Способ создания реактивной тяги и устройство для его осуществления в виде прямоточно-центробежного воздушно-реактивного двигателя

Изобретение предназначено для приведения во вращение воздушных винтов различного назначения. Прямоточно-центробежный воздушно-реактивный двигатель (ПЦВРД) содержит камеру сгорания 4 с реактивным соплом 5, сжатый воздух в которую подается через входное отверстие 3 и входной воздуховод 2 с предварительным сжатием в камере сжатия 6 за счет скоростного напора при движении ПЦВРД по окружности вместе с закрепленной на валу двигателя лопастью 1 винта, к концу которой он прикреплен. Из камеры сжатия сжатый воздух по радиальному воздуховоду 7 движется в камеру сгорания с ускорением под воздействием центробежной силы, возникающей при вращении винта. Поступающий указанным порядком воздушный поток оказывает динамическое давление на стенку камеры сгорания, что приводит к дополнительному его сжатию и в этой области повышенного сжатия воздуха осуществляют сжигание горючего. Газообразные продукты сгорания движутся с ускорением из камеры сгорания через реактивное сопло с созданием реактивной тяги. Совокупное использование прямоточных и центробежных возможностей обеспечивают значительное сжатие воздуха, что повышает КПД и эффективность работы двигателя, который весьма прост по устройству и имеет малую массу. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к реактивным двигательным установкам и предназначено для приведения во вращение воздушных винтов различного назначения, преимущественно несущих винтов вертолетов.

Известен способ создания реактивной тяги, применяемый в прямоточных воздушно-реактивных двигателях (ПВРД), при котором для сжигания горючего используют кислород воздуха, который сжимают скоростным напором (см. "Политехнический словарь". /Под ред. академика А.Ю.Ишлинского, изд. "Советская энциклопедия", М., - 1980, стр.420) (1).

Недостатком упомянутого способа создания реактивной тяги является необходимость достижения большой скорости движения для эффективного его использования.

Наиболее близким по совокупности признаков с заявленным изобретением является способ создания реактивной тяги, при котором сжатие воздуха осуществляют скоростным напором при движении воздушно-реактивного двигателя по окружности вместе с лопастью, закрепленной на валу несущего винта вертолета, к концу указанной лопасти прикрепляют упомянутый двигатель, входное отверстие которого направляют в сторону движения, сжигание горючего производят в сжатом воздухе в камере сгорания, а продукты сгорания направляют в реактивное сопло для создания реактивной тяги (см. патент РФ 2127819, МПК 6 F 02 К 7/10, 20.03.99, Бюл. №8) (2).

Недостатком этого способа создания реактивной тяги является сжатие воздуха только за счет скоростного напора с неполным торможением его потока, что при обычной скорости вращения несущего винта снижает эффективность использования данного способа.

Известен прямоточный воздушно-реактивный двигатель, содержащий диффузор, обеспечивающий торможение встречного потока воздуха и его сжатие, камеру сгорания и реактивное сопло (см. (1), стр.420 и схему на стр.421).

Недостатком этого ПВРД является возможность его использования только при скорости движения, значительно превышающей скорость звука.

Наиболее близким по совокупности признаков с заявленным изобретением является концевой воздушно-реактивный двигатель, содержащий воздуховод с входным отверстием, которые обращены в сторону движения при вращении несущего винта вертолета с обеспечением возможности сжатия скоростным напором потока встречного воздуха с последующим его использованием для сжигания горючего в камере сгорания с созданием реактивной тяги при истечении продуктов сгорания через реактивное сопло (см. (2) патент РФ 2127819).

Этот двигатель не обеспечивает сжатия воздуха, достаточного для его эффективной работы, в связи с использованием только одного скоростного напора при неполном торможении воздушного потока.

Предлагаемое изобретение по способу создания реактивной тяги и устройству для его осуществления позволяет получить технический результат, заключающийся в увеличении сжатия воздуха, подаваемого в камеру сгорания, что позволяет повысить его КПД и экономичность без существенного усложнения устройства и без увеличения массы.

