Комплексная группа изобретений относится к двигателям летательных аппаратов, судов, автомобилей, тракторов, тягачей, автономных железнодорожных вагонов, сельскохозяйственных и дорожно-строительных машин и самим летательным аппаратам, судам, колесным транспортным средствам. Все предлагаемые изобретения объединяет применение роторно-цилиндрового двигателя (РЦД) в основных транспортных средствах, где оказалось возможным органично использовать отдельные элементы РЦД в качестве конструктивных и силовых элементов транспортных средств. Эти сочетания позволяют снизить удельный расход топлива, материалоемкость, трудоемкость изготовления и эксплуатации транспортных средств, двигателей.
Прототипом предлагаемого РЦ двигателя является роторный двигатель внутреннего сгорания лопаточного типа по патенту РФ N 2028476. Двигатель-прототип с ротором диаметром 120 мм, длиной 100 мм при частоте вращения 6000 об/мин, массе 12 кг имел мощность 24 кВт, то есть 0,5 кг/кВт мощности, что в 2-8 раз легче и компактнее поршневых двигателей внутреннего сгорания (две).
По удельным материалоемкости, мощности и коэффициенту полезного действия это лучше, чем у поршневых д.в.с., которые имеют эффективный КПД 30-42%. См. Г. Н. Алексеев "Общая теплотехника" М. : Высшая школа, 1980 г., стр. 477. Применяемые в самолетах турбокомпрессорные воздушно-реактивные двигатели (ТКВРД) имеют полный КПД примерно 23% (стр.528), прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ВРД) на Земле имеют КПД около 3-5% и экономичны только для сверхзвуковых самолетов (стр.527). Ядерные турбинные двигатели (ЯТД) с использованием природною урана и реакторов на тепловых нейтронах имеют КПД примерно 0,205%, а с реакторами на быстрых нейтронах 4-6% по отношению к энергии ядерною топлива (cтp.516).
Наряду с более высоким КПД, низкой удельной материалоемкостью, компактностью, простотой конструкции, возможностью дешевого массового производства, двигатель прототип имеет следующие недостатки:
- лопаточные уплотнители работают на истирание и быстро изнашиваются;
- повышение КПД сдерживается термостойкостью материалов ротора и лопаточных уплотнителей. Указанные недостатки двигателя прототипа и известных двигателей устранены в предлагаемом изобретении. Задача изобретения направлена на повышение КПД, увеличение единичной мощности двигателя, снижение удельного расхода топлива при транспортировке грузов, выполнении работ, уменьшение материалоемкости и трудоемкости изготовления, улучшение технико-экономических характеристик двигателей и транспортных средств.
Задача изобретения достигается выполнением:
двигателя, включающего первый цилиндрический корпус с патрубками для каналов ввода топлива или топливовоздушной смеси и вывода продуктов сгорания, эксцентрично размещенным в упомянутом корпусе па полом валу первым цилиндрическим ротором, торцовыми крышками с опорными подшипниками, в которых установлен упомянутый вал, уплотнения и уплотнители,
снабженным вторым и третьим цилиндрическими корпусами, вторым и третьим полыми цилиндрическими роторами, упорными подшипниками, по крайней мере одним винтом, который установлен на упомянутом валу, по крайней мере одним предохранительным клапаном и ограничителем подачи топлива, который имеет заслонку, расположенную в одном из упомянутых каналов ввода топлива или топливовоздушной смеси и управляемую рычагом подачи топлива, и сильфоны, связанные между собой подвижным штоком, который соединен с пружиной, причем первый, второй и третий упомянутые роторы выполнены с ребрами и полыми с рубашками охлаждения, размещены эксцентрично соответственно в упомянутых первом, втором и третьем цилиндрических корпусах, а упомянутые уплотнители выполнены в виде цилиндрических тел вращения. Двигатель, содержащий торцовые крышки, подшипники и по крайней мере один цилиндрической ротор с ребрами в цилиндрическом корпусе с уплотнителями в виде цилиндрических тел вращения, в дальнейшем описании назван роторно-цилиндровым (РЦД).
А также выполнением: двигателя, снабженным трубой, которая имеет входной конический патрубок и выходной теплоизоляционный конический патрубок, часть которого перфорирована, кольцевой камерой, которая соединена с патрубком вывода продуктов сгорания, и оболочкой-обтекателем, на упомянутом валу установлены передний и задний воздушные винты, при этом передний воздушный винт размещен в указанном входном коническом патрубке, задний воздушный винт размещен в указанном выходном коническом патрубке, перфорированная часть которого охвачена упомянутой кольцевой камерой, упомянутая труба размещена в оболочке-обтекателе, предназначенной для отделения теплоизолированного выходного патрубка от непосредственного контакта с наружным воздухом;
двигателя, снабженным кольцевой обоймой, заслонкой и реактивным соплом, которые установлены на упомянутом патрубке для вывода продуктов сгорания и закреплены в упомянутой кольцевой обойме с возможностью поворота, а патрубок перед соплом выполнен с возможностью подсоединения топливопровода и воздухопровода;
двигателя, снабженным одной воздухонагнетательной машиной, по крайней мере одной газовоздушной расширительной машиной, одной парогазовой расширительной машиной, по крайней мере одной паровой расширительной машиной, каждая из которых имеет индивидуальный вал с воздушным витом, и промежуточным теплообменником, причем на упомянутом полом валу установлены передний воздушный винт и задний воздушный винт, при этом упомянутая парогазовая расширительная машина предназначена для использования парогазовой смеси, нагреваемой теплом от упомянутых первого и второго цилиндрических корпусов и роторов, а паровая расширительная машина предназначена для использования пара, образующегося в упомянутом промежуточном теплообменнике от тепла высокотемпературного теплоносителя, предназначенного для охлаждения упомянутых корпусов газовоздушных машин и воздухонагнетательной машины;
двигателя, снабженным опорными плитами для размещения под упомянутыми первым и вторым цилиндрическими корпусами газовоздушной и парогазовой машин, а также под корпусом упомянутой паровой расширительной машины, при этом каждая плита опирается на свою полую стойку с шаровой опорой, которая предназначена для поворота воздушных или гребных винтов указанных машин в двух плоскостях, а упомянутые полые стойки предназначены для монтажа коммуникаций;
двигателя, снабженным оребренными радиаторами для охлаждения рабочих тел из упомянутых газовоздушной паровой и парогазовой расширительных машин, редуктором с валом отбора мощности, который размещен между упомянутым передним воздушным винтом и упомянутым первым цилиндрическим корпусом, при этом по крайней мере часть упомянутых оребренных радиаторов установлена перед упомянутым передним воздушным винтом;
двигателя, снабженным одной воздухонагнетательной машиной, по крайней мере одной газовоздушной расширительной машиной, одной парогазовой расширительной машиной и по крайней мере одной паровой расширительной машиной и промежуточным теплообменником, каждая из упомянутых расширительных машин имеет индивидуальный вал с гребным винтом, при этом упомянутая парогазовая расширительная машина предназначена для использования парогазовой смеси, нагреваемой теплом от упомянутых первого и второго цилиндрических корпусов и роторов, а паровая расширительная машина предназначена для использования пара, образующегося в упомянутом промежуточном теплообменнике от тепла высокотемпературного теплоносителя, предназначенного для охлаждения упомянутого третьего цилиндрического корпуса, причем упомянутые воздухонагнетательная, газовоздушная, парогазовая и паровая расширительные машины снабжены каналами ввода пара третьего рабочего тела и парогазовой смеси, а каналы для ввода соответственно воздуха, топлива, топливовоздушной смеси и воды для охлаждения изнутри цилиндрического корпуса и ротора, которые зеркально размещены по отношению к плоскости, проходящей через центры упомянутых цилиндрических корпусов и цилиндрических роторов;
двигателя, снабженным одной воздухонагнетательной машиной, по крайней мере одной газовоздушной расширительной машиной и по крайней мере двумя паровыми расширительными машинами с индивидуальными валами, электрическим генератором или роторно-цилиндровым гидравлическим или пневматическим нагнетателем, и промежуточным теплообменником для высокотемпературного теплоносителя, упомянутый полый вал выполнен с одним воздушным винтом, при этом упомянутая паровая машина предназначена для использования пара, который образуется в упомянутом промежуточном теплообменнике от тепла высокотемпературного теплоносителя, полученного при охлаждении корпусов упомянутых газовоздушных расширительных машин и воздухонагнетательной машины, валы упомянутых газовоздушных, паровых расширительных машин соединены с валами упомянутых роторно-цилиндровых гидравлических или пневматических нагнетателей, муфтами сцепления или электротрансблоками. Электротрансблок (ж. За рулем, 9/98, патент РФ N 2143570) - это комплексное устройство содержащее автоматическую муфту сцепления, стартовый электродвигатель и генератор электрического тока. На валах РЦ паровых расширительных машин вертолетов могут быть установлены винты, например воздушные. В составе РЦ двигателя вертолета может быть или отсутствовать РЦ парогазовая расширительная машина с воздушным винтом.
Предложенный РЦД в различной комплектации, в том числе в составе двигательных установок, может найти применение в известных летательных аппаратах, судах, средствах транспортных колесных. Однако наибольшее повышение КПД, сокращение удельного расхода топлива на транспортировку грузов, материалоемкости и трудоемкости изготовления РЦД и транспортных средств может быть достигнуто при их применении в сочетании с новыми самолетом типа корпус-крыло, вертолетом, мелководным и высокоскоростным судами, средством транспортным колесным по предлагаемым новым техническим решениям, в которых одни и же конструктивные элементы РЦ двигателя/ей и самолета, вертолета, судна, средства транспортного колесного одновременно выполняют различные функции.
Эффект нововведений обеспечивается при выполнении:
вертолета, включающего корпус, несущий и управляющий винты, систему управления, отсеки экипажа, полезного груза, топливные баки, двигатель,
снабженным по крайней мере двумя управляющими винтами на валах выносных пневматических, и/или гидравлических расширительных машин, и/или роторно-цилиндровых двигателей внутреннего сгорания, при этом упомянутый роторно-цилиндровый двигатель имеет по крайней мере один цилиндрический корпус с торцовыми крышками, подшипники, эксцентрично размещенный в упомянутом корпусе цилиндрический оребренный ротор с уплотнителями в виде цилиндрических тел вращения.
Управляющие винты могут быть установлены на валах выносных упомянутых расширительных парогазовой, и/или паровой/ых машин, и/или на валах РЦ двигателей, в том числе вместо гребных винтов, а также других известных пневматических и/или гидравлических расширительных машин, например турбин, лопаточных, шестеренчатых. При этом управляющие винты одновременно компенсируют реактивный момент несущего винта и создают тягу в путевом направлении.
Эффект достигается при выполнении:
вертолета, снабженным по крайней мере одной воздушной подушкой, которая выполнена в виде сдвоенного сильфона, перфорированного внутри и соединенного с напорным патрубком упомянутого воздухонагнетателя двигателя и/или углекислотным пенным огнетушителем с выпускной трубой, опущенной внутрь упомянутого сильфона.
вертолета, снабженным по крайней мере одной парой несущих винтов, размещенных на валах отбора мощности роторно-цилиндровых двигателей, и/или на валах пневматических, и/или гидравлических расширительных машин, использующих энергоноситель от размещенных в корпусе двигателей внутреннего сгорания.
В каждой паре несущие винты в этом варианте имеют противоположные направления вращения, компенсируют реактивные моменты друг друга.
Вал отбора мощности упомянутого редуктора РЦД может быть валом упомянутого несущего винта, размещенным между упомянутым передним воздушным винтом и упомянутым цилиндрическим корпусом РЦ двигателя. Перед передним воздушным винтом может быть установлен по крайней мере один радиатор, а по крайней мере один упомянутый радиатор и один упомянутый теплообменник могут быть использованы в качестве стоек или балок упомянутого корпуса или элементов отопительных приборов.
