用于借助喷气发动机驱动转子的方法与流程

1.本发明主要涉及通过将燃料的化学能转化为转子的旋转动能的喷气驱动转子的领域，更具体地涉及通过脉冲爆震发动机或位于转子系统尖端的发动机来操作喷气驱动转子的方法。


背景技术：

2.自20世纪初以来，已经开发了通过喷气推进转子旋转的方法。这些方法的主要应用是将转子用作飞机的推进螺旋桨。这些主要是在直升机系统中飞行的载具。在这种情况下，喷气推力源放置在转子的末端，并且由于其产生的喷气推力，使转子旋转。与通过附接的旋转轴旋转转子的方法相比，该方法提供了许多优点。内燃机和变速器用于使轴旋转。在这种情况下，会产生反作用力矩，该反作用力矩使飞行器沿与转子的旋转方向相反的方向旋转。这个力矩需要被补偿，这是以各种方式来完成的，具体地说是使用尾桨，这使得变速器设计更加复杂。内燃机和变速器的重量会超过100千克，并且取决于螺旋桨尺寸和飞机的重量。
3.奥地利工程师ludwig wittgenstein)提出了一种方法，该方法中气体和空气通过转子叶片的尖端送入燃烧室，在那里混合，并由于离心力而被加热到点燃的程度。然而，在实践中，该方法没有实施，因为烃气体或氢气和空气的混合物的点火温度为400至600℃，并且需要在大于30atm的压力下达到，这需要非常大的离心力。由于转子速度的可变性，不可能使这种过程可靠。
4.喷气驱动转子的另一种解决方案是使用从转子尖端的喷嘴排出的冷喷气。例如，使用将空气泵送到位于转子内部的空气管道中的燃气涡轮发动机。该压缩机重量为90千克，每小时煤油消耗为110千克，这使得该方法的整体效率较低。
5.将位于转子尖端的喷气发动机作为转子旋转的方法的解决方案，该发动机被认为是最简单的装置，并且是动力装置中重量最小的。
6.在这种尖端喷气发动机的一个实例中，使用的是重量约为5-8千克的冲压发动机。这种方法有几个问题:
[0007]-仅在一定范围的转子速度下有效工作，这为进入发动机的空气提供了足够的压缩水平，但同时也不允许气流从叶片上分离，这大大降低了转子的提升力(由于转子尖端的亚音速，这种限制使冲压发动机无法有效工作)
[0008]-在转子旋转过程中，排气后的燃烧产物进入进气口，从而降低了冲压发动机的效率
[0009]-冲压发动机在200g区域内离心力作用下的重量使其对转子结构强度的要求很高
[0010]-由于高压喷气发动机燃烧室中液体燃料和空气的离心混合物的作用以及组件密度的差异而分层，从而降低了燃烧效率
[0011]-在发动机发生故障的情况下，它们对迎面而来的气流的抵抗力使其难以自转着陆
[0012]-冲压发动机运行期间的高水平的噪音
[0013]
为了产生所需的推力，爆燃喷气发动机需要大量空气和燃料的超音速流速。这是由于这种燃烧的低热力学循环效率和燃烧产物的低流出速率。
[0014]
曾尝试使用更有效的喷气发动机配置。最高效的喷气发动机是涡轮喷气发动机。然而，由于这样的发动机的重量和尺寸很大，只要它在离心力的作用下在转子的尖端处工作，就证明使用它的尝试是不成功的。此外，旋转涡轮机和压缩机产生了陀螺力矩，这些力矩要么由飞轮补偿，这进一步增加了重量并降低了该方法的效率，要么被传递到转子轴承结构并大大减少了整个系统的资源。
[0015]
具有爆震式燃烧操作模式的喷气发动机的效率比冲压发动机的效率高13-15％。在这种情况下，爆震燃烧需要较小的燃烧室和喷嘴，因为爆震燃烧期间的放热功率比爆燃燃烧期间的放热功率高得多，并且爆震产物的速度比爆燃燃烧产物的速度高20-25倍。结果，爆震发动机的重量和尺寸远小于冲压发动机的重量和尺寸，这在被明显的离心力影响下运行时非常重要。与爆燃前沿的低(亚音速)速度相反，由于爆燃波的传播速度较高(超音速)，爆震燃烧比爆燃燃烧提供了更大的燃料燃烧完整性。与高压喷气发动机作为转子的喷气驱动器相比，所有这些因素共同提供了使用爆震喷气发动机的显着优势。然而，产生爆震燃烧的方法需要复杂的步骤来增加燃料和燃料与氧化剂的混合物的爆震能力以及爆震燃烧本身的组织，这可能需要额外的能量消耗。
[0016]
已知发明，其中一种用于喷气直升机的脉冲爆震牵引模块中的工作过程布置的方法，布置在旋翼叶片的端部[ru 2718726，c2，b64c 27/18，14.04.2020]，其包括燃料供应，燃料与空气混合，用可燃混合物填充燃烧室，爆震波的发生，燃烧器回路中爆震产物的膨胀以及爆震产物通过喷嘴流出以产生反应推力。液体燃料以喷气的形式循环地供应到圆柱形热内壁，其中喷气被定向成使得热燃烧室内壁在考虑离心力作用方向的同时被液体燃料均匀地润湿。
[0017]
作为液体燃料喷气与燃烧壁内燃烧壁热机械相互作用的结果，喷气发生破碎以形成液滴和液体燃料膜，以及燃料蒸汽，从而形成能够爆震的填充燃烧器路径的两相可燃混合物。可燃混合物的强制点火导致在燃烧器通道中形成加速的湍流火焰，并使燃烧迅速转变为爆震，从而使燃烧器路径中所有剩余的两相可燃混合物在爆震波中燃烧，并朝着喷嘴运行，并在其从喷嘴出去后燃烧。爆震产物流经喷嘴，伴随着燃烧器回路中的压力降低到进入空气流中的制动压力水平，从而为燃烧器回路吹气及其反复填充具有爆震能力的两相燃料和空气混合物提供条件，并且从喷嘴流出的爆震产物会产生反应推力。
[0018]
这种已知技术方案的缺点是爆震燃烧的效率相对较低，这是因为使用了具有两相爆震能力的燃料和空气混合物:
[0019]-其降低燃料热解的效率；
[0020]-在离心力的作用下对燃料和空气混合物进行分层；
[0021]-不完全爆震燃烧。
[0022]
此外，在已知的方法中，需要额外的能量成本来在发动机中提供所需的燃料压力，以获得具有最大爆震能力的燃料和氧化剂的混合物，这也导致这种转子操作方法的总效率降低。
[0023]
在技术本质上最接近所提出的方法是一种设备-推进系统的有用模型[ru 95035，
u1，f02k1/00,08.02.2010]，它实现了相应的系统操作方法。推进系统包括至少一个叶片，该叶片附接到转子的轴线，该转子包含入口和用于离心空气喷气的冲压喷气空气管道，串联位于入口之后。推进模块的燃烧室和喷射喷嘴位于叶片的尖端。冲压发动机的入口位于叶片的对接上，其中沿其整个长度形成有贯通通道，该贯通通道执行径向离心空气管道的功能，并配备有低温燃料蒸发器，该低温燃料蒸发器位于叶片的整个长度的贯通通道中。
[0024]
这种最接近的方法的缺点是使用爆燃燃烧操作喷气发动机的方法的效率相对较低，这导致这种转子旋转的方法的总体效率相对较低。


技术实现要素：

[0025]
本发明的技术目的是提高喷气驱动转子系统的效率，所述转子系统可用作飞行器的推进螺旋桨或用作发电机的轴的驱动器。
