[0001] 技术领域 本
发明属
热机技术领域，涉及
能源、航空和国防。
[0002] 背景技术 目前的热机主要有活塞式
内燃机、蒸
汽轮机、
燃气轮机、空气喷气发动机和火箭喷气发动机。活塞式内燃机以其热效率高、
扭矩大的优势主要用于
机车，但其较笨重；
蒸汽轮机以其可在机外燃烧三种物态的
燃料且可大型化的优势主要用于火
力、核能发电，但其设备过于庞大只能固定在地面使用；燃气轮机以其体积小、重量轮、功率大且便于大型化的优势既用大型机车和舰船，又用于火力发电，用于航空时即成为喷气发动机，但其受耐热材料及冷却技术的限制，实际工作燃气
温度较低，热效率也较差且扭矩较小又限制了其运用范围。在燃料使用方面，除
火箭发动机使用的燃料较特殊外，其它热机都以
煤、石油、天燃气这些
化石燃料为主，因化石燃料是不
可再生能源，地区分布不均，经济发展中对此燃料的消耗逐年增加，由此造成的能源供求矛盾和环境污染问题越来越严重。
[0003] 发明内容 为进一步提高热机性能，缓解乃至解决能源供求矛盾和环境污染问题，寻求一种更高性能，不依靠化石燃料的热机或替代化石燃料的热机燃料是解决问题的有效途径之一。
[0004] 本发明是一种性能更优越，不完全依赖化石燃料，可使用可再生能源工作的发动机，其原理、构成、用途以下做逐一分述。
[0005] 圈缸活塞轮
压气机“圈缸”是相对于往复式活塞内燃机的筒状
气缸而言的，本发明的气缸是圈状，所以称圈缸；“活塞轮”是相对于汽轮机的
叶轮而言的，叶轮由
叶片和轮机组成，本发明的活塞装在轮机上，所以称活塞轮。图1中a是圈缸的原理图，其由金属管绕成圈状，在圈的外径上切开一个口(2)，再从圈的内径正中径向割出一条通口(12)而成，带进气管(3)的长方体缸结(5)固定在开口(2)上对圈缸(6)起加固作用，活塞轮机(10)插入圈缸(6)内径并与之紧密结合且能转动，密封环(9)从两边将圈缸卡在轮沿(10)上，活塞(32)从开口(1)处放入圈缸固定于轮沿上，活塞(32)呈弧形，一端有封闭的斜面，另一端开口，由螺杆(37)卧装在轮沿上。
活塞环(30)与活塞(19)一起在圈缸(6)、密封环(9)、轮沿(10)围成的圈缸内腔内绕机轴(36)做圆周运动，如图中D向所示。图中(4)是一个与开口(2)相吻合的实心金属体，为配合圈缸进气和活塞在圈缸内的运动被切成了图中(1)、b、c、d所示的形状，并与
连杆(27)、
齿条(28)相结合构成气
门c，气门关闭时如图中d所示与圈缸开口闭合，连杆(27)从缸结下的专用孔(26)穿过与圈缸开口、缸结如图中h所示的方式结合，与连杆成一体的卡板(8)上有凸条(7)，与缸结内的凹槽(39)相吻合，使气门沿凹槽的方向上下运动而开合。活塞(19)在运动中其斜面与气门斜面(17)相触击而未触击时气门立即向上运动而打开，活塞(19)顺利从圈缸开口处滑过，当活塞平面(25)与圈缸截面(20)重合时，气门因
弹簧(42)的回弹作用而迅速关闭，活塞继续运动，同时外界的空气随活塞的运动被吸入圈缸内，原来在圈缸内的空气在活塞斜面(19)与气门斜面(17)所围成的空间内受到压缩，压强增大，从气孔(18)排出。当活塞再与气门相遇对气门再
开关一次，活塞再进行下一周的吸气和压缩。气门和活塞的谐调运动由机轴上的大
凸轮(31)上的弧形凸起(21)在转动中顶击小凸轮(45)驱动扇形
齿轮(35)旋转90°，带动齿条(28)、连杆(27)使气门向上运动而打开，弹簧(42)回弹使气门关闭来实现，因弧形凸起(21)顶转小凸轮(45)的时间与活塞越过圈缸开口的时间相等，所以活塞与气门不相撞。
[0006] 空气在压缩过程中会对气面斜面(17)产生向上、与圈缸相切的两个分力进而使气门
密封性变差而漏气，大凸轮的压紧环(48)在气门关闭、连杆、齿条最靠近机轴时随即压住挂轮(29)使气门紧紧压在圈缸开口上以保持气门不漏气，挂轮从压紧环开口滑出时又随连杆上行，下次气门关闭时又被压紧环压住。压紧环(48)只是辅助部件，不需太大压力。
[0007] 圈缸活塞轮压气机与往复式活塞空压机相比，因其活塞的运动没有往复活塞的惯性制约，也无
曲轴、连杆的笨重和强烈震动，所以其转速高，运转平稳，效率高。其活塞运动一周同时完成吸气、压缩两个工序，空气流量大出许多。与离心式压气机相比，气量与之相当，但输出空气的压强却大出许多。与多级
