РЕАКТИВНАЯ МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F02K1/00 

Изобретение относится к реактивным двигательным установкам, а именно к реактивным двигателям, отличающимся по форме или расположению реактивных сопел или сопловых насадок и может применяться в хозяйственной деятельности, когда необходимо быстрое увеличение скорости движения установки, например, в скоростных подъемных устройствах.

Известен реактивный двигатель содержащий камеру сгорания, конечная часть которой образует реактивное сопло и находящееся внутри рабочее тело и создающий необходимую для движения силу тяги путем преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела, в результате истечения которого из сопла двигателя образуется реактивная сила в виде реакции /отдачи/ струи, перемещая в пространстве двигатель и конструктивно связанный с ним аппарат в сторону, противоположную истечению струи [1]
Недостатком реактивного двигателя является то, что он сравнительно медленно увеличивает скорость движения и его силу тяги, по мнению автора, можно еще увеличить.

Известны составные (многоступенчатые) ракеты, включающие несколько ракетных ступеней с реактивными двигателями (отделение частей собственной ракеты) соединенных последовательно, и обеспечивающих благодаря работе своих двигателей разгон ракеты на определенном участке траектории. После израсходования топлива и окончания работы двигателей ракетная ступень отделяется от собственной ракеты [2]
Недостатком составной (многоступенчатой) ракеты является также, сравнительно, медленное увеличение скорости и силы тяги вследствие того, что следующая ракетная ступень начинает действовать только после отделения предыдущей ступени.

Известен унитарный патрон, содержащий соединенные посредством гильзы в одно целое пуля (снаряд), пороховой заряд, капсюль, который служит для стрельбы из стрелкового оружия [3]
Недостатком ударного патрона является очень резкое увеличение скорости и низкий КПД сгорающего во время выстрела порохового заряда, так как он сообщает пуле ускорение только в стволе, а за его пределами действие пороховых газов на пулю прекращается.

Задача изобретения создание реактивной многоступенчатой двигательной установки, в которой путем изменения конструкции ступеней и способа соединения сопел и ступеней обеспечивается увеличение количества топливного заряда, давление внутри ступени, скорости воспламенения заряда, его горения и момента отделения передних ступеней от уже отработанных задних и за счет этого увеличение силы тяги, ускорения и скорости движения установки.

Это достигается тем, что в реактивной многоступенчатой двигательной установке, состоящей из нескольких закрытых спереди трубчатых втулок-ступеней, которые заполнены твердотопливными зарядами с прогрессивной формой их горения, соединенные между собой вдоль продольных осей и содержит внутри воспламеняющие устройства, а в задних частях осесимметричные реактивные сопла, согласно изобретению у всех ступеней, кроме последней спереди, открыты передние торцы и внутри их выполнено по одной, выгнутой вперед в виде усеченных конуса или половины эллипсоида, поперечной перегородке с отверстием в передней части, причем высота ее не меньше длины реактивного сопла до его сужения в передней от нее ступени, разделяет полость ступени на две части и топливный заряд, с прогрессивной формой его горения, находится только в задней из них, а каждая ступень установлена внутрь задней от нее, уплотнена с ней боковыми стенками и упирается торцом реактивного сопла в наружную часть ее перегородки, которая своей выгнутой частью расположена в этом сопле и касается его боковой поверхностью.

Выполнение ступеней с открытыми передними торцами позволяет каждую следующую ступень, считая от последней сзади, устанавливать внутрь предыдущей ей, а выгнутая вперед в виде усеченных конуса или половины эллипсоида перегородка позволяет увеличить количество топливного заряда в данной ступени и компактно разместить заряды в ступенях, максимально приблизив отверстие с воспламеняющим устройством к заряду в следующей ступени. Нахождение топливного заряда с прогрессивной формой его горения только в задней от перегородки части ступени позволяет в переднюю часть установить следующие ступени, увеличить давление внутри ступени в начальный период горения заряда, так как оно происходит в закрытом пространстве и увеличить силу тяги к концу горения топливного заряда. Боковая поверхность перегородки не касается к внутренней поверхности сопла, чтобы увеличить площадь давления продуктов сгорания и тем самым силу, действующую на эту ступень в момент ее отделения от передних. Упор реактивного сопла в наружную часть перегородки предыдущей ступени позволяет максимально сблизить ступени, а уплотнение их боковыми стенками не позволяет прорываться продуктам сгорания в момент отделения задней ступени и тем самым увеличивает давление внутри передней от нее ступени.

