Способ увеличения силы тяги пульсирующего воздушно-реактивного двигателя вертикального взлета (варианты)

Способ увеличения силы тяги пульсирующего воздушно-реактивного двигателя вертикального взлета заключается в использовании реакции газов, выбрасываемых из резонаторной трубы, и эжектировании атмосферного воздуха. Во время цикла всасывания дополнительно используют энергию возвратного течения газов в резонаторную трубу посредством установки поворотного колена опущенным внутрь эжектора для создания на входной части последнего дополнительной вертикальной подъемной силы. При другом варианте осуществления способа увеличения силы тяги пульсирующего воздушно-реактивного двигателя вертикального взлета во время цикла всасывания дополнительно используют энергию возвратного течения газов в резонаторную трубу посредством выполнения механических элементов, установленных в хвостовой части резонаторной трубы в виде решетки крыловых профилей, установленных с нулевым углом атаки для создания дополнительной вертикальной силы. Изобретение направлено на увеличение силы тяги пульсирующего воздушно-реактивного двигателя вертикального взлета. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в аппаратах вертикального взлета, использующих пульсирующие воздушно-реактивные двигатели (далее ПуВРД).

Известен пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (далее ПуВРД) немецкой крылатой ракеты времен Второй мировой войны Фау-1 (см. Г.Б.Синярев, М.В.Добровольский. Жидкостные ракетные двигатели. - Оборонгиз, 1957, с.19, 20). Он представляет собой открытый с обоих торцов канал круглого поперечного сечения, включающий последовательно расположенные входной диффузор, клапанную решетку, камеру сгорания и выходное устройство, состоящее из конфузора и выхлопной трубы, а также систему топливоподачи и систему зажигания с электрозапалом, установленным в камере сгорания.

Клапанная решетка представляет собой конструкцию из несущих элементов - поперечных стержней, подвижных элементов - плоских упругих пластин постоянной толщины, прикрепленных к боковым граням стержней попарно параллельно друг другу на расстоянии, равном толщине стержня, и опорных проставок, размещенных посредине между парами пластин параллельно им. В каждой паре между пластинами имеется глухой зазор, обращенный назад. Пластины и проставки образуют продольные каналы для прохода воздуха.

Набегающий на двигатель поток проходит через воздухозаборник и клапанную решетку в камеру сгорания. Туда же подается легкоиспаряющееся топливо, после чего топливовоздушная смесь воспламеняется искрой электрозапала. Быстро расширяющиеся во все стороны продукты сгорания, попадая в глухой зазор между пластинами, тормозятся, в результате чего давление там возрастает. Это вызывает изгиб пластин в стороны до контакта с опорными проставками или боковыми стенками. Воздушные каналы клапанной решетки оказываются перекрытыми. Продукты сгорания истекают через сопло в атмосферу, а их давление на закрытую клапанную решетку создает импульс тяги двигателя.

После падения давления пластины клапанной решетки под действием своей упругости, а также разрежения, создаваемого в камере инерцией истекающих газов, возвращаются в исходное положение. В камеру поступает очередная порция воздуха, и цикл повторяется.

Клапанная решетка служит основным, но не единственным элементом узла, создающего тягу пульсирующего двигателя и включающего также боковые стенки, детали крепления и др. Кроме того, функцию создания тяги в таком двигателе могут выполнять и другие устройства.

Достоинствами ПуВРД с механическими клапанными решетками являются простота и дешевизна, небольшой вес, надежность. Их недостаток - плохие тяговые характеристики, а именно низкие удельная и лобовая тяга, высокий удельный расход топлива, импульсный характер тяги, но главное - низкий ресурс клапанов.

Также известны конструкции ПуВРД, использующие аэродинамические клапаны, "Нестационарное распространение пламени", под ред. Дж.Г.Маркштейна, М., МИР, 1968, с.401-407. Кроме того, ПуВРД, в которых осуществлена замена механических клапанов на аэродинамические, которые описаны в патентах США №2796735, 1957; №2796734, 1957; №2746529, 1956; №2822037, 1958; 2812635, 1957.

К недостаткам таких ПуВРД следует отнести низкую амплитуду пульсаций давления и, соответственно, низкий термодинамический КПД (коэффициент полезного действия).

Известен ПуВРД, описанный в патенте Франции №1345689, Classif. internat. А01g - В64с - F02k, публ. 29.10.1962. Здесь вертикальная составляющая реактивной тяги создается традиционным методом, а именно поворотом реактивных струй газа, выбрасываемых из аэродинамических клапанов и выхлопных патрубков резонаторной трубы.

В качестве прототипа рассмотрен способ увеличения силы тяги ПуВРД вертикального взлета, известный из патента Великобритании №1081149, который заключается в использовании реакции газов, выбрасываемых из резонаторной трубы, хвостовая часть которой снабжена механическими элементами, создающими дополнительную силу тяги при их обтекании во время выброса через резонаторную трубу.

Предлагаемый в данной конструкции ПуВРД способ создания вертикальной подъемной силы тяги не в полной мере реализует его возможности. Дело в том, что характерной особенностью протекания рабочего процесса в ПуВРД является, наряду с выбросом газа из резонаторной трубы, интенсивное обратное течение воздуха из атмосферы внутрь резонаторной трубы во время цикла всасывания. Предлагаемые ниже технические приемы позволяют не только исключить это нежелательное явление, но и преобразовать его в полезную работу, обеспечивающую дополнительное создание вертикальной составляющей силы тяги во время цикла всасывания.

Техническим результатом предлагаемых вариантов изобретения является увеличение силы тяги ПуВРД вертикального взлета.

