(chǎn)生高焓降特效作功，前后的姻能定子套中的主流場(chǎng)以及渦輪的主流場(chǎng)都貫通。渦輪起到平衡作用。參見(jiàn)圖4的姻能轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖，潛存流場(chǎng)間壓力對(duì)轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)外壓力形成的工質(zhì)流蠕動(dòng)萬(wàn)向效應(yīng)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子高效功能機(jī)制，主流場(chǎng)壓入口的作用是平衡葉片的受力，使得葉片前后壓力平衡。在渦輪轉(zhuǎn)子中，燃?xì)庾鞴τ行蛄髋c溫控冷卻水蒸汽流互惠并正反給力于葉面作功，消震又平衡了軸向力。參見(jiàn)圖6的燃燒室結(jié)構(gòu)圖，本仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒機(jī)理，是通過(guò)仿照太陽(yáng)永恒運(yùn)作的客觀規(guī)律，構(gòu)建熱應(yīng)變工質(zhì)穩(wěn)定環(huán)流，形成空中焰核(即像太陽(yáng)的空中火球)，實(shí)現(xiàn)焰核永恒運(yùn)作熱輻射機(jī)制。本實(shí)施例的的結(jié)構(gòu)為使工質(zhì)的能量達(dá)到有序高效梯級(jí)轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)速高，工質(zhì)不可能陡速焓降，即作一次功不可能將能量耗盡的狀態(tài)下，采用將作完第一次功的工質(zhì)，在緊密相連的導(dǎo)向器導(dǎo)向下，進(jìn)行第二次作功。(大型機(jī)有兩級(jí)渦輪)爾后用殘熱在流場(chǎng)區(qū)間套高密度的熱交換環(huán)節(jié)中，對(duì)新鮮工質(zhì)預(yù)熱和平衡機(jī)體溫度。為此，將結(jié)構(gòu)仿生物特征，有效放大，符合球形溫度場(chǎng)原理對(duì)稱(chēng)布局，杜絕偏心式運(yùn)行結(jié)構(gòu)，消除流場(chǎng)震動(dòng)，運(yùn)動(dòng)付萬(wàn)向性運(yùn)作，流場(chǎng)間零距離而科學(xué)銜接，空間充分利用，進(jìn)而按結(jié)構(gòu)力學(xué)的剛?cè)嵩瓌t，貼切生物活動(dòng)肌鏈運(yùn)動(dòng)規(guī)律，達(dá)到力系柔性無(wú)損傳遞，交叉映射控作，螺旋料峭響應(yīng)，將元件高度輕量化。符合熱力學(xué)熱力機(jī)制條件特性，仿真生物無(wú)氧酵解的應(yīng)激催化特征，科學(xué)地構(gòu)成特殊橄欖狀焰核熱輻射高能基質(zhì)(超微人造太陽(yáng))，高速超強(qiáng)催化激活入射工質(zhì)，破解分子團(tuán)原子化，在高密度容區(qū)熱應(yīng)變，仿真生物腑腔蠕動(dòng)態(tài)流場(chǎng)多維擾動(dòng)動(dòng)態(tài)效應(yīng)，開(kāi)創(chuàng)高場(chǎng)效應(yīng)的熱力過(guò)程穩(wěn)定流場(chǎng)。 上述互容物理化學(xué)的效應(yīng)方法，達(dá)到穩(wěn)妥反應(yīng)消聲吸震，使發(fā)動(dòng)機(jī)悠靜和諧穩(wěn)定運(yùn)行，真正成為球形溫度場(chǎng)，無(wú)明顯溫度梯度，全方位符合生物基本特性。真正做到接近絕熱的熱力過(guò)程。整機(jī)采用雙軸即輸入軸和輸出軸(見(jiàn)附圖1)，雙姻能轉(zhuǎn)子定子副相對(duì)、前后各一，渦輪副置于雙姻能轉(zhuǎn)子定子副之間，輸出軸、輸入軸均貫通與各自相對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)。主流場(chǎng)以姻能轉(zhuǎn)子定子副兩兩相對(duì)雙向左右構(gòu)成(參見(jiàn)圖加，進(jìn)氣方為左，進(jìn)油