Указанный технический результат по способу создания реактивной тяги достигается тем, что сжатие воздуха осуществляется скоростным напором при движении воздушно-реактивного двигателя по окружности вместе с лопастью, закрепленной на валу несущего винта. К концу указанной лопасти прикрепляют упомянутый двигатель, входное отверстие входного воздуховода двигателя направляют в сторону движения, сжигание горючего производят в сжатом воздухе в камере сгорания, а продукты сгорания направляют в реактивное сопло для создания реактивной тяги. Согласно изобретению помимо первичного сжатия воздуха путем его торможения во входном воздуховоде, осуществляют дополнительное сжатие воздуха перед камерой сгорания и непосредственно в камере сгорания. Для этого применяют размещенную за входным воздуховодом камеру сжатия, в которой наряду с указанным выше первичным сжатием воздуха в связи с его торможением, изменяют направление движения воздуха с поворотом его потока в радиальный относительно оси вращения воздуховод и далее в камеру сгорания. В радиальном воздуховоде дополнительно ускоряют воздух путем воздействия на него центробежной силы при вращении двигателя вместе с лопастью несущего винта, затем осуществляют торможение воздушного потока в полости камеры сгорания и используют динамическое давление указанного потока воздуха на стенку камеры сгорания для превращения его кинетической энергии в сжатие и в этой области наибольшего сжатия воздуха производят сжигание подаваемого из форсунки горючего. При этом в совокупности используют прямоточные и центробежные возможности сжатия воздуха.

Указанный способ создания реактивной тяги осуществляется в прямоточно-центробежном воздушно-реактивном двигателе, который прикреплен к концу лопасти винта (например, несущего винта вертолета) и содержит входной воздуховод с входным отверстием, которые обращены в сторону движения при вращении несущего винта вертолета с обеспечением возможности сжатия скоростным напором потока встречного воздуха с последующим его использованием для сжигания горючего в камере сгорания с созданием реактивной тяги при истечении продуктов сгорания через реактивное сопло. Согласно изобретению за входным воздуховодом последовательно расположены камера сжатия, радиальный воздуховод, камера сгорания и реактивное сопло, которые являются проходными для воздуха и газообразных продуктов сгорания. При этом в камере сжатия обеспечивается возможность первичного сжатия воздуха встречным скоростным напором с одновременным поворотом потока воздуха в радиальный воздуховод, где он ускоряется под действием центробежной силы, что обеспечивает возможность дополнительного сжатия воздуха в камере сгорания. При этом стенки камеры сжатия и камеры сгорания являются преградами для потока воздуха, обеспечивающими возможность его торможения и сжатия.

Наружные поверхности стенки камеры сгорания и реактивного сопла находятся в потоке встречного воздуха с обеспечением возможности их охлаждения.

На приведенном чертеже в разрезе по линии оси двигателя показано осуществление способа создания реактивной тяги на примере соответствующего устройства в виде прямоточно-центробежного воздушно-реактивного двигателя. Стрелками на чертеже показано направление движения воздуха и продуктов сгорания.

Предложенный способ создания реактивной тяги будет показан на примере работы прямоточно-центробежного воздушно-реактивного двигателя, описание которого приводится ниже.

Прямоточно-центробежный воздушно-реактивный двигатель (ПЦВРД) прикреплен к концу лопасти 1, преимущественно к лопасти несущего винта вертолета, и содержит входной воздуховод 2 с входным отверстием 3, которые обращены в сторону движения при вращении несущего винта вертолета с обеспечением возможности сжатия скоростным напором потока встречного воздуха с последующим использованием его для сжигания горючего в камере сгорания с созданием реактивной тяги при истечении продуктов сгорания через реактивное сопло. За входным воздуховодом последовательно расположены камера сжатия 6, радиальный воздуховод 7, камера сгорания 4 и реактивное сопло 5, которые являются проходными для воздуха и газообразных продуктов сгорания. При этом в камере сжатия 6 обеспечивается возможность первичного сжатия воздуха встречным скоростным напором с одновременным поворотом потока воздуха в радиальный воздуховод 7, где он ускоряется под действием центробежной силы, что обеспечивает возможность дополнительного сжатия воздуха в камере сгорания 4. При этом стенки камеры сжатия 6 и камеры сгорания 4 являются преградами для потока воздуха, обеспечивающими возможность его торможения и сжатия.

Наружные поверхности стенок камеры сгорания 4 и реактивного сопла 5 находятся в потоке встречного воздуха с обеспечением возможности их охлаждения. Для возможности регулирования интенсивности воздушного потока, омывающего охлаждаемые поверхности камеры сгорания и реактивного сопла, применяется внешний кожух, охватывающий охлаждаемые поверхности, с заслонкой в передней своей части, регулирующей количество воздуха, пропускаемого в пространство между кожухом и камерой сгорания.

Прямоточно-центробежный воздушно-реактивный двигатель работает следующим образом.