[0026]
本发明的技术结果包括通过减少用于制备用于燃烧的燃料和氧化剂的混合物的能量消耗来提高喷气驱动转子的操作效率。
[0027]
使用喷气流驱动转子旋转的高效方法包括通过位于转子系统尖端处的爆震喷气发动机的燃烧室中的爆震燃烧将燃料的化学能转化为旋转动能的主要步骤。为此，气体燃料和气体氧化剂通过特定的方法混合，并供应到发动机。这些方法包括许多独特的方面，其中主要是用于制备燃料和氧化剂的步骤组，包括通过转子旋转产生的离心力将气态燃料和氧化剂喷射到喷气发动机中的步骤，然后混合可引爆的混合物，通过在爆震喷气发动机的燃烧室中引爆气体燃料和氧化剂的混合物的步骤。喷气发动机位于具有切向喷气流输出的转子系统的尖端处，提供了高效的喷气驱动转子。这些方法用于燃料和氧化剂的各种组合以及爆震喷气发动机的设计。
[0028]
发明概述
[0029]
描述并提出了用爆震式喷气发动机驱动转子旋转的方法。具体地，布置在转子的尖端处的爆震式喷气发动机受益于通过转子旋转自然产生的燃料的离心式泵送，以在燃烧室中供给爆震反应，该燃烧室被定向为产生促使转子旋转的喷气流的推力。燃料源通过输送装置在转子尖端处联接到喷气发动机或多个发动机，所述输送装置从靠近转子轴线方向朝向转子尖端并与转子集成。来自所述源的燃料被离心力自然地加压，并且它可以被进一步调节以在与氧化剂混合之前和/或在与氧化剂混合之后提高其爆震能力。用于这些方法的喷气发动机是针对与由离心力产生的转子速度和燃料压力的配合以及所用燃料的爆震特性而专门设计的。这些方法包括将燃料与氧化剂混合以产生可引爆的混合物，将混合物引爆以产生有效地驱动转子旋转的喷气流。
[0030]
其变化包括:用于调整各种燃料类型的替代机械装置，用于供应氧化剂特别是环境空气中的氧化剂的替代机械装置，转子设计长度和转速范围，用于燃料处理以增加其爆震能力的替代机械装置，用于提高燃料和氧化剂混合物的爆震能力的替代机械装置。
[0031]
这些方法中的转子速度是通过操纵燃料进给速率来控制的，该燃料进给速率会影响爆震喷气发动机燃烧空间中的燃料和氧化剂的比率及其推力。
[0032]
所述方法是循环的和封闭的，这使得能够以受控的转速获得转子的连续旋转。
附图说明
[0033]
图1示出了用爆震式喷气发动机驱动转子旋转的方法的主要步骤。
[0034]
图2示出了利用爆震式喷气发动机驱动转子旋转的方法的优选实施例的步骤。
[0035]
图3示出了用作飞机螺旋桨的转子叶片的横截面。
[0036]
图中参考数字表示:101-通过离心力输送气体燃料，102-混合气体燃料和氧化剂，103-爆震燃料和氧化剂混合物，104-通过喷气流推力旋转转子，105-供应燃料，106-供应气体氧化剂，200-处理气体燃料和氧化剂混合物以提高爆震能力，201-将液化燃料蒸发为气态，202-通过离心力输送气体燃料，203-通过与热源接触热解处理气体燃料，204-混合室内燃料和氧化剂的混合，205-燃烧室中燃料和氧化剂混合物的爆震，206-形成爆震产物喷气流，207-通过喷气流的推力使转子旋转，208-液化气体燃料的供应与进料速度的控制，209-通过离心力输送氧化剂，210-吸入空气作为氧化剂，211-氧化剂的冷却，212-传热，213-燃料和氧化剂混合物的动能增加，214-用爆震产物激发燃料和氧化剂混合物低压波，215-通过爆震引发剂激发燃料和氧化剂混合物，300-用作螺旋桨的转子叶片，301-空气输送路径，302-燃料输送路径，303-用于传热的散热片
具体实施方式
[0037]
本发明描述了喷气驱动转子系统的操作方法。所述转子由从位于转子尖端的爆震型喷气发动机输出的喷气流驱动，所述喷气流输出基本上正交于转子半径。这些方法在几种方面是不同的，包括与燃料输送到喷气发动机时制备燃料有关的特殊过程。与这些系统的转子集成的是输送装置，该输送装置使通过其中的气体燃料受到由转子旋转产生的离心力。这些力作用在气态燃料上，促使其朝向燃烧室内的发动机燃烧空间。
[0038]
最后分别输送的气体燃料和氧化剂在混合步骤中结合在一起，从而精确地产生可引爆的混合物。
[0039]
在气体燃料和氧化剂混合成可引爆的混合物之后，可引爆的混合物被注入燃烧空间，在那里它被引爆。
[0040]
然后，通过结构元件机械地操纵爆震产物，以形成发动机高度的定向喷气流排气。
[0041]
喷气流产生反作用力，使转子系统旋转。
[0042]
这些发明的喷气驱动转子操作方法的主要步骤如下:
[0043]-通过旋转转子的离心力向燃烧空间输送气体燃料；
[0044]-引爆气体燃料和氧化剂混合物以形成喷气流；和
[0045]-通过喷气的推力旋转转子。
[0046]
由于爆震是一个快速过程，然后气体迅速膨胀以形成喷气，因此稳定的爆炸过程会产生稳态或连续的喷气输出。
[0047]
这些方法不同于任何先前生产类似喷气发动机的尝试，因为气态燃料受到由转子产生的压缩力的影响，作为离心力作用在气体上，因为它在燃料输送系统中沿转子半径径向向外传递燃料，该系统将燃料输送到混合空间，燃料和氧化剂在该混合空间中是混合的。
[0048]
与使用具有非常高的燃烧室压力并且需要高压喷气燃料和氧化剂的爆燃燃烧的喷气发动机不同，脉冲爆震发动机允许在相对较低的压力下喷射可燃混合物。以及与在选定的设计参数下通过气体的离心加速而产生的压力水平兼容且协作的压力。还有一点是，
使用喷气发动机进行转子旋转的这些新方法不需要其它装置，特别是那些消耗能量的装置，来准备和调节燃料或氧化剂，然后再注入燃烧空间。
[0049]
此外，爆震发动机比具有爆燃燃烧的发动机具有更高的效率。这使得能够使用相对较小和较轻的发动机来实现相同水平的性能。位于转子尖端的体积小、重量轻的发动机使作用在发动机上的离心力最小化，并允许更坚固和可靠的喷气驱动转子的设计。
[0050]
1)通过离心力输送气态燃料
[0051]
在这些方法的第一步骤中，气体燃料通过旋转转子的离心力从燃料源输送到混合空间。
[0052]
这些系统的转子被塑造成包括气体输送装置。特别地，这些转子包括至少一个被塑造有转子结构的中空腔，该中空腔适于通过该中空腔传输气体物质。一些优选的版本包括两个独立且不同的路径，各自用于燃料和氧化剂。注入到所述转子腔中的气体受到离心力的作用，所述离心力使所述气体朝向所述转子尖端径向向外穿过所述腔。当气体分子向尖端移动时，它们受到更大的力，气体被压缩，压力增加。
[0053]