方為右，兩個(gè)能定子套，按催化劑入口分前后)。轉(zhuǎn)子置中將曲面型部分為上下兩腔，下腔為吸氣，壓縮流場(chǎng)，上腔為膨脹排放流場(chǎng)，左部和右部完全相同。圖加，上方進(jìn)氣，下方進(jìn)油。僅是分氧化劑與燃料的吸氣壓縮之別，燃燒室在定子套的右側(cè)，對(duì)稱(chēng)式分布。使膨脹力置偏(形成扭矩)消除死點(diǎn)。(參看附圖加)渦輪副置于前后能轉(zhuǎn)子定子副之間，讓工質(zhì)在兩兩姻能轉(zhuǎn)子定子副作功后， 相繼雙向在渦輪上作功，排氣在腹部，在管道中有螺旋冷凝管，主要是降低排氣背壓力，收集NH3。啟動(dòng)、油、氣、水等供給系統(tǒng)在整機(jī)前端。三、方法生物內(nèi)在的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能啟發(fā)讓發(fā)動(dòng)機(jī)要長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，在高溫區(qū)的冷卻要達(dá)到自行調(diào)節(jié)，冷卻水不循環(huán)，使之逐步吸熱至干度高的過(guò)熱蒸汽，讓其中3/4直接在渦輪上導(dǎo)前燃?xì)?0° -30°以氣墊式，同燃?xì)庠跍u輪上作功，因溫度較燃?xì)獾驮S多，能動(dòng)地保護(hù)、冷卻了渦輪，更使燃?xì)庠跍u輪上產(chǎn)生高焓降而提高熱效率 ’另1/4與燃油同步進(jìn)入流場(chǎng)，一方面幫助燃油氣化，另一方面防止燃油在溫度高的流場(chǎng)中預(yù)熱時(shí)碳化，并幫助催化劑(大型機(jī)還有裂解劑)下步化學(xué)反應(yīng)時(shí)創(chuàng)造條件，進(jìn)入燃燒室后在催化劑云受熱幅射的作用下熱離體，由于流場(chǎng)有了富裕的H2和CO，H2是一個(gè)活潑元素，CO是奪&高手，有效地防止NOx的形成而生成NH3，NOx是破壞環(huán)境的有害氣體，NH3是可收集的化工原料或農(nóng)用肥料，由于吸氣流場(chǎng)的吸氣域大，使空氣過(guò)量系數(shù)ξ >2. 2，杜絕煙塵發(fā)生條件，因而是高環(huán)保性能的發(fā)動(dòng)機(jī)。四、工作過(guò)程啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶輪9輸入軸Ia旋轉(zhuǎn)，輸入軸Ia與輸出軸Ib通過(guò)同步齒輪傳動(dòng)，裝配其上的進(jìn)氣壓氣輪10、姻能轉(zhuǎn)子4(前后兩件)和它兩之間的渦輪5及同步齒輪 11 一道旋轉(zhuǎn)，附帶凸輪12驅(qū)動(dòng)油泵13 (燃油、潤(rùn)滑油、水三位一體)。通過(guò)同步齒輪11帶動(dòng)輸出軸lb，當(dāng)輸入軸Ia轉(zhuǎn)，壓氣輪10將空氣送入蓄壓器14，空氣(即氧化劑)進(jìn)入能定子2中主流場(chǎng)2-1，凸輪12驅(qū)動(dòng)油泵13，將燃油經(jīng)2-3進(jìn)入相對(duì)的主流場(chǎng)2_1，雙姻能轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)運(yùn)作，將空氣經(jīng)氧化劑入射通道2-9、燃油經(jīng)燃油催化劑混合入射通道2-10進(jìn)入燃燒室6，氧化劑入射通道2-9通氧化劑流道6-4，燃油依次經(jīng)燃油催化劑混合入射通道2-10 