[科普中国]-布雷顿发动机

简介

1873年，美国人布雷顿(Brayton)设计出最早的真正使用经过预先压缩的可燃混合气体的发动机。布雷顿发动机是二冲程发动机，恒压燃烧使之成为柴油机的鼻祖。在第一冲程中，经过泵压的可燃混合气体输入气缸，在气缸内燃烧，直至进气阀门关闭为上，此时活塞的行程为四分之一。其后，在剩余的四分之三的活塞行程中，已燃气体降压膨胀。在第二冲程中，废气排出。布雷顿发动机的功率有1~10马力几档。这种发动机尤其在美国得到应用，一直使用到1882年，在这个时期，内燃机仍然是很稀少的。2

结构组成微型涡轮发动机是布雷顿发动机，采用空气和天然气产生轴向的机械功率，图为双轴微型涡轮发动机的基本组成示意图。图中涡轮发动机采用双轴结构，也可采用单轴结构，即在一个加长的轴上同时带有压缩机和负荷。微涡轮发动机的双轴没计可提供更好的控制，但需增加一个旋转部件以及两个以上的高速轴承。电能可由安装在微型涡轮发动机输出轴上的永磁发电机或通过减速齿轮机构传动的同步发电机产生。3

应用研究一种改进的BRITALUS(布雷顿)循环脉冲涡轮发动机

根据世界上的能源危机及对环境保护的要求，为了发挥用于机动车、螺旋浆飞机和固定使用的内燃机的充分潜力，需要生产一种新型的发动机。当前总的趋势是要求缩小发动机尺寸，提高发动机的比重量(功率对重量的比值)，降低全负荷和部分负荷时的比油耗，同时要能改进机动车的性能(如易于起动，灵敏度高，宽阔的运行速度范围及对多种燃料的适应性)，在热力学原理方面还要求达到可能最高的燃烧温度，最短的燃料燃烧时间，在气体膨胀之前完全的燃烧，最低的热幅射传导，燃气膨胀过程中输出最大的机械功时排气温度最低。机械设计方面要保证振动噪声小，维护费低，最小的部件容积有最高的强度/密度比值，承受振动的部件有最高的阻尼系数，承受弯曲和磨损的部件有最长的疲劳寿命和磨损寿命。从经济上考虑要有紧凑的尺寸，通用部件多，精密加工件少，国外协作件少，稀有合金件少，易于装配调整测试，性能的稳定性及能燃烧宽馏份成本低的燃料。4

考虑到上述要求，根据对汽油机(奥托循环)、柴油机(狄塞尔循环)、车用燃气轮机(Brayton循环)、汪克尔转子发动机，及热气机(斯特林循环)的实践经验及交替的研究之后，美国燃烧研究和工艺技术股份公司(CR &T)将连续燃烧气体透平(Brayton循环)和容积式压缩点火(狄塞尔循环)技术的各自优点结合在一起研究了一种用压缩空气冷却、采用多种燃料的称作Britalus循环的混合型发动机，即脉冲涡轮发动机，它具有如下的特点: 完全的平衡，安全地运转(无喘振的压气机)，具有无脉动的压缩和膨胀，可在宽阔的速度范围内运行(300-3000转/分)，低速度下的高扭矩，适应多种燃料(煤油、汽油、柴油等)，正常吸气时的比油耗为0.4-0.5磅/马力小时、增压吸气时为0.3-0.4磅/马力小时。它的容积和重量仅为相同功率的狄塞尔发动机的一半，即功率/重量比值为0.5-10马力/磅，功率/容积比值为35-70马力/英尺。吸入空气无燃烧产物，起动时可快速获得压缩压力。由于从压缩器抽气进行冷却运行，因此没有液体冷却剂循环系统及换热器，结构简单，维修方便。4