[发明专利]内爆震引擎、包含内爆震引擎之复合式引擎及其制造与使用方法

说明书

相关申请案之互相引用

本申请案主张在2012年7月24日与在2012年11月30日所申请之美国临时专利申请案第61/741,661号与第61/797,161号之优先权，其系藉由引用形式而整体并入本文。

技术领域

本发明一般是与气体涡轮机技术领域有关。更具体而言，本发明之具体实施例是与一种新颖的内爆震引擎、包含该内爆震引擎之复合式引擎（例如复合式内爆震-气体涡轮引擎）以及其制造和使用方法有关。

背景技术

涡轮引擎是已用于推进车辆（例如喷射流），以及用于产生工业电力与中心发电。一般而言，气体涡轮机是由依序配置的压缩机、燃烧室、以及涡轮机所组成。流入的空气是于压缩机中被压缩为高压，并以高速与高压馈送至燃烧室中，其中空气系与燃料混合，并经燃烧以产生热的、加压气流，该气流系进入到涡轮机区段中，气体系于该处膨胀并驱动涡轮机。涡轮机将气体的能量（例如焓）转化为机械功，用以驱动压缩机和耦接至该气体涡轮机的可选的其他装置。

最近的技术进展已经能够生产比大部分汽车所使用之汽油燃烧引擎重量更轻且更便宜的小型气体涡轮引擎。这种涡轮引擎也会产生较少的污染。两种传统的气体涡轮引擎的图式系绘示于图1与图2中。

图1绘示了一种传统的气体涡轮引擎10，其一般系用于发电。图1的气体涡轮引擎10包括压缩机区段14（其具有多个阶段）以增加流入的空气（例如在空气进气口12处）的压力与温度；燃烧区段或腔室16，其具有位于引擎周边附近的多个燃烧腔室，燃料是在其中被点燃以进一步增加流入的空气的温度与压力；以及涡轮机区段18，热的、加压空气或排放气体20系传送至其中以驱动涡轮机的转子并产生机械能，以使涡轮机的中心轴旋转并产生动力。

图2说明了一种用于飞行器推进之传统涡扇涡轮引擎50。该传统涡扇涡轮引擎50包括在引擎50前方处的大型风扇52，其加速流入的空气并使其通入低压压缩机60和/或高压压缩机62，而进入沿着引擎50的外部通过之风扇导管80中。涡扇引擎50的压缩机60与62、燃烧腔室70以及高压与低压涡轮机区段72、74系以类似于图1之气体涡轮引擎10类似的方式作业。涡扇引擎50的运作与气体涡轮引擎10的不同处在于，“旁通流量（bypass flow）”（由风扇52进行加速并通过风扇导管80的空气）系对引擎所产生的总推力有贡献。

几乎所有的传统喷射引擎和大部分的火箭引擎都会在燃料爆燃（亦即燃料的快速、次音速之燃烧）时运作。在传统气体涡轮机与涡扇引擎的燃烧腔室中之燃料燃烧会对涡轮机叶片产生作用力并产生机械功率。在这类引擎中，燃烧腔室系开放系统，且燃料的燃烧是不间断的。燃烧腔室中的点燃来源（点引器）会在引擎启动时点火，但然后停止，因为在引擎运转时，燃料与来自压缩机的加压空气系持续馈送至燃烧腔室中，因而可维持燃料的点燃。

虽然最近的技术进展已经能够使用比其他引擎类型（例如燃烧引擎）更有效率且更低污染之更小、更轻的气体涡轮机，但气体涡轮机的效率则可再被提升。举例而言，传统的天然气点火之涡轮发电机系仅能将介于25%至35%之天然气热值转化为可用电力。因此，为能推进车辆及产生电力，对于更有效率的气体涡轮机技术仍存有需求。

此“背景技术”段落系仅用于说明背景信息。在“背景技术”中的陈述并非承认在“背景技术”中所揭露的标的内容即构成本发明之现有技术，且在“背景技术”中没有任何部分是用于承认本申请案的任何部分（包括此“背景技术”）即构成本发明之现有技术。

发明内容

本发明是关于一种新颖的内爆震引擎，进一步整合有一爆震或脉冲引擎技术（例如该内爆震引擎）的新颖复合式气体涡轮引擎以及其制造与使用方法。因此，本发明提供了一种复合式气体涡轮引擎系统，其系利用双重动力来源（单位为m/s或m/s²），即气体涡轮（或涡扇）冲力与脉冲式引擎冲力。该复合式气体涡轮引擎可适用作为飞行器、船与地面车辆之一动力系统。复合式气体涡轮技术也可适用于其他应用，例如有效率的发电或机械驱动系统。

一方面，本发明系与内爆震引擎有关，其包括内有燃料点引器的爆震腔室、在该爆震腔室的一端部处之的定子、与该定子相邻的转子以及配置以将从点燃或引爆燃料所产生的能量转换为机械能的能量转换机构。该爆震腔室与燃料点引器系配置以点燃或引爆该爆震腔室中的燃料。该第一定子具有至少一个第一开口以接收该燃料。定子或爆震腔室中任一系具有一第二开口，以排放爆震气体。转子中具有一或多个第三开口，其系配置用于在转子旋转时与至少该第一开口重迭。