涡轮轴流式压气机相比虽然单缸的气量较小，但采用多缸共轴的方式即可达到涡轮压气机的气量，压比却大得多。
[0008] 圈缸活塞轮
气动机气动机即以气体压力工作的机械。图1中f即圈缸活塞轮气动机，其结构与压气机e相同，区别是气门(15)的形状不同，其也由金属体(4)切成，圈缸和缸管的直径较大。其活塞(34)斜面端开口，另一端封闭，当活塞(24)离开气门(15)时，两者之间便出现空间，同时压气机的高压空气从进气孔(23)进入此空间与也同时供入的燃料混合燃烧，产生的高温高压燃气推动活塞(24)绕机轴(36)转动并同时对外做功还将原存于缸管内的废气从排气管(16)排出。活塞(24)越过圈缸开口(14)时气门(15)和压气机e一样的原理开关一次。
[0009] 燃气澎涨时会对气门(15)产生一个与圈缸相切的推力，这个推力通过卡板(38)都作用在了缸结(13)上，其压紧环(41)和挂轮(40)可辅助气门(15)承受较大的气压而不漏气。因气动机的尺寸比压气机大，燃气在缸管内的澎涨比较大，气体压力利用较完全。
[0010] 圈缸活塞轮气动机与往复式活塞内燃机相比，同样具有震动小、效率高、转速高、功率大出数倍的优势。与径流式燃气轮机相比，功率和扭矩都大得多。与多级轴流式燃气轮机相比，燃气
工作温度高得多，扭矩也大得多，仅需数个共轴的气缸就可达到多级涡轮的功率。
[0011] 圈缸活塞轮发动机见图1中g、h、j所示，其由压气机e和气动机f共用一轮轴且缸结并列组成，压气机活塞(32)比气动机活塞(34)落后一个
角度到达各自的缸结，即压气机压缩循环末点时是气动机的做功循环的始点时，气动机吸入空气和燃料的过程即是压气机向气动机供气的过程，如图1中E向和D向所示。此时活塞(19)与气门(1)之间的体积反映出压气机的压缩比。压气机出口(18)与气动机进气口(23)由高压气管(43)和
阀门(44)相连，当气动机吸气时阀门(44)受轮沿上的弧形凸起(33)顶触而打开，高压空气准时供入气动机缸管内，吸气完成后弧形凸起也越过阀门，阀门受其弹簧回弹作用而关闭。
[0012] 图2中a、b是圈缸活塞轮机的
外壳图，其也是
冷却水套和机座。e、f是圈缸活塞轮机的外形图。d是发动机润滑密封原理图。图中(28)是
润滑油胎，其装于活塞和气缸密封环(25)上的凹槽内，其形状、结构与
车轮的内胎相同，但其构成材料不是
橡胶，而是用耐热“
纤维”织成，具有耐磨和一定的渗透作用及收缩性。受弹簧(21)的
挤压和机轴转动产生的
离心力作用，润滑油被压入润滑油胎(28)并使之鼓涨紧压于气缸壁，有力辅助活塞环(27)和密封环(25)的密封作用，同时润滑油从胎上的渗孔渗出润滑油“抹”于气缸壁，保持气缸与活塞环和密封环之间的润滑。润滑锥(29)受弹簧(23)作用紧压于机轴端面上的锥孔内连通内管(24)和外管(22)使润滑油顺利通过而不
泄漏。这种润滑密封方式不仅节约了润滑油还可使气缸、活塞“丝毫”不漏气，其也适用于图1中气门与圈缸开之间的密封。
[0013] 圈缸活塞轮发动机可使用三种物态的燃料，使用气体燃料时，使用和目前内燃机相同的燃气供应和
点火系统，使用液态燃料时也使用与目前内燃机相同的燃油供应和点火系统，也分点燃和压燃两种着火方式。图2中(3)是燃料进口，(1)是空气进口，其在缸管内以对冲的方式形成涡漩混合燃烧，
火花塞(2)用于点燃式发动机。当使用煤炭、
农作物桔杆、干草、竹木枝叶，可燃性垃圾这些
固体燃料时需先将其
粉碎成粉末状，这里称之谓燃粉。圈2中c是专用于圈缸活塞轮机的燃粉供应机和调速器。图中(9)是气动机上的大凸轮，其外侧的齿轮(19)和摩擦条(18)都是凸起于大凸轮外表面(20)的，当伸缩传动杆(8)处于图中c向所示的
位置时，摩擦条(18)与摩擦传动轮(10)处于压紧状态，大凸轮(9)和摩擦条(18)便带动伸缩转动杆(6)和齿轮(4)、(5)转动，燃粉供应机(7)便向气动机内喷注燃粉。由于摩擦条(18)较窄，其与摩擦轮(10)压紧时间正好等于气动机活塞吸入空气的时间，燃粉便在这一时间供入气动机，活塞吸气完成后，摩擦条(18)也离开摩擦传动转(10)，待下次活塞再吸入空气和燃料时也再次压紧。传动杆(8)由一根截面呈正方形的细杆(14)插入另一根粗管(8)构成，粗管(8)上端又套在