和燃油引射通道6-3引射到氧化劑流道即進(jìn)氣道6-4，燃油和空氣在氧化劑流道6-4混合進(jìn)入蓄壓室6-6，再經(jīng)噴嘴6-7切向噴入主燃燒室6-1，成球形渦流即環(huán)流工質(zhì)團(tuán)，氧化劑流道6-4中的兩條直通預(yù)燃室6-2(圖6a最中間的2條通道)，在火花塞孔6_8點(diǎn)火，明火流在砂丘效應(yīng)作用下吸入環(huán)流工質(zhì)團(tuán)，在主燃燒室內(nèi)形成空中焰核即渦流火焰中心穩(wěn)定燃燒，燃燒形成的高壓燃?xì)鈴闹魅紵覂膳酝ǖ澜o力姻能轉(zhuǎn)子4，從而驅(qū)動(dòng)姻能轉(zhuǎn)子4及葉片4-1做功，乏氣經(jīng)導(dǎo)向器15驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子的葉片做功；冷卻水形成蒸汽在渦輪定子3的渦輪主流場(chǎng)3-1作功后繼續(xù)受波闊穴3-4作用完成蒸汽墊底(冷卻水形成的過(guò)熱蒸汽超前燃?xì)?0° -30°角度)，產(chǎn)生高溫度差(達(dá)1500K
以上)燃?xì)庾鞴?，然后乏氣?jīng)渦輪定子套的低能熱交換道3-3傳熱交換后乏氣全面鋪開(kāi)
速降，增大散熱面，將熱能傳輸給工質(zhì)，最后從尾管排出。排出的乏氣溫度低于Μ0Κ。(催
化劑在機(jī)震和能轉(zhuǎn)子4作用下入能定子2的流場(chǎng)2-1)。
權(quán)利要求
1.一種仿生發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于整機(jī)包括前后兩套雙姻能轉(zhuǎn)子定子副和中間的渦輪副；主軸包括輸入軸與輸出軸，主軸平行貫通轉(zhuǎn)子定子副與渦輪副中；輸入軸上安裝有壓氣輪、用于驅(qū)動(dòng)油泵的凸輪、前后兩件姻能轉(zhuǎn)子、渦輪和同步齒輪，輸出軸上安裝有對(duì)應(yīng)的一套前后兩件姻能轉(zhuǎn)子、渦輪和同步齒輪，輸出軸外伸輸出端，輸出軸和輸入軸通過(guò)同步齒輪同步做功；仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體上設(shè)有蓄壓器；雙能轉(zhuǎn)子定子副包括能定子和轉(zhuǎn)子；每一個(gè)雙姻能轉(zhuǎn)子定子副中，姻能定子上設(shè)有上下對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)型腔，2個(gè)轉(zhuǎn)子分別置該2個(gè)型腔中，形成A、B、C、D主流場(chǎng)，A為進(jìn)氣主流場(chǎng)、C為進(jìn)油與催化劑流場(chǎng)，B和D均為膨脹排放流場(chǎng)，姻能定子的右側(cè)設(shè)燃燒室，能定子的左側(cè)設(shè)％能熱交換腔，■能定子的上壁設(shè)有進(jìn)氣道，下壁設(shè)有進(jìn)油、催化劑道，右壁設(shè)有循環(huán)注水道和潤(rùn)滑油管過(guò)道，在B 和D主流場(chǎng)的尾端設(shè)置交叉控作道；渦輪副包括渦輪定子和渦輪，渦輪定子套的右側(cè)設(shè)有冷卻水蓄壓室，渦輪定子套的兩個(gè)型腔中設(shè)有波闊穴；燃燒室包括2個(gè)主燃燒室、2個(gè)預(yù)燃燒室、安裝有火花塞的火花塞孔和進(jìn)氣道； 火花塞孔貫通2個(gè)主燃燒室和2個(gè)預(yù)燃燒室；燃燒室內(nèi)設(shè)有多個(gè)蓄壓室和多條進(jìn)氣道， 每一個(gè)蓄壓室與3或4條進(jìn)氣道相通，每一個(gè)蓄壓室通過(guò)一個(gè)噴嘴與主燃燒室連接，噴嘴的噴口與主燃燒室的內(nèi)壁相切；有兩條進(jìn)氣道分別直通2個(gè)預(yù)燃燒室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，渦輪定子套的每一個(gè)型腔中有過(guò)熱蒸汽波闊穴為3個(gè)，且尺寸不一致。
