Реактивный двигатель с непрерывным и прерывающимся импульсом

Изобретение относится к двигателестроению. Реактивный двигатель (1) с непрерывной и прерывистой пульсацией, включающий диффузор воздухозаборника (2) с цилиндрической формой внешней части, камеру сгорания (3), несколько средств впрыска топлива (19) и выхлопной патрубок (4) - оба той же внешней формы, что и диффузор, а также включает камеру для вращающегося диска (5), позволяющую воздуху непрерывно или прерывисто проходить через диффузор (2) в камеру сгорания (3), альтернативный вариант двигателя с альтернативным валом (13), соединенным с ведущим валом (9) двигателя (1) посредством первого кулачка (14), несколько средств для остановки ведущего вала (9), а также воздушную камеру под давлением (16), соединяющуюся с этим валом, средства впрыска топлива (19), в которой пригодны для активации впрыска синхронно с прохождением воздуха из диффузора (2) в камеру сгорания (3). 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к области техники тепловых машин с внутренним двигателем сгорания, используемым в авиационной отрасли, таким как газовые турбины, прямоточные воздушно-реактивные двигатели, турбореактивные двигатели, пульсирующие воздушно-реактивные двигатели и прочие реактивные двигатели.

Уровень техники изобретения

В настоящее время существуют разные типы реактивных двигателей для приведения воздушного судна в движение. Как пульсирующие, так и прямоточные воздушно-реактивные двигатели весьма дешевы и легки в построении, но оба из них обладают недостатками, поскольку, с одной стороны, в пульсирующих воздушно-реактивных двигателях легко ломаются клапаны, а прямоточные воздушно-реактивные двигатели могут работать только по достижении воздушным судном минимальной скорости.

О существовании реактивного двигателя или любого иного изобретения со схожим способом применения на предыдущем уровне техники, в котором бы предлагалось использование прямоточного воздушно-реактивного двигателя, который бы мог работать на воздушных судах, движущихся с малыми скоростями, или даже при их остановке, приводя воздушное судно в движение, с превышением упомянутой минимальной скорости без использования тяжелого или крупногабаритного механизма, турбореактивных двигателей или пусковых устройств, неизвестно, по крайней мере, заявителю.

Описание изобретения

Реактивный двигатель с непрерывной и прерывистой пульсацией, описываемый в настоящем документе, включает диффузор воздухозаборника с цилиндрической формой внешней части, камеру сгорания со свечой зажигания, несколько средств впрыска топлива и выхлопной патрубок - оба той же внешней формы, что и форма внешней части диффузора.

Также он включает камеру для вращающегося диска, расположенную между диффузором и камерой сгорания, которая позволяет воздуху непрерывно или прерывисто проходить через диффузор в камеру сгорания.

Также настоящий двигатель включает альтернативный вариант двигателя с альтернативным валом, соединенным с ведущим валом посредством первого кулачка, первого скользящего кривошипа и первой поперечины, несколько средств для остановки ведущего вала, а также воздушную камеру под давлением с компрессором, соединяющимся с этим валом посредством второго скользящего кривошипа и второй поперечины.

Средства впрыска топлива соединяются с ведущим валом за счет нескольких устройств прерывистой активации средств впрыска топлива, пригодных для активации впрыска синхронно с прохождением воздуха из диффузора в камеру сгорания.

Согласно предпочтительному варианту осуществления прерывистая камера для диска оснащена первой и второй плоскими крышками, закрепленными параллельно поперечному сечению диффузора и камеры сгорания, и обладающими габаритными размерами, превышающими их, а также она оснащена первой и второй зубчатыми шестернями, установленными между этими крышками.

Первая шестерня соосно соединяется с ведущим валом двигателя, а вторая шестерня и обе крышки расположены соосно с диффузором, причем вторичный вал параллелен ведущему.

В предпочтительном варианте осуществления степень редукции второй шестерни составляет 3:1 с первой шестерней, и поверхности как второй шестерни, так и обеих крышек камеры для вращающегося диска оснащены тремя отверстиями с тремя закрытыми зонами, радиально скомпонованными попеременно на одинаковом расстоянии так, чтобы обеспечивалось прохождение воздуха из диффузора в камеру сгорания, когда отверстия второй шестерни совпадают с отверстиями на крышках, и блокировалось, когда они не совпадают.

Согласно предпочтительному варианту осуществления приводные средства включают второй кулачок и приводной ремень.

В другом предпочтительном варианте осуществления приводные средства включают электромагнитный клапан.

Согласно предпочтительному варианту осуществления средства остановки ведущего вала включают гидравлический тормоз, соединенный с тормозным диском, воздействующим на ведущий вал.