通过仔细选择特别是关于转子长度和转速的设计参数，可以使气体燃料压力达到与进一步将气体传送到燃烧空间中的混合或/和喷气系统协作的水平。在爆震发动机入口处的气体燃料的压力水平是重要的，其有助于增加燃料和氧化剂混合物的爆震能力，以提供混合物中燃料和氧化剂的最佳比例以及发动机操作所需的燃烧空间中该混合物的体积。这取决于爆震发动机的设计和操作方法。如果将转子用作发电机轴的驱动器，则其速度取决于转子和尖端喷气发动机的设计强度特性，该强度特性必须承受离心力，以及喷气驱动的效率。
[0054]
如果将转子用作飞行器的螺旋桨，则转子的效率取决于螺旋桨的设计，特别是取决于螺旋桨的尺寸、叶片形状、叶片攻角和螺旋桨旋转速度。在这种情况下，转子速度一方面受到产生用于将气态燃料泵送到尖端喷气发动机中的最大离心力的要求的限制，另一方面受到气流中叶片速度的限制以防止气流中断。因此，在考虑所有这些限制和方面的情况下，选择适当的最大有效速度，并在可能的情况下保持稳定。在这种情况下，通过改变叶片的迎角和相应的反作用推力来进行转子的发动机效率的控制，以保持最佳转速。
[0055]
放置燃料源有几种选择。它可以直接位于转子中。然后油箱的体积和重量受到转子的设计及其性能要求的限制。最好的选择是将油箱放置在系统的固定部分中。在这种情况下，燃料必须通过燃料管线进入转子，到达转子附接到转子轴线上的位置。
[0056]
存在各种模式，在这些模式中，燃料可以从源供应到发动机。例如，在液化燃料储存在燃料储存器或燃料箱中的一些版本中，燃料可以在蒸发过程中被引入输送空间，由此液体燃料在离心力作用下被转化成气态并被喷射到封闭空间中。即在转子铁芯或内管中。另外，还可以将气体输送管固定到转子的外部。在这两种情况下，离心力作用在输送空间中的气体上，使其径向向外加速，并在气体到达发动机时增加气体压力。
[0057]
在替代方案中，燃料存储系统可以简单地包括保持在压力下的气态燃料，并且该压力可以用于将已经处于气态的燃料在传递到转子的尖端之前经受离心力转移到转子的燃料输送装置中。在这两种情况下，气体燃料从所述源被引入到所述转子的燃料输送装置。
[0058]
考虑到降低燃料储存方面的成本，优选的方案是将燃料储存在液相中，这显著地减少了所需的储存体积。为了以液化相供应燃料，需要将液体燃料转化为气相的中间步骤。
这种情况下的最佳形式是燃料的选择，所述燃料由于进入转子的燃料输送装置而蒸发并且膨胀，在所述膨胀时，由于膨胀引起的压力下降，燃料的沸点开始超过环境温度。在这种情况下，不需要额外的能量来将燃料转移到气相。如果燃料在-60℃到-0℃之间的温度下沸腾，那么为了其蒸发，将燃料从罐通过液体燃料导管喷射到具有比燃料导管的容积更大的容积的空腔中就足够了。在这种情况下，燃料自然蒸发，并且在该过程中膨胀和冷却。在使用在0摄氏度以上的温度下蒸发的燃料的版本中，必须通过从外部热源加热来强制蒸发燃料。在特定情况下，这可以是电加热。
[0059]
在随后膨胀和蒸发的情况下将液化燃料喷射到腔室中的位置可以定位在转子体内的任何位置，但是必须对其进行优化，以使燃料移动到转子末端时的时间和距离足以在离心力的作用下，针对发动机运行参数的最佳压力水平使气态燃料接收。
[0060]
作为燃料选择，一种优选的选择包括液化烃燃料(lpg)(lpg的密度是沸点下气态烃的密度的250倍)、液化二甲醚(液化醚的密度是沸点下气态烃的密度的315倍)、液化氢。液化氢的使用需要特殊的低温存储技术，并且不安全，因为氢气和空气的混合物在自然环境条件下是爆炸性的，能量为17微焦耳的火花就足以引发爆炸。因此，这些发明的一些非常特殊目的的版本可能包括使用液态氢，但这被认为是一种罕见的例外情况。
[0061]
用于随后的爆震燃烧的最优选的气体燃料是烃燃料。它的优点是由其低成本、高可用性、易于在液化状态下储存和随后使用决定的。而且，一些烃燃料的优点是它在-50-0℃的温度下蒸发，这是该方法的自然操作温度，并且不需要额外的能量消耗来蒸发。因此，在这些方法的最佳预期版本中，一种最优选的燃料是液化石油气(lpg)。
[0062]
在这些方法的一种特定形式中，燃料从储存器供应，在储存器中，燃料在高于大气压的一定过压下以液化相储存到较大的空腔中。燃料的组成会影响该过程工作的工作温度范围，并取决于混合物中包含的气体的沸点。此外，储存器中的压力取决于燃料的组成，其保持储存器中燃料的两相状态，并允许在过程的宽温度范围内最佳地使用储存器的体积以用于其储存，并且允许其可靠地供应给系统。
[0063]
对于这些方法的特定版本，可以使用各种类型的丙烷，丁烷及其混合物。丙烷是在-50至20摄氏度的宽操作温度范围内操作该过程的最佳选择，因为丙烷的饱和蒸气的压力高于丁烷的压力，这确保了其在低温下的充分蒸发，当转子在高空作为飞机的螺旋桨运行时，这一点尤其重要。然而，在高工作温度下，必须增加混合物中丁烷的比例，以防止气体燃料混合物在高温下储存期间以及当飞行器处于低空或地面时的高过压。
[0064]
在燃料从燃料供给装置引入到燃料输送腔后，液化燃料膨胀并蒸发。当从液化到气相的转移高达250倍或更多时，该阶段导致丙烷的体积显著膨胀。
[0065]
2.将气体燃料与氧化剂混合成混合物
[0066]
气体燃料与氧化剂的混合可以在燃料通过转子输送到转子尖端之前或之后进行。燃料和氧化剂混合在一起，形成可引爆的混合物。由于气体燃料和氧化剂的混合物在大多数情况下不仅能够爆震，而且具有爆炸危险，因此在将混合物注入燃烧空间之前可能会发生爆炸。在所述转子的旋转方法中，混合步骤的位置的最佳方案是将其放置在尽可能接近爆震时刻爆震空间处的混合物。气体燃料和氧化剂的压力、密度和进料速率必须与发动机的设计相对应，以便提供稳定爆震过程所需的混合物中燃料和氧化剂的比率。
[0067]
与气体燃料混合需要氧化剂。对于本发明所述的方法，任何将氧化剂供应到用于
与气体燃料混合的空间的方法都被认为是本发明的一部分。为了高质量的混合，与气态燃料混合的空间中的氧化剂必须是气态的。如果离心力作用在与尖端喷气发动机一起旋转的转子上，则这一点尤其重要，在燃料和氧化剂的密度存在显著差异的情况下，这可能导致混合物的分层、均匀性的恶化，并且因此，降低其爆炸能力。在燃料和氧化剂的气相相似的情况下，主要要求是氧化剂压力应与燃料压力相对应，以使燃料和氧化剂混合物的稳定爆震比达到最佳。因此，当使用该方法时，进入爆震发动机时的燃料压力必须对应于其操作方法、其设计和供应氧化剂的条件。
[0068]
气态氧化剂可以通过多种方式提供。在其中的氧化剂从储存器供应的形式中，除了储存器中的初始压力之外，氧化剂的压力还可以通过压缩机的泵送来增加。它可以是来自储存器的液化氧化剂，并且在氧化剂的输送系统中预先蒸发。它也可以是从加压储存器供应的气态氧化剂。所有这些选项都包括在本发明中。
[0069]
最优选的氧化剂是氧。在某些版本中，液氧可以蒸发并进入转子氧化剂输送路径。