Кроме того, эффект достигается при выполнении:
вертолета, снабженным полой рамой, отсеки которой использованы в качестве емкостей для топлива, антифриза, масла, промежуточного теплоносителя, воды, аммиака, фреона, воздуха;
мелководного судна, содержащего корпус с бортовыми скегами, отсеки для машинного отделения, камбуза, грузов, экипажа, рубку управления, баки с топливом и двигатель с гребным винтом,
снабженным по крайней мере одной газовоздушной и по крайней мере одной паровой расширительными машинами с гребными винтами на валах.
РЦД судна может быть снабжен несколькими или одной воздухонагнетательной, несколькими или одной газовоздушной и/или парогазовой и/или паровой расширительными машинами с гребными винтами на валах, причем каждая из указанных РЦ расширительных машин включает в себя цилиндрический корпус с торцовыми крышками, подшипниками, а также эксцентрично размещенный в корпусе оребренный ротор с уплотнителями в виде цилиндрических тел вращения.
Возможно выполнение мелководного судна, снабженным водозаборной трубой и пробковыми кранами, причем упомянутая водонаборная труба соединена с упомянутыми пробковыми кранами, во входных патрубках которых на упомянутых валах газовоздушной, парогазовой и паровой машин размещены гребные винты, при этом в носовой части судна размещены один или несколько кинематически связанных между собой рулей.
Выходные патрубки упомянутых пробковых кранов имеют угол раскрытия более 30o, пробки упомянутых кранов имеют живое сечение, равное или близкое к живому сечению гребных винтов.
Возможно также выполнение мелководного судна многосекционным, снабженным общей водозаборной трубой и пробковыми кранами в каждой из упомянутых секций, при этом корпуса упомянутых секций под днищем отделены друг от друга упомянутыми скегами, а трубопроводы выпуска продуктов сгорания каждой газовоздушной расширительной машины подведены к носовой части судна под козырек над скегами соответствующей секции.
Схематично показано: на фиг.1 - технологическая схема РЦД с тремя цилиндрическими корпусами, роторами и уплотнительными элементами; на фиг.2 - поперечный разрез цилиндрическою корпуса РЦ газовоздушной расширительной машины РЦ двигателя; на фиг.3 - пpoдoльный разрез РЦ двигателя с тремя цилиндрическими корпусами; на фиг.4 - фрагмент поперечного разреза цилиндрических корпуса и ротора с предохранительным клапаном и ограничителем подачи топлива в РЦД; на фиг.5 - узел А на фиг. 3; на фиг.6 - фрагмент сечения ребра цилиндрического ротора по I-I на фиг.4; на фиг.7 - вид сбоку на новый самолет типа корпус-крыло с одним РЦД; на фиг.8 - то же, вид спереди; на фиг.9 - вид спереди на многомоторный самолет типа корпус-крыло с несколькими РЦД; на фиг.10 - то же, вид сбоку; на фиг.11 - то же, вид сверху; на фиг. 12 - в разрезе шаровая опора с подмоторной поворотной плитой одной из машин РЦ двигателя; на фиг.13 - кинематическая схема привода подмоторной плиты гидроцилиндрами; на фиг.14 - самолет типа корпус-крыло в разрезе с размещенными в продольных килях оребренными трубчатыми конденсаторами и теплообменниками РЦ двигателя/ей, которые одновременно являются частью силового каркаса транспортного средства, например килей; на фиг.15 - вид спереди на самолет с комбинацией различных, в том числе РЦ двигателей, а также с групповой накладкой над выходными патрубками двигателей; на фиг.16 - то же, вид сбоку; на фиг.17 - в разрезе РЦ двигатель, например, вертолета, с редактором, снабженным валом отбора мощности, размещенным между воздушным винтом и цилиндрическим корпусом; на фиг. 18 - то же на виде сверху на вертолет шарообразной формы с двумя управляющими винтами, установленными на валах выносных расширительных РЦ парогазовой и РЦ паровой машин, и РЦ двигателем-редуктором, снабженным валом несущего винта; на фиг.19 - то же, вид сзади на вертолет эллипсовидной формы; на фиг.20 - то же, в разрезе фрагмент вертолета с воздушной подушкой из перфорированного внутри сдвоенного сильфона, соединенного с напорным патрубком РЦ двигателя; на фиг.21 - в разрезе мелководное судно с РЦ двигателем, состоящим из РЦ воздухонагнетательной, РЦ газовоздушной, РЦ парогазовой и РЦ паровой расширительных машин с валами, снабженными гребными винтами; на фиг. 22 - то же, вид сверху; на фиг. 23 - то же, в сечении по I-I на фиг.21; на фиг.24 - то же, фрагмент сечения по A-B-C на фиг.21; на фиг.25 - в разрезе высокоскоростное судно с корпусом- крылом на подводных крыльях; на фиг.26 - то же, вид спереди; на фиг. 27 - то же, в разрезе фрагмент днища с размещенной в колодце поворотной стойкой, снабженной РЦ двигателем с гребным винтом; на фиг. 28 - то же, в разрезе фрагмент пневматического РЦ двигателя в оболочке с накладкой; на фиг.29 - то же, в плане схема двигательной установки с реверсивным приводом из множества РЦ двигателей для судна или других транспортных средств; на фиг. 30 - в разрезе РЦ гидронагнетатель и РЦ гидродвигатель с фрагментом гидравлической схемы прямого и обратного вращения гидродвигателей колес, гребных, воздушных винтов; на фиг. 31 - совмещенная кинематическая и гидравлическая схемы привода, например средства транспортного колесного или самолета, или вертолета с РЦ двигателем/ями внутреннего сгорания, состоящим из РЦ воздухонагнетательной, РЦ газовоздушной, РЦ парогазовой и РЦ паровой расширительных машин и размещенным на валу РЦ газовоздушной распределительной машины электротрансблоком, передающим крутящий момент РЦ гидронагнетателю, который трубопроводами соединен с РЦ гидродвигателями, имеющими общие валы с колесами.
Каждый упомянутый роторно-цилиндровый двигатель (РЦД) имеет цилиндрический корпус с торцовыми крышками, подшипники, эксцентрично размещенный в упомянутом корпусе цилиндрический оребренный ротор с уплотнителями в виде цилиндрических тел вращения. Он может применяться в качестве нагнетателя, вакуум-насоса текучей среды, пневмо- и гидродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, различных расширительных машин. Может изготавливаться одно или многосекционным, с общим и раздельными валами. Возможны разные варианты комплектации и компоновки двигателя/лей и двигательных установок из предложенных РЦД внутреннего сгорания, РЦ пневмо- и гидронагнетателей, РЦ пневмо- и гидродвигателей, РЦ вакуум-насосов в зависимости от назначения и условий эксплуатации транспортных средств и специальной техники на их основе.
Двигатель (фиг. 1-7, 10, 17, 29) содержит первый цилиндрический корпус 1.1 с патрубками для каналов ввода топлива (стрелка М) или топливовоздушной смеси (стрелка М) и вывода продуктов сгорания (стрелка Г), эксцентрично размещенный в упомянутом корпусе 1.1 на полом валу 11 первый цилиндрический ротор 4.1, торцовые крышки 2.1 и 2.2 с опорными подшипниками 3.1, в которых установлен упомянутый вал 11, уплотнения 1.15 и уплотнения 5. Он может быть снабжен вторым 1.2 и третьим 1.3 цилиндрическими корпусами, вторым 4.2 и третьим 4.3 полыми цилиндрическими роторами, упорными подшипниками 3.2, по крайней мере одним винтом 6.1, который установлен на упомянутом валу 11, по крайней мере одним предохранительным клапаном 7, ограничителем 8 подачи топлива, каждый из которых имеет заслонку 8.2, расположенную в одном из упомянутых каналов ввода топлива или топливовоздушной смеси и управляемую рычагом 8.4 подачи топлива, и сильфоны 8.5 и 8.6, связанные между собой подвижным штоком 8.3, который соединен с пружиной 8.7. Причем первый 4.1, второй 4.2 и третий 4.3 упомянутые роторы выполнены с ребрами и полыми с рубашками охлаждения 4.4, 4.5, 4.6, размещены эксцентрично соответственно в упомянутых первом 1.1, втором 1.2 и третьем 1.3 цилиндрических корпусах, а упомянутые уплотнители 5 выполнены в виде цилиндрических тел вращения.
Двигатель (фиг. 1, 7, 10, 11, 17) может быть снабжен трубой 25, которая имеет входной конический патрубок 25.1 и выходной теплоизолированный конический патрубок 25.2, часть которого перфорирована (имеет отверстия 25.7), кольцевой камерой 25.3, которая соединена с патрубком 25.4 вывода продуктов сгорания, и оболочкой-обтекателем 25.5, на упомянутом валу 11 установлены передний 6.1 и задний 6.2 воздушные винты, при этом передний воздушный винт 6.1 размещен в указанном входном коническом патрубке 25.1, задний воздушный винт размещен в указанном выходном коническом патрубке 25.2, перфорированная часть которого охвачена упомянутой кольцевой камерой 25.3, упомянутая труба 25 размещена 11 оболочке-обтекателе 25.5, предназначенной для отделения теплоизолированного выходного патрубка 25.2 от непосредственного контакта с наружным воздухом.
Двигатель (фиг.1,3) может быть снабжен кольцевой обоймой 26.3, заслонкой 26.1 и реактивным соплом 26.2, которые установлены на упомянутом патрубке 26 для вывода продуктов сгорания и закреплены в упомянутой кольцевой обойме 26.3 с возможностью поворота, а патрубок 26 перед соплом 26.2 выполнен с возможностью подсоединения топливопровода 13.6 и воздухопровода 13.7.
Двигатель (фиг. 1, 2, 10, 17, 18) может быть снабжен одной РЦ воздухонагнетательной машиной 1.3, по крайней мере одной РЦ газовоздушной расширительной машиной 1.1, одной РЦ парогазовой расширительной машиной 21, по крайней мере одной РЦ паровой расширительной машиной 16, каждая из которых имеет индивидуальный вал с воздушным винтом 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 и промежуточным теплообменником 14, 17, 20, 23, причем на упомянутом полом валу 11 установлены передний воздушный винт 6.1 и задний воздушный винт 6.2, при этом упомянутая парогазовая расширительная машина 21 предназначена для использования парогазовой смеси, нагреваемой теплом oт упомянутых первого 1.1 и второго 1.2 цилиндрических корпусов и роторов 4.1 и 4.2, а паровая расширительная машина 16 предназначена для использования пара, образующегося в упомянутом промежуточном теплообменнике 14 от тепла высокотемпературного теплоносителя, предназначенного для охлаждения упомянутых корпусов газовоздушных машин 1.1 и 1.2 и воздухонагнетательной машины 1.3.
Двигатель (фиг. 1, 2, 9-13, 17, 18) может быть снабжен опорными плитами 27 для размещения под упомянутыми первым 1.1 и вторым 1.2 цилиндрическими корпусами РЦ газовоздушной и РЦ парогазовой 21 машин, а также под корпусом упомянутой паровой 16 расширительной машины, при этом каждая плита 27 опирается на свою полую стойку 27.2 с шаровой опорой 27.1, которая предназначена для поворота воздушных винтов 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 указанных машин в двух плоскостях, а упомянутые полые стойки 27.2 предназначены для монтажа коммуникаций 27.5.
Двигатель (фиг.2, 14-18, 20, 25) может быть снабжен оребренными радиаторами 20 и 17, и 23 для охлаждения рабочих тел из упомянутых газовоздушной 1.1, паровой 16 и парогазовой 21 расширительных машин, редуктором 28 с валом 28.1 отбора мощности, который размещен между упомянутым передним воздушным винтом 6.1 и упомянутым цилиндрическим корпусом, при этом по крайней мере часть упомянутых оребренных радиаторов 17, 20, 23 установлена перед упомянутым передним воздушным винтом 6.1.