轴承(15)内径内，轴承(15)与拉杆(11)相固定。在C向图中向上拉动拉杆(11)时粗管(8)和传动轮(10)也随之上移，因摩擦条(18)是扇形，传动轮(10)越向上移动，其受压紧位置的摩擦条(18)弧长也越长，传动轮(10)在同样的压紧时间内转动的周数也越多，随之
加速带动齿轮(4)、(5)转动，燃粉供应量也随之增多，发动机加速，当拉杆(11)向下移动时发动机便减速。当传动轮(10)下移至
下止点时，轴承(15)单独继续下移，拉杆上的卡环(13)会使轴承带着粗管和传动轮(10)离开大凸轮(9)，发动机也因无燃料供应而停止。拉杆(11)和轴承(15)下移完全靠弹簧(12)的伸展完成，给发动机调速或起动时仅需拉动拉杆(11)即可，松开拉杆(11)后弹簧(12)会立即回弹使轴承下移至发动机停止状态。
[0014] 图3中a是燃粉供应机的原理结构图。当齿轮(1)转动时，
锥齿轮(4)和变速齿轮(6)也随之转动，燃粉箱(13)内的燃粉经螺旋(5)供至
钢砂轮(7)的内侧(0)，加热齿(2)的高速转动使燃粉在摩擦中迅速变成粉尘并加热至燃点被甩入供粉管(10)内，从压气机来的高压空气从进气口(8)进入经钢砂轮外侧的叶轮(9)加压辅助燃粉经供粉管(10)喷注入气动机。图中(3)是轴承，E-E图表示螺旋(5)与锥齿轮(4)的结合方式，螺旋(5)将燃粉送至锥齿轮与螺旋的间隙(11)时由扇叶状的
支撑(12)再送入下一段
螺旋槽内。弯曲的螺旋可使燃粉箱(13)置于发动机的任何位置。
[0015] 图3中b是燃粉废气气灰分离器，含飞灰的废气从进口(14)进入
过滤器后，废气穿过过滤网(15)从排气口(16)排出，飞灰则存于过滤网(15)内。在发动机加燃粉时同时排灰，先将灰箱盖(17)取下盖于排气口(16)上，然后开动发动机用废气的冲击力将飞灰从排灰口(18)吹出，再进入专用的较大的过滤袋，排完灰后再将排灰口(17)盖住，以防止飞灰污染。
[0016] 大功率或超大功率的圈缸活塞轮发动机以图3中A、B、C所示的多缸共轴的方式获得。用多缸共轴压气机(21)大量地向
燃烧室(20)供入高压空气与燃料混合燃烧后产生高温高压燃气驱动多缸共轴气动机(19)维持压气机工作并对外做功。燃气管(23)通过燃气阀(24)向气动机供入燃气，燃气阀的结构见图3中c，当气动机活塞越过其缸结时，其大凸轮上的附加凸起(25)顶击燃气阀上的小凸轮(26)使
阀体(28)和气孔(27)旋转90°，燃气口(30)被阀体(28)堵住，待气动机活塞越过缸结后，附加凸起(25)离开小凸轮(26)，受扭转弹簧(29)的回弹作用，阀体回转90°，燃气口(30)和气孔(27)又接通，燃气继续进入气动机。压气机出口处(22)都有自动阀门以防止高压空气回流入压气机。
[0017] 图1中所示的圈缸活塞轮发动机的特点是一台压气机配一台气动机，燃料在圈缸内燃烧，所以称之谓1配1缸燃式，图3中所示的圈缸活塞轮发动机是多台压气机配多台气动机，燃料在燃烧室内燃烧，所以称之谓多配多室燃式，因其是6台压气机配6台气动机，又称6配6室燃式。室燃式进入气动机的仅是燃气，也可将图3中的6台气动机改成与压气机尺寸相同的8台代替，这可使整台发动机的直径相等，称之谓6配8室燃式。
[0018] 多配多室燃式燃料在燃烧室和燃气
导管内燃烧时间较长，空气供应也很充足，其适合使用煤、柴油、
植物油、可燃性垃圾这些燃点较高，燃烧速度较慢的燃料。而1配1缸燃式较适合使用农作物桔杆、竹木枝叶、
汽油、
生物酒精、燃气这些燃点较低，燃烧速度较快的燃料。
[0019] 多配多室烧式的活塞轮是星形结构，如图4中g所示，这使活塞(3)在并列的圈缸a、b、c、d、e、f中转动时依次落后相同的角度到达各自的缸结(1)，图中实线(2)表示压气机的活塞斜面，从左至右，后一个圈缸活塞斜面总是落后60°到达缸结，虚线(4)表示气动机活塞的平面，也是落后60。到达缸结。这种结构和工作方式可使压气机平稳地输出高压空气，气动机平稳输出扭矩。
[0020] 1配1缸燃式圈缸活塞轮发动机与单缸往复式活塞内燃机相比，若其吸气工序气量相等，圈缸活塞轮机功率则大出数倍，且扭矩平稳，热效率高，体积只与往复式活塞内燃机的曲
轴箱相当，