Все это позволяет увеличить силу тяги, ускорение и скорость движения установки.

Каждое воспламеняющее устройство герметично закреплено в отверстии перегородки и, начиная с последней сзади ступени, с задержкой воспламеняет топливный заряд в каждой передней от него в момент развития и перед началом падения максимальной тяги в находящимся сзади воспламеняющего устройства реактивном сопле, что не позволяет во время горения топливных зарядов прорываться их продуктам из одной ступени в другую, максимально приблизить воспламеняющие устройства к передним ступеням и тем самым улучшить их воспламенение и ускорить их, а также наилучшим образом использовать максимальную тягу каждой отделяемой ступени для пуска передних от нее, что также увеличивает силу тяги, ускорение и скорость движения установки.

Кроме того, глубина установки передних ступеней в задние от них увеличивается к передней стороне установки, так как с увеличением скорости движения установки реактивная сила становится мало эффективной, а энергия выстрела, с помощью которого происходит отделение ступеней, еще может увеличивать силу тяги, ускорение и скорость движения установки. Следовательно, в начальной стадии движение установки происходит больше за счет реактивной энергии, а дальше, ближе к передней стороне, больше за счет энергии выстрела.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где показана реактивная многоступенчатая двигательная установка, продольный разрез.

Реактивная многоступенчатая двигательная установка состоит из нескольких закрытых спереди трубчатых втулок-ступеней 1, 2, 3, которые заполнены твердотопливными зарядами 4 с прогрессивной формой их горения, соединены между собой вдоль продольных осей и содержат внутри воспламеняющие устройства 5, а в задних частях осесимметричные реактивные сопла 6. У всех ступеней, кроме последней спереди, например, 3, открыты передние торцы 7 и внутри их выполнено по одной, выгнутой вперед в виде усеченных конуса 8 или половины эллипсоида 9, поперечной перегородке с отверстием 10 в передней части. Перегородка 8 или 9 разделяет ступень на две части, например, 11 и 12 в ступени 2 и топливный заряд с прогрессивной формой его горения 4 находится только в задней из них, то есть в 11. Высота перегородки 8 или 9, измеренная вдоль продольной оси установки, не меньше длины реактивного сопла до его сужения 13 в передней от нее ступени, например, в ступени 2 по отношению к ступени 1. Каждая ступень установлена внутрь задней от нее, например, ступень 2 в ступень 1, ступень 3 в ступень 2, уплотнена с ней боковыми стенками 14 и упирается торцом 15 реактивного сопла 6 в наружную часть 16 перегородки 8 или 9, которая своей выгнутой частью расположена в этом сопле 6 и не касается его боковой поверхностью 17. Каждое воспламеняющее устройство 5 герметично закреплено в отверстии 10 перегородки 8 или 9 и, начиная с последней сзади ступени, например,1, с задержкой воспламеняет топливный заряд 4 в каждой передней от него, например, ступени 2, в момент развития и перед началом падения максимальной тяги и находящемся сзади воспламеняющего устройства 5 реактивном сопле 6, например, ступени 1 и так происходит в каждой следующей ступени. Глубина установки передних ступеней в задние от них, например, ступени 2 в ступень 1 или ступень 3 в ступень 2 увеличивается к передней стороне установки. Следовательно, глубина установки ступени 3 в ступень 2 больше, чем глубина установки ступени 2 в ступень 1.