Двигатель (фиг. 1-3, 21-23, 25, 26) может быть снабжен одной РЦ воздухонагнетательной машиной 1.3, по крайней мере одной РЦ газовоздушной расширительной машиной 1.1, одной РЦ парогазовой 21 расширительной машиной и по крайней мере одной РЦ паровой 16 расширительной машиной и промежуточным теплообменником 14, каждая из упомянутых расширительных машин имеет индивидуальный вал с гребным винтом 11.1, 16.1, 21.1, при этом упомянутая парогазовая 21 расширительная машина предназначена для использования парогазовой смеси, нагреваемой теплом от упомянутых первого 1,1 и второго 1,2 цилиндрических корпусов и роторов 4.1 и 4.2, а паровая 16 расширительная машина предназначена для использования пара, образующегося в упомянутом промежуточном теплообменнике 14 от тепла высокотемпературного теплоносителя, предназначенного для охлаждения упомянутых первого 1.1 и второго 1.2 цилиндрических корпусов, причем упомянутые воздухонагнетательная 1.3, газовоздушная 1.1, парогазовая 21 и паровая 16 расширительные машины снабжены каналами 16.2 и 16.4 ввода пара третьего рабочего тела и 21.1 и 21.2 ввода парогазовой смеси, а каналы для ввода соответственно воздуха 1.5-1 и 1.5-2, топлива 1.4-1 и 1.4-2 или топливовоздушной смеси 1.4-1 и 1.4-2 и воды 1.9-1 и 1.9-2 для охлаждения изнутри каждого цилиндрического корпуса и ротора, которые зеркально размещены по отношению к плоскости, проходящей через центры 01 и 02 упомянутых цилиндрических корпусов 1.1 и 1.2, и 1.3 и цилиндрических роторов 4.1, и 4.2 и 4.3. Двигатель может быть снабжен воздушным винтом 6.1, установленным на валу 11, и радиаторами 17, 20, 23, размещенными перед винтом 6.1 или в корпусе транспортного средства.
Двигатель (фиг. 1-3, 17,18, 25, 26, 29-31) может быть снабжен одной РЦ, воздухонагнетательной машиной 1.3, по крайней мере одной РЦ газовоздушной 1.1 расширительной машиной, одной РЦ парогазовой 21 и по крайней мере двумя РЦ паровыми 16 расширительными машинами с индивидуальными валами, электрическим генератором 16.1 или роторно-цилиндровым гидравлическим или пневматическим нагнетателем 67.3, и промежуточным теплообменником 14 для высокотемпературного теплоносителя, упомянутый полый вал 11 выполнен с одним воздушным витом 6.1, при этом упомянутая парогазовая 21 расширительная машина предназначена для использования парогазовой смеси, нагреваемой от тепла корпуса 1.1 и ротора 4.1 упомянутой газовоздушной 1.1 расширительной машины, а упомянутая паровая 16 машина предназначена для использования пара, который образуется в упомянутом промежуточном теплообменнике 14 от тепла высокотемпературного теплоносителя, полученного при охлаждении корпусов упомянутых газовоздушных 1.1 и 1.2 расширительных машин и воздухонагнетательной 1.3 машины, валы упомянутых газовоздушных 1.1 и парогазовых 21 и паровых 16 расширительных машин соединены с валами упомянутых роторно-цилиндровых гидравлических или пневматических нагнетателей 67.3, муфтами сцепления 29 или электротрансблоками 29.
Ограничители 8 подачи топлива могут быть в одной или во всех расширительных машинах РЦ двигателя. Каждый из них (фиг.4) состоит из системы "сопло 8.1-заслонка 8.2" или "клапан 8.2-сопло 8.8", управляемой рычагом 8.4 подачи топлива и сильфонами 8.5 и 8.6, связанными между собой подвижным штоком 8.3, соединенным с пружиной 8.7. Для регулировки положения упорных подшипников 3.2 и создания торцовых опор вал 11 снабжен гайками 3.3 и контргайками 3.4. Топливная система состоит из насоса 13, бака 13.1, редукционного клапана 13.2, электромагнитного клапана 13.3, топливопроводов 13.4, 13.5 и 13.6, воздухопроводов 13.7 и 13.8. Ограничитель 8 подачи топлива и предохранительный клапан 7 подсоединены к корпусу через канал 1.16. Подача топлива (стрелка М) осуществляется в канал 1.4, сжатого воздуха (стрелка Л) - в канал 1.5, отвод продуктов сгорания (стрелка Г) через канал 1.6. Цилиндрические корпуса 1.1, 1.2, 1.3 и роторы 4.1, 4.2, 4.3 снабжены рубашками охлаждения. Охлаждающая цилиндрические корпуса 1.1, 1.2 и 1.3 жидкость или промежуточный теплоноситель, например высокотемпературный органический теплоноситель (ВОТ), под давлением насоса 9 подается в рубашку охлаждения через канал 1.7 (стрелка Т), выводится нагретым из канала 1.8. Вода (стрелка В) для охлаждения изнутри цилиндрических корпусов 1.1 и 1.2 под давлением насоса 10 подается в канал 1.9-1, а образовавшийся пар и часть газов (парогазовая смесь - стрелка ПГ) под давлением отводится из канала 1.10-1 в расширительную парогазовую машину 21. Неконденсирующиеся газы отводятся через газоотводчик-конденсатоотводчик. Жидкость, охлаждающая изнутри промежуточные стенки 1.11 и 1.12, роторы 4.1, 4.2 и 4.3, торцовые крышки 2.1 и 2.2, например тасол (стрелка С), под давлением постороннего насоса проходит по каналам 1.13 и выходит по каналам 1.14. Параллельно, по полому валу 11 с перегородками, она циркулирует через полости роторов 4.1, 4.2 и 4.3, а также полости торцовых крышек 2.1 и 2.2. Вход в полости торцовых крышек через каналы 2.3 и 2.4, выход по каналам 2.5 и 2.6. Выход жидкости из полостей роторов осуществляется по каналу 2.6 или специальное устройство на валу 11 в охладитель и/или систему отопления салона к циркуляционному насосу и обратно (условно не показано). Размеры и форма подводящих и отводящих каналов и охлаждающих полостей 4.4, 4.5, 4.6 внутри валов, роторов, промежуточных стенок 1.11 и 1.12, корпусов 1.1, 1.2 и 1.3 (фиг.4), виды антифризов, ВОТ могут быть различными, определяются и уточняются расчетами, конструктивными соображениями, испытаниями. Ребра роторов 4.1, 4.2 и 4.3 для охлаждения могут быть снабжены каналами 4.7, 4.8 (фиг.6). Герметизация соединения вала 11 и роторов 4.1, 4.2 и 4.3 (фиг. 5) может осуществляться с помощью термостойких паст и/или уплотнительных колец, дисков 12. Цилиндрические уплотнительные элементы 5 могут быть сплошными или полыми с закрытыми торцами. Элементы 5, диски 12, роторы 4.1, 4.2 и 4.3 могут быть изготовлены из тугоплавкого металла, в том числе монокристаллического, углерод-углеродного композиционного материала или термостойкой керамики (карбид кремния, окись циркония и других). В зависимости от технико-экономических требований двигатель может изготавливаться в разной комплектации, в частности с одним или несколькими нагнетателями воздуха 1.3, с одной или несколькими газовоздушными 1.2, 1.1, парогазовыми 21 и паровыми 16 расширительными машинами (фиг.1.13). В последнем варианте двигатель может иметь несколько промежуточных стенок 1.11 и 1.12, ... с подшипниками 3.1, уплотнительными кольцами 1.15. Двигатели могут иметь общий вал 11 и несколько корпусов и роторов (фиг.3) или каждая машина может иметь собственный вал, корпус, ротор, уплотнители, рубашки охлаждения. Двигатели могут проектироваться со свечами накаливания в корпусе, торцовой крышке или предусматривать давление топлива и воздуха, достаточные для самовоспламенения топливовоздушной смеси внутри корпуса. Нагнетатели (насосы) для подачи под давлением в газовоздушные расширительные машины газообразного или жидкого топлива 13 (керосина, дизельного топлива, бензина, бензола, лигроина, газолина, газойля, сырой нефти, мазута), воды 10, теплоносителя 9 (ВОТ), тасола могут встраиваться в двигатель на общий вал 11 с промежуточными стенками или могут устанавливаться отдельно и иметь привод от вала 11, или от посторонних источников. Каждый из них может быть выполнен роторно-цилиндровым, то есть состоящим из цилиндрического корпуса с торцовыми крышками 2.1 и 2.2, опорными 3.1 и упорными 3.2 подшипниками, эксцентрично размещенным в корпусе сплошными или полыми цилиндрическим оребренным ротором с рубашкой охлаждения, уплотнителями 5 в виде цилиндрических тел вращения.
Входной патрубок 25.1 двигателя может иметь несколько напорных воздухоотводов 25.7 и 25.8 для подачи части холодного воздуха под давлением к радиаторам 17, 20 и 23, в воздушную подушку, аварийный надувной трап, в салон и к другим потребителям. Жидкости, охлаждающие роторы и корпуса, воздухоотводы части горячих газов, могут использоваться на отопление салона, кондиционирование воздуха, подогрев пищи, нужды других потребителей транспортного средства.
Двигатель (фиг. 12, 13) может быть выполнен с общей опорной плитой под корпусами нескольких или одной РЦ воздухонагнетательной 1.3, а также РЦ газовоздушной 1.1 или 1.1 и 1.2, РЦ парогазовой 21 и РЦ паровой 16 расширительных машин двигателя. Если двигатель имеет несколько отдельных РЦ газовоздушных 1.1, 1.2, РЦ паровых 16 и РЦ парогазовых 21 расширительных машин, то каждая машина двигателя может быть выполнена с собственной опорной плитой 27, опирающейся на шаровую опору 27.1 полой стенки 27.2, a плита 27 соединена с гидроцилиндрами 27.3 и 27.4, поворачивающими машину двигателя с винтом в двух плоскостях. Двигатель/и также может комплектоваться известными коробками передач, муфтами сцепления, стартовыми электродвигателями, электрогенераторами, электротрансблоками, пневмо- и гидронагнетателями, вакуум-насосами.
Задача изобретения с применением предложенного РЦ двигателя/ей наиболее эффективно достигается при новом выполнении транспортных средств, например в следующих вариантах.
Известны летательные аппараты (ЛА) типа корпус-крыло (например, по а.с. N 835023, B 64 C 39/06, авторы Аксенов Ю.В., Илюшин В.С., Фролов С.Г.). В указанном летательном аппарате-дископлане с необычно высокой полезной нагрузкой 600 тн предусмотрено применение известных турбокомпрессорных воздушно-реактивных двигателей с профилированными соплами и установка их на верхней поверхности корпуса-крыла равномерно дискретно по его размаху. Известные двигатели имеют низкий полный КПД, не превышающий 23-27%. Для снижения расхода топлива авторам выгоднее предусматривать высоту полета около 11 км, скорость примерно 850 км/ч. Реальная необходимость в транспортировке грузов на большой высоте при повышенных скоростях и затратах топлива очень мала.
Новый самолет с РЦД (фиг.1, 2, 7 - 15) включает корпус-крыло, стабилизатор с вертикальным и горизонтальным оперением, систему управления, отсеки экипажа, полезного груза, топливные баки и двигательную установку. Он выполнен в виде корпуса-крыла (фюзеляжа) 31, закрепленного над ним не менее чем на двух вертикальных килях 31.1 с общей осью 31.2, обладающего аэродинамической подъемной силой горизонтального оперения 31.3 и 31.4 стабилизатора и снабжен вращающимися вокруг своих осей примерно равнонагруженными рулями высоты 31.4 и поворота 31.5. Кили (фиг.14) 31.1, стабилизатор, днище 31.10, боковые стенки 31.11, внутренние продольные и поперечные фермы-перегородки 31.12, стойки 31.13, верхняя поверхность 31.14 использованы в качестве силовых элементов самолета и одновременно для другого функционального назначения, например радиаторов 17, 20, 23, теплообменников 14 РЦ, крепления других двигателя/ей, сплошных и перфорированных стенок 31.12 топливных, водяных, пищевых и прочих сборников, баков 31.15, стоек 31.13, 31.17 и полок многоярусных стеллажей для размещения грузов, например контейнеров, чемоданов, ящиков. Причем часть баков 31.15 для низкокипящих жидкостей снабжена гидрозатвором/ами 31.16 в виде U-образной трубки с двумя расширительными элементами. Кили 31.1 с конденсаторами (фиг. 14) могут использоваться в качестве боковых стенок грузопассажирского отсека фюзеляжа с несколькими палубами в центральной части самолета. РЦД (фиг. 7,8) может крепиться жестко или на шаровой опоре, или на карданном подвесе с возможностью поворота в одной или двух плоскостях.