质量只有往复式活塞内燃机的1/2-2/3。图2中g、h是其体积比较图。多配多室燃式圈缸活塞轮机与燃气轮机相比，若尺寸和质量相当，多配多室燃式圈缸活塞轮机的空气流量只有燃气轮机的40％-50％，燃气轮机受耐热材料和冷却技术的限制，涡轮前温度较低，只有15％-30％的空气流量参与了燃烧，其余的空气都用于冷却了，而多配多室燃式圈缸活塞轮机全部空气流量都参与了燃烧，且燃气温度又高得多，所以多配多室燃式圈缸活塞轮机热效率高，扭矩大，功率重量比并不亚于燃气轮机。圈缸活塞轮机的气动机造价比燃气涡轮低得多，所以其成本也低得多。圈缸活塞轮机可使用固体燃料，其可替代体积庞大的蒸气轮机用于火力发电。
[0021] 圈缸活塞轮机的燃气温度较高，空气和燃料消耗率较高，
机身发热较严重，也易产生NOx，使用固体燃料时飞灰对气动机气缸有所损伤，圈缸活塞轮机将水套产生的高温水和蒸汽喷入燃烧室或燃气管参与燃气做功，因气动机的澎涨比较大，排出废气温度也较低，这不仅缓解了上述问题还提高了效率和扭矩。
[0022]
太阳能圈缸活塞轮发动机见图4中h是集热器，聚光镜(9)将阳光聚集在热交换管(7)的凹槽(12)内产生1000℃左右的温度，凹槽(12)与热交换片(11)同时对管内的高压空气或水加热，产生的高压高温空气或蒸汽直接供入多配多圈缸活塞轮气动机和燃气管内驱动气动机工作，压气机同时向热交换管进气口(13)供气。也可不用压气机，由气动机带动喷水
泵将水从喷水嘴(14)喷入热交换管(7)内。图中(8)是两片条形的光伏
电池，受阳光照射时其产生的
电流可控制伸缩机(10)
电路的转向开关而使伸缩机带动反光镜转动至热交换管的影子照至光伏电池上时止，这可使集热器随太阳转动，阳光焦点始终在凹槽(12)内。此种太阳能圈缸活塞轮发动
机体积小、起动快、效率高、造价相对较低，可随阳光的强弱自动起动和停止，适合置于
屋顶对居民家庭热电并供，置于列
车顶上
直接驱动火车，也可多台集中将发
电机连接与
风力发电配合，白天、晴天时将水抽至高处，晚上和阴天时放水发电，称之谓风光电站。
[0023] 圈缸活塞轮航空倾转旋翼发动机圈缸活塞轮发动机的功率重量比并不亚于燃气轮机，且扭矩大，耗油率低于目前所有的航空发动机，所以其可用于航空器。图4中j是一台4配4室燃式圈缸活塞轮机，发动机起动后合并
离合器(31)，通过齿轮(30)、(24)带动同轴的风扇(25)和倾转
变速器(29)转动，使旋翼(27)工作。空气从进气口(28)进入后经风扇(25)加压进入机壳(20)内，一部分被压气机进气口(19)吸入，另一部分从
散热片(6)的间隙流出，废燃气从废气口(5)排出。(18)是润滑油锥，(17)是润滑油箱。倾转变速器内的倾转变速齿轮见图中k所示，无论轴(26)、(21)是转动还是静止状态，轴(26)都可绕轴(23)做往复转动，这一往复转动由
液压缸(15)的伸缩来完成，(16)是液压油泵，由轴(21)、齿轮(22)带动工作。
[0024] 低亚音速的螺旋浆飞机和亚音速的浆扇飞机都可运用圈缸活塞轮倾转旋翼发动机，其可多台并列装于飞机两侧的固定翼上。倾转变速器装于发动机进气口(28)的飞机升降时需使旋翼向上倾转90°，装于排气口(5)的飞机则需使旋翼向下倾转90°，平飞时轴(26)与发动机轴平行。
[0025] 圈缸活塞轮
冲压喷气发动机见图5中a所示，其由圈缸活塞轮喷气发动机和冲压发动机组合而成。发动机工作时起动动力机(19)，然后合并离合器(18)带动多缸共轴压气机(16)转动，空气从进出口(13)进入经压气机(16)压缩后再经高压气管(17)供入燃烧室(14)与燃料混合燃烧后喷出，发动机垂直升空，到达一定高度后关闭阀门(15)，同时打开阀门(4)空气和燃料改供入燃烧室(5)点燃喷出，发动机平飞或斜向爬升，待达到超音速时
喷嘴(6)向冲向燃烧室(8)内喷射燃料，发动机以最高的速度飞行。当爬升至空气稀薄不足以维持发动机正常工作的高度时，从液
氧储箱供来的液氧进入管道(1)穿过发动机机壳上的条形水套(12)到
压缩机(22)内，经加压后再经高压液氧管(2)分成两路，一路与动力机的定时供气阀(21)相接向气动机内定时供氧取代空气维持动力机的工作，同时断开离合器(18)，另一路与高压气管(17)相接向燃烧室(5)内供氧继续产生喷气推力使发动机在超常的高度飞行或直接冲出大气层进入太空。这时动力机仅