Согласно предпочтительному варианту осуществления компрессор воздушной камеры под давлением включает внутренний поршень, перпендикулярно соединенный в центре со вторым скользящим кривошипом.

В предпочтительном варианте осуществления двигатель включает несколько электронных средств для управления активацией и деактивацией прерывистого режима пульсации, поршня компрессора воздушной камеры под давлением (16), средствами остановки и подачей искры на свече зажигания.

Двигатель, предлагаемый в настоящем документе, обеспечивает существенные улучшения в сравнении с предыдущим уровнем техники.

Это обеспечивается за счет простого, легкого и эффективного механизма для решения существующей проблемы реактивных двигателей для приведения воздушного судна в движение, который может использоваться для полетов с дозвуковой, сверхзвуковой и гиперзвуковой скоростью, в большом спектре скоростей - от неподвижного состояния до скорости 5 Махов или быстрее.

Таким образом, воздушное судно, оснащенное этим двигателем, сможет летать на гиперзвуковых скоростях без необходимости использования сложных или тяжелых механизмов или же вспомогательных установок для достижения минимальной скорости, а воздушное судно, летающее на дозвуковых скоростях, может быть оснащено более простым, облегченным двигателем с улучшенной тяговооруженностью, чем если бы оно было оснащено турбореактивными двигателями.

Краткое описание чертежей

Для обеспечения лучшего понимания характеристик настоящего изобретения в соответствии с практическим вариантом его осуществления как неотъемлемая часть описания включен комплект чертежей, в которых для наглядности, но не для ограничения, представлены следующие элементы:

Фиг. 1 - вид реактивного двигателя с непрерывной и прерывистой пульсацией по предпочтительному варианту осуществления изобретения в перспективе.

Фиг. 2 - вид камеры для вращающегося диска по предпочтительному варианту осуществления изобретения в разобранном виде.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

На представленных фигурах показан реактивный двигатель (1) с непрерывной и прерывистой пульсацией по предпочтительному варианту осуществления, описываемый в настоящем документе, включающий диффузор воздухозаборника (2) с цилиндрической формой внешней части, камеру сгорания (3) со свечой зажигания, несколько средств впрыска топлива (19) и выхлопной патрубок (4) - оба той же внешней формы, что и форма внешней части диффузора (2).

Как показано на фигуре 1, двигатель (1) также включает камеру для вращающегося диска (5), расположенную между диффузором (2) и камерой сгорания (3). Эта камера для вращающегося диска (5) позволяет воздуху непрерывно или прерывисто проходить через диффузор (2) в камеру сгорания (3). В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, приведенном на фигуре 2, камера для вращающегося диска (5) оснащена первой (6) и второй (6) плоскими крышками, закрепленными параллельно поперечному сечению диффузора (2) и камеры сгорания (3), которые обладают превосходящими их размерами, а также она оснащена первой и второй (7, 8) шестернями, каждая из которых установлена между этими крышками (6).

Как показано на фигуре 2, первая шестерня (7) соосно соединяется с ведущим валом (9) двигателя, а вторая шестерня (8) и обе крышки (6) расположены соосно с диффузором (2), причем вторичный вал (10) параллелен ведущему (9).

В настоящем предпочтительном варианте осуществления степень редукции второй шестерни (8) составляет 3:1 с первой шестерней (7), и поверхности как второй (8) шестерни, так и обеих крышек (6) оснащены тремя отверстиями (11) с тремя закрытыми зонами (12), радиально скомпонованными попеременно на одинаковом расстоянии так, чтобы обеспечивалось прохождение воздуха из диффузора (2) в камеру сгорания (3), когда отверстия (11) второй шестерни (8) совпадают с отверстиями на крышках (6), и блокировалось, когда они не совпадают.

Реактивный двигатель (1) с непрерывной и прерывистой пульсацией также включает альтернативный вариант двигателя (не показан) с альтернативным валом (13), соединенным с ведущим валом (9) посредством первого кулачка (14), первого скользящего кривошипа (15) и первой поперечины (23), несколько средств для остановки ведущего вала, а также воздушную камеру под давлением (16) с компрессором, соединяющимся с этим валом посредством второго скользящего кривошипа (17) и второй поперечины (18).

Также в этом двигателе (1) средства впрыска топлива (19) соединяются с ведущим валом (9) за счет нескольких устройств прерывистой активации средств впрыска топлива, пригодных для активации впрыска синхронно с прохождением воздуха из диффузора (2) в камеру сгорания (3). В настоящем предпочтительном варианте осуществления изобретения устройства активации включают второй кулачок (20) и приводной ремень (21).