Предложенный самолет может быть выполнен с предложенными РЦ двигателем/ями в разном исполнении и комплектации, а также в сочетании с другими известными, например (фиг.15, 16) одна, и/или две пары винтовых турбокомпрессорных 32, и/или роторно-цилиндровых 32, и/или поршневых, и/или одна, и/или две пары турбокомпрессорных воздушно-реактивных 33, и/или одна, и/или две пары воздушно-реактивных 34 или в сочетании разных двигателей. Самолет может иметь один РЦ двигатель (фиг.7, 8) с одним воздушным винтом 6.1, или один РЦ двигатель с двумя воздушными винтами 6.1 и 6.2, или два и более РЦ двигателя (фиг. 9, 10, 11, 15) с воздушными винтами 6.1 и 6.2 на валу 11 РЦ газовоздушной 1.2 расширительной машины, а также воздушные виты 6.3 на валу РЦ паровоздушных 16 расширительной машины и 6.4 на валу РЦ парогазовой 21 расширительной машины РЦ двигателя.
Самолет (фиг. 7-11, 14-16) может быть выполнен с комбинацией турбокомпрессорных 32, и/или поршневых 32, и/или РЦД 32 двигателей с воздушными винтами, турбокомпрессорных воздушно-реактивных (ТКВРД) 33, и воздушно-реактивных (ВРД) 34 двигателей или с двигателями одного из указанных видов, а также с групповой накладкой 35 над выходными патрубками двигателей, образующей щель между верхней поверхностью 31.14 корпуса-крыла 31 и накладкой 35, при этом наружная обшивка верхней поверхности 31.14 корпуса-крыла 31 в области накладки 35 снабжена теплоизоляцией.
Самолет может проектироваться на использование разных двигателей/я в зависимости от финансовых и других возможностей и требований Заказчика. Каждый тип и конкретное исполнение двигателя имеют свои преимущества и недостатки. При этом отдельные недостатки, например повышенный удельный расход топлива, могут перекрываться преимуществами, например более доступной ценой двигателя, видом топлива, что очень важно с точки зрения Заказчика. Сочетание двигателей с отличающимися КПД на разной высоте и скорости, указанных различных форм корпуса-крыла, килей и стабилизатора с равнонагруженными рулями высоты и поворотов в них, при высокой удельной аэродинамической поверхности и подъемной силе, позволяет создавать более экономичные самолеты для полетов на разных высотах и скоростях. Самолеты с большой энерговооруженностью могут быть снабжены РЦ гидравлическими или пневматическими двигателями 68.1...68.3 колес (фиг. 30, 31), каждый из которых содержит цилиндрический корпус с торцовыми крышками 2.1 и 2.2, опорными 3.1 и упорными 3.2 подшипниками, эксцентрично размещенный в нем полый цилиндрический оребренный ротор с рубашкой охлаждения и уплотнителями 5 в виде цилиндрических тел вращения. Для этого один или несколько РЦ двигателей оснащаются электротрансблоками 29 и РЦ нагнетателями 67.3. Разгон самолета типа корпус-крыло с грузом при взлете и торможение при посадке с использованием РЦ двигателей 68.1 колес 37.1 и 37.2 в сочетании с РЦ двигателями внутреннего сгорания, тормозами, парашютами и другими известными устройствами этого назначения позволяет существенно сократить длину пути взлета и пробега при посадке, удельный расход топлива.
РЦ двигатели внутреннего сгорания с охлаждаемыми роторами, воздушными винтами, с РЦ газовоздушными, паровой и парогазовой расширительными машинами могут комплектовать самые экономичные двигательные установки среднескоростных самолетов, особенно самолетов с высотой полета менее 5 км.
Вертолет (фиг. 1-3, 12, 13, 17-20) содержит корпус, несущий 30 и управляющий винты с системой управления, отсеки экипажа, полезного груза, топливные баки и двигатель.
Он может быть снабжен по крайней мере двумя управляющими винтами 6.3 и 6.4 на валах (фиг. 18) выносных пневматических и/или гидравлических расширительных машин, и/или роторно-цилиндровых двигателей внутреннего сгорания, при этом упомянутый РЦД имеет по крайней мере один цилиндрический корпус 1.1 с торцовыми крышками 2.1 и 2.2, подшипники 3.1 и 3.2, эксцентрично размещенный в упомянутом корпусе цилиндрический оребренный ротор 4.1 с уплотнителями 5 в виде цилиндрических тел вращения.
Управляющие винты могут быть установлены на валах выносных упомянутых расширительных РЦ парогазовой 21 и/или РЦ паровой/ых 16 машин и/или на валах РЦ двигателей по 11.1-8, в том числе вместо гребных винтов, а также других известных пневматических и/или гидравлических расширительных машин, например турбин, лопаточных, шестеренчатых. При этом управляющие винты одновременно компенсируют реактивный момент несущего винта 30 вертолета и создают тягу в путевом направлении.
Вертолет может быть снабжен по крайней мере одной воздушной подушкой 58, которая выполнена в виде сдвоенного сильфона, перфорированного внутри и соединенного с напорным патрубком 13.7 упомянутого РЦ воздухонагнетателя 1.3 двигателя и/или углекислотным пенным огнетушителем 59 с выпускной трубой 59.1, опущенной внутрь упомянутого сильфона 58. Количество воздушных подушек 58 неограничено и определяется расчетами, испытаниями.
Вертолет может быть снабженным по крайней мере одной парой несущих винтов 30, размещенных на валах 28.1 отбора мощности РЦ двигателей и/или на валах пневматических, например 16, 21, и/или гидравлических 68.1, ... 68.4 расширительных машин (фиг. 30, 31), использующих энергоноситель от размещенных в корпусе двигателей внутреннего сгорания, например поршневых. В каждой паре несущие винты 28.1 в этом варианте имеют противоположные направления вращения, компенсируют реактивные моменты друг друга. Вал отбора мощности 28.1 упомянутого редуктора РЦД может быть валом упомянутого несущего винта 30, размещенным между упомянутым передним воздушным винтом 6.1 и упомянутым цилиндрическим корпусом 1.3 РЦ двигателя.
Наиболее экономичными для вертолетов являются РЦД внутреннего сгорания, однако до их разработки и широкого внедрения в вертолетах могут применяться поршневые ДВС, лопаточные, роторно-поршневые, турбокомпрессорные двигатели внутреннего сгорания с пневмо- и/или гидронагнетателями, теплообменниками 14 для отбора тепла из рубашек охлаждения, пневмо- и гидродвигателями, например паровыми 16 РЦД с винтами 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 в качестве управляющих и несущих воздушных винтов. Редуктор может быть встроенным в РЦ газовоздушную 1.1 или 1.1 и 1.2 РЦ паровую 16, или РЦ парогазовую 21 расширительные машины (фиг. 39) или соединен с каждой из них муфтой сцепления 29 либо электротрансблоком 29.
Например, РЦ двигатель вертолета (фиг.17) снабжен валом 28.1 несущего винта 30, размещенным между передним воздушным винтом 6.1 и цилиндрическим корпусом РЦ газовоздушной 1.2 машины двигателя, при этом перед передним воздушным винтом 6.1 установлена часть радиаторов 17 и 23 для охлаждения парогазовой смеси и высокотемпературного теплоносителя или паров третьего рабочего тела, а часть радиаторов 17, 20, 23 и теплообменников 14 двигателя использована в качестве стоек и балок корпуса 56 вертолета и элементов отопительных приборов. Место для другой части радиаторов 17, 20 и 23, теплообменника 14 двигателя/ей выбирается по конструктивным соображениям при проектировании каждого конкретного вертолета. Их можно использовать в качестве стоек, балок, элементов отопительных приборов, например в сочетании силовых элементов корпуса, пола, крыши, задней стенки. РЦ газовоздушная машина 1.1 двигателя может быть снабжена патрубком 25.4, из которого продукты сгорания через отверстия 25.7 поступают под давлением в теплоизолированный выходной патрубок 25.2 к заднему винту 6.2. Это увеличивает путевую тягу РЦД вертолета, его скорость и полезное использование топлива, сокращает удельный расход топлива.
Вертолет может быть снабжен по крайней мере одной парой несущих винтов 30, размещенных на валах 28.1 отбора мощности РЦ двигателей и/или на валах пневматических, и/или гидравлических расширительных машин (пневмо- или гидродвигателей) 68.1, ... 68.4, использующих энергоноситель от размещенных в корпусе двигателей внутреннего сгорания. Вертолет может иметь многосекционный сблокированный фюзеляж из 2-4 и более описанных корпусов и двигательную установку из нескольких отдельно размещенных двигателей с общим пультом управления, например с двумя-четырьмя двигателями-редукторами и соответственно двумя-четырьмя несущими винтами 30. В каждой паре несущие винты 30 в этом варианте имеют противоположные направления вращения, компенсируют реактивные моменты друг друга. Несущие винты 30 могут быть размещены на валах 28.1 отбора мощности, и/или валах 11 РЦ двигателей, и/или валах отдельных РЦ расширительных машин двигателей по п.1-8, и/или на валах пневматических, и/или гидравлических расширительных машин (пневмо- или гидродвигателей) 68.1, . . . 68.4, использующих энергоноситель от размещенных в корпусе РЦ двигателей и РЦ или других пневмо- или гидронагнетателей 67.2 или 67.3 (фиг. 59, 60). У вертолетов с поршневыми, роторно-поршневыми, лопаточными, турбокомпрессорными ДВС управляющие винты 6.3 и 6.4 могут быть размещены на валах РЦ паровых 16 расширительных машин, использующих через теплообменник 14 тепло из рубашек охлаждения поршневых и других ДВС, a пары несущих винтов 30 могут быть размещены не только на валах редукторов, но и на валах РЦ, и/или других пневмо-, и/или гидродвигателей 68.1, ... 68.4, использующих энергоноситель от размещенных в корпусе любых ДВС и соединенных с ними РЦ или других пневмо-, и/или гидронагнетателей 67.2 или 67.3. Вертолеты с несколькими парами несущих винтов 30 и управляющих винтов 6.3 и 6.4 могут выполняться без устройств перекоса несущих винтов 30. В этом варианте управляющие винты 6.3 и 6.4 могут выполнять одновременно и функцию винтов путевой тяги вертолета. Количество управляющих винтов, их размещение определяются расчетами, испытаниями. Для самостоятельного передвижения по летному полю к местам погрузки и выгрузки грузов, пассажиров вертолет может быть снабжен 3 или 4-мя опорным шасси, выполненным в виде рамы 69 с колесами, соединенными с РЦ двигателями 68.1,...68.4 (фиг.31). Снабжение РЦ двигателей колес 68.1,. ..68.4 энергоносителем в этом варианте может быть предусмотрено от РЦ двигателей внутреннего сгорания с РЦ и/или другими гидронагнетателями 67.2 или 67.3, которые во время полета обеспечивают энергоносителем РЦ и/или другие гидродвигатели 68.1, . . .68.4 несущих винтов 30 и управляющих винтов 6.3 и 6.4. Применение указанных пар несущих винтов 30, сильфона 58 и огнетушителя 59 позволяет снизить расход воздуха и топлива, а главное повысить безопасность полетов и уменьшить трагические последствия в случае аварии по любой причине.
Вертолет может быть снабженным полой рамой 69 (фиг.31), отсеки которой 69.3, 69.4, 69.5 использованы в качестве емкостей, например для топлива, антифриза, масла, промежуточного теплоносителя, воды, аммиака, фреона, воздуха.