驱动电机(23)和
循环水泵(20)，维持发动机电控系统的供电和使
冷却液在动力机水套(19)，散
热管(10)，燃烧室水套(7)内循环。在空气中飞行
时空气从进气口(12)随冲压进入机壳内，再从机壳尾端的出口排出实现对
散热器(10)上的
散热片换热，在大气层外飞行时由从水套(10)内穿过的液氧管(1)对冷却液吸热冷却。当发动机再入大气层后关闭液氧供应管路，重新合并离合器(18)，发动机又以空气维持飞行。
垂直降落时关闭燃烧室(5)，重开燃烧室(14)，发动机垂直落地。
[0026] 发动机静止或低速飞行时气门调节片(11)上的圆孔与进气口(3)是重合的，发动机高速飞行时受冲压的作用，调节片(11)的前端受压使调节片向后移动，其圆孔与动力机和压气机进气口错开，如图中b所示的状态，使动力机和压气机进气口变小，当发动机低速时调节片(11)受其尾部弹簧的回弹作用又使其圆孔与动力机和压气机进气口重合，这可使动力机、压气机无论在发动机高速还是低速飞行时都保持一致的进气量，不会因发动机高速飞行时冲压过大而使圈缸机无法工作。发动机整个飞行过程中，圈缸活塞轮喷气发动机燃烧室都处于工作状态，且喷出的燃气温度在2200℃以上，所以冲压燃烧室勿需预燃室、点火器和
火焰稳定器。
[0027] 圈缸活塞轮喷气发动机的空气流量取决于其压气机的尺寸、缸数，与相当质量和尺寸的涡喷发动机相比其空气流量只有涡喷发动机的40％-50％，但其压比要高出数倍，且空气都全部参与了燃烧，燃气温度也高出许多，其动力机比燃气涡轮效率高，所以其推力，推重比，耗油率均优于涡喷发动机，其构成材料与内燃机相当，造价也低得多。目前的涡喷冲压发动机在3
马赫以上的速度时需关闭涡喷发动机，涡喷发动机成了个负重设备，圈缸活塞轮喷气发动机在冲压发动机中始终处于工作状态，所以其高度飞行时推力也显著大于涡喷冲压发动机。由于其便于小型化，很适合作为微型航空器的动力，大型化后与火箭冲压发动机一样用于导弹。
[0028] 图5中c、d是单台圈缸活塞轮压气机与同直径的单级涡轮压气机的体积比较图。(9)是动力机废气排出管。
[0029] 圈缸活塞轮
涡轮风扇喷气发动机见图5中e所示，发动机起动时先起动动力机(40)，同时(39)处的液压油泵也开始工作，驱动液压油缸(29)收缩，弯折杆(31)受连杆(30)牵拉带动燃烧室(34)和弯曲管(35)向下弯曲90°，此时合并离合器(42)，齿轮(43)随即带动压气机(45)和风扇(47)转动压缩空气经扩压器(37)直接供入燃烧室(34)与燃料混合燃烧产生其所能达到的最高温度的高压燃气向地面喷击，风扇(47)产生的一部分高速空气从外涵道(46)向后喷出，发动机垂直略向前升空。到达一定高度后液压油泵(39)使油缸(29)、连杆(30)，弯折杆(31)伸展90°，发动机随即高速平飞或斜向爬升。当爬升至空气稀薄使发动机不能正常工作的高度时，液态氧进入供氧管(26)穿过处于外涵道内的条形水套(28)再经供氧泵(39)加压分成两路，一路供入动力机维持动力机驱动发电机，液冷
循环泵(39)的正常工作，另一路(38)供入扩压器(37)代替空气维持燃烧室(34)继续喷气，与此同时液压油泵(39)驱动油缸(24)伸展关闭气门(25)堵实空气进口(27)，防止完全
气化了的纯氧漏出扩压器(37)，离合器(42)也在此时断开。发动机以更快的速度在超常的高度飞行或冲出大气层进入太空飞行。当发动机再入大气层时关闭液氧供应，打开气门(25)，合并离合器(42)再以空气维持发动机工作，降落时弯曲管(35)再向下弯转90°，发动机垂直略向前落地。
[0030] 图中(39)处的冷却液循环泵功率较大，其使冷却液从风扇和压气机静叶内的通道(44)流过，再经管道(41)、动力机水套(40)、燃烧室水套(34)，管道(32)、泵体(39)、管道(36)、内涵道条形水套(28)回流至静叶通道(44)，这一循环线路可将高压压气机压缩空气时产生的热量、动力机需散出的热量、燃烧室(34)冷却散出的热量全部传给外涵道(46)内流动的空气，这不仅使外涵道喷口的推力增大，发动机发热都件得到冷却，还可使压气机压缩空气时“
增压不升温”，明显提高压气机的效率。其使用的冷却液可以是水、