[0070]
使用氧气作为氧化剂的最优选方法是使用空气。空气在环境中是容易获得的，并且其密度在高于海平面8000m的高度内足以用于碳氢化合物燃料中的爆炸-合适混合物。
[0071]
在使用空气作为氧化剂的情况下，空气供应步骤可以有几种选择。空气可以通过作为发动机一部分的进气口从大气直接被接收到发动机中。这种直接流动方法用于冲压发动机。空气压力由转子和转子尖端的发动机的速度提供，这决定了该发动机上进气口的速度。然而，这种空气供应方法具有与以下事实相关的缺点:在转子旋转期间，进气口从发动机本身或位于相同长度的类似转子的尖端处的另一发动机进入爆震产物区域，这是创建旋转转子平衡系统的首选选项。燃烧产物与空气混合并进入与燃料混合的空间。燃料和空气的混合物与爆炸产物的混合物具有明显较低的爆震能力，并且爆震过程变得不稳定，这降低了转子旋转方法的这种选择的性能和可靠性。
[0072]
优选的方法是将进气口放置在距喷气发动机足够距离的转子上，以避免在转子旋转期间爆震产物进入进气口。
[0073]
它可以是一个或多个进气口。进气口的位置可以位于转子长度上的任何位置，但是一个优选的选择是转子根部或转子轴线周围的进气口。这样的布置使得能够对在同一轴上旋转的多个转子使用一个进气口。在进气口的此位置，完全排除了爆炸产物进入其中的可能性。该解决方案的可靠性得到了几个转子通用的进气口设计的简单性的补充。
[0074]
当转子转动时，由于离心力，以这种方式引入的空气在朝向转子尖端通过时将被压缩。这是优选的方法，因为它提出了气体燃料和氧化剂的压力之间的对应关系，该压力取决于来自旋转转子的离心力。
[0075]
在使用被引入输送路径的液化燃料的情况下，燃料在蒸发过程中被冷却。当使用离心力向喷气发动机供应氧化剂和燃料时，可能需要增加氧化剂的相对密度以匹配氧化剂和燃料的比率水平。为此，在所述方法的一种选择中，使用了冷却氧化剂的步骤。这种冷却的一种选择是将热量从氧化剂通过传热介质传递到燃料。在一些版本中，这可以通过热交换器结构(例如，散热片)来实现。以这种方式，由燃料蒸发产生的冷却传递到氧化剂，反之亦然，来自氧化剂的热量传递到气态燃料。在使用上述离心力的同时喷气燃料和氧化剂的最优选的特定情况下，燃料和氧化剂穿过与转子相关联的具有一致长度的空腔。在这种情况下，这些空腔可以具有共同的导热介质，其确保热量从氧化剂进入燃料。由于燃料在蒸发
过程中膨胀并冷却，因此氧化剂也因此而冷却。
[0076]
混合物中燃料和氧化剂的最佳比例取决于混合物温度，所用燃料和氧化剂以及爆炸方法。因此，在特定情况下，对于气体碳氢燃料和空气的混合物，其温度范围为20-110℃，管内爆震的比率应在混合物中碳氢燃料的2-10％范围内。在一些版本中，燃料和氧化剂在喷射到发动机燃烧室中之前在一个特殊的室中混合，而在其他版本中，在喷射步骤期间进行混合，由此燃料和氧化剂以在爆震之前产生混合的方式分别喷射。在这两种情况下，在优选的压力和气体速度下通过转子输送的燃料和氧化剂以一定比例混合在一起，从而产生支持燃烧反应的混合物，该燃烧反应的特征在于爆震反应。
[0077]
在混合前的处理中，使气体燃料经受增加其爆震能力的过程。该处理是改变燃料的物理性质或化学性质的方法。这些步骤可包括加热燃料、增加其供给速度以增加动能、将燃料与规定的添加剂混合，这将进一步增加其爆震能力，以及改善燃料支持剧烈爆震反应的能力的其他步骤。
[0078]
类似地，可以在引爆之前对燃料和氧化剂的混合物进行特殊的规定处理，以进一步提高混合物的引爆能力。该处理是改变燃料和氧化剂混合物的物理性质或化学性质的方法。混合燃料和氧化剂后，该混合物，
[0079]-可能通过磁场引起电离；
[0080]-增加混合气体的速度，以增加其动能；和
[0081]-将混合物供应到预燃室，以使混合物部分燃烧；
[0082]
在其他过程中，可以提高混合物更有效地进行爆震反应的能力。
[0083]
在一个优选的方案中，增加混合物的速度是通过一个狭窄的喷嘴喷气到燃烧空间。在该步骤中，与氧化剂混合的气态燃料的压力被转换为喷气速度，该喷气速度可以是极音速的。这种混合物具有大量的动能，用于加热混合物。在特定情况下，这可能由于混合物在特定区域中的流动及其减速而发生，在此期间，混合物被加热。这种加热进一步提高了混合物的爆震能力。所有这些步骤旨在使燃料和氧化剂的混合物更接近爆震激发。
[0084]
为了获得稳定的爆震过程，除了确保气体燃料和氧化剂的混合物的爆震能力外，还必须确保最大的混合物均匀性。这很重要，因为只有在混合物的质量相同且足以维持这种扩散的情况下，爆震波才会迅速扩散通过可引爆的混合物。在相反的情况下，震爆波可能减弱甚至解体。各种方法可以获得气体燃料和氧化剂的更均匀的混合物。其中之一是通过机械手段，例如通过旋转风扇强制混合燃料和氧化剂。另一种方式是使用用于混合的混合室，气体燃料和氧化剂的流以其混乱的绕组提供均匀的混合的方式被供应到所述混合室中。最优选的是部署不需要额外能耗的过程。例如，通过将气体燃料和氧化剂通过彼此相邻的狭窄狭槽供给来分配它们在混合室空间中的流动。在这种情况下，由于在混合室的整个体积中均匀的流动，使其分布的流尽可能均匀地混合。在这种情况下，供应用于与气体燃料混合的氧化剂的方法可以是各种各样的，并且将在本说明书中在下文中在单独的段落中讨论。所有这些方法都包括在本发明的替代方案中。
[0085]
3.引爆气体燃料和氧化剂混合物以形成喷气流
[0086]
爆震前气体燃料和氧化剂的混合物优选处于非常接近爆震激发的状态。混合物的爆震发生在燃烧空间中。爆震可以作为连续爆震或脉冲爆震发生。
[0087]
爆震发动机的操作方法可以是许多可能的方法中的任何一种，但是它必须在可以
由旋转转子的离心力提供的气体燃料的压力水平下操作。任何爆震方法都可以应用于本发明中，并且是其特殊情况。这取决于爆震波在与发动机相关的坐标系中的传播速度，静止爆震，旋转爆震，当爆震在旋转坐标系中静止时的瞬态爆震和脉冲爆震。因此，具有连续爆震(cde)、旋转爆震(rde)和脉冲爆震(pde)的爆震发动机可以作为本发明的包括的版本被创建。
[0088]
爆震可以通过各种方式激发或触发，从而将混合物的压力和/或温度增加到临界水平以进行爆震:
[0089]-在冲击波的影响下；
[0090]-在运动结构(活塞、空化器等)的机械影响下；
[0091]-在低压波的影响下；
[0092]-在来自各种来源(火花塞，激光等)和任何其他来源的物理热脉冲的影响下。
[0093]
用于触发爆震的多种替代方法是可能的，并且本发明的实质不依赖于它们中的任何一个。因此，任何触发爆震的手段都应被视为包括这些发明的变体。