РЦ двигатели внутреннего сгорания с охлаждаемыми роторами, воздушными винтами, с РЦ газовоздушными, РЦ паровой и РЦ парогазовой расширительными машинами с валом отбора мощности могут быть самыми экономичными для укомплектования двигательной установки среднескоростных вертолетов с высотой полета менее 2 км.
Мелководное судно ((фиг. 1-3, 21-24), содержит корпус 60, отсеки для машинного отделения 60.1, камбуза, экипажа, рубку управления 60.5, грузов, баки с топливом.
Оно снабжено по крайней мере одной РЦ газовоздушной 1.1 и по крайней мере одной РЦ паровой 16 расширительными машинами с гребными винтами 11.1, 21.1 и 16.1 на валах. В состав РЦ двигателя могут входит две РЦ паровые 16 и 21 или одна РЦ паровая 16 и одна РЦ парогазовая 21 расширительные машины с гребными винтами на валах 16.1 и 21.1. Судно может быть выполнено с РЦ двигателем, состоящим из имеющих общий вал 11 с воздушным 6.1 и гребным 11.1 винтами одной РЦ воздухонагнетательной 1.3 и одной 1.1 или двух 1.1 и 1.2 РЦ газовоздушных расширительных машин, одной РЦ парогазовой 21 и одной или нескольких РЦ паровых 16 расширительных машин с индивидуальными валами, каждый из которых снабжен гребным винтом. При этом РЦ парогазовая 21 расширительная машина использует парогазовую смесь, нагреваемую теплом цилиндрических корпуса и ротора РЦ газовоздушных 1.1 или 1.1 и 1.2 расширительных машин; а РЦ паровая 16 использует пар, образующийся в промежуточном теплообменнике 14 от тепла высокотемпературного теплоносителя охлаждающего корпуса РЦ газовоздушных 1.1 или 1.1 и 1.2 расширительных машин и РЦ воздухонагнетателей 1.3, причем каждая РЦ воздухонагнетательная 1.3, РЦ газовоздушная 1.1 или 1.1 и 1.2, РЦ парогазовая 21 и РЦ паровая 16 расширительные машины двигателя могут быть снабжены зеркально размещенными по отношению к нейтральной плоскости, проходящей через центры ротора О1 и цилиндра О2, каналами для ввода соответственно воздуха 1.5-1 и 1.5-2, топлива 1.4-1 и 1.4-2 или топливовоздушной смеси, воды 1.9-1 и 1.9-2 для охлаждения изнутри цилиндрического корпуса и ротора с уплотнителями 5 в виде цилиндрических тел вращения, вывода парогазовой смеси 1.10-1 и 1.10-2 из газовоздушных машин, ввода пара 16.2 и 16.4 третьего рабочею тела, ввода парогазовой смеси 21.1 и 21.2. Причем каждая из указанных РЦ расширительных машин 1.1, 16 и 21 включает в себя цилиндрический корпус 1.2 с торцовыми крышками 2.1 и 2.2, опорными и упорными подшипниками 3.1 и 3.2, эксцентрично размещенный в корпусе оребренный ротор 4.2 с уплотнителями 5 в виде цилиндрических тел вращения. Гребные винты 11.1, 16.1, 21.1 могут выступать за корму судна или могут быть установлены под днищем судна при наклонном или горизонтальном расположении каждого вала РЦ двигателя. Радиаторы 17, 20, 23, теплообменники 14 РЦ двигателя/ей выполняются встроенными в корпус, палубы, боковые стенки, стойки, отопительные приборы судна, в том числе в виде двух и многопластинчатых, спиральных или трубчатых теплообменников, использующих забортную воду.
Мелководное судно для повышения маневренности и уменьшения осадки может быть снабжено водозаборной трубой 62 и пробковыми кранами 61.1, 61.2 и 61.3, упомянутая водозаборная труба 62 соединена с упомянутыми пробковыми кранами 61.1, 61.2 и 61.3, во входных патрубках 11.2, 16.2 и 21.2 которых на упомянутых валах РЦ газовоздушной 1.1, РЦ парогазовой 21 и РЦ паровой 16 машин размещены гребные винты 11.1, 16.1 и 21.1, при этом в носовой части судна размещены один или несколько кинематически связанных между собой рулей 63. Предложенное судно может двигаться задним ходом и разворачиваться почти на месте.
Судно может быть выполнено одно- или многосекционным, снабженным общей водозаборной трубой 62 и указанными пробковыми кранами в каждой из упомянутых секций, а трубопроводы 65.4 выпуска продуктов сгорания каждой РЦ газовоздушной расширительной машины 1.1 подведены к носовой части судна под козырек 66 над скегами соответствующей секции. В качестве газовоздушной машины, отдающей тепло через теплообменник 14 РЦ паровой машине 16 с гребным витом 16.1 на валу, с меньшим эффектом может использоваться поршневой ДВС. Эта РЦ паровая машина с гребным витом 16.1 на валу может использоваться в качестве управляющею руля судна с управляемым вектором тяги, одновременно обеспечивающего и дополнительную тягу в путевом направлении.
РЦ двигатель внутреннего сгорания с охлаждаемыми роторами, воздушными и гребными винтами, РЦ газовоздушными, РЦ паровой и РЦ парогазовой расширительными машинами может быть самой экономичной двигательной установкой для мелководных среднескоростных судов.
Предложенное судно наиболее целесообразно использовать в реках, а также мелководных прибрежных районах озер и морей. Для плавания в открытом море на большие расстояния и при значительном волнении моря требуются экономичные, но более скоростные суда. Для увеличения скорости предлагается высокоскоростное судно на подводных крыльях, требующее большей глубины.
Высокоскоростное судно (фиг. 1-3, 25-29) содержит корпус с подводными крыльями, отсеки для машинного отделения 60.1, камбуза 60.3, грузов 60.6, экипажа 60.5, рубку управления 60.7, бак 31.15 с топливом и двигатель/и. Оно выполнено в виде корпуса-крыла 31, снабженного подводными крыльями 38.1 и 38.11 в виде пространственной фермы, колодцем 31.29 с иллюминаторами 31.22, осветительной арматурой 31.37, грузоподъемными механизмами 31.38 для подъема и опускания съемного днища 31.36, инвентаря и рабочих органов, например шлюпок, якоря 31.26 с утяжелителем 31.40, тралов 31.33, захватов 31.34, защитных сеток 31.35, неподвижными 31.30 боковыми и подвижными 31.31 торцовыми стенками с уплотнителями, закрепленными под днищем 31.10 на подвижных полых стойках 38.5 РЦ гидравлическими или пневматическими, или паровыми, или газовоздушными, или электрическими двигателями 68.1 с гребными винтами, привод которых осуществляется РЦ двигателем/ями, состоящим, например из одной РЦ газовоздушной 1.1 или двух 1.1 и 1.2, РЦ парогазовой 21 и РЦ паровой 16 расширительных машин, каждая из которых вращает свои электрогенератор или свой РЦ нагнетатель 67.3 энергоносителя, при этом напорные 70.1 трубопроводы к двигателям 68.1 с гребными винтами снабжены клапанами 70.2 и 70.3, перекрывающими напорные каналы, а каждый РЦ двигатель 68.1 с гребным винтом, РЦ нагнетатель 67.3 энергоносителя, РЦ газовоздушная 1.1, РЦ парогазовая 21 и РЦ паровая 16 расширительные машины содержат цилиндрический корпус с торцовыми крышками 2.1 и 2.2, подшипниками 3.1 и 3.2 и эксцентрично размещенный в корпусе цилиндрический оребренный ротор с уплотнителями 5 в виде цилиндрических тел вращения.
РЦ одна газовоздушная 1.1 или две 1.1 и 1.2, РЦ паровая 16 и РЦ парогазовая 21 расширительные машины обеспечивают высокий (до 70- 75%) КПД. РЦ двигателя внутреннего сгорания, минимальный удельный расход топлива. Корпус-крыло 31 обтекаемой формы с аэродинамическим качеством обладает большой удельной подъемной силой и обеспечивает минимальное аэродинамическое сопротивление судну при высокой скорости движения. Подводные крылья 38.1 и 38.11 с малым удельным гидравлическим сопротивлением и большой удельной подъемной силой обеспечивают многократное снижение гидравлического сопротивления корпусу-крылу 31 судна. РЦ или электрические двигатели 68.1 с гребными винтами на поворотных стойках 38.5 с гидроцилиндрами 39.1 позволяют быстро поднимать корпус-крыло 31 судна из воды и одновременно набирать высокую скорость. В крейсерском режиме, после выхода корпуса-крыла 31 из воды и достижения необходимой скорости, стойки 38.5 гидроцилиндрами 39.1 возвращаются в исходное, например вертикальное положение. При этом в отличие от известных судов на подводных крыльях с наклонно расположенным валом гребного винта, обеспечивается максимальная путевая тяга двигателей 68.1 с гребными винтами, валы которых размещены параллельно уровню воды.
Для использования корпуса-крыла 31 судна в качестве поплавка с возможностью поддержания судна на заданном уровне независимо от загруженности оно может быть снабжено неподвижными боковыми стенками 31.30 и подвижными торцовыми стенками 31.31 (фиг.25) с надувными уплотнителями. В походном положении торцовые стенки 31.31 гидроцилиндрами 39.4 поднимаются и входят в ниши днища 31.10 после выпуска воздуха из надувных уплотнителей. Перед разгрузкой судна гидроцилиндрами 39.4 торцовые стенки 31.31 опускаются вниз, надуваются эластичные уплотнители и под днище 31.10 судна от любого РЦ нагнетателя воздуха 1.3 (фиг.1-3, 25) подают сжатый воздух. При этом давлением воздуха от РЦ воздухонагнетателя 1.3 РЦД под днищем регулируют уровень судна относительно причала при разгрузке и погрузке.
Упомянутые преимущества предложенного судна дают возможность строить экономичные высоскоростные и разноскоростные судна различного назначения, например игрушечные, модельные, спортивные, патрульные, пассажирские, грузопассажирские, туристические, паромы, танкеры, контейнеровозы, плавучие туристические комплексы, рыболовецкие и рыбоперерабатывающие плавбазы, суда-заводы, большие, средние, малые рыболовные морозильные траулеры с автономными холодильниками, мобильные спасательные суда и комплексы с РЦ двигателем/ями в разном исполнении и комплектации.
Высокоскоростное судно в плане может иметь сплошную или разрезанную прямоугольную или многоугольную, или круглую, подковообразную, эллипсообразную или иную форму, например круглую с большим внутренним колодцем 31.29 - естественным морским бассейном-аквариумом, освещаемым изнутри светильниками 31.37 и защищенным сеткой 31.35 от акул. В таком бассейне-аквариуме можно наблюдать и при необходимости ловить на свет и иными способами и устройствами живую морскую рыбу, других обитателей разных районов моря, купаться. Оно имеет благоприятные предпосылки для создания необычных оригинальных плавучих туристических комплексов, пассажиры которых днем отдыхают, а ночью со скоростью 100-200 км/час перемещаются в новое место. Суда с множеством РЦ двигателей 68.1 с гребными винтами на поворотных стойках 38.5 под днищем 31.10 могут иметь одну или несколько палуб, выполняться с подводными крыльями 38.1 и без них, с корпусом 31 в форме крыла или в любой другой, например в виде плавучего многоэтажного здания. Предложенные суда могут выполнять функции мобильных плавучих центров спасения населения в чрезвычайных ситуациях, пожарных, буровых установок, плавбаз, то есть снабжать продовольствием, топливом, водой, вспомогательными материалами, оборудованием малые надводные и подводные суда, летательные аппараты в открытом море и принимать грузоподъемным механизмом 31.38 на балке 31.32 грузы с малых судов, тралы 31.33, в том числе рыболовные, выполнять другие поисковые, спасательные и грузоподъемные работы. В корпусе-крыле 31 могут быть, закреплены сменные платформы 44 для размещения и крепления контейнеров, других грузов. Такие высокоскоростные суда могут сократить время доставки пассажиров, грузов, удельный расход топлива, повысить безопасность плавания.