氨或弗利昂。压气机在此条件下产生的“常温高压”空气供入燃烧室后还可使燃料在较低的温度条件下完全燃烧，可显著减少NOx的产生。
[0031] 图中(50)所示的机轴是固定不动的，风扇(47)和压气机(45)的每级叶片和轮盘是整体结构，(49)是轴承，轮间传动齿轮(48)与轮盘两侧的锥齿轮(51)齿合，传动齿轮(48)前边的锥齿轮直径总是比后边的锥齿轮略大，动力机齿轮(43)驱动最后一级叶轮时，使叶轮从前至后逐级加速，从后至前逐级减速，且逐级转动方向相反，称之谓“逐级变速对转”风扇、压气机，这种结构和工作方式可使空气流量与叶轮圆周速度保持正比，从而提高压气机的效率并有效防喘振。
[0032] 图中(33)是电动
喷油泵和点火器线圈，由(39)处的发电机供电工作。(32)所在的空间也是电线和油管所过的位置，其都是软管以适应弯曲管(35)的弯转。
[0033] 目前的涡扇发动机是多轴压气机结构，在加力状态时空气才较完全地参与燃烧且燃气温度在1700℃以下，工作时间也很短，空气在流经燃烧室和涡轮时受阻碍较大，推力不足200千
牛，推重比略过10，耗油率也远高于内燃机，需使用造价昂贵的材料制造。而圈缸活塞轮涡扇发动机内气道通畅，压气机高效，空气流量显著大于目前的涡扇发动机，空气全部参与燃烧，燃气温度也比目前涡扇发动机高得多，圈缸活塞轮机替代涡轮驱动风扇和压气机的效率与内燃机相当，低速或慢车状态时仅靠排空推力就可维持发动机飞行。与相同尺寸和质量的涡扇发动机相比，圈缸活塞轮涡扇发动机的推力，推重比、耗油率均优越数倍，其整机都可用
合金钢制造，所以其造价也低得多，因其能使用液氧助燃升限也远大于涡扇发动机，还可始终保持满载状态巡航。
[0034] 垂直升降，矢量喷管、圈缸活塞轮涡轮风扇空气火箭见图5中f所示，其由一级后掠叶片风扇(55)、两台圈缸活塞轮后掠叶片涡轮压气机(80)，共用燃烧室(67)和一台冲压喷气发动机(72)组合而成。发动机静止时，调节梭(53)处于前伸状态，圆板形气门(64)与机轴(62)垂直即关闭状态，发动机工作时先起动扩压器(59)内的圈缸活塞轮动力机(40)，合并离合器(42)，前后两台涡轮压气机(80)开始工作，空气从进气口(83)进入前一台压气机(80)，从进气口(82)进入后一台压气机，两台压气机产生的“常温高压”空气在扩压器(59)内转化为静压后从
辐射状的气管(60)供入总空气管(63)，分成两路分别供入前“U”形燃烧室(56)和后“U”形燃烧室(70)与燃烧混合燃烧垂直向地面喷射，风扇(55)由前台压气机内的辐射轴(54)和齿轮(81)带动工作，压缩空气从外涵道喷口(69)喷出，发动机垂直略向前升空，到达一定高度后圆板形气门(64)转至与机轴(62)平行的状态即打开状态，同时关闭前后气阀(57)、(66)，两台压气机(80)的全部空气都供入燃烧室(67)内与燃料混合燃烧向后喷出，发动机平飞或斜向爬升，达到超音速的过程中冲压逐渐增大，调节梭(53)受冲压作用也逐渐后缩至如图中g所示的状态，两台压气机的进气口(83)和(61)随之缩小，以此保持压气机的进气量始终一致，发动机达到超音速后冲压燃烧室(72)开始工作，发动机以更高的速度飞行，到达空气稀薄的高度后也使用液氧在燃烧室(67)内维持喷气和动力机(40)的转动使发动机冲出大气层。再入大气层后关闭液氧供应又以空气维持发动机工作，垂直降落时关闭气门(64)，打开气阀(57)、(66)，打开前后“U”燃烧室(56)、(70)，发动机垂直落地。发动机减速过程中调节梭(53)因冲压减小，受弹簧(52)的回弹作用也逐渐向前伸。在空气中的整个飞行过程中，压气机(80)和燃烧室(67)始终处于工作状态，所以冲压燃烧室内也勿需预燃室、点火器和火焰稳定器。
[0035] 发动机的冷却液分成两个回路，第一路从前扩压器(59)内的循环泵(39)始，经辐射状管(78)，前“U”形燃烧室水套(77)，外涵道散热管(73)，管道(74)，压气机静叶通道(44)、动力机水套(40)回至循环泵(39)；第二路从后扩压器内的循环泵(39)始经燃烧室水套(68)、冲压燃烧室水套(71)、热液管(75)、外涵道散热管(76)、管道(79)、压气机静叶通道(44)、后动力机水套(40)回至其循环泵。这两路循环管道将发动机内的需散热量传给外涵道内的空气使之加温喷出。