Это обеспечивает вращение альтернативным вариантом двигателя альтернативного вала (13), который вращает альтернативный ведущий вал (9) двигателя (1) посредством соединения, обеспечиваемого первым кулачком (14), первым скользящим кривошипом (15) и первой поперечиной (23) при движении воздушного судна на малой скорости ниже функциональной скорости прямоточного воздушно-реактивного двигателя, составляющей порядка 320 км/ч. Благодаря соединению посредством первого кулачка (14) и его радиальному люфту альтернативный вариант двигателя обеспечивает вращение альтернативного вала (13) с постоянной угловой скоростью, в то время как ведущий вал (9) вращается с неравномерной угловой скоростью.

Вращение ведущего вала (9) заставляет проворачиваться первую шестерню (7) камеры для вращающегося диска (5), а первая шестерня (7) заставляет проворачиваться вторую шестерню (8).

Таким образом, при вращении ведущего вала (9) обеспечивается вращение второго кулачка (20) для приведения в движение средств впрыска топлива (19). Второй кулачок (20) проворачивается за счет соединения с ведущим валом (9) посредством приводного ремня (21) так, что и второй кулачок (20), и первая шестерня (7) вращаются вместе с ведущим валом (9).

Вследствие степени редукции 3:1 между первой и второй шестернями (7, 8) каждый оборот ведущего вала (9) приводит к одному обороту первой шестерни (7) и к одной трети оборота второй шестерни (8). Также при полном обороте второй шестерни (8) выполняются три оборота первой шестерни (7) и три оборота второго кулачка (20) устройств активации наряду с тремя соответствующими впрысками топлива.

Таким образом, благодаря геометрической форме камеры для вращающегося диска (5) и второго кулачка (20) для активации средств впрыска топлива (19) при повороте второй шестерни (8) три закрытых зоны (12) второй шестерни (8) совпадают с отверстиями (11) на обеих крышках (6). В этот момент средства впрыска топлива (19) активируются за счет радиального люфта второго кулачка (20), а топливовоздушные смеси зажигаются от искры, вырабатываемой свечой зажигания.

Это приводит к сгоранию топливовоздушной смеси и увеличивает температуру до 2 300°С, а давление воздуха - приблизительно до 50 бар с нагнетанием воздуха через патрубок (4) на высокой скорости и приведением воздушного судна в движение посредством прерывистой пульсации.

При изменении вращения ведущего вала (9) достигается переход в положение, в котором отверстия (11) второй шестерни (8) совпадают с отверстиями в обеих крышках (6) камеры для вращающегося диска (5). Также вращается второй кулачок (20), и в этом случае он более не активирует средства впрыска топлива (19). Таким образом, в положении, в котором отверстия (11) совпадают, топливо не впрыскивается, а воздух из диффузора (2) циркулирует по камере для вращающегося диска (5) в сторону камеры сгорания (3) и патрубка (4) вследствие образования вакуума при нагнетании воздуха на высокой скорости камерой сгорания (3) в направлении, обратном камере для вращающегося диска (5).

Как только воздушное судно превышает минимальную скорость, которая по настоящему предпочтительному варианту осуществления составляет 320 км/ч, альтернативный вариант двигателя выключается, и активируются средства для остановки ведущего вала. В настоящем предпочтительном варианте осуществления изобретения средства для остановки включают гидравлический тормоз, соединенный с тормозным диском (22), воздействующим на ведущий вал (9) и приводящий к остановке его вращения и установлению его под неопределенным углом.

После этого деактивируется гидравлический тормоз, а воздух под давлением запускается в воздушную камеру под давлением (16).

В настоящем предпочтительном варианте осуществления компрессор воздушной камеры под давлением (16) включает внутренний поршень, перпендикулярно соединенный в центре со вторым скользящим кривошипом (17). При впуске воздуха под давлением поршень опускается, приводя в движение второй скользящий кривошип (17) и вторую поперечину (18) так, что ведущий вал (9) фиксируется под углом, при котором отверстия (11) второй шестерни (8) и две крышки (6) становятся в одну линию. В этот момент активируются средства впрыска топлива (19), а топливовоздушные смеси зажигаются от искры, вырабатываемой свечой зажигания.

Таким образом, в этот момент топливо может впрыскиваться непрерывно, и двигатель (1) будет также непрерывно работать. При этом горячий воздух не нагнетается через диффузор (2), потому что воздушное судно превысило минимальную рассматриваемую скорость, равную 320 км/ч.

С другой стороны, когда воздушное судно передвигается быстрее минимальной скорости, равной 320 км/ч, без превышения максимальной скорости для работы в непрерывном режиме, равной 640 км/ч, двигатель (1), работающий в прямоточном воздушно-реактивном режиме, может вернуться к работе в прерывистом режиме.

