Реактивный двигатель (подъемник)

 

Использование: в авиационной технике. Сущность изобретения: реактивный двигатель содержит центробежный компрессор, кольцевую камеру сгорания и реактивные сопла. Покрывной диск рабочего колеса центробежного компрессора выполнен в виде перекрывающих друг друга секторов. Реактивные сопла выполнены в виде плоских щелей между каждыми двумя смежными секторами. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к вопросам создания реактивных и газотурбинных двигателей.

Известны двигатели (подъемники), содержащие компрессор, выпуклый диск и колпак над ним, образующий с верхней поверхностью диска узкий круговой зазор (см. например, патент США N 2547266, кл. В 64 С 23/00, 1951).

Ближайшим аналогом-прототипом изобретения является решение, описанное в патенте Германии N 665954, кл. F 02 C 3/16, опубл. 1938, где, как и в предлагаемом изобретении описан реактивный двигатель (подъемник), содержащий центробежный компрессор, рабочее колесо которого имеет покрывной диск, кольцевую камеру сгорания и реактивные сопла.

Однако подъемная сила, создаваемая таким двигателем, недостаточна.

Задача, на решение которой направлено изобретение, улучшение характеристик двигателя (подъемника), в частности увеличение подъемной силы.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, повышение подъемной силы реактивного двигателя (подъемника).

Указанный технический результат достигается за счет того, что в реактивном двигателе (подъемнике), содержащем центробежный компрессор, рабочее колесо которого имеет покрывной диск, кольцевую камеру сгорания и реактивные сопла, покрывной диск выполнен в виде перекрывающих друг друга сектора, а реактивные сопла в виде плоских щелей между двумя смежными секторами.

Предлагаемый двигатель изготавливается в виде сегнерова колеса, которое служит одновременно воздухосборником компрессора и камерой сгорания.

На чертеже изображен предлагаемый реактивный двигатель: а) разрез вертикальной плоскостью; б) вид сверху; в) развертка цилиндрического сечения рабочего колеса среднего радиуса R_м.

Двигатель состоит из центробежного компрессора 1, жаровых труб 2, камеры сгорания 3. Вал крыльчатки компрессора 1 через обгонную муфту на ведомой шестерне 10 соединен планетарным редуктором 5 с ведущей шестерней 6 опорного диска 4. Лопаточный диффузор 7 компрессора, жаровые трубы 2 и промежуточные шестерни редуктора 5 установлены на трубчатом неподвижном каркасе 8, внутри которого проходит вал крыльчатки, а снаружи втулка 9 опорного диска 4. Неподвижный каркас 8 используется также для подачи топлива в форсунки и электрического тока к спиралям (свечам) зажигания жаровых труб 2. Верхняя стенка (покрывной диск) кольцевой камеры сгорания 3 состоит из восьми перекрывающихся секторов 13, между которыми образуются узкие калиброванные щели 14, а нижней служит опорный диск 4.

Реактивный двигатель (турбина) запускается через привод 15 электромотором, питаемым аккумулятором. Вращается крыльчатка, через входной патрубок 16 воздух проходит в компрессор 1, сжимается и поступает к жаровым трубам 2 и камеру сгорания 3. Туда же подается топливо, поджигается, и продукты сгорания выходят через щели 14 в атмосферу.

После того как компрессором 1 и жаровыми трубами 2 создано некоторое давление в камере сгорания 3, выходящая из щелей 14 перпендикулярно к радиусу рабочего колеса струя газа создает реактивную силу и вращает опорный диск 4.

При определенной скорости вращения диска обгонная муфта ведомой шестерни 10 редуктора входит в зацепление с ведомым валом крыльчатки компрессора 1. Электромотор отключается (становится генератором), так как вращение крыльчатки передается теперь через редуктор 5 от опорного диска 4. При стабильном горении в жаровых трубах 2 отключается и зажигание.

С целью уменьшения потерь тепла внутренняя поверхность камеры сгорания 3, т. е. полость между диском 4 и секторами 13, покрывается термостойким материалом, например керамикой.

Во избежание перегрева секторов 13 следует подбирать компрессор большой производительности, т.е. реактивная турбина должна работать с большим избытком воздуха для охлаждения продуктов сгорания.

При вращении камеры сгорания газы испытывают дополнительное центробежное сжатие, повышающее удельную мощность сжатого газа на величину V²/2, где V линейная скорость вращения диска. Помимо центробежных сил положительный эффект создает и вторая сила инерции сила Кориолиса. Она действует в плоскости вращения и направлена против вращения диска, т.е. в сторону выхода газов, к соплам 14. Это явление повышает располагаемую мощность газов пропорционально квадрату окружной скорости вращения диска V².

Таким образом, силы инерции (центробежная и Кориолиса) повышают располагаемую мощность продуктов сгорания пропорционально 1,5 V² без каких-либо энергетических затрат, что существенно увеличивает экономичность двигателя.

Предлагаемый двигатель отличается от известных реактивных двигателей и турбин, в основном, формой реактивных сопел (узкие радиальные щели вместо обычных сопл и сопловых решеток).

Но именно это отличие и позволяет использовать его не только как силовую установку, но и в качестве аэродинамического подъемника. Опорный (несущий) диск 4 и смонтированные на нем сектора 13, являясь стенками камеры сгорания 3, могут служить одновременно и подъемным устройством при вращении диска в горизонтальной плоскости.

Как видно из чертежа, неподвижный каркас 8 соединен с корпусом 11 летательного аппарата шарниром 12, что дает возможность осуществлять наклон опорного диска 4.

Следовательно, предлагаемая конструкция может быть использована вместо несущего винта вертолета.

Так как при вращении диска над верхней поверхностью секторов 13 скорость движения газов складывается из скорости истечения (обтекания) продуктов сгорания и набегающего воздушного потока, то в соответствии с уравнением Бернулли давление над секторами 13 будет меньше, чем под диском 4 и на диск в целом будет действовать подъемная сила, определяемая формулой где U средняя скорость обтекания секторов; V cредняя линейная скорость вращения диска; S суммарная площадь обтекаемых секторов; ρ средняя плотность смеси газов.

Из формулы (1) следует, что основную роль здесь играет скорость обтекания секторов U, и подъемная сила возникает и при неподвижном диске, т.е. при V 0. И так как скорость истечения газов U управляема и может иметь большие значения, описанное подъемное устройство может оказаться очень эффективным. Даже при U V согласно формуле (1) подъемная сила такого подъемника в 3 раза больше подсчитанной по известной формуле при С_y 1 подъемной силы пассивного крыла (лопасти) такой же обтекаемой площади.

В заключение следует заметить, что от ширины щелей 14 зависит потребная мощность реактивного двигателя, а ее оптимальное значение может быть определено экспериментальным путем.

Формула изобретения

Реактивный двигатель (подъемник), содержащий центробежный компрессор, рабочее колесо которого имеет покрывной диск, кольцевую камеру сгорания и реактивные сопла, отличающийся тем, что покрывной диск выполнен в виде перекрывающих друг друга секторов, а реактивные сопла в виде плоских щелей между двумя смежными секторами.

РИСУНКИ

Рисунок 1