[0036] 图5中h是发动的矢量喷管，其前端呈倒“T”形，装在飞机的头部，后端是一根直管道的两端垂直向下安装着两喷口，装在飞机两翼尖端下方，前后端由一
根管道相通，其进气口(58)与发动机总空气管(63)相接，飞机在
起飞和飞行过程中，空气总管(63)内的高压空气经进气口(58)供入矢量喷管，单独打开喷管上各出气口的气门，空气随即喷出，如图h中箭头所示，其可使飞机在空中如图j、k中箭头所示灵活地左偏、右偏、左转180°-360°、右转180°-360°、左移、右移、左滚、右滚、低头的机动动作，配合前后“U”形燃烧室还可使飞机做抬头、后空翻、抬尾、前空翻动作，将喷口(65)向前旋转90°或加喷燃料点燃可使飞机后退，也可用于降落时减速，同时使用前后“U”形燃烧室可使飞机在空中
悬停。使用这种矢量喷管的飞机勿需
尾翼，
重心可略向后，如图中j所示。
[0037] 此发动机的长度和质量是圈缸活塞轮涡扇发动机的2倍，直径与之相当，在高速飞行时其推力却是圈缸活塞轮涡扇发动机的3倍，可与运载火箭相比，所以称之谓空气火箭。其既可用
合金钢制造，也可用
钛合金和
复合材料制造，适用于高超音速
飞行器和空天飞机。
[0038] 本发明的积极效果有如下数个方面：
[0039] 1、其促进了热机性能的提高，打破了目前热机以化石燃料为主的局面，可有力提高燃料的利用率，缓解乃至解决能源供求矛盾。圈缸活塞轮系列发动机具热效率高，扭矩大、体积小、重量轮、功率大、不拘燃料物态，可用于航空航天、造价低等众多优点，若将交通运输中的机车、舰船、亚音速飞机在换发动机后使用可再生的
植物油和生物酒精，用太阳能圈缸活塞轮发动机产生
电能或氢燃料，可使少化石燃料的地区勿需再进口化石燃料，而无化石燃料的地区少进口化石燃料仅用于化工。从而大大缓解能源供求矛盾，加之圈缸活塞轮发动机和可再生能源的大量生产及节能技术的提高，最终解决能源供求矛盾和环境污染问题。
[0040] 2、其将促成能源开发和利用的新局面。目前的经济发展中的能源需求主要靠化石能源支持，不得不容忍其储量有限，地区分布不均、环境污染较严重、不能支持经济持续发展的
缺陷，圈缸活塞轮系列发动机可直接使用可再生能源，而可再生能源无化石能源的缺陷，可有力支持经济持续发展和环境改善，这必将形成以可再生能源为主，产量不断增加，化石能源为辅并提高化石能源利用
门槛的能源开发和利用新局面。
[0041] 3、其将有力促进农业生产，农村经济和农村生活的进步。圈缸活塞轮系列发动机使用的可再生能源的农作物桔杆、干草、竹木枝叶、植物油、生物酒精、沼气等都来之于农业生产和农村，加之荒山、丘陵和沙化地带又可架设大量的圈缸活塞轮风光电站，农村将成为新的能源供应基地，农业生产中的机械动力和农村生活中的电力需求也勿需外购，随之而产生农民收入大大增加，农业生产和农村经济快速发展，农村生活水平进一步提高的良好景象。
[0042] 4、其将使机车和航空器的性能再上一个台阶。用体积与暖水瓶相当的圈缸活塞轮发动机改装目前的
自行车，不仅可以动力和人力交替使用，还可如自行车一样被人力提起，这比目前重量较重和价格较高的
电动自行车和机动摩托车都轻便和实用。用圈缸活塞轮喷气发动机改装目前的
汽车可实现汽车空陆两用。使用圈缸活塞轮发动机的大型机车和舰船不仅功率更大，还可使运营成本降低。使用圈缸活塞轮倾转旋翼发动机的直升飞机的载重量、飞行速度及航程都是目前直升飞机的数倍。使用圈缸活塞轮系列喷气发动机的民航飞机的载客量、飞行速度、航程也是目前民航飞机的数倍，还因其有垂直升降功能、安全系数也大大提高，运营成本也大大低于目前的民航飞机。
[0043] 使用圈缸活塞轮系列喷气发动机的军用战斗飞机除其造价和耗油率远低于目前的军用战斗飞机外还具有以下优势：
[0044] (1)、垂直升降、空中悬停。由其垂直喷口和矢量喷管控制实现。
[0045] (2)、弹机合一，大载重量。即飞机和飞机上导弹都使用的是具有垂直升降功能的圈缸活塞轮系列的喷气发动机，飞机起飞时和飞行中导弹发动机使用飞机油箱内的燃油辅助飞机发动机使飞机近似空载地飞行，导弹发射后其发动机改用导弹
燃料箱内的燃料自主飞行。这可大大提高战机的总推重比，加之其发动机推力和推重比是目前飞机发动机的数倍，其载重量便远超过目前的战机。对于无人战机而言，飞机也就是导弹束，导弹束即飞机，即弹机合一。