Реактивная многоступенчатая двигательная установка может содержать 2-5 ступеней и передней стороной соединяется с каким-нибудь устройством и в ее ступени 1 воспламеняется твердотопливный заряд 4, который горит с прогрессивной формой горения, т.е. он сформирован так, что его сила тяги постоянно растет и своего максимума она достигает незадолго до окончания горения. При этом заряд 4 приводит в действие воспламеняющее устройство 5, которое герметично закреплено в отверстии 10 ее перегородки 8 или 9 и с задержкой воспламеняет топливный заряд 4 также с прогрессивной формой его горения в момент развития и перед самым началом падения максимальной тяги в реактивном сопле 6 ступени 1. Для увеличения количества топливного заряда в ступени 1 и приближения воспламеняющего устройства 5 к заряду в следующей ступени, например 2 и улучшения и ускорения его воспламенения, перегородка 8 или 9 выполнена выгнутой вперед. Топливный заряд 4 в ступени 2 воспламеняется и, так как ступень 2 установлена внутрь ступени 1, упирается торцом 15 своего реактивного сопла 6 в наружную часть 16 перегородки 8 или 9 ступени 1 и уплотнена с ней боковыми стенками 14, то в закрытом пространстве горит с высокой скоростью. При этом внутри задней части 11 ступени 2 растет давление продуктов сгорания топливного заряда 4, которая, преодолевая сопротивление уплотнения между боковыми стенками 14 ступеней, с силой выталкивает ступень 2 из ступени 1 в момент развития и перед самым началом падения максимальной тяги в реактивном сопле 6 ступени 1. При этом она не отталкивает ступень 1 назад, а сама отталкивается от нее вперед, так как сопло 6 ступени 1 работает в этот момент с максимальной тягой и с еще большей скоростью, чем от действия ступени 1, устанавливается вперед и затем дополнительно еще разгоняется от действия реактивного сопла 6 ступени 2. Для того, чтобы увеличить силу давления на перегородку 8 или 9 ступени 1, перегородка не касается сопла 6 ступени 2 своей боковой поверхностью 17. При работе сопла 6 ступени 2 приводится в действие воспламеняющее устройство 5 этой ступени, которое воспламеняет топливный заряд 4 ступени 3 в момент развития и перед самым началом падения максимальной тяги в реактивном сопле 6 ступени 2 и цикл повторяется, а скорость движения установки от действия выстрела, а затем и реактивной силы еще больше увеличивается. Причем глубина установки ступени 3 в ступень 2 больше, чем глубина установки ступени 2 в ступень 1, чтобы к передней стороне установки еще больше увеличить скорость ее движения, но уже больше за счет выстрела, так как реактивная сила в этот момент может быть уже мало эффективной.

Таким образом удается увеличить силу тяги, ускорение и скорость движения установки.

Изобретение относится к реактивным двигательным установкам, а именно к реактивным двигателям, различающимся по форме и расположению сопел или сопловых насадок. Сущность изобретения: в реактивной многоступенчатой двигательной установке путем изменения конструкции ступеней и способа соединения сопел и ступеней обеспечивается увеличение количества топливного заряда, давления внутри ступеней, скорости воспламенения заряда, его горения и момента отделения передних ступеней от уже отработанных задних и за счет этого увеличение силы тяги, ускорения и скорости движения установки. Реактивная многоступенчатая двигательная установка состоит из нескольких трубчатых втулок-ступеней с реактивными соплами в задних частях, которые заполнены твердотопливными зарядами и соединены вдоль продольных осей. Передние торцы ступеней открыты и внутри содержат по одной выгнутой вперед поперечной перегородке с отверстием в передней части, в котором находится воспламеняющее устройство, и топливные заряды находятся только в задних от перегородки частях ступеней. Каждая ступень установлена внутрь задней от нее и упирается задним торцом в наружную часть ее перегородки. Каждое воспламеняющее устройство, начиная с последней сзади ступени, с задержкой воспламеняет топливный заряд в каждой передней от нее ступени в момент развития и перед началом падения максимальной тяги с прогрессивной формой горения в находящемся сзади реактивном сопле. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Реактивная многоступенчатая двигательная установка, состоящая из нескольких закрытых спереди трубчатых втулок-ступеней, которые заполнены твердотопливными зарядами с прогрессивной формой их горения, соединены между собой вдоль продольных осей и содержат внутри воспламеняющие устройства, а в задних частях осесимметричные реактивные сопла, отличающаяся тем, что у всех ступеней, кроме последней, спереди открыты передние торцы и внутри их выполнено по одной, выгнутой впереди в виде усеченных конуса или половины эллипсоида, поперечной перегородке с отверстием в передней части, причем высота ее не меньше длины реактивного сопла до его сужения в передней от нее ступени, перегородка разделяет полость ступени на две части и топливный заряд, с прогрессивной формой горения, находится только в задней из них, а каждая ступень установлена внутрь задней от нее, уплотнена с ней боковыми стенками и упирается торцом реактивного сопла в наружную часть ее перегородки, которая своей выгнутой частью расположена в этом сопле и не касается его боковой поверхностью, а каждое воспламеняющее устройство герметично закреплено в отверстии перегородки и, начиная с последней сзади ступени, с задержкой воспламеняет топливный заряд в каждой передней от него в момент развития и перед началом падения максимальной тяги в находящемся сзади воспламеняющего устройства реактивном сопле. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что глубина установки передних ступеней в задние от них увеличивается к передней стороне установки.