一种冷却转能量空天发动机

技术领域

本发明涉及一种空天发动机。

背景技术

目前，真正意义的空天发动机是不存在的，现有所谓空天飞机也没有实现星际飞行，只是实现了地面、在气层及大气层以外的近地轨道的往返飞行，且这种往返有用大型飞机带入高空，再由自身火箭发动机送入太空，也有直接用大型火箭送入太空，再由自身火箭发动机送入太空进行活动，当前各国竭力研发且最为先进的空天飞行所采用的发动机是涡轮喷气发动机+冲压喷气发动机+火箭发动机的组合动力方式。无论哪种方式，当前存在发动机比冲量小、散热能量损失严重、效率低下，结构和操控复杂、体积和重量大不能重复使用等问题。这些问题没有得到很好的解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷却转动能空天发动机，以解决空天发动机比冲量小，效率低的技术问题；还能解决发动机的重复使用，体积过大等技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种冷却转能量空天发动机，包括：能量室、点火或能量发射装置、内喷管、内喷口、工质导管、工质恒温储存箱、工质压缩调控器、温度探测器、温度信号线、温控器、冷却罩、冷却罩小孔喷管、外喷管、外喷口、冷却水管道、水压调控器、恒温水箱；所述能量室与内喷管连接，内喷管外端具有内喷口；所述能量室和内喷管外层套装有冷却罩，且冷却罩与能量室及内喷管外层之间留有空腔，从而形成套筒式外喷管及外喷口；所述工质恒温储存箱内的工质，由工质压缩调控器控制，经工质导管和能量室内壁上的分布的小孔，向能量室喷入能做功工质由点火或能量发生装置，点火或引发做功；其做功气体由内喷管和内喷口喷出；与此同时水压调控器根据温控器信号，通过冷却水管道从恒温水箱当中，调出适量的水通过冷却罩上分布的小孔喷管，对能量室和内喷管外外壁进行降温的同时，产生做功气体经外喷管和外喷口喷出做功；所述能量传输管道和能量发生装置，是针对能量室内的不同工质安装的能量发射装置，包括电弧、等离子或能量场发射器。

能量室内如果安装点火装置，能量室内壁小孔喷入的是包括氢气和煤油组成的化学推进剂，由点火装置点火做功。

所述能量室内如果由能量发射装置引发做功时，能量发生装置包括电弧、等离子或能量场发射器，能量发生装置的能量通过能量传输管道进入能量室，引发能量室内壁小孔喷入的非化学工质做功，非化学工质包括核或反物质。

所述温度探测器，对能量室和内喷管外壁进行温度探测，并通过温度信号线将温度信号传导给温控器，当能量室和内喷管外层在即将达到可承受的最高温度时，水压调控器根据温控器信号，通过冷却水管道从恒温水箱当中，调出适量的水通过冷却罩小孔喷管，对能量室和内喷管外外壁进行降温的同时，产生做功气体经外喷管和外喷口喷出做功。

内、外喷口为可转向和可变径的结构。

本发明的优点：

该空天发动机是将各种发动机的优点结合在一起。工质压缩调控器的设计，使其能调节喷射能量，在大气层内不燃烧空气内的氧气借助机翼飞行，适用范围广，并减少能量损耗；它去除涡轮喷气发动机+冲压喷气发动机+火箭发动机的组合动力方式之间的转换风险，大减化了结构和操控难度；它减小体积，重量轻、减少材料用量，制造、维修和重复使用，大幅降低使用成本，增加空天飞机内部空间和有效载荷；点火或能量发射装置让能量室(燃烧室)内能量赋予方式多元，工质(推进剂)多元；冷却罩、外喷管及外喷口的设计极大降低了对发动机的温控要求，使其将散热转化成为推进能量，并大幅提高能量室(燃烧室)和内喷管内气体温度，从而极大提高比冲量和推进效率，真正实现星际飞行，并执行各种空间任务。

附图说明

图1是本发明结构及化学能运行示意图。

图2是本发明结构及非化学能运行示意图。

附图编号：1、能量室(燃烧室)，2、能量室内壁小孔，3、点火或能量发射装置，4、内喷管，5、内喷口，6、工质(推进剂)导管，7、工质恒温储存箱，8、工质压缩调控器，9、温度探测器，10、温度信号线，11、温控器，12、冷却罩，13、冷却罩小孔喷管，14、外喷管，15、外喷口，16、冷却水管道，17、水压调控器，18、恒温水箱，19、能量传输管道，20、能量发生装置。

具体实施方式

图1为本发明第一种实施例的结构示意图，显示本机能量室(燃烧室)注入氧气与煤油混合气体，并由点火装置点火从内喷管及内喷口喷出做功，同时冷却罩喷水给能量室及内喷管外层降温同时转为能量后从外喷管及外喷口喷出气体做功；图2同图1，显示本机能量室注入流体工质，并由能量发射装置赋予工质能量，从内喷管及内喷口喷出做功，同时冷却罩喷水给能量室及内喷管外层降温同时转为能量后并从外喷管及外喷口喷出气体做功。

