Способ увеличения надежности запуска в полете турбореактивных двигателей летательных аппаратов и устройство для его реализации


 


Владельцы патента RU 2487257:

Копылов Геннадий Алексеевич (RU)

Группа изобретений относится к области авиации, в частности к турбореактивным двигателям. Способ заключается в том, что чистый кислород, подаваемый из бортового баллона в камеру сгорания турбореактивного двигателя, непосредственно перед пусковыми воспламенителями, переводится из молекулярного состояния в отрицательно ионное посредством пропускания его через систему конусных иголок, на которые подается минусовой потенциал от 4 до 6 кВ с источника постоянного тока. Устройство состоит из корпуса (12), выполненного из диэлектрического материала, и трубопровода (11), по которому подается чистый кислород из баллона (7) к пусковым воспламенителям (2) в камере сгорания (3). В корпус (12) вставляется цилиндр (14), выполненный из металла с высокой электропроводностью и коррозионной стойкостью. Внутри цилиндра крепятся металлические лепестки в виде конусов с заостренными кромками или в форме игл (15), которые соединяются с минусовой клеммой источника постоянного тока высокого напряжения (8) через реле (9). Кислородный баллон (7) соединяется с ионизатором (10) через электроклапан (6). Группа изобретений направлена на повышение надежности запуска в полете турбореактивного двигателя. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к авиации, в частности к турбореактивным двигателям.

Известен способ запуска авиационного двигателя в воздухе [1], например на самолете МИГ-17, когда необходимо, после выключения двигателя, снизиться на высоту не менее 6 км, после чего осуществлять запуск. Это необходимо делать для того, чтобы кислорода в воздухе было достаточно для воспламенения топлива в камере сгорания. Недостатком этого метода является то, что часто запустить двигатель в воздухе не удается.

Также в этом случае, перед началом запуска, уменьшается скорость полета самолета до минимально возможной (для МИГ-17 - не менее 300 км/ч). Однако и это не помогает.

Наиболее близким к предлагаемому является способ подпитки пусковых воспламенителей турбореактивного двигателя чистым кислородом из баллонов, расположенных на борту летательного аппарата и служащих для обеспечения жизнедеятельности экипажа на больших высотах полета [2].

Недостатком этого способа является то, что и при использовании чистого кислорода не всегда удается запустить двигатель в воздухе, особенно если топливо в баках имеет минусовую температуру.

Задачей изобретения является повышение надежности запуска турбореактивных двигателей летательных аппаратов в воздухе в любых условиях.

Технической задачей изобретения является разработка способа повышения надежности запуска турбореактивных двигателей в воздухе.

Запуск двигателя предполагает инициировать надежное горение топлива в камере сгорания двигателя. Для того, чтобы горение началось, необходимо создать определенные начальные условия в системе - подготовить смесь и воспламенить (зажечь) ее. Вот процесс воспламенения смеси является самым важным в начальный момент запуска двигателя, как на земле и, особенно, в воздухе. Установившаяся реакция горения осуществляется только тогда, когда молекулы горючего и окислителя встречаются между собой. В большинстве случаев зажигание смеси осуществляется с помощью искры. Сам процесс горения представляет из себя окислительно-восстановительную реакцию. При горении окислителем и восстановителем являются различные атомы, входящие в состав разных исходных веществ. При горении топлива в турбореактивном двигателе окислителем является кислород, который в воздухе и кислородном баллоне находится в молекулярном виде O2. При горении, чтобы окислительно-восстановительная реакция имела место, необходимо молекулы, участвующие в реакции, диссоциировать, т.е. перевести их в атомарное состояние, для чего надо затратить достаточно много энергии, которой в момент воспламенения смеси (запуске двигателя) неоткуда брать. Кроме того, при восстановительно-окислительных реакциях участвуют ионы и электроны, для образования которых необходимо затратить еще энергию. Например, молекула кислорода должна присоединить к своим атомам 12 электронов, чтобы образовать 6 ионов кислорода по уравнению электронного баланса [2]:

3O2+12e→6O-2

Поэтому и не происходит надежного запуска турбореактивных двигателей летательных аппаратов в воздухе, т.к. не хватает энергии для перевода атомов смеси в ионы и электроны.