[0094]
使该方法最经济、高效和可靠的一种优选方案是使发动机以脉冲爆震模式运行。脉冲爆震过程是以特定频率重复的爆震周期序列。引爆循环包括以下主要步骤:
[0095]-将燃料和氧化剂注入爆震的地方，
[0096]-将燃料和氧化剂的混合物激发到接近自爆水平的水平，
[0097]-燃料和氧化剂混合物爆震的发生，
[0098]-将爆炸波传播到整个爆震空间，并停止燃料和氧化剂的供应，
[0099]-爆震产品的排气，
[0100]-低压波的出现，从排气部位指向爆震空间，
[0101]-燃料和氧化剂的下一个喷气循环
[0102]
爆震空间通常形成为爆震室。燃料和氧化剂到燃烧室中的喷射可以是单独的，也可以是如上所述的混合的。如果分别喷射燃料和氧化剂，它们将在燃烧室中混合。混合物的激发可以通过任何方式提供，包括已经描述的。在脉冲爆震模式中，最佳方式是当燃料和氧化剂混合物的爆震由燃烧的共振过程激发，这可以通过特殊的机械设计燃烧室和排气喷嘴来实现。
[0103]
燃料和氧化剂在燃烧室中的供应的停止可以通过包括机械阀或气体动态方式的任何方式来提供，该方式通过爆震发生后的爆震冲击波的高压来停止燃料和氧化剂的供应，这将燃料和氧化剂锁定在燃烧室之外。
[0104]
为了确保脉冲爆震的可靠性，优选的选择是使用以上述方式之一触发起爆的起爆器。一种优选的爆震引发剂被布置为物理脉冲的源，例如具有足够能量用于爆震起爆的冲击波。物理脉冲起爆引发剂与其他燃料和氧化剂混合物激发方式的重要区别在于时间短，专注于爆震空间，并且在燃料和氧化剂混合物的爆震能力最接近自爆时使用。为了提高效率和可靠性，起爆方法的优选选择是不使用额外能量和不使用机械运动的方法。
[0105]
低压波是循环的重要组成部分，因为在气体动态喷气管理的情况下可以喷射燃料和氧化剂。同时，低压波激发了燃料和氧化剂的混合物，以提高其爆炸能力。
[0106]
在这些方法中，最重要的是爆震导致转子旋转的概念。为了绕旋转轴驱动转子，必须将爆震产物机械地重新定向成有组织的定向的发动机排气喷气流。爆震反应的自然构型
往往是气体从爆炸区域向外的基本球形膨胀。因此，为了形成优选的定向喷气流，这些膨胀气体被反射或以其他方式从成形的机械元件重定向，从而导致流基本上沿着系统轴线流动。为了进一步改善喷气的方向性并调整其物理性质，这些方法包括用排气喷嘴进一步成形喷气流。使用该方法的最佳方法之一是反射器形式的燃烧室，该燃烧室通过在共同的优选方向上反射和重定向爆震产物而参与喷气流的形成。
[0107]
4.通过喷气流的推力旋转转子
[0108]
喷气发动机产生具有所需推力的喷气流，该推力基本上是线性的。推力方向取决于发动机的设计，并且如上所述，由燃烧室和排气喷嘴的设计确定。为了使转子尽可能有效地旋转，发动机位于转子尖端处，并且尽可能地与转子半径正交并且尽可能地在转子旋转平面中定向。
[0109]
根据实际应用，转子可以具有各种设计。如果转子用于飞机螺旋桨，则它具有叶片形状。在某些螺旋桨中，叶片可能会通过改变迎角来改变螺旋桨的推力。如果发动机位于这种叶片的尖端并且刚性地连接到其结构，那么这种发动机的推力矢量随着叶片的迎角改变方向并且偏离转子的旋转平面。在这种情况下，由于喷气发动机的推力引起的旋转效率根据推力风从转子的旋转平面的偏转角的值而降低。在这种情况下，最好的版本是螺旋桨设计，其中叶片围绕转子内部的支撑结构旋转，刚性地固定在转子旋转轴线上，并且当叶片迎角改变时保持静止。在这种情况下，喷气发动机附接到该结构，并且其在叶片旋转期间的取向保持不变，以及当推力矢量与最大转子旋转平面重合时的转子旋转力。所有这些变化都是所述发明的一部分。
[0110]
由于必须将用于最有效旋转的喷气的推力施加到转子的尖端，因此在其设计中必须考虑到转子与喷气发动机连接处的强度问题。
[0111]
当在直升机配置中使用旋翼作为飞行器转子时，在转子尖端处的喷气发动机的尺寸和重量是重要的，因为高重量极大地增加了作用在与转子的发动机接头上的离心力。另一方面，在转子叶片的尖端处存在额外的重量允许在其旋转期间存储旋转惯性的动能，这在发动机故障的情况下是有用的，并且使用自转作为飞机紧急着陆的方法。在开发基于所公开的发明的喷气驱动转子设计时，应考虑所有这些方面。
[0112]
5.系统启动
[0113]
在达到稳定的操作状态之前，转子是静止的或转速不足以支持燃料和氧化剂的适当压力以进行正确的混合。在这种状态下，转子还没有产生足够的离心力，以便在转子输送装置中适当地输送气体。离心力不存在或很小，在使用离心力来喷射氧化剂的版本中，喷气发动机入口处的氧化剂的初始压力不足。为了提供与燃料混合所需的压力和混合物的爆震能力，直到氧化剂被供应到转子腔中，使用由外部启动压缩机或其他增加氧化剂压力的装置提供的注入氧化剂的步骤。在这种情况下，在室中蒸发之后的气体燃料的压力将仍然足以与氧化剂混合并形成适于爆震并允许爆震喷气发动机启动的混合物。在空气被用作氧化剂的情况下，在转子速度建立并且离心力增加到允许氧化剂压力足以用于爆震发动机的稳定操作的水平之后，将空气供应从增压源(例如压缩机)切换到从进气口供应的步骤。
[0114]
本发明的优选实施例
[0115]
喷气驱动转子的操作方法具有多个主要步骤，如图1所示。这些步骤包括:
[0116]
通过旋转转子的离心力向燃烧空间输送气体燃料(101)；
[0117]
混合气体燃料与气体氧化剂(102)；
[0118]
引爆气体燃料和氧化剂混合物(103)以形成喷气流和
[0119]
通过喷气流(104)的推力使转子旋转。
[0120]
此方法的最佳版本是作为飞机的推进系统方法实现的，为此，转子被用作其推进系统的主螺旋桨。在这种情况下，转子具有螺旋桨叶片的形状。飞机的推进力取决于叶片的迎角，叶片的尺寸和螺旋桨的旋转速度。叶片的迎角和尺寸决定了气流阻力的力，并且与旋转速度一起决定了以所需的旋转速度旋转给定转子所需的力。为了旋转转子，此方法使用由位于转子尖端的发动机产生的喷气流的推力。因此，为了使转子以给定的特性旋转，必须产生足够水平的喷气流推力。
[0121]
爆震发动机用于产生喷气流。它的效率取决于其设计和操作方法，该方法基于燃料和氧化剂混合物在燃烧空间的爆震燃烧。对发动机推力的要求，结合其设计和操作方法，确定了进入爆震空间的气体燃料和氧化剂的混合物的要求。这些特性包括混合物的进料速率，燃料和氧化剂的比例，混合物的均匀性，其爆震激发的水平以及外部物理脉冲对混合物的影响，这些共同使获得稳定的爆震过程成为可能。混合物的进料速率以及混合物中燃料和氧化剂的比例取决于发动机设计以及混合时燃料和氧化剂的进料速率、密度和压力水平。当离心力用于向发动机输送燃料时，燃料的密度和压力取决于燃料输送系统的设计和用于向发动机输送燃料的离心力。作用于转子燃料输送系统中的燃料的离心力又取决于转子的尺寸和速度。因此，该方法的所有主要步骤都是相互关联和相互依存的，并且还显著地取决于转子和爆震发动机的设计。
