РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК F02K7/18 

Изобретение может найти применение в качестве двигательной установки летательных аппаратов (ЛА) и аэрокосмических систем.

Известен ракетный двигатель. Недостатки его значительное аэродинамическое сопротивление и невозможность создания дополнительной тяги за счет всасывания и ускорения окружающей среды.

Известен пульсирующий воздушно-реактивный двигатель. Недостатки его наличие подвижных элементов, пульсирующий характер и невысокий уровень тяги.

Известен прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Недостаток его необходимость применения дополнительных разгонных устройств.

Известны нагнетатель горячих газов и стартовый ускоритель, содержащие камеру сгорания, центральную проточную часть с заборным соплом и открытым выходным концом, завихритель. Их недостаток ограниченная область применения (в качестве стартового ускорителя) вследствие низкого уровня технико-экономических показателей.

Техническая задача, решаемая изобретением, расширение области применения и повышение технико-экономических показателей.

Технический результат достигается тем, что реактивный двигатель, содержащий камеру сгорания, центральную проточную часть с заборным соплом и открытым выходным концом и завихритель, согласно изобретению снабжен дополнительной кольцевой камерой, охватывающей проточную часть и сообщающей камеру сгорания с проточной частью посредством кольцевого канала. Дополнительная кольцевая камера соединена тангенциальным каналом с камерой сгорания, имеющей каналы для подвода окислителя и горючего. Двигатель снабжен сопловым направляющим аппаратом и зарядом твердого топлива, при этом сопловой направляющий аппарат установлен в кольцевом канале, а заряд твердого топлива размещен в дополнительной кольцевой камере. Проточная часть выполнена в виде отдельных профилированных каналов заборного и выходного соосно установленных сопл. Двигатель снабжен дополнительными топливными форсунками, установленными в заборном сопле. По крайней мере одно из сопл, образующих проточную часть, установлено с возможностью вращения вокруг продольной оси двигателя. Двигатель снабжен лопаточным завихрителем, а на внешней поверхности заборного сопла выполнен фланец, отделяющий камеру сгорания от выходного сопла, при этом на фланце установлен лопаточный завихритель. Дополнительная кольцевая камера соединена с несколькими камерами сгорания. Кроме того, двигатель снабжен сопловым направляющим аппаратом, при этом сопловой направляющий аппарат установлен в кольцевом канале, а камера сгорания совмещена с дополнительной кольцевой камерой. В результате этого аэродинамическое сопротивление уменьшается, уровень тяги возрастает, обеспечиваются тяга в стартовых условиях и работа двигателя в условиях окружающей среды (газообразной и жидкой), а также в космическом пространстве.

На фиг. 1 схематически изображен реактивный двигатель; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 двигатель с несколькими камерами сгорания; на фиг.4 представлена камера сгорания с тангенциально расположенными топливными форсунками, совмещенная с кольцевой камерой завихрителя; на фиг.5 показан двигатель с дополнительными топливными форсунками в заборном сопле; на фиг.6 двигатель с кольцевой камерой сгорания и завихрителем в виде направляющего соплового блока, установленного на выходе из кольцевой камеры; на фиг.7 двигатель с тороидальной камерой сгорания и завихрителем; на фиг.8 двигатель с каналами подачи горючего и окислителя; на фиг.9 двигатель с камерой сгорания, соединенной тангенциальным соплом с кольцевым каналом; на фиг.10 двигатель с вращающимися элементами проточной части; на фиг.11 двигатель с вращающимися соплами проточной части; на фиг.12 двигатель с дополнительным направляющим аппаратом; на фиг.13 компановка ЛА с двумя двигателями; на фиг.14 разрез Б-Б на фиг.7 (вариант с твердотопливным зарядом).

Двигатель содержит камеру 1 сгорания, заборное сопло 2, реактивное сопло 3 и завихритель продуктов сгорания, который состоит из тангенциального профилированного канала 4 и кольцевой камеры 5. Завихритель посредством кольцевого канала 6 сообщен с выходным реактивным соплом 3. Заборное сопло 2, реактивное сопло 3, кольцевая камера 5, кольцевой канал 6 соосны друг другу и образуют совместно с тангенциальным каналом 4 проточную часть двигателя. Камера 5 выполнена диаметром D, а канал 6 диаметров d. Камера 5 предназначена для ускорения продуктов сгорания, а канал 6 для преобразования части окружной и радиальной составляющих скорости плоского вихря в осевую составляющую объемного вихря. Заборное сопло 2 обеспечивает всасывание окружающей среды, а выходное реактивное сопло 3 тепломасcообмен между продуктами сгорания и засасываемой окружающей средой, ускорение смеси сред и создание тяги. Соосное расположение кольцевой камеры 5 и сопл 2,3 обуславливает создание тяги при неподвижном ЛА и возможность снижения аэродинамического сопротивления за счет отсоса пограничного слоя окружающей среды с поверхности ЛА посредством заборных устройств, соединенных с проточной частью двигателя.

Работает двигатель следующим образом.

Продукты сгорания камеры 1 ускоряются в канале 4 и истекают в камеру 5, закручиваясь и образуя плоский вихрь в камере 5. Вихрь ускоряется (увеличивает окружную составляющую скорости) по мере движения от периферии к центру камеры 5, к стоку в кольцевой канал 6. Канал 6 преобразует плоский вихрь камеры 5 в объемный (винтовой) вихрь сопла 3, транспортируя часть окружной и радиальной составляющих скорости в осевую составляющую. Вихрь сопла 3 создает градиент плотности и давления среды в радиальном направлении, обуславливая максимальную величину разрежения в своей приосевой зоне. Это разрежение засасывает окружающую среду через заборное сопло 2, которая затем ускоряется в процессе тепломассообмена с винтовым вихрем продуктов сгорания в сопле 3. Смесь сред, истекая из сопла 3 в окружающее пространство, образует тягу.