Сущность изобретения заключается в том, что чистый кислород, подаваемый из бортовых баллонов в камеру сгорания турбореактивного двигателя летательного аппарата, непосредственно перед пусковыми воспламенителями переводится из молекулярного состояния в отрицательно ионное посредством пропускания его через систему конусных иголок ромбовидной или круглой формы в поперечном сечении, на которые подается минусовой потенциал высокого напряжения от 4 до 6кВ с источника постоянного тока и с которых стекают электроны в окружающее их пространство и присоединяются к атомам кислорода или же это происходит при касании атомами кислорода иголок, что обеспечивает образование отрицательных ионов.

Так как при горении смеси в турбореактивном двигателе летательного аппарата участвуют отрицательные ионы кислорода, поэтому и переводится молекулярный кислород в отрицательно ионное состояние. В этом виде он готов вступать в реакцию с топливом, не требуя никакой дальнейшей подготовки и энергии.

Заявленный способ реализуется в устройстве, которое включает в себя корпус цилиндрической формы из диэлектрического материала с открытыми торцами, который помещается внутрь трубопровода, обеспечивающего подачу кислорода, а в корпусе располагается цилиндр из металла с высокой электропроводностью и коррозионностойкостью, к которому изнутри радиально в одной плоскости присоединены, например пайкой, металлические лепестки в виде конусов с заостренными краями или иглами, для концентрации на них электрических зарядов, к которым подсоединен минусовой электрод источника постоянного тока высокого напряжения величиной от 4 до 6 кВ, причем количество плоскостей с лепестками зависит от объема подаваемого кислорода и может составлять, например, 10 плоскостей, или больше или меньше.

Известно [3], что на острых поверхностях предметов, таких, например, как игла или кромка, напоминающая лезвие ножа, концентрируются электрические заряды, в данном случае - отрицательные заряды, т.е. электроны. По мере накопления эти заряды стекают с этих поверхностей в окружающее их пространство. Так как электроны будут находиться на пути протекания кислорода, то они будут присоединяться к атомам последнего, образуя отрицательные ионы. Или же атомы кислорода будут касаться лепестков, на которых сконцентрированы электроны, и присоединять их к себе, что будет обеспечивать образование отрицательных ионов. В таком виде они поступят к пусковым воспламенителям. А так как на их образование уже не надо тратить энергию, которой при воспламенении и так мало, то вероятность воспламенения увеличивается.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, являются:

1. Использование ионизации молекулярного кислорода в качестве его подготовки перед воспламенением.

2. Использование постоянного электрического напряжения отрицательного знака для обеспечения накопления и стекания в окружающее пространство электронов.

3. Использование образовавшихся и сконцентрированных на острых поверхностях электронов для получения отрицательных ионов кислорода.

Существенными отличительными признаками по устройству являются:

- наличие лепестков в виде конусов с заостренными кромками или иглами для концентрации электрических зарядов;

- наличие нескольких плоскостей с лепестками;

- наличие ионизатора в трубопроводе подачи кислорода к пусковым воспламенителям;

- связи между элементами.