请参照图1至图2，一种冷却转能量空天发动机，其能量室(燃烧室)1，有均匀分布的小孔2，小孔2另一端与工质导管(推进剂)6连通，工质导管6与工质压缩调控器8及工质恒温储存箱7连通；能量室(燃烧室)1与内喷管4相连，内喷管4相应的内喷口5喷出能量做功；能量室(燃烧室)1内可安装点火装置或各种能量发射装置3，能量发射装置3用能量传输管道19与能量发生装置20连通；能量室(燃烧室)1和内喷管4外层有温度探测器9用温度信号线10与温控器11相连接，同时在能量室1和内喷管4外层套装有冷却罩12，且冷却罩12与能量室1及内喷管4外层之间留有一定空腔，从而形成套筒式外喷管14及外喷口15，并喷出气体做功；冷却罩12内壁均匀分布有小孔喷管13，冷却罩小孔喷管13根据需要与能量室1和内喷管4外壁更近，冷却罩小孔喷管13另一端连接冷却水管道16，冷却水管道16与水压调控器17相连接，温控器11与水压调控器17连接，水压调控器17与恒温水箱18连接。

所述能量室(燃烧室)1，是用耐高温强度高材料制成，能量室1内壁均匀分布有小孔2起到均匀供给做工工质作用的同时给能量室1内壁一定降温作用；

所述能量室(燃烧室)1内壁小孔2的另一端与工质导管(推进剂)6连通，工质导管6与工质压缩调控器8及工质恒温储存箱7连通。其中，工质压缩调控器8起到调节进入能量室(燃烧室)1内工质量的作用，从而达到调节发动机功率大小的作用，而工质恒温储存箱7则保证工质性状不发生变化。

所述能量室(燃烧室)1与内喷管4相连，内喷管内喷管4匹配相应的内喷口5并喷出能量做功。内喷管4匹和内喷口5是用耐高温强度高材料制成，且内喷口设计有可转向和可变径功能；

所述能量室(燃烧室)1内，如果安装点火装置3，能量室内壁小孔2喷入的是氧气、煤油等化学燃烧推进剂，由点火装置3点火做功；

所述能量室(燃烧室)1，内如果安装各种能量发射装置3，如电弧发射器、等离子发射器、能量场发射器等，能量室内壁小孔2喷入流体或气工质，且用很少的工质，能量发射装置3用非化学能的方式，就赋予极大能量推动发动机工作。能量发射装置3用能量传输管道19与能量发生装置20连通。能量发生装置20是可以用核、反物质等产生能量的装置，并将其能量转换为电、等离子、场等形式通过能量传输管道19传输给能量发射装置3，从而对工质赋予能量做功。能量发射器和能量发生装置的设计也为将来新技术预留拓展空间；

所述能量室(燃烧室)1和内喷管4外层有温度探测器9，其用温度信号线10与温控器11相连接。温度控制器11要将能量室(燃烧室)1和内喷管4控制在可承受的最高温度附近，在即将达到此最高温度时才喷水降温，从而保证能量室(燃烧室)1和内喷管4强度的前提下，其外壁处于合适的高温状态，这样即赋予冷却水最大的能量，又能节省水，还增加发动机比冲量；

所述能量室(燃烧室)1和内喷管4外层匹配套装有冷却罩12，且冷却罩12也要用耐高温强度高材料制成，且冷却罩12与能量室1及内喷管4外层之间留有空腔，从而形成套筒式外喷管14及外喷口15，并喷出气体做功。外喷口15设计也要可转向和可变径；

所述冷却罩12内壁均匀分布有小孔喷管13，冷却罩小孔喷管13根据需要与能量室(燃烧室)1和内喷管4外壁更近，冷却罩小孔喷管13另一端连接冷却水管道16，冷却水管道16与水压调控器17相连接，温控器11与水压调控器17连接，水压调控器17与恒温水箱18连接。由于对能量室1和内喷管4外外壁进行降温。解决了散热且不损失能量问题的同时，可增加内喷管4长度或缩小口径等方式，使能量室(燃烧室)1和内喷管4内部做功温度极大提高，从而极大提高比冲量。

本发明发动机起动时，工质恒温储存箱7，由工质压缩调控器8控制，经工质(推进剂)导管6，由能量室内壁小孔2，向能量室(燃烧室)1喷入化学能做工工质(在此我们选用推进剂氢气和煤油)由点火或能量发射装置3，点火做功。其做功气体由内喷管4和内喷口5喷出。与此同时温度探测器9，对能量室(燃烧室)1和内喷管4外壁进行温度探测，并通过温度信号线10将温度信号传导给温控器11，水压调控器17根据温控器11信号，通过冷却水管道16从恒温水箱18当中，调出适量的水通过冷却罩小孔喷管13，对能量室1和内喷管4外外壁进行降温的同时，产生做功气体经外喷管14和外喷口15喷出做功。本发动机在点火后的过程中，由工质压缩调控器8控制其运行功率的大小。本发明不但解决了散热且还将散热转为推动能量问题，同时让能量室(燃烧室)1和内喷管4内部做功温度极大提高，从而极大提高比冲量。

本发明所涉及到的能量传输管道19和能量发生装置20两设备，是针对能量室(燃烧室)1内安装各种能量发射装置3，如电弧、等离子、能量场等发射器所设计。此设计除能量室内壁小孔2喷入工质和赋予工质能量方式不同外，其他运行方式相同，此设计为将来新技术预留的拓展空间。