Возможно, когда двигатель имеет несколько камер 1 сгорания, каждая из которых каналом 4 соединена с камерой 5. Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что величина тяги регулируется включением того или иного количества камер сгорания.

Возможно, когда тангенциально к камере 5 выполнены глухие отверстия 7 с расположенными в них топливными форсунками 8. Работает исполнение аналогично описанному.

Возможно, когда камера сгорания выполнена в виде кольцевой камеры 9, соосной соплу 3 и соединенной с ним посредством направляющего аппарата 10, формирующего винтовой вихрь в сопле 3 и ускоряющего продукты сгорания. По этой причине габариты двигателя уменьшаются. Работает исполнение аналогично описанному.

Возможно, когда в заборном сопле 2 расположены дополнительные топливные форсунки 11, размещенные равномерно по периферии поперечного сечения сопла 2. Вследствие этого обеспечивается несколько режимов работы двигателя работа только камер 1 сгорания, работа лишь дополнительных форсунок 11 после достижения ЛА определенной скорости, совместная работа камер сгорания и дополнительных форсунок 11. Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что при работе одних лишь форсунок 11 вихрь в сопле 3 не создается.

Возможно, когда камера 1 сгорания тангенциальным каналом 12 соединена с кольцевым профилированным каналом 13, сопряженным c соплом 3. Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что продукты сгорания, истекающие из канала 12, создают в канале 13 винтовой вихрь.

Возможно, когда проточная часть 14 двигателя, состоящая из сопла 15, выходного сопла 16 и кольцевой камеры 17, установлена в корпусе 18 двигателя с возможностью вращения в подшипниковом узле 19. Продукты сгорания подаются по профилированному каналу 20, тангенциальному к боковой поверхности цилиндрической полости 21, в которой с зазором 22 размещена камера 17. Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что продукты сгорания, истекающие из канала 20, взаимодействуют с поверхностью проточной части 14, приводя ее во вращение. Это обуславливает снижение потерь на трение, закручивание потока засасываемой окружающей среды и повышение уровня разрежения в приосевой зоне вихря.

Возможно, когда камера 23 сгорания и сопловой направляющий аппарат 24 жестко закреплены на корпусе 18, а заборное сопло 15 и выходное сопло 16 установлены с возможностью вращения в подшипниковых узлах 19. Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что вращаются лишь сопла 15 и 16.

Возможно, когда в корпусе 18 жестко закреплен дополнительный направляющий аппарат 25, установленный на выходе из реактивного сопла 16. Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что аппарат 25 преобразует винтовой вихрь сопла 16 в осесимметричный поток смеси сред, истекающий из двигателя и повышающий уровень тяги.

Возможно, когда камера 26 сгорания выполнена тороидальной с сопловым направляющим аппаратом 27, расположенным на выходе из камеры 26. В качестве генератора продуктов сгорания применен твердотопливный заряд 28, расположенный в камере 26. Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что заряд 28 сгорает в камере 26.

Возможно, когда жидкое горючее находится в баке 29, а окислитель в баке 30. Подача горючего и окислителя в камеру 26 сгорания осуществляется по соответствующим каналам в рубашке, что обеспечивает испарение горючего, подаваемого в камеру 26. Сопловой направляющий аппарат 27 закреплен на фланце, которым камера 26 сгорания отделена от реактивного сопла 3. Работает исполнение аналогично описанному.

Реактивный двигатель, обладая свойствами ракетного и прямоточного воздушно-реактивного двигателя, обуславливает адаптивный режим работы, обеспечивая старт и разгон ЛА в окружающей среде (газообразной или жидкой), полет в атмосфере и в космическом пространстве.

Использование: в ракетно-космической технике. Сущность изобретения: реактивный двигатель содержит камеру 1 сгорания, заборное сопло 2, реактивное сопло 3 и завихритель продуктов сгорания, состоящий из тангенциально профилированного канала 4 и кольцевой камеры 5. Завихритель посредством канала 6 сообщен с выходным реактивным соплом 3. 9 з. п. ф-лы, 14 ил.

1. РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий камеру сгорания, центральную проточную часть с заборным соплом и открытым выходным концом и завихритель, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной кольцевой камерой, охватывающей проточную часть и сообщающей камеру сгорания с проточной частью посредством кольцевого канала. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительная кольцевая камера соединена тангенциальным каналом с камерой сгорания, имеющей каналы для подвода окислителя и горючего. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен сопловым направляющим аппаратом и зарядом твердого топлива, при этом сопловой направляющий аппарат установлен в кольцевом канале, а заряд твердого топлива размещен в дополнительной кольцевой камере. 4. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что проточная часть выполнена в виде отдельных профилированных каналов заборного и выходного соосно установленных сопл. 5. Двигатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными топливными форсунками, установленными в заборном сопле. 6. Двигатель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что по крайней мере одно из сопл, образующих проточную часть, установлено с возможностью вращения вокруг продольной оси двигателя. 7. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что он снабжен лопаточным завихрителем, а на внешней поверхности заборного сопла выполнен фланец, отделяющий камеру сгорания от выходного сопла, при этом на фланце установлен лопаточный завихритель. 8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительная кольцевая камера соединена с несколькими камерами сгорания. 9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен сопловым направляющим аппаратом, при этом сопловой направляющий аппарат установлен в кольцевом канале, а камера сгорания совмещена с дополнительной кольцевой камерой. 10. Двигатель по пп.1 и 6, отличающийся тем, что дополнительная кольцевая камера и кольцевой канал, соединяющий ее с проточной частью, установлены с возможностью вращения вокруг продольной оси двигателя.