Использование новых признаков обеспечивает достижение технического результата изобретения, а именно: повышение вероятности запуска турбореактивного двигателя на летательном аппарате в воздухе и, тем самым, повышение безопасности полетов.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг.1 представлено предлагаемое устройство, где на виде «а» приведен схематично его состав и взаимодействие составляющих элементов. В его состав входят: камера сгорания 3 турбореактивного двигателя летательного аппарата, в которой располагаются топливные форсунки 1 и пусковые воспламенители 2 при запуске в воздухе, ионизатор отрицательных ионов кислорода 10, электроклапан 6 для включения подачи чистого кислорода от кислородного баллона к ионизатору и далее - к пусковому воспламенителю, бортовой кислородный баллон 7, реле 9 для соединения минусовой клеммы источника электрической энергии постоянного высокого напряжения с ионизатором, источника 8 электрической энергии высокого напряжения постоянного тока, источника электрической энергии 4 для питания электроклапана и реле, кнопка соединения источника электрической энергии 4 с электроклапаном и реле. На виде «б» представлен поперечный разрез ионизатора 10, который помещается в трубопровод 11 подачи чистого кислорода к пусковым воспламенителям 2. Ионизатор включает в себя корпус 12, выполненный из диэлектрического материалаув виде трубки с открытыми торцами. Внутрь корпуса помещен цилиндр 14, изготовленный из металла с высокой электропроводностью и коррозионностойкостью. Внутри цилиндра 14 расположены лепестки 15 в виде конусов с заостренными краями или в виде игл. Поперечное сечение лепестка с заостренными краями показано на виде «в». Такой вид лепестков более выгоден, т.к. электрические заряды будут концентрироваться и стекать как с боковой острой кромки, так и с кончика лепестка. На лепестке в виде иглы заряды будут концентрироваться только на кончике. Лепестки соединены с цилиндром неразъемным соединением, например пайкой. Лепестки 15 в цилиндре формируют плоскости. В зависимости от объема подаваемого к пусковым воспламенителям кислорода, этих плоскостей может быть как одна, так и несколько: чем больше объем, тем больше плоскостей, чтобы образовать достаточное количество отрицательных ионов кислорода. И чем больше будет образовано этих ионов, тем надежнее произойдет запуск двигателя в воздухе.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Исходное состояние: турбореактивный двигатель на летательном аппарате выключился, и его требуется запустить в воздухе. Запуск двигателя в воздухе или его незапуск будут определять степень безопасности дальнейшего полета летательного аппарата. Если, например, на самолете один двигатель, и он выключился, то посадка с выключенным двигателем не разрешается, т.к. может погибнуть пилот. Поэтому, если двигатель запустится в воздухе, то можно продолжать полет, если же нет, то самолет придется бросать и летчику катапультироваться, что тоже не всегда безопасно для него. Лучший вариант во всех отношениях - это чтобы двигатель запустился в воздухе. Если два двигателя на летательном аппарате, то выключение одного из них снижает тягу в два раза, что не безопасно.

Поэтому и делаются попытки запустить двигатель в воздухе после его выключения. И чем надежнее будет осуществляться этот запуск, тем будет безопаснее полет.

Кнопка 5 в исходном положении рассоединяет цепь электрического питания электроклапана 6 и реле 9, которое, в свою очередь, рассоединяет электроцепь высокого напряжения от источника 8 к ионизатору 10.

При попытке запуска, кроме других управляющих воздействий, экипаж нажимает на кнопку 5, что обеспечивает соединение источника питания 4 с обмотками электроклапана 6 и реле 9. При этом электроклапан 6 открывает канал для протекания чистого кислорода из баллона 7 к ионизатору и далее - к пусковым воспламенителям 2. Одновременно срабатывает реле 9 и замыкает электрическую цепь минусовой клеммы источника высокого напряжения, и происходит соединение лепестков 15 ионизатора с «минусом» источника высокого напряжения 8. Величина напряжения выставляется заранее, и должна находиться в пределах от 4 до 6 кВ. После срабатывания электроклапана 6 кислород, по трубопроводу 11, начинает поступать к ионизатору 10. Так как на лепестках имеется высокое напряжение отрицательного знака, после срабатывания реле 9, то на них будут накапливаться (на острых кромках) и стекать электроны в окружающее их пространство и соединяться с атомами кислорода, образуя отрицательные ионы, которые поступают далее к пусковым воспламенителям, улучшая состояние топливной смеси перед воспламенением, чем обеспечивается большая вероятность этого воспламенения. Если в цилиндре 14 располагается несколько плоскостей лепестков 15, то на каждой плоскости будут генерироваться электроны, увеличивая их общее количество в ионизаторе и, тем самым, увеличивая общее количество образующихся отрицательных ионов кислорода. Количество плоскостей лепестков определяется объемом подаваемого к пусковым воспламенителям кислорода: чем больше этот объем, тем больше количество плоскостей лепестков. После запуска двигателя кнопкой 5 разрывается электрическая цепь питания электроклапана 6 и реле 9, которые перекрывают подачу кислорода из баллона 7 и разрывают электрическую цепь минусовой клеммы от источника 8 к ионизатору 10. Баллон(ы) 7 находятся на борту летательного аппарата. Если это - боевые самолеты, например, то на них имеются такие баллоны, которые предназначены для обеспечения жизнедеятельности экипажа при полетах на больших высотах. И кислород этих баллонов можно (и нужно) использовать для повышения надежности запуска выключившегося двигателя в воздухе. Если кислородной системы жизнеобеспечения экипажа (и пассажиров) на летательном аппарате нет, то тогда баллоны с кислородом необходимо устанавливать на борту летательного аппарата только для целей улучшения запуска выключившегося двигателя.