При вращении, например, несущего винта вертолета, на прикрепленные к концам его лопастей 1 ПЦВРД воздействуют встречные потоки воздуха, которые попадают во входное отверстие 3 и далее во входной воздуховод 2 и камеру сжатия 6. Под действием скоростного напора и в связи с торможением потока воздуха во входном воздуховоде 2 и камере сжатия 6 происходит первичное сжатие воздуха, которое превышает сжатие воздуха в известных прямоточных воздушно-реактивных двигателях (ПВРД), поскольку в них нет полного торможения воздуха и сжатие происходит в движущемся потоке только за счет уменьшения скорости его движения. В отличие от этого в предложенном ПЦВРД стенка камеры сжатия 6 является непреодолимой преградой для потока воздуха, обеспечивающей более значительное его сжатие. Из камеры сжатия 6 воздух направляется в радиальный воздуховод 7, где на него воздействует центробежная сила и придает ему ускорение. Ускоренный поток воздуха из радиального воздуховода 7 попадает в камеру сгорания 4 и воздействует на ее стенку с полным торможением, что приводит к дополнительному значительному сжатию воздуха. В область наибольшего сжатия воздуха направлена форсунка 8, распыляющая горючее, с возможностью в указанных условиях его наиболее интенсивного сгорания с соответствующим повышением температуры и давления, что обеспечивает истечение газообразных продуктов сгорания через реактивное сопло 5 с более значительным ускорением, обеспечивающим соответствующее увеличение реактивной тяги. Это приводит к повышению КПД и эффективности работы двигателя. При этом в совокупности используются прямоточные и центробежные возможности сжатия воздуха с применением простейших средств.

1. Способ создания реактивной тяги, преимущественно для приведения во вращение несущего винта вертолета, при котором сжатие воздуха осуществляют скоростным напором при движении воздушно-реактивного двигателя по окружности вместе с лопастью, закрепленной на валу несущего винта, к концу указанной лопасти прикрепляют упомянутый двигатель, входное отверстие входного воздуховода двигателя направляют в сторону движения, сжигание горючего производят в сжатом воздухе в камере сгорания, а газообразные продукты сгорания направляют в реактивное сопло для создания реактивной тяги, отличающийся тем, что помимо первичного сжатия воздуха путем его торможения во входном воздуховоде осуществляют дополнительное сжатие воздуха перед камерой сгорания и непосредственно в камере сгорания, при этом применяют размещенную за входным воздуховодом камеру сжатия, в которой наряду со сжатием воздуха в связи с его торможением изменяют направление движения воздуха с поворотом его потока в радиальный относительно оси вращения воздуховод и далее в камеру сгорания, в радиальном воздуховоде дополнительно ускоряют воздух путем воздействия на него центробежной силы при вращении упомянутого выше двигателя вместе с лопастью несущего винта, затем осуществляют торможение созданного воздушного потока в полости камеры сгорания двигателя и используют динамическое давление указанного потока воздуха на стенку камеры сгорания для превращения его кинетической энергии в сжатие и в этой области наибольшего сжатия воздуха производят сжигание подаваемого из форсунки горючего, при этом в совокупности используют прямоточные и центробежные возможности сжатия воздуха в упомянутом двигателе.

2. Прямоточно-центробежный воздушно-реактивный двигатель, который прикрепляют к концу лопасти преимущественно несущего винта вертолета, содержащий входной воздуховод с входным отверстием, которое обращено в сторону движения при вращении несущего винта вертолета с обеспечением возможности сжатия скоростным напором потока встречного воздуха с последующим его использованием для сжигания горючего в камере сгорания двигателя с созданием реактивной тяги при истечении газообразных продуктов сгорания через реактивное сопло, отличающийся тем, что за входным воздуховодом последовательно расположены камера сжатия, радиальный воздуховод, камера сгорания и реактивное сопло, которые в совокупности являются проходными для воздуха и газообразных продуктов сгорания, при этом в камере сжатия обеспечивается возможность первичного сжатия воздуха встречным скоростным напором с одновременным поворотом потока воздуха в радиальный воздуховод, где он ускоряется под действием центробежной силы в связи с вращением упомянутого двигателя вместе с лопастью винта, что обеспечивает возможность дополнительного сжатия воздуха в камере сгорания двигателя, при этом стенки камеры сжатия и камеры сгорания являются преградами для потока воздуха, обеспечивающими возможность его торможения и сжатия.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что наружные поверхности стенки камеры сгорания и реактивного сопла находятся в потоке встречного воздуха с обеспечением возможности их охлаждения.