[0122]
在一些版本中，通过离心力输送气体燃料之前是从诸如加压储存器的燃料源供应燃料的步骤(105)。另外，一些版本包括可选步骤，之后是供应燃料步骤，其包括在控制步骤(208)中调节燃料量。
[0123]
将气体燃料与氧化剂混合的步骤(102)进一步被更精确地限定为在供给氧化剂的步骤(106)之前。
[0124]
在其它重要版本中，另一可选步骤包括处理气体燃料以增加爆震能力的步骤(203)。
[0125]
在气体燃料和氧化剂混合之后的另一可选步骤是处理混合物以增加其激发，以达到发生改进的爆震的条件(200)。
[0126]
图2显示了具有所有步骤的一个优选方法实施例图。在此图中，主要步骤被分解为首选子步骤的特定版本。结果，子步骤通过用粗线或粗线指示的块组合到主要步骤中。
[0127]
输送气体燃料
[0128]
输送气体燃料的第一主要工艺步骤是优选方法的初始步骤。该步骤的主要目的是将燃料以所需的供给速度和压力水平供应到如上所述的发动机。
[0129]
转子由于爆震发动机的喷气流的推力而旋转。发动机作为喷气源的最佳位置，以最有效地旋转转子的尖端。燃料储存器在转子内的位置是可能的，但是燃料储存器的最佳位置，前提是在飞行器的固定部分中存在大量和适当的重量。在这种情况下，燃料输送系统在结构上与转子结合。燃料通过沿转子轴线布置的燃料导管被供应(105)到转子根部与其轴线配合的接合处。燃料输送系统允许燃料在径向方向(202)上从转子的根部朝向其尖端自由移动。在这种情况下，对系统的重要要求是对燃料流动的最小阻力，这允许最有效地利
用来自转子旋转的离心力来运送燃料到发动机。转子端部的燃料压力取决于燃料从储存器进入燃料输送系统的压力以及离心力的作用。作用在燃料上的离心力越大，转子旋转越快，并且力随着燃料远离旋转轴而增加。为了应用这种方法，在转子中燃料供应系统的设计与基于气体动力学定律的其他系统元件结合计算，使得发动机处的燃料压力与发动机性能参数相配合。
[0130]
当燃料集中在最小体积时，燃料储存器的使用在飞机中最有效。在本发明中，在喷气发动机中需要气体燃料，但是燃料储存器的最佳解决方案是使用处于液化状态的燃料，这使得燃料可以被储存在小体积中。这种选择的结果是在从储存器到发动机的途中需要燃料汽化(201)。这可以在不同的地方发生，例如在储存器本身中，在燃料输送系统内部，或者直接进入发动机。当燃料达到压力和对应于压力的燃料沸点的特定组合时，就会蒸发。为此，可以使用外部热源加热液化燃料，但是在效率方面的最佳解决方案是将液体燃料从小管喷气到较大的腔中，在该腔中，燃料压力迅速下降，并且燃料的沸点升高到环境温度以上，之后，燃料蒸发并膨胀，其压力下降。
[0131]
实施该方法的一种最佳方法是将液化燃料供应到转子根部附近的转子中的燃料输送系统的腔中，这允许其由于离心力的作用，为了在气体燃料被送入发动机之前将其压力升高到该方法的稳定运行所必需的水平。
[0132]
在飞机推进系统运行的情况下，需要控制系统的推进功率。这种变化是由于喷气发动机的推力的变化而获得的，这需要改变混合物中燃料和氧化剂的比例。该比例取决于燃料与氧化剂混合的地方的燃料供应速率。为了改变该水平，需要一个步骤，在该步骤中，通过例如使用流率阀(208)来调节燃料管线的区段来改变所供应的燃料的速率。在发动机运行时，可以连续控制燃料流量。用于控制推进功率的一个最佳选择是在向转子中的输送系统喷气之前调节引入燃料导管中的燃料的速率。该步骤的顺序是由于燃料和氧化剂的压力必须彼此协调的事实，并且这是由于燃料和氧化剂输送系统协同工作而实现的，这将在“氧化剂供应”步骤的部分中进一步描述。
[0133]
在优选版本中，液化石油燃料(lpg)用作燃料。液化石油气相对便宜，而且容易获得。lpg的最佳组成优选为丙烷。这是由于丙烷在热值和沸点方面优于其他气态烃燃料，这使得该方法可以在飞机可能飞行的高海拔地区常见的低环境温度(最高-50度)下运行。lpg在接近转子轴线的位置处的根部进入转子内部的燃料输送系统。燃料可以通过相对窄的管道从储存器供应(105)，例如将燃料喷射到转子内部的燃料输送系统中的燃料供应管或管。为了促进有效蒸发(201)，与燃料管相比，燃料输送系统的空间具有较大的尺寸。因此，此时，lpg膨胀200倍以上并蒸发成气态。其优化了燃料输送系统的设计，以促进蒸发过程。
[0134]
氧化剂供应
[0135]
在输送气体燃料的同时，氧化剂也被供应到发动机(5)。在某些版本中，可以从储存器中提供氧化剂。在这种情况下，氧化剂的供应方法与上一节中描述的燃料输送步骤相似。
[0136]
在优选的版本中，空气被用作氧化剂。从周围环境中提供的空气，其中与其他气体的混合物中有足够量的氧气。空气很容易在任何时间和任何地点从环境中获取。氧气需求还将使用该方法的高度限制在海拔约8000m。
[0137]
空气可以由位于不同位置的进气口(210)供应。氧化剂供应步骤的目的是与气体
燃料并联供应氧化剂，其具有最佳混合的速率和压力水平。转子尖端处的最佳丙烷和空气压力水平及其比率取决于发动机的运行方法及其特定的物理设计。在一种优选的方法中，在转子尖端处的空腔中，丙烷压力优选在2-7个大气压的范围内，并且空气压力在3-10个大气压的范围内，其中空气压力超过丙烷压力约1.5倍。丙烷和空气压力的这一比率与它们的密度(取决于它们的温度)相结合，允许在混合(204)期间以丙烷和空气的最佳比率获得混合物。在获得丙烷和空气的最佳条件的最优选方法中，丙烷和空气之间的高爆震能力比的混合物中的丙烷和空气混合比在5-10％燃料和90-95％空气的范围内。
[0138]
燃料输送系统出口处的丙烷压力取决于转子转速及其产生的离心力(202)。在发动机入口处实现丙烷和空气压力对应的最佳方法是使用离心力，该离心力也将空气引向转子尖端(209)。此版本仅使用离心力，不花费任何能量来泵送氧化剂，从而提高了方法的总效率。
[0139]
在优选的方案中，与燃料供应同时，空气通过进气口流入位于转子内部的空气输送系统(209)中。进气口的优选位置在转子的轴线上，因为可以为多个转子叶片使用一个进气口。但是进气口可以位于可替换的位置，并且这些版本也被认为包括在本发明中。优选的方案包括具有最小旋转速度的转子，该最小旋转速度足以产生足够的离心力以在空气输送系统内部的转子尖端处提供空气压力，这是该方法操作(29)所需要的。该压力水平取决于特定的方法结构以及转子和发动机装置的设计。最后，压力应适合制备丙烷和空气的可爆震混合物以及提供混合物爆震。对于优选版本，最低气压应在大约1.5atm。