Коммуникации к РЦ двигателю 68.1 и от него вмонтированы в полую стойку 38.5. РЦ нагнетатели энергоносителей 67.3 РЦ двигателей внутреннего сгорания, могут быть соединены последовательно или последовательно и параллельно (фиг. 29, 31). Общий нагнетательный трубопровод 70.1 от нагнетателей 67.3 энергоносителей всех расширительных машин РЦ двигателя позволяет выровнять давление и тягу РЦ двигателей 68.1 с гребными винтами. Напорные трубопроводы 70.1 к каждому РЦ двигателю 68.1 снабжены клапанами 70.2 и 70.3, перекрывающими напорные каналы к РЦ двигателям с гребными винтами, что позволяет уменьшать или прекращать тягу одного или группы двигателей 68.1 и за счет этого поворачивать судно в нужном направлении. Два зеркально расположенных входных канала 68.3П (прямой ход) и 68.3Р (реверс - обратное вращение) позволяют вращать гребные винты любого РЦ двигателя 68.1 в нужную сторону независимо от других (фиг.2, 30) и дают возможность поворачивать судно почти на одном месте, двигаться задним ходом без буксира. Это очень большое преимущество для эксплуатации судов в тесных гаванях и портах с причалами.
Количество РЦ двигателей, состоящих каждый из РЦ газовоздушной одной 1.1 или двух 1.1 и 1.2 РЦ расширительных машин, РЦ парогазовой 21 и РЦ паровой 16 расширительных машин, соединенных с ними РЦ нагнетателей энергоносителей 67.3, РЦД 68.1 с гребными винтами, не ограничено и зависит от размера, водоизмещения, проектируемой скорости, назначения и условий эксплуатации транспортного средства. Двигатели 68.1 могут устанавливаться рядами, в шахматном или ином порядке (фиг. 25, 26, 29, 31) в зависимости от конструкции каждого конкретного транспортного средства. Они могут быть гидравлическими, пневматическими, паровыми, газовоздушными, электрическими.
Днище 31.10, боковые стенки 31.11 и 31.30, внутренние продольные и поперечные фермы-перегородки 31.12, стойки 31.13, верхняя поверхность 31.14 корпуса-крыла высокоскоростного судна могут быть использованы в качестве силовых элементов корпуса-крыла 31 и одновременно для другого функционального назначения, например теплообменников 14, радиаторов 17 и 23 двигателя/ей, стенок топливных, водяных, пищевых и прочих баков 31.15, стоек 31.13 и полок многоярусных стеллажей 31.17 для размещения грузов, например контейнеров, чемоданов, ящиков.
Высокоскоростное судно до разработки и широкого внедрения РЦ двигателей внутреннего сгорания, состоящих из РЦ газовоздушной 1.1, РЦ парогазовой 21, РЦ паровой 16 расширительных машин и РЦ нагнетателей 67.3 энергоносителя большой единичной мощности, может быть выполнено с комбинацией мощных газотурбинных и РЦ двигателей внутреннего сгорания малой мощности, при этом одна часть воздуха под давлением после турбокомпрессора газотурбинного двигателя используется для привода гребного винта в пневматическом РЦ двигателе 68.1 (воздушной РЦ расширительной машине), другая часть воздуха используется в газотурбинной расширительной машине, а продукты сгорания из газотурбинной расширительной машины газотурбинного двигателя под давлением поступают для окончательного расширения в РЦ газовоздушную 1.1 расширительную машину с РЦ нагнетателем 67.3 энергоносителя, содержащую цилиндрический корпус с торцовыми крышками 2.1 и 2.2, подшипниками 3.1 и 3.2, эксцентрично размещенный в корпусе цилиндрический оребренный ротор с уплотнителями 5 в виде цилиндрических тел вращения, и при этом гребные винты установлены на валах РЦ двигателей 68.1, обтекатели 38.14 которых (фиг.28) снабжены сферическими накладками 38.12, образующими кольцевые щели для выпуска сжатого воздуха.
В РЦ пневматических двигателях 68.1 (фиг.28) отработанный воздух с низким давлением из торцовой крышки 2.1 выпускается в полость под обтекателем 38.14 (стрелка Л) и
через отверстие 38.13 выходит в очень тонкую кольцевую щель между обтекателем 38.14 и сферической накладкой 38.12. При этом за счет совмещения эффектов выхода под давлением и эжекции мельчайшие пузырьки воздуха набегающим слоем воды прижимаются к наружной поверхности обтекателя 38.14 и создают вокруг него тончайший слой водовоздушной смеси. Сила гидравлического сопротивления движению оболочки 38.14 РЦ двигателя 68.1 в указанной смеси снижается. Гребной винт в этом случае размещается впереди оболочки РЦ двигателя 68.1.
Для строительства высокоскоростных судов большого единичного водоизмещения желательно иметь экономичные двигатели большой мощности и малой массы. Известны двигатели большой мощности и малой массы. Это газотурбинные двигатели (ГТД). Но их полный КПД на Земле всего 24-35%. Повышение полезного использования топлива влечет за собой значительное увеличение массы ГТД. В предлагаемом судне со скоростью набегающею потока воздуха до 250 км/час газотурбинные двигатели могут немного повысить полезное использование топлива, но этого недостаточно. По этой причине комбинация ГТД большой мощности и нескольких РЦ газовоздушных машин меньшей мощности может быть временным выходом из положения, при котором возможно обеспечить общий КПД предложенной двигательной установки судна примерно 50%, что значительно выше, чем у известных судовых ГТД силовых установок.
Новый транспорт колесный (фиг. 1-3, 30, 31), преимущественно автомобильный, включает раму 69, колеса 68, двигатель, трансмиссию, рулевое управление с поперечной рулевой тягой 69.1 и силовым гидроцилиндром 69.2, рабочую и стояночную тормозные системы, кабину, кузов, электрооборудование. Он выполнен с РЦ двигателем/ями, состоящим из имеющих общий вал 11 с одним воздушным винтом 6.1 одной РЦ воздухонагнетательной 1.3 и одной 1.1 или двух 1.1 и 1.2 РЦ газовоздушных расширительных машин, одной ГЦ парогазовой 21 и одной или нескольких РЦ паровых 16 расширительных машин с индивидуальными валами, каждый из которых соединен с гидравлическим или пневматическим РЦ нагнетателем 67.3. При этом РЦ парогазовая 21 расширительная машина использует парогазовую смесь, нагреваемую теплом корпуса и ротора РЦ газовоздушных 1.1 или 1.1 и 1.2 расширительных машин; а РЦ паровая 16 использует пар, образовавшийся в промежуточном теплообменнике 14 от тепла высокотемпературного теплоносителя (ВОТ) охлаждающего корпуса РЦ газововоздушных 1.1 или 1.1 и 1.2 расширительных машин и РЦ воздухонагнетателей 1.3, причем валы РЦ газовоздушных 1.1 или 1.1 и 1.2, РЦ парогазовых 21 и РЦ паровых 16 pacширительных машин с валами РЦ гидравлических или пневматических нагнетателей 67.3 могут быть соединены муфтами сцепления или электротрансблоками 29, каждый из которых содержит муфту сцепления, стартовый электродвигатель и электрогенератор. При этом гидравлические или пневматические РЦ нагнетатели 67.3 соединены между собой последовательно или параллельно, или последовательно и параллельно, а общий напорный трубопровод 70.1 соединен с РЦ гидравлическими или пневматическими двигателями 68.1, 68.2, 68.3, 68.4, имеющими общие валы с колесами 68.5, 68.6, 68.7, 68.8, причем напорные трубопроводы 70.2 и 70.3 от РЦ нагнетателей 67.3 и 67.2 к РЦ двигателям 68.1, 68.2, 68.3, 68.4 колес 68.5, 68.6, 68.7, 68.8 снабжены реверсивными клапанами 71.2 и 71.3, перекрывающими напорные трубопроводы 70.2, 70.3, 70.1 к РЦ двигателям 68.1, 68.2, 68.3, 68.41 и силовому гидравлическому или пневматическому цилиндру 69.2, а каждый РЦ двигатель 68.1, 68.2, 68.3, 68.4, РЦ нагнетатель жидкости 67.3, 67.2, воздуха 1.3, РЦ газовоздушная 1.1 и 1.2, РЦ парогазовая 21 и РЦ паровая 16 расширительные машины содержат цилиндрический корпус с торцовыми крышками 2.1 и 2.2, опорными и упорными подшипниками 3.1 и 3.2, эксцентрично размещенный в корпусе цилиндрический оребренный ротор с уплотнителями 5 в виде цилиндрических тел вращения. При этом радиаторы 17, 20 и 23 и теплообменники 14 двигателя/ей использованы одновременно в качестве силовых элементов рамы 69, кузова, кабины, салона и отопительных приборов салона, кабины и кузова. Транспорт колесный может быть выполнен с одним или несколькими РЦ двигателями внутреннего сгорания. РЦ двигатели 68.1, 68.2, 68.3 и 68.4 имеют общие валы с колесами 68.5, 68.6, 68.7 и 68.8. В отдельных случаях РЦ двигатели (фиг. 30) могут быть снабжены зеркально расположенными относительно нейтральной плоскости входными патрубками 68.3П (прямой ход) и 68.3Р (реверс - обратный ход). При использовании в качестве нагнетателей энергоносителей РЦ гидравлических нагнетателей 67.3 они должны быть снабжены каналами 67.3К в цилиндрическом корпусе для выпуска несжимаемой жидкости под давлением. Гидро- и пневмонагнетатели 67.3, 67.2 могут иметь рубашки охлаждения корпусов и роторов.
Возможны разные вариация комплектации и компоновки двигателя/ей и двигательных установок из отдельных машин РЦ двигателя и самих двигателей, а также и самих средств транспортных колесных из предложенных РЦД внутреннего сгорания, РЦ пневмо- и гидронагнетателей 67.3, РЦ пневмо- и гидродвигателей 68.1, 68.2 и других в зависимости от назначения и условий их эксплуатации.
Пример 1.
Двигатель малолитражного мотоблока, мопеда, снегохода, мотопилы, мотолебедки, водоцикла, мотоцикла, мотопланера, автомобиля может комплектоваться одной РЦ воздухонагнетательной машиной 1.1 и одной РЦ газовоздушной расширительной машиной 1.3, электротрансблоком 29, одним РЦ гидро- или пневмонагнетателем 67.3.
Пример 2.
Транспорт колесный может быть снабжен одним или несколькими РЦ двигателями одинаковой или разной мощность и комплектации. На фиг.31 показан вариант транспорта колесного с двумя РЦД внутреннего сгорания и двумя РЦ гидронагнетателями. Каждый РЦД внутреннего сгорания состоит из одного РЦ нагнетателя 1.3 воздуха, двух последовательно соединенных РЦ газовоздушных 1.1 и 1.2 расширительных машин, электротрансблока 29 и РЦ гидронагнетателей 67.3 или 67.2. Общий напорный трубопровод 70.1 от двух РЦ гидронагнетателей 67.2 и 67.3 через предохранительный клапан 67.1 соединен с общим всасывающим 67.6 трубопроводом и баком 67.4. Сбросные трубопроводы после РЦ гидродвигателей 68.1, 68.2, 68.3 и 68.4, а также от силового гидроцилиндра 69.2 соединены между собой и с баком 67.4 с жидкостью коллектором 67.5, который всасывающим трубопроводом 67.6 соединен с всасывающими патрубками 67.3С РЦ гидронагнетателей 67.2 и 67.3. От общего напорного трубопровода 70.1 с предохранительным клапаном 67.1 может быть отведено несколько напорных трубопроводов к гидроцилиндрам подъема или опускания с усилием рамы, колес, кузова, ножа, бульдозера, грейдера, ковша скрепера, экскаватора, лестницы, платформы, других рабочих органов машин и механизмов, а также для открывания или закрывания створок захватов, клещей, окон, дверей, капота. Каждый пневмо- или РЦ гидродвигатель 68.1 может приводить во вращение или тормозить одно колесо или пару колес, например самолетных, размещенных на консольных концах его вала, рабочий инструмент, барабан лебедки и т.н.
Пример 3.