В первом варианте предлагаемого изобретения технический результат достигается за счет того, что в известном способе увеличения силы тяги ПуВРД вертикального взлета, заключающемся в использовании реакции газов, выбрасываемых из резонаторной трубы и эжектировании атмосферного воздуха, во время цикла всасывания дополнительно используют энергию возвратного течения газов в резонаторную трубу посредством установки поворотного колена опущенным внутрь эжектора для создания на входной части последнего дополнительной вертикальной подъемной силы.

В предложенном варианте дополнительная вертикальная сила возникает при всасывании, когда сопло ПуВРД смещено внутрь эжектора.

Во втором варианте предлагаемого изобретения технический результат достигается за счет того, что в известном способе увеличения силы тяги ПуВРД вертикального взлета, заключающемся в использовании реакции газов, выбрасываемых из резонаторной трубы и эжектировании атмосферного воздуха посредством установленных в хвостовой части резонаторной трубы механических элементов, во время цикла всасывания дополнительно используют энергию возвратного течения газов в резонаторную трубу посредством выполнения механических элементов в виде решетки крыловых профилей, установленных с нулевым углом атаки для создания дополнительной вертикальной подъемной силы.

В этом варианте дополнительная вертикальная сила тяги возникает при обтекании Крыловых профилей во время выброса через резонаторную трубу.

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков обоих вариантов заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оба они соответствуют условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенные варианты способа имеют признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенные варианты технического решения имеют изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенные варианты технических решений промышленно применимы, т.к. могут быть реализованы промышленным способом в несложных устройствах, изготовленных с использованием стандартного оборудования, следовательно, соответствуют условию патентоспособности "промышленная применимость".

Другие особенности и преимущества заявляемых вариантов изобретения станут понятны из следующего детального описания двух примеров конкретных устройств ПуВРД, приведенных исключительно в форме не ограничивающих примеров и со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие практическую реализацию предлагаемого способа увеличения силы тяги.

На фиг.1, 2 и 3 показан один из возможных конструктивных вариантов ПуВРД, в котором реализуется заявляемый способ увеличения силы тяги. В частности, на фиг.1 показан общий вид аппарата вертикального взлета: 1 - камера сгорания ПуВРД, 2 - резонаторные трубы, 3 - поворотное колено с лопатками 4, 5 - газовый эжектор, 6 - впускные клапаны, 7 - газовые эжекторы, 8 - блок управления.

Реализация заявляемого способа в данном случае осуществляется следующим образом. Как показано на фиг.2, во время выброса продуктов сгорания из поворотного колена 3 в эжектор 5 происходит подсос атмосферного воздуха и, за счет этого, на стенках входной части эжектора за счет разности давления происходит создание дополнительной подъемной силы тяги на эжекторе. Для создания подъемной силы во время цикла всасывания поворотное колено 3 опущено внутрь эжектора 5 на некоторую глубину, обозначенную на фиг.1б как -δ-. Такой прием позволяет во время цикла всасывания, когда течение газа направлено внутрь резонаторной трубы 2, организовать втекание воздуха в эжектор с обтеканием входной части, при котором вновь происходит создание разности давления на стенках входной части и соответственно образование вертикальной подъемной силы тяги на эжекторе, фиг.3.

На фиг.4, 5, 6 и 7 показан второй из возможных конструктивных вариантов ПуВРД, в котором реализуется заявляемый способ увеличения силы тяги. На фиг.4 показан общий вид аппарата вертикального взлета, где 1 - камера сгорания ПуВРД, 2 - резонаторная труба, 9 - крыловая решетка, 10 - направляющий аппарат, 11 - механизм стабилизации, 6 - впускные клапаны, 7 - газовые эжекторы, 8 - блок управления.

Здесь реализация заявляемого способа осуществляется следующим образом. Как показано на фиг.5, во время выброса продуктов сгорания из резонаторной трубы 2 газ проходит сквозь крыловую решетку 9, где создается вертикальная подъемная сила. Далее газ набегает на направляющий аппарат 10, где поворачивает примерно на 90° к направлению земли и опять создает вертикальную подъемную силу тяги. Во время цикла всасывания, как это показано на фиг.6 и 7, газ с другой стороны обтекает крыловые профили в крыловой решетке 9, установленные с нулевым углом атаки. При этом опять создается подъемная сила.

Разумеется, оба предлагаемых варианта способа не ограничиваются приведенными примерами их осуществления, показанными на прилагаемых чертежах. Остаются возможными изменения различных элементов либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.

Теоретически предлагаемый способ позволит на 10...20% увеличить силу тяги ПуВРД вертикального взлета.

1. Способ увеличения силы тяги пульсирующего воздушно-реактивного двигателя вертикального взлета, заключающийся в использовании реакции газов, выбрасываемых из резонаторной трубы, и эжектировании атмосферного воздуха, отличающийся тем, что во время цикла всасывания дополнительно используют энергию возвратного течения газов в резонаторную трубу посредством установки поворотного колена опущенным внутрь эжектора для создания на входной части последнего дополнительной вертикальной подъемной силы.

2. Способ увеличения силы тяги пульсирующего воздушно-реактивного двигателя вертикального взлета, заключающийся в использовании реакции газов, выбрасываемых из резонаторной трубы, и эжектировании атмосферного воздуха посредством установленных в хвостовой части резонаторной трубы механических элементов, отличающийся тем, что во время цикла всасывания дополнительно используют энергию возвратного течения газов в резонаторную трубу посредством выполнения механических элементов в виде решетки крыловых профилей, установленных с нулевым углом атаки для создания дополнительной вертикальной силы.