[0140]
对于将转子用作飞机推进的螺旋桨的版本，图3中示出了转子叶片设计的横截面。燃料腔在空气腔内部，并且两者都在转子内部。
[0141]
传热
[0142]
为了获得在5-10％丙烷和90-95％的空气范围内丙烷和空气之间的混合物的比率，由于离心力的作用，丙烷(202)和空气(209)供应系统的出口处的压力比可能不足，并且空气的份额可能小于稳定工艺操作所需的份额。为此，需要增加空气密度。增加空气输送系统中空气密度的最佳方法是冷却空气(211)。同时，为了系统的整体高效率，冷却优选地不消耗额外的能量。
[0143]
在向燃料输送系统供应液化石油气时，它会膨胀并蒸发。丙烷的蒸发伴随着冷却。
[0144]
燃料所在的空腔的壁的设计促进了与空气所在的空气输送系统的空腔的有效热交换(212)。因此，空气被冷却，这增加了它的密度。然后加热丙烷气体，这也可用于进一步处理丙烷以增加其爆炸能力。散热片用于改善燃料和空气输送系统空腔之间的热传递，因为它们增加了输送系统空腔之间的表面积。
[0145]
为了有效地将热量从空气传递到燃料，重要的是使空气路径和燃料路径之间的热耦合最大化。因为丙烷和空气通过它们在转子内的输送系统的供应是并行进行的，所以系统的设计优选地在系统之间沿着转子的整个长度提供热传导接触。用于这种热传递的最佳解决方案是将燃料输送系统(302)沿转子(30)的整个长度放置在空气输送系统(301)内并且，以通过使用增加表面积的散热片(303)来确保热传递。这种设计的转子的截面如图3所示。
[0146]
气体燃料和氧化剂的混合
[0147]
气体燃料和氧化剂输送系统独立地将燃料和氧化剂供应到位于转子尖端处的发
动机以在那里混合(204)。
[0148]
为了有效的发动机操作，优选的方法是使用处理气体燃料的燃料调节步骤，以在将气体燃料与氧化剂混合之前增加爆震能力。有几种这样的处理燃料的方法，并且所有这些方法都可以包括在本发明的各种替代方案中。该步骤的一个最佳形式是丙烷热解(203)，当燃料流与热表面接触被加热时发生。此步骤的初始阶段是将丙烷注入热解腔，该热解腔具有热表面。作为这种表面的热源，可以使用作为发动机结构的热部分或外部(例如电)加热器的任何源。优选的方法是用燃烧室壁的热量加热丙烷流。为了获得最佳加热效果，重要的是燃料流与壁长时间接触。还可以使用各种方法来增加流动的燃料与热提供表面之间的接触的持续时间。例如，这可以作为使用盘绕的燃料导管或通过诸如散热片等的机械结构沿着表面引导燃料流而产生。在一种优选的方法中，丙烷从喷嘴喷射到热解腔中，使得燃料流盘旋地围绕燃烧室的壁流动，这增加了沿着壁的流动路径长度，从而增加了丙烷加热的时间和其热解的效率。热解产生多种化学物质，包括氢气，其混合物的爆震能力比纯丙烷高得多。该过程具有高效率，因为不消耗任何额外的能量，并且使用由燃料和氧化剂混合物在燃烧空间中燃烧产生的热量。加热和热解燃料流的另一个好处是冷却燃烧室壁并保持整个结构的热平衡，这对于用于所述方法的过程的可靠性和结构的坚固性是重要的。
[0149]
与该方法并行地，空气被供应到混合室，在该混合室中空气可以与燃料混合(204)。一种最好的方法是将空气喷射到特殊的空腔中，目的是准备将空气流喷射到与燃料混合的地方。因此，在混合点的出口处的该腔的设计必须与丙烷热解腔的设计相对应，使得在注入到混合位置之后，形成燃料和空气的高度均匀的混合物，并准备注入到燃烧空间中。为了确保这种均匀性，不仅重要的是燃料和空气流的空间分布(其由相应腔的设计提供)，而且重要的是燃料和空气压力的比率。除了混合物的均匀性外，混合物中燃料和空气的量之比也很重要，这将确保其爆震的稳定性。如所述，在最优选的方法中，该比率在5-10％燃料和90-95％空气的范围内。
[0150]
燃料和空气混合的空间取决于发动机的设计，可以直接在燃烧空间内，也可以在燃烧空间外。在优选的方法中，这在特殊的混合室中进行。当注入混合室时，燃料和空气以混乱的轮廓混合，并形成高度均匀的混合物。当在燃烧空间中直接混合燃料和空气时，更难实现混合物的高均匀性。
[0151]
处理气体燃料和氧化剂混合物以提高爆震能力
[0152]
在优选的方法中，可以处理燃料和氧化剂的混合物以增加爆震能力或将其激发到接近自爆的状态。为此，当混合物进入燃烧空间时，可以使用各种步骤。最好的混合物处理步骤不消耗额外的能量，并使用在所述方法中自然发生的过程的内能。
[0153]
在处理混合物的一些优选版本中:
[0154]-燃料和氧化剂混合物动能的增加(213)
[0155]-用爆震产物激发燃料和氧化剂混合物低压波(214)和
[0156]-爆震引发剂(215)激发燃料和氧化剂混合物
[0157]
增加燃料和氧化剂混合物的动能(213)的一种最佳方法是通过超音速喷嘴将混合物喷气到燃烧室中。在此步骤中，混合物获得高速和动能。作为这种喷气的结果，取决于燃烧室和喷气系统的设计，动能可以被转换成热能以加热混合物，从而进一步增加其爆震能力。在优选实施例中，使用环形喷嘴，所述环形喷嘴沿着燃烧室的环形部分的周边定位，所
述环形喷嘴的形状是旋转体。它可以是带有旋转轴的管，半球或任何其他形状。该喷嘴以高速将混合物引向燃烧室的轴线。在靠近燃烧室轴线的地方，混合气流在中心相遇并被压缩。因此，流的动能被转换为热能，从而加热混合物并进一步增加其爆震能力。
[0158]
在优选的形式中，通过低压波(214)和爆震引发剂(215)激发燃料和氧化剂混合物是在使用来自先前循环的爆震产物的爆震过程阶段期间周期性爆震的结果。这些步骤将在以下“燃料和氧化剂混合物的爆震”部分中进一步描述。
[0159]
燃料和氧化剂处理步骤的共同结果是获得具有一定比例的燃料和氧化剂的混合物，并且具有较高的均匀性和激发水平，使其接近于自发爆震发生的条件。
[0160]
燃料和氧化剂混合物的爆震
[0161]
燃料和氧化剂混合物(103)的爆震过程，其可以是各种可能的替代方案中的任何一种。所有这些都应被认为是本发明的可选版本。
[0162]
在一个优选的方案中，爆震(205)发生在燃烧室中。最好的方法是脉冲共振爆震，它提供稳定的循环爆震。作为爆震的结果，产生冲击波和爆炸波，其确保燃料和氧化剂的混合物在燃烧室中快速爆炸燃烧，并形成具有高温和高压的燃烧产物。这些燃烧产物作为喷气流(206)被引导至排气喷嘴，并从它们的高动能排气能量产生推力。