3.—種仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-2所述的仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，步驟如下通過(guò)皮帶輪驅(qū)動(dòng)輸入軸旋轉(zhuǎn)，輸入軸與輸出軸通過(guò)同步齒輪嚙合，壓氣輪、凸輪姻能轉(zhuǎn)子和渦輪及同步齒輪一道旋轉(zhuǎn)；輸入軸帶動(dòng)壓氣輪將空氣送入蓄壓器進(jìn)入能定子中主流場(chǎng)(2-1)，凸輪驅(qū)動(dòng)油泵將燃油經(jīng)燃油入射口(2- 進(jìn)入主流場(chǎng)0-1)，姻能轉(zhuǎn)子(4)旋轉(zhuǎn)，將空氣經(jīng)氧化劑入射通道0-9)、燃油經(jīng)燃油催化劑混合入射通道Q-10)進(jìn)入燃燒室(6)，氧化劑入射通道(2-9)通氧化劑流道(6-4)，燃油依次經(jīng)燃油催化劑混合入射通道Q-10)和燃油引射通道(6-3)引射到氧化劑流道即進(jìn)氣道(6-4)，燃油和空氣在氧化劑流道(6-4)混合進(jìn)入蓄壓室(6-6)， 再經(jīng)噴嘴(6-7)切向噴入主燃燒室(6-1)，成球形渦流即環(huán)流工質(zhì)團(tuán)，氧化劑流道(6-4)中的兩條直通預(yù)燃室(6-2)，在火花塞孔(6-8)點(diǎn)火，明火流在砂丘效應(yīng)作用下吸入環(huán)流工質(zhì)團(tuán)，在主燃燒室內(nèi)形成空中焰核穩(wěn)定燃燒，燃燒形成的高壓燃?xì)鈴闹魅紵覂膳酝ǖ澜o力姻能轉(zhuǎn)子G)，從而驅(qū)動(dòng)姻能轉(zhuǎn)子(4)及葉片(4-1)做功，乏氣經(jīng)導(dǎo)向器(15)驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子的葉片做功；冷卻水形成蒸汽在渦輪定子(3)的渦輪主流場(chǎng)(3-1)作功后繼續(xù)受波闊穴(3-4)作用完成蒸汽墊底，產(chǎn)生高溫度差燃?xì)庾鞴Γ缓蠓饨?jīng)渦輪定子套的M能熱交換道(3-3)傳熱交換后，最后從尾管排出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，主燃燒室的燃燒過(guò)程輻射熱作用在彌散的催化劑云上成白熾態(tài)，催化劑與水蒸氣作用熱離解成CO和吐氫氣與氧氣結(jié)合燃燒，N與H2作用形成氨氣，避免了有害氣體的直接排放。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述的催化劑為顆粒直徑為0. 03-0. 05mm的碳微粒。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種仿生發(fā)動(dòng)機(jī)及其實(shí)現(xiàn)方法，整機(jī)包括前后兩套雙火用能轉(zhuǎn)子定子副和中間的渦輪副；主軸包括輸入軸與輸出軸，主軸平行貫通轉(zhuǎn)子定子副與渦輪副中；輸入軸上安裝有壓氣輪、用于驅(qū)動(dòng)油泵的凸輪、前后兩件火用能轉(zhuǎn)子、渦輪和同步齒輪，輸出軸上安裝有對(duì)應(yīng)的一套前后兩件火用能轉(zhuǎn)子、渦輪和同步齒輪，輸出軸外伸輸出端，輸出軸和輸入軸通過(guò)同步齒輪同步做功；每一個(gè)雙火用能轉(zhuǎn)子定子副中，火用能定子上設(shè)有上下對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)型腔，2個(gè)轉(zhuǎn)子分別置該2個(gè)型腔中形成A、B、C、D主流場(chǎng)，在B和D主流場(chǎng)的尾端設(shè)置交叉控作道。該仿生發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)獨(dú)特、熱效率高，是一種革命性的發(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)F02C3/32GK102418561SQ201110228428
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者謝本武 申請(qǐng)人:謝本武