Предлагаемый способ запуска турбореактивных двигателей может значительно увеличить надежность запуска выключившегося двигателя в полете, что резко увеличит безопасность полета летательных аппаратов.

Источники информации

1. http://www.aviation.ru:10055/Leonid.Mehanikov/MIG-17_Flight_Manual/

Самолет МИГ-17. Инструкция летчику. Раздел VIII, статьи 378-379.

2. Майзель Ю.M., Петров В.Н., Резников M.Е., Старостенко Г.К. Химия и авиационные горючие и смазочные материалы/ Под ред. Ю.M.Майзеля. - M.: ВВИА им. Н.Е.Жуковского, 1988. - С.118, 127, 202.

3. Яворский В.M., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - M.: Наука, 1989. - С.203.

1. Способ увеличения надежности запуска в полете турбореактивного двигателя летательного аппарата, заключающийся в том, что чистый кислород, подаваемый из бортового баллона в камеру сгорания турбореактивного двигателя летательного аппарата, непосредственно перед пусковым воспламенителем переводится из молекулярного состояния в отрицательно-ионное посредством пропускания его через систему конусных иголок ромбовидной или круглой формы в поперечном сечении, на которые подается минусовой потенциал высокого напряжения от 4 до 6 кВ от источника постоянного тока, и с которых стекают электроны в окружающее их пространство и присоединяются к атомам кислорода или же это происходит при касании атомами кислорода иголок, что обеспечивает образование отрицательных ионов.

2. Устройство для увеличения надежности запуска в полете турбореактивного двигателя летательного аппарата, реализующее способ по п.1, отличающееся тем, что включает корпус из диэлектрического материала с открытыми торцами, который помещается внутрь трубопровода, обеспечивающего подачу кислорода, а в корпусе располагается цилиндр из металла с высокой электропроводностью и коррозионной стойкостью, к которому изнутри радиально по меньшей мере в одной плоскости присоединены, например пайкой, металлические лепестки в виде конусов с заостренными краями или иглами, для концентрации на них электрических зарядов, к которым подсоединен минусовой электрод источника постоянного тока высокого напряжения величиной от 4 до 6 кВ, причем количество плоскостей с лепестками зависит от объема подаваемого кислорода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для запуска газотурбинных двигателей летательных аппаратов. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам обработки топлива в двигателях внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к способам подготовки углеводородных и смесевых альтернативных топлив к применению и может использоваться в нефтеперерабатывающей, автомобильной промышленности и различных областях техники.

Изобретение относится к способам и системам топливоподготовки, а именно к способам подготовки низкооктанового топлива с улучшенным комплексом эксплуатационных, физико-химических и экологических свойств и применения его в двигателе внутреннего сгорания и может использоваться в нефтеперерабатывающей, автомобильной промышленности и различных областях техники.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к дизельным двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам обработки топлива в двигателях внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению и одновременно к экологическим способам снижения токсичности выхлопных газов и в случае его использования может привести к созданию экологически чистого двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Изобретение относится к машиностроению, конкретнее к двигателям внутреннего сгорания, к способам и устройствам интенсификации сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к активаторам жидкого топлива. .