Для этого давление в воздушной камере под давлением (16) снижается, активация средств впрыска топлива (19) прекращается, и запускается альтернативный вариант двигателя, чтобы двигатель работал в прерывистом режиме.

В настоящем предпочтительном варианте осуществления двигатель (1) включает несколько электронных средств для управления активацией и деактивацией прерывистого режима пульсации, поршня компрессора воздушной камеры под давлением (16), средствами остановки и подачей искры на свече зажигания.

Описываемый вариант осуществления включает всего один пример настоящего изобретения; следовательно, конкретные подробные сведения, термины и словосочетания, используемые в настоящем описании, не должны рассматриваться как ограничивающие, но более в качестве представительской базы, дающей понятное описание, а также достаточную информацию для применения настоящего изобретения специалистом в настоящей области техники.

Реактивный двигатель с непрерывной и прерывистой пульсацией, описываемый в настоящем документе, обеспечивает существенные улучшения в сравнении с предыдущим уровнем техники.

Предлагается простой и эффективный двигатель, позволяющий воздушным судам, оборудованным им, летать на гиперзвуковых скоростях без необходимости установки сложных или тяжелых механизмов или вспомогательных установок для достижения минимальной скорости. В дополнение к этому воздушное судно, летающее на дозвуковых скоростях, может быть оснащено более простым, облегченным двигателем с улучшенной тяговооруженностью по сравнению с турбореактивными двигателями.

Таким образом, это обеспечивает возможность двойного функционирования двигателя - как прямоточного воздушно-реактивного двигателя при превышении воздушным судном минимальной скорости для пульсирующих двигателей до гиперзвуковых скоростей и как реактивного двигателя с прерывистой пульсацией при скорости ниже минимальной.

1. Реактивный двигатель (1) с непрерывной и прерывистой пульсацией, отличающийся тем, что он включает

диффузор воздухозаборника (2) с цилиндрической формой внешней части; камеру сгорания (3) со свечой зажигания и несколькими средствами впрыска топлива (19) и выхлопной патрубок (4), оба той же внешней формы, что и форма внешней части диффузора (2);

камеру для вращающегося диска (5), расположенную между диффузором (2) и камерой сгорания (3), которая позволяет воздуху непрерывно или прерывисто проходить через диффузор (2) в камеру сгорания (3);

альтернативный вал (13), соединенный с ведущим валом (9) двигателя (1) посредством первого кулачка (14), первого скользящего кривошипа (15) и первой поперечины (23),

несколько средств для остановки ведущего вала (9); и

воздушную камеру под давлением (16) с компрессором, соединяющимся с этим валом посредством второго скользящего кривошипа (17) и второй поперечины (18); средства впрыска топлива (19) соединяются с ведущим валом (9) за счет нескольких устройств прерывистой активации средств впрыска топлива, пригодных для активации впрыска синхронно с прохождением воздуха из диффузора (2) в камеру сгорания (3).

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что камера для вращающегося диска (5) оснащена первой (6) и второй (6) плоскими крышками, закрепленными параллельно поперечным сечениям диффузора (2) и камеры сгорания (3), которые обладают превосходящими их размерами, а также она оснащена первой и второй шестернями (7, 8), каждая из которых установлена между этими крышками (6), причем первая шестерня (7) соосно соединяется с ведущим валом (9) двигателя (1), а вторая шестерня (8) и обе крышки (6) расположены соосно с диффузором (2), и при этом вторичный вал (10) параллелен ведущему (9).

3. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что степень редукции второй шестерни (8) составляет 3:1 с первой шестерней (7), и поверхности как второй (8) шестерни, так и обеих крышек (6) камеры для вращающегося диска (5) оснащены тремя отверстиями (11) с тремя закрытыми зонами (12), радиально скомпонованными попеременно на одинаковом расстоянии так, чтобы обеспечивалось прохождение воздуха из диффузора (2) в камеру сгорания (3), когда отверстия (11) второй шестерни (8) совпадают с крышками (6), и блокировалось, когда они не совпадают.

4. Двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что устройства активации включают второй кулачок (20) и приводной ремень (21).

5. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что устройства активации состоят из электромагнитного клапана.

6. Двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что средства остановки ведущего вала (9) включают гидравлический тормоз, соединенный с тормозным диском (22), воздействующим на ведущий вал (9).

7. Двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что компрессор воздушной камеры под давлением (16) включает внутренний поршень, перпендикулярно соединенный в центре со вторым скользящим кривошипом (17).

8. Двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что включает несколько электронных средств для управления активацией и деактивацией прерывистого режима пульсации, поршня компрессора воздушной камеры под давлением (16).