[0163]
同时，由于离开排气喷嘴后燃烧产物的压力迅速下降，在排气中形成真空波，它提供了燃烧室中的低压和条件，用于喷射新部分的燃料和氧化剂混合物及其激发(214)。
[0164]
为了增加循环爆震发生的稳定性，爆震引发步骤(215)可以包括在一个优选方案中作为燃料和氧化剂混合物处理的一部分。有许多可供选择的引发爆震的方法，并且所有这些方法都被认为包括本发明的变型。一种最优选的引发方法是以下方法。在爆震产物的冲击波形成之后，它们中的一些被引导到一定长度的管子中，该管子的位置使得它在燃烧室的区域中是开放的，而在另一侧是封闭的。少量热燃烧产物的冲击波从该管的封闭端反射出来，并在喷气燃料和氧化剂的混合物的地方返回燃烧室。选择管的长度，以便在脉动爆震循环的时刻发生这种情况，在脉动爆炸循环中，混合物的新部分被注入室中。该冲击波的燃烧产物的高速和温度激发随后循环的混合物以引起其爆震。以这样的方式选择管的直径，即燃烧产物的量足以激发混合物的爆震。
[0165]
如果冲击波的能量不足以起爆，则可以暂时使用另一种起爆方法。例如，在脉冲爆震共振的启动时，或者在脉冲爆震被任何外部因素作为低燃料供应速率的周期或任何其他原因中断的情况下。在这种情况下，爆震引发剂的优选形式通过诸如火花塞的物理脉冲的外部源进行。火花塞操作的管理是特殊的程序，包括检测脉冲爆震共振的中断或转子旋转开始的启动程序。
[0166]
该系统的整个操作过程进入共振，并且由于爆震燃烧(205)的速度以极高的频率发生。在该方法的最佳实施例中，频率为1,000hz至15,000hz。
[0167]
在爆震的同时，由于燃烧产物的高温，燃烧室的壁被加热。该热量用于上述丙烷热解步骤(203)中。
[0168]
喷气流推力使转子旋转
[0169]
在先前步骤中格式化的喷气流具有高速并产生位于转子尖端的喷气发动机的推力。所述排气喷嘴的轴线相对于所述转子的半径沿正交方向定向。由此引导的喷气流的推力使转子(207)旋转。如此旋转的转子提供了必要的离心力的出现，以将燃料和最佳形式的
方法空气输送到转子输送系统内的发动机。这些方法是封闭的，自我维持的，可以连续稳定地工作。

技术特征：
1.用至少一个喷气发动机驱动转子旋转的方法，其特征在于，包括以下步骤:-通过旋转转子产生的离心力将气态燃料输送到燃烧空间；-在燃烧空间中引爆气体燃料和氧化剂的混合物，以产生喷气流；-通过所述喷气流的推力旋转所述转子。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述“通过所述喷气流的推力旋转所述转子”步骤还包括形成具有在与转子半径大致正交的方向上的取向的喷气流，由此由所述喷气流产生的反作用力驱动转子绕轴线旋转。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将气态燃料与氧化剂混合以形成混合物的步骤。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括在所述燃烧空间中爆震所述混合物之前处理所述气体燃料和氧化剂的混合物以增加爆震能力的步骤。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括在与氧化剂混合之前处理气体燃料以增加其爆震能力的步骤。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述“处理所述气体燃料和氧化剂的混合物”步骤还包括部分燃烧所述混合物的步骤。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述“处理所述气体燃料和氧化剂的混合物”的步骤还包括通过将所述混合物从被引导到公共爆震空间中的至少一个环形设置的喷气器径向向内喷气到所述燃烧空间中来增加所述混合物的动能。8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述“处理所述气体燃料和氧化剂的混合物”步骤还包括通过爆震引发剂激发混合物，此爆震引发剂是物理脉冲的来源。9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述“处理所述气体燃料和氧化剂的混合物”步骤还包括通过由反射回燃烧空间的喷气废气形成的低压波激发混合物。10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述“处理气体燃料的步骤”还包括气体燃料的热解，其中热解是通过与热源接触发生的。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述“气体燃料的输送”之前，先将液体燃料蒸发成气态，然后使所述气体燃料经受离心力，所述离心力促使气体燃料朝向混合空间。12.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述“将气态燃料与氧化剂混合”步骤之前，通过由所述旋转转子产生的离心力将氧化剂输送到混合空间。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化剂的特征是环境空气，其从接近所述转子尖端的进气口吸入。14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述氧化剂的特征是从转子尖端和转子轴线之间的入口吸入的环境空气，由此在入口吸入的空气在被输送到转子尖端处的混合空间时受到离心力的作用。15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括在气体燃料的输送路径和氧化剂的输送路径之间传递热量，由此通过所述路径共有的导热结构来提供热传递。

技术总结
转子系统由布置在转子的尖端处的喷气发动机驱动，所述转子包括在旋转轴线上旋转的结构。由喷气发动机产生的喷气流产生与转子半径正交的推力以推动旋转。提出的方法包括利用存在于转子中的固有离心力将气体燃料输送到发动机的方法。来自源储存器的液化燃料被蒸发成气态，并受到离心力的作用，从而使其径向向外移动到爆震型喷气发动机。这些方法还包括用于将燃料与氧化剂混合并处理燃料或/和燃料混合物以提高其爆震能力的特殊工艺。物以提高其爆震能力的特殊工艺。物以提高其爆震能力的特殊工艺。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：VASP艾尔克拉夫特有限责任公司
技术研发日：2022.02.04
技术公布日：2023/6/3