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложено устройство магнитоакустической обработки жидкого углеводородного топлива, содержащее корпус (1), входной (2) и выходной (3) топливные штуцеры, индуктор (7) переменного электрического тока, а также внутреннюю цилиндрическую камеру (4) из неэлектропроводного материала для прохода топлива, связанную с входным и выходным штуцерами. Внутри камеры коаксиально с ней установлена тонкостенная металлическая трубка (8), а на расстояниях от концов металлической трубки располагаются постоянные магниты (9 и 10), выполненные в виде дисков и обращенные друг к другу разноименными полюсами. Технический результат заключается в снижении удельного расхода топлива и увеличении мощности двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложено устройство для активации текучей среды, содержащее узел (10) корпуса, содержащий первое тело (11), имеющее пустотелую цилиндрическую конструкцию и имеющее приемное пространство для образования проточного канала для пропускания текучей среды; второе тело (19), расположенное так, чтобы покрывать наружную поверхность первого тела и которое образует разделяющее пространство, отнесенное от части наружной поверхности первого тела на заранее определенное расстояние для образования зазора; первую крышку (15a) и вторую крышку (15b); узел генерирования магнитной силы (20), расположенный в приемном пространстве узла корпуса (10) для воздействия магнитной силой на текучую среду; поддерживающую пластину (50), расположенную в приемном пространстве для поддержки узла генерирования магнитной силы; узел приема магнитной силы (40), расположенный между первым телом и вторым телом и намагничиваемый узлом генерирования магнитной силы (20) для воздействия на текучую среду; узел блокирования теплоты (30), расположенный между узлом генерирования магнитной силы и вторым телом для блокирования теплоты, переносимой извне узла корпуса в приемное пространство. Технический результат заключается в снижении расход топлива, уменьшении выбросов загрязняющих веществ, увеличении срока службы и повышении кпд двигателя. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к фильтрам магнитной очистки и обработки автомобильного и авиационного топлива. Предложенный фильтр содержит полый цилиндрической формы корпус (1), на наружном торце которого имеется штуцер (17) с внутренним входным каналом, разделитель (3) в виде цилиндрической пространственной решетки, имеющий поперечные пазы с расположенными в них постоянными магнитами (4) С-образной формы, крышку (2) цилиндрической формы, на внешнем торце которой расположен штуцер (18) с внутренним выходным каналом, на внутреннем ее торце расположен полый цилиндрической формы стержень (5), а во внутренней цилиндрической расточке стержня расположены постоянные магниты (6) цилиндрической формы. Кроме того, предложен способ сборки фильтра. Технический результат заключается в повышении теплотворной способности топлива и повышении полноты и скорости сгорания. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл.

Изобретение относится к жидкостным распылительным устройствам эжекционного типа и может быть использовано при подготовке топлива к сжиганию. Техническая задача, решаемая данным изобретением - упрощение конструкции устройства для кавитации топлива, повышение КПД и экономичности двигателя, снижение вредных примесей за счет интенсификации процесса кавитации, а также упрощение монтажа топливной системы двигателя внутреннего сгорания, например, автомобиля. Предлагаемое устройство подготовки топлива для двигателей внутреннего сгорания включает топливный насос, подводящие трубки и камеру сгорания топлива, причем перед подачей топлива в камеру сгорания устанавливается электрический кавитатор, в котором топливо проходит через искровой разряд. 2 ил.

Изобретение относится к авиастроению, в частности к способам распыла различных видов жидкого углеводородного топлива и подготовки топливно-воздушной смеси перед ее сжиганием, и может найти применение в системах питания турбореактивных, газотурбинных двигателей, двигателей внутреннего сгорания, в двигателях Стирлинга, а также в иных энергетических установках, например в горелках котельных и электростанций. По данному способу повышения эффективности распыла топлива создают в потоке топлива в форсунке непосредственно перед его закруткой однородное электрическое поле и резко неоднородное электрическое поле на выходе из сопла закрученной топливной пленки и в закрученном потоке воздуха. При этом однородное и резко неоднородное электрическое поле создают одновременно, а в резко неоднородном электрическом поле создают в закрученных топливной пленке и потоке воздуха униполярный электрический заряд одного знака. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.
Наверх