Двигательная установка средства транспортною, например большого судна, грузового автомобиля, контейнеровоза, автономного железнодорожного вагона, бульдозера, скрепера, тягача, трактора и других, может быть укомплектована двумя и более параллельно или параллельно и последовательно работающими РЦ двигателями внутреннего сгорания (фиг.29), каждый из которых состоит из РЦ газовоздушных 1.1 и 1.2, РЦ воздухонагнетательной 1.3, РЦ парогазовой 21 и РЦ паровой 16 расширительных машин с размещенным на валу РЦ газовоздушной 1.1 расширительной машины воздушным винтом 6.1 и электротрансблоком 29, передающим крутящий момент РЦ гидронагнетательной машине 67.2 или 67.3, которая трубопроводами 70.2 и 70.3 соединена с РЦ гидродвигателями 68.1, 68.2, 68.3 и 68.4, имеющими общие валы с колесами 68.5, 68.6, 68.7 и 68.8. При этом общие напорные трубопроводы 70.2 и 70.3 от РЦ гидронагнетателей 67.2 и 67.3 к РЦ гидродвигателям 68.1, 68.2, 68.3 и 68.4 могут быть снабжены трехходовым краном 71.1 и электромагнитными клапанами 71.2 и 71.3, перекрывающими напорные трубопроводы к РЦ гидродвигателям 68.1, 68.2, 68.3 и 68.4 колес. Подачу под напором жидкости от РЦ гидронагнетателей 67.2 и 67.3 к силовому гидроцилиндру 69.2 перекрывают электромагнитные клапана 71.4 и 71.5. При этом каждый РЦ гидродвигатель 68.1, 68.2, 68.3 и 68.4 колес, РЦ гидронагнетатели 67.2 и 67.3, РЦ нагнетатель воздуха 1.3, РЦ газовоздушные 1.2 и 1.3, РЦ парогазовая 21 и РЦ паровая 16 расширительные машины также содержат цилиндрический корпус с торцовыми крышками 2.1 и 2.2, опорными и упорными подшипниками 3.1 и 3.2, эксцентрично размещенный в корпусе цилиндрический оребренный ротор 4.2 с уплотнителями 5 в виде цилиндрических тел вращения.
РЦД внутреннего сгорания (фиг. 1-4, 7, 10, 17, 19, 22, 29) работают следующим образом. От постороннего источника одновременно приводятся во вращение вал 11, насосы 9 и 10, 13. РЦ или другой нагнетатель воздуха 1.3 подает сжатый воздух (стрелка Л) в канал 1.5 газовоздушной машины 1.2. В канал 1.4-1 насос 13 через ограничитель 8 подачи топлива подаст под давлением топливо (стрелка М). Предварительно сжатые до заданного давления воздух и топливо внутри цилиндра 1.2 с цилиндрическим оребренным ротором самовоспламеняются или зажигаются от калильной свечи. Температура и давление продуктов сгорания внутри цилиндрического корпуса 1.2 возрастают. Давление распространяется на цилиндрический оребренный ротор 4.2 и прилегающие к корпусу за счет действия сил тяжести уплотнители 5 в виде цилиндрических тел вращения. За счет разницы площадей ребер ротора с уплотнителями 5 и сил (стрелка А на фиг. 4), действующих на них, ротор 4.2 и вал 11 с роторами 4.1 и 4.3, воздушными или гребными винтами 6.1 и 6.2 или электротрансблоком 29 начинают вращаться. Центробежные силы, прижимающие уплотнители 5 в виде цилиндрических тел вращения к каждому корпусу, увеличиваются, качество уплотнения улучшается. Уплотнители 5 вращаются за счет трения (стрелка Б) о внутреннюю поверхность каждого цилиндрического корпуса и ребра ротора. В газовоздушной машине 1.2 устанавливается процесс непрерывного сжигания топлива, расширения продуктов сгорания и вращения ротора 4.2. При запуске двигателя разнонаправленные силы давления топлива на сильфоны 8.5 и 8.6 уравновешивают друг друга, заслонка 8.2 свободно занимает нужное положение под воздействием рычага 8.4 управления подачей топлива или топливовоздушной смеси. По мере увеличения давления внутри корпуса РЦ газовоздушной расширительной машины 1.2 давление на сильфон 8.5 увеличивается. Возникает и увеличивается сила давления на шток 8.3, который стремится закрыть заслонку 8.2, но ему противодействует пружина 8.7. При достижении заданного давления сила давления сильфона 8.5 на подвижный шток 8.3 превышает силу сопротивления растяжению пружины 8.7, шток 8.3 перемещается в сторону закрытия щели и уменьшает пропуск топлива. Регулирование предельно допустимого давления внутри каждого корпуса осуществляется подбором и силой натяжения пружин 8.7. В случае превышения давления внутри любого корпуса, например 1.2, выше допустимого его предохранительный клапан 7 открывается и часть избыточного давления сбрасывается в атмосферу. Продукты сгорания из РЦ расширительной машины 1.2 под давлением поступают в РЦ расширительную машину 1.1, где завершается процесс расширения. Энергия топлива преобразуется в энергию вращающегося вала 11 с воздушными или гребными винтами 6.1 и 6.2 или передается ведущему валу злектротрансблока 29. Ограничители 8 подачи топлива во всех расширительных машинах 1.1 и 1.2 и воздухонагнетателях 1.3 автономно отслеживают давление в своих корпусах и при превышении заданного давления воздействуют на заслонку 8.2, не допуская увеличения давления выше предельно допустимого. Регулирование соотношения топлива и воздуха может осуществляться известными инжекторными, карбюраторными устройствами или регулятором соотношения топлива и воздуха по заявке автора на выдачу патента РФ N 99105589 (патент N 2143078). Частота вращения валов 11 и роторов 4.1 и 4.2 на них регулируется изменением подачи топлива и воздуха. РЦ газовоздушная расширительная машина 1.2 может работать с избытком воздуха. В этом случае в последующую РЦ газовоздушную машину 1.1 по трубопроводу 13.6 можно подавать дополнительное топливо и проводить сжигание топлива и расширение газовоздушной смеси последовательно в двух РЦ расширительных машинах 1.1 и 1.2 одновременно. Во время взлета самолета в камеру сгорания - патрубок 26 перед реактивным соплом 26.2, также можно по трубопроводам 13.6 и 13.7 подавать дополнительные топливо и воздух. В этом случае РЦ газовоздушные расширительные машины 1.1 и 1.2 работают с разным давлением. Тяга, создаваемая воздушными винтами 6.1 и 6.2, суммируется с тягой реактивного сопла 26.2, которое может поворачиваться в кольцевой обойме 26.3 и изменять направление вектора тяги двигателя. В крейсерском режиме полета самолета заслонка 26.1 двигателя переводится в положение выпуска горячих продуктов сгорания в кольцевую камеру 25.3. Газы через отверстия 25.7 (фиг. 7, 1) под давлением поступают в выходной расширяющийся патрубок 25.2, где смешиваются с частью холодного воздуха от воздушного винта 6.1. Температура смеси становится ниже, чем температура выходящих продуктов сгорания. Винт 6.2 последовательно увеличивает давление смеси на выходе из патрубка 25.2, что в свою очередь увеличивает суммарную реактивную силу двигателя. Выпуск горячих продуктов сгорания через отверстия 25.7 в выходной патрубок 25.2 перед вторым винтом 6.2 позволяет равномерно перемешать холодный воздух и горячие продукты сгорания, предохранить винт 6.2 от перегрева и разрушения, увеличить давление воздуха после двигателя. В трубе с двумя винтами на валу РЦ двигателя суммируется давление воздуха от переднего воздушного винта 6.1, от расширения горячих продуктов сгорания и от заднего воздушного винта 6.2, что позволяет повысить использование технической работоспособности топлива. Без теплоизоляции выходного патрубка 25.2 его контакт с холодным наружным воздухом приведет к увеличению потерь тепла и скачкообразному снижению давления воздуха до его выхода из двигателя.
В случае комплектации РЦ двигателя РЦ парогазовой расширительной машиной 21 насосом 10 подают воду под давлением в канал 1.9-1. Охлаждая изнутри корпус и ротор, вода превращается в пар, соединяется с остаточными газами в роторе 4.2 и в виде парогазовой смеси под давлением поступает в РЦ парогазовую расширительную машину 21, где расширяется и приводит во вращение ее цилиндрический оребренный ротор 4 с уплотнителями в виде цилиндрических тел вращения 5, вал и воздушный винт 6.4, создающий дополнительную тягу самолету. При комплектации двигателя РЦ паровой расширительной машиной 16 включают насос 19, который подает под давлением жидкий аммиак или фреон в теплообменник 14, где фреон отберет тепло от ВОТ и превращается в пар. Фреоновый пар под давлением поступает в РЦ паровую расширительную машину 16, где расширяется и приводит во вращение ее цилиндрический оребренный ротор 4 с уплотнителями в виде цилиндрических тел вращения и вал с воздушным винтом 6.3, что создает дополнительную тягу самолету.
В случае установки РЦ газовоздушной, РЦ паровой и РЦ парогазовой машин на шаровых опорах 27.2 управление газовоздушными 1.1 и 1.2, паровой 16 и парогазовой 21 расширительными машинами двигателя с воздушными винтами 6.1, 6.2, 6.3 и 6.4 осуществляется дистанционно по коммуникациям, вмонтированным в полые стойки 27.2 шаровых опор 27.1 (фиг.12, 13). Изменение общего вектора тяги воздушных винтов 6.1 и 6.2, а также раздельных векторов тяги винтов 6.3 и 6.4 на валах указанных машин осуществляется дистанционно управляемыми через общий гидропривод самолета гидроцилиндрами 27.3 и 27.4. Применение электротрансблока 29, например, в двигателях вертолетов, автомашин позволяет осуществлять запуск несущего воздушного винта 30 или двигателей колес только после того, как РЦ двигатель внутреннего сгорания набрал требуемое число оборотов вращения вала 11. В случае остановки вращения вала 11 двигателя с электротрансблоком 29, несущий воздушный винт 30 вертолета автоматически выходит из зацепления с валом 11 двигателя и переходит в режим авторотации, замедляющей скорость падения вертолета. Такой вариант двигателя целесообразен не только для вертолетов, но и других машин, использующих часть мощности двигателя посредством вала отбора мощности для привода насосов, лебедок, сменных и других рабочих органов. Применение предложенного РЦ двигателя в вертолетах позволяет увеличить тягу, скорость, отказаться от малого винта на хвостовом оперении для компенсации реактивного момента несущего винта, снизить удельный расход топлива на транспортировку грузов.
Для изменения направления вращения валов РЦ машин и гребных винтов 11.1, 16.1 и 21.1 на них производят переключение потоков энергоносителей в зеркально размещенные каналы (фиг. 2, 30). В РЦ газовоздушной машине 1.1 и при комплектации газовоздушной машины 1.2 переключение потоков сжатого воздуха (стрелка Л) производят трехходовым краном 1.5-3Р (реверс), топлива (стрелка М) - трехходовым краном 1.4-3Р (реверс), парогазовой смеси (стрелка ПГ) из газовоздушной машины 1.2 - трехходовым краном 1.10-3Р (реверс), воды (стрелка В) - трехходовым кранам 1.9-3Р (реверс). После переключения (фиг. 2) сжатый воздух поступает в канал 1.5-2, топливо - в канал 1.4-2, вода - в канал 1.9-2, парогазовая смесь - в канал 21.2, пар третьего рабочего тела, например фреон, - в канал 16.2. На входе в РЦ парогазовую машину 21 переключение потока парогазовой смеси (стрелка ПГ) для изменения направления вращения ротора производят трехходовым краном 21.3-Р (реверс). На входе в РЦ паровую расширительную машину 16 переключение потока пара третьего рабочего тела, например фреона (стрелка Ф), производят трехходовым краном 16.3-Р (реверс). Изменение направления вращения валов, рабочих органов транспортных средств, других машин, например РЦ двигателей гребных винтов, колес, может осуществляться также с помощью клапанов, перекрывающих напорные каналы с энергоносителями (фиг. 29-31). При этом отпадает необходимость изменять направление вращения вала РЦ двигателя внутреннего сгорания.