[0046] (3)、高超音速。其发动机推力不亚于运载火箭，加之弹机合一，若材料允许，其飞行速度可轻松超过6马赫。
[0047] (4)、超常机动。其垂直喷口配合大推力矢量喷管使飞机废弃了传统的气动控制设备，不存在过
失速的问题，能完成目前战机不能完成的多种机动动作。
[0048] (5)、远超视距打击目标。圈缸活塞轮系列喷气发动机的推力、推重比、耗油率皆优于目前的导弹发动机，其载油量、速度和射程也相应超过目前的导弹，加之大推力矢量喷管产生的超常机动性能，无论是打击还是躲避拦截能力都优于目前的导弹。目前的导弹是超视距射程，那圈缸活塞轮发动机导弹自然是远超视距射程。
[0049] (6)、空天重复使用。因其发动机可使用液氧助燃，使飞机既可在空气中、也可在太空中飞行，这种飞机可在两小时左右到达地球任何地方，也可用于发射
航天器和超高空侦察。在飞机从太空返回地面穿入大气层的过程中，用其垂直喷口的强大推力辅助大面积机翼使飞机以不使机身
过热的速度水平降落并直接飞回基地，从而真正实现空天飞机的廉价和重复使用。
[0050] 具体实施方式 图1、图2是1配1(1P1)式圈缸活塞轮发动机的
实施例。图1中g、h、j所示，压气机e与气动机f并列装于轮机(10)上，气动机缸结(13)和压气机缸结(5)的外平面平行，其气门连杆(27)、齿条(28)、扇形齿轮(35)、大凸轮(31)分别位于其所在的机轴(36)端侧，压气机进气管(3)和气动机排气管(16)在缸结上的位置相对。连接压气机出气口和气动机进气口的高压气管(43)和阀门(44)处于两缸体之间，顶击阀门(44)的弧形凸起(33)始端与气动机活塞(34)平面轴向对齐，末端与压气机活塞(32)的斜面尖端轴向对齐。压气机活塞(32)落后于气动机活塞(34)到达其缸结的角度等于压气机排气始活塞所在位置与气动机吸气始活塞所在位置的夹角。压气机支撑环(49)(见30处49所示)和气动机支撑环(50)都紧靠其轮机的轮沿(10)和(12)。图2中a、b所示，发动机的水套兼外壳(30)呈与圈缸主机相适应的圆形，其平底机座(31)与机壳(30)相切，机壳(30)由与机座(31)底面平行的直径沿轴向分开的两部分安装而成。托撑(32)托住主机上的支撑环(图1中49)将主机的圈缸密封在机壳(30)内，缸结、气门连杆、齿条、扇形齿轮、大凸轮均不机壳内。气动机端的四根与机轴(36)平行的四根
横撑(33)一端角度相等地与机壳相连，另一端与轴承套(35)上的四个立撑(34)垂直相连，托住机轴(36)，压气机端的四根横撑(37)也与所在端的轴承套(44)上的立撑(45)垂直相接托住机轴(36)。
冷却风扇(38)装于机轴(36)的压气机端(43)处，散热器(40)紧靠风扇(38)。润滑油管(39)在压气机端，润滑油锥(41)底面的弹簧(23)固定于散热器(40)上，锥尖插入机轴端面的锥孔内。起动机(42)、轴流式增压机(46)，冷却循环泵(49)都装于气动机机壳上，与机轴(36)垂直，以锥齿轮(47)与气动机的大凸轮(48)边缘齿合。发动机的燃料供应机(7)装于气动机进燃料口处的横撑(33)和立撑(34)上由气动机大凸轮(9)驱动。
[0051] 图3是多配多式圈缸活塞轮发动机的实施例。图中压气机(21)和气动机(19)共机轴，都是每两个缸共用一个水套机壳和柱状轮机，各自的大凸轮，气门连杆、齿条、扇形齿轮位于轴向的两侧。每个机壳两侧的底撑(32)与机壳相切又与缸结的竖面平行，使气动机和压气机置于两条平行的角钢(31)的平面上，用螺杆、螺冒(39)固定。托撑机轴(38)两端的轴承套(37)通过伸向两角钢的弧形
支架也用螺杆、螺冒(39)固定在角钢(31)上，燃烧室(20)、起动机(35)、冷却循环泵(40)、燃料供应机(36)绕机轴固定于与之适应的开口朝向底部角钢(31)并固定在角钢上的“U”形支架(41)内，处于压气机组和气动机组之间。每个压气机出口(22)都与高压气管(34)相连，高压气管出口与燃烧室(20)相接。燃气管(23)一端与燃烧室(20)相连，另一端分出多个分支接于每个气动机的燃气阀(24)与气动机进气口相通。润滑油锥(33)处于压气机端的机轴端面上。