Вертолет (фиг. 17-20), включающий корпус 56, несущий 30 и управляющий винты с системой управления 57, отсеки экипажа 56.1, полезного груза 56.2, топливные баки 56.3 и двигатель и выполненный с двумя управляющими винтами 6.3 и 6.4, установленными на валах выносных расширительных, например парогазовой 21 и паровой 16 машин, взлетает и управляется в полете следующим образом. РЦ двигатель внутреннего сгорания запускается в работу как описано выше. При этом электротрансблок 29 до достижения валом 11 заданной частоты вращения рассоединен с редуктором 28. После достижения заданной частоты вращения муфта сцепления электротрансблока 29 под действием центробежных сил соединяет диски сцепления муфты и редуктора 28. Несущий вал 22.1 и воздушный винт 6.1 начинают вращаться, постепенно набирают необходимую частоту вращения несущего вала 28.1, достаточную для отрыва вертолета от Земли. Воздушные винты 6.1 и 6.2 создают тягу вперед (в путевом направлении), несущий винт 30 создает тягу вверх, воздушные винты 6.3 и 6.4 на валах выносных РЦ паровой 16 и РЦ парогазовой 21 расширительных машин, установленных на шаровых опорах 27.1, создают тягу в направлении, регулируемом ручкой управления 57. Тяга воздушных винтов 6.3 и 6.4 компенсирует реактивный вращающий момент несущего винта 30 и частично используется на увеличение тяги в путевом направлении. Дальнейшее управление вертолетом заключается в поддерживании оптимальной частоты вращения вала 11 РЦ двигателя и высоты и направления полета ручкой управления 57, которой регулируется положение воздушных винтов 6.3 и 6.4.
В случае аварийного отключения двигателя вал 11 замедляет частоту вращения, муфта сцепления электротрансблока 29 рассоединяет вал 11 от вала редуктора 28 и воздушного винта 6.1, несущий винт 30 автоматически переходит в режим авторотации, замедляющей скорость падения вертолета на Землю. Энергия падающего вертолета, выполненного с воздушной подушкой из сдвоенного сильфона 58, перфорированного внутри и соединенного с напорным патрубком 13.7 двигателя и/или углекислотным пенным огнетушителем 59, при ударе о Землю частично поглощается сжатием воздуха в сильфоне 58, частично нагреванием материала, разрушающегося от резкой перегрузки сильфона. Перфорированный сильфон 58 одновременно работает как воздушная подушка и как разрушаемый упругосиловой элемент. Это несколько уменьшает силы разрушения вертолета, груза, экипажа и пассажиров. Пилот также имеет возможность непосредственно перед контактом с Землей включить углекислотный пенный огнетушитель 59. При этом сильфон 58 заполнится смесью воздуха и углекислотной пены, которая, в случае возгорания топлива от удара о Землю, начнет заполнять окружающие предметы и полости в них, гасить пламя. Это может уменьшить трагические последствия аварии независимо от ее причины.
При плановой посадке вертолета пилот заранее открывает заслонку в канале 13.7, наполняет сильфон 58 воздухом, который выпучивает сильфон наружу. Затем пилот постепенно уменьшает частоту вращения вала 11 РЦ двигателя, уменьшает тягу вверх и в путевом направлении и осуществляет мягкую посадку. Сочетание предложенного РЦ двигателя и вертолета новой конструкции позволяет увеличить тягу, скорость полета, отказаться от хвостового оперения и винта на хвостовом оперении для компенсации реактивного момента несущего винта 30, улучшить аэродинамическую форму вертолета, снизить удельные материалоемкость и трудоемкость его изготовления, расход топлива на транспортировку грузов, повысить уровень безопасности полетов.
Вертолет, снабженный несколькими парами несущих винтов 30, управляется с общего пульта, оснащенного системой управления и контроля за разнотяговостью несущих винтов и поддержания горизонтального положения аппарата. Положение вертолета по высоте регулируется подачей топлива в двигатели внутреннего сгорания и частотой вращения несущих винтов. Тяга в путевом направлении регулируется раздельной подачей энергоносителя в пневматические и/или гидравлические двигатели с управляющими винтами, например 6.3 и 6.4.
Преимущества предложенных вертолетов:
- низкий удельный расход топлива на транспортировку грузов;
- легкость и простота управления, повышенный уровень безопасности полетов;
- высокая удельная подъемная аэродинамическая сила;
- возможность создания вертолетов с заданной тягой и грузоподъемностью, в том числе супервертолетов, гигантских летающих монтажных кранов, из множества типовых и различных по размерам и мощности пар несущих и управляющих винтов и различных, в том числе РЦ двигателей.
Мелководное судно (фиг. 1-3, 17-20), содержащее корпус 60 с бортовыми скегами 60.2, отсеки для машинною отделения 60.1, камбуза 60.3, экипажа 60.4, рубку управления 60.5, грузов 60.6, баки с топливом 60.7, плавает и управляется следующим образом. РЦ двигатель запускается и работает как описано выше. Судно, имеющее гребные винты 11.1, 16.1 и 21.1 непосредственно за кормой, управляется с помощью рулей 63. Оно может двигаться только вперед. В зависимости от уровня погружения судно может плавать в мелководных водоемах, реках. Судно, выполненное с гребными винтами 11.1, 16.1 и 21.1, вставленными в входные патрубки пробковых кранов 11.2, 16.2 и 21.2, может двигаться вперед и задним ходом. При запуске РЦ двигателя/ей внутреннего сгорания начинают вращаться гребные винты 11.1, 16.1 и 21.1, которые всасывают воду из водозаборной трубы 62 и под давлением выбрасывают ее из пробковых кранов 61.1, 61.2 и 61.3. Чем больше частота вращения валов указанных РЦ машин 1.1, 16 и 21 и гребных винтов на них, тем больше сила воды, выходящей под давлением из пробковых кранов, то есть сила толкания судна вперед. При необходимости двигаться задним ходом двигатели останавливают. Для изменения направления вращения валов РЦ расширительных машин и гребных винтов 11.1, 16.1 и 21.1 на них производят переключение потоков энергоносителей в зеркально размещенные каналы (фиг.2). В РЦ газовоздушной машине 1.2 переключение потоков сжатого воздуха (стрелка Л) производят трехходовым краном 1.5-3Р (реверс), топлива (стрелка М) - трехходовым краном 1.4-3Р (реверс), парогазовой смеси (стрелка ПГ) из РЦ газовоздушной машины 1.2 - трехходовым краном 1.10-3Р (реверс), воды (стрелка В) - трехходовым краном 1.9-3Р (реверс). На входе в РЦ парогазовую машину 21 переключение потоков парогазовой смеси для изменения направления вращения ротора производят трехходовым краном 21.3-Р (реверс). На входе в РЦ паровую расширительную машину 16 переключение потока пара третьего рабочего тела, например фреона (стрелка Ф), производят трехходовым краном 16.3-Р (реверс). После переключения потоков РЦ двигатель/и запускают повторно как описано, за счет изменения направления вращения гребные винты 11.1, 16.1 и 21.1 всасывают воду через пробковые краны 61.1, 61.2 и 61.3, выбрасывают ее под давлением из бортовых патрубков водозаборной трубы 62 и создают тягу назад. При этом имеется возможность управлять направлением движения судна с помощью рулей поворота 63.
Изменение направления пути следования одно- и многосекционного судна осуществляется изменением положения пробковых кранов 61.1, 61.2 и 61.3 или рулей 63, или их совместным действием. В последнем случае достигается минимальный радиус поворота при минимальном снижении скорости хода. Судно имеет возможность разворачиваться почти на месте, двигаться задним ходом при изменении направления вращения гребных винтов.
Судно, выполненное одно- или многосекционным, то есть состоящим из одинаковых параллельно собранных секций 64.1, 64.2 и 64.3 с указанным двигателем/ями, пробковыми кранами в каждой секции и скегами 65.1, 65.2 и 65.3, а также трубопроводами для 65.4 выпуска продуктов сгорания каждого двигателя, подведенными к носовой части судна с выводом их под козырек 66 над скегами своей секции, имеет меньшее сопротивление трению воды о днище. Это является следствием того, что под днищем образуется тонкослойная газовоздушная подушка. При этом судно не выходит из воды полностью, как это имеет место в известных судах на воздушной подушке, основным недостатком которых является огромный удельный расход воздуха на создание воздушной подушки и поддержание ею судна над водой и соответственно огромный удельный расход топлива. Сила сопротивления трению о газ или газовоздушную смесь значительно меньше силы трения о воду. Уменьшение сил сопротивления дает увеличение скорости и/или уменьшение удельного расхода топлива на доставку грузов. Судно может иметь меньшую осадку, плавать в мелководных водоемах, засоренных извилистых лесосплавных реках, прибрежных водах, быть толкачем и/или буксиром. Плавает и управляется многосекционное судно как описано выше.
Судно, выполненное с РЦ двигателем внутреннего сгорания, состоящим из имеющих общий вал 11 с воздушным 6.1 и гребным 11.1 винтами одной РЦ воздухонагнетательной 1.3 и одной 1.1 или двух 1.1 и 1.2 РЦ газовоздушных расширительных машин, одной РЦ парогазовой 21 и одной или нескольких РЦ паровых 16 расширительных машин с индивидуальными валами, каждый из которых снабжен гребным винтом 11.1, 16.1, 21.1, имеет возможность существенно сократить удельный расход топлива на транспортировку грузов. Это достигается тем, что РЦ парогазовая 21 расширительная машина двигателя использует парогазовую смесь, нагреваемую теплом корпусов и роторов РЦ газовоздушных 1.1, 1.2 расширительных машин, а РЦ паровая 16 использует нар, образующийся в промежуточном теплообменнике 14 от тепла высокотемпературного теплоносителя охлаждающего корпуса РЦ газовоздушных 1.1, 1.2 расширительных машин и РЦ воздухонагнетателей 1.3.
Использование узлов и деталей РЦ двигателя/ей в качестве элементов днища, боковых стенок, внутренних продольных и поперечных ферм-перегородок, стоек и полок многоярусных стеллажей для размещения грузов, например контейнеров, чемоданов, ящиков, верхней поверхности и силовых элементов корпуса, рамы, оболочки транспортных средств, то есть одновременно по двум функциональным назначениям, позволяет уменьшить удельную материалоемкость, трудоемкость изготовления их на 5-25%.
РЦ двигатель/и внутреннего сгорания с охлаждаемыми роторами, с РЦ газовоздушными, паровой и парогазовой расширительными машинами и РЦ гидравлическими или пневматическими нагнетателями и двигателями колес или гребных винтов позволяют строить самые экономичные колесные транспортные средства, особенно вседорожники, амфибии, грузовые машины и автономные железнодорожные, в том числе рефрижераторные вагоны, а также высокоскоростные суда.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ СУДНО | 2000 |
|
RU2163555C1 |
| КОЛЕСНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО | 2000 |
|
RU2178753C2 |
| РУЧКА УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ | 2000 |
|
RU2175290C2 |
| САМОЛЕТ | 2000 |
|
RU2167787C1 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НЕФТИ ИЗ ЗАЛЕЖИ | 2000 |
|
RU2187632C2 |
| МНОГОРАЗОВАЯ ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА | 1999 |
|
RU2164882C1 |
| ЭНЕРГОБЛОК | 2000 |
|
RU2174611C1 |
| СУДНО И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОЛН | 2001 |
|
RU2217342C2 |
| ДВИГАТЕЛЬ ПОЛЯКОВА В.И., ЭНЕРГОБЛОК ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, ТОПЛИВОПРИГОТОВИТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ, СЕПАРАТОР ГАЗОВЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ, ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ПАРОГАЗОВЫЙ СЕПАРАТОР, ТЕПЛООБМЕННИК ТРУБЧАТЫЙ | 1999 |
|
RU2143570C1 |
| ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПОЛЯКОВА В.И. И ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ | 1999 |
|
RU2143078C1 |
Изобретения относятся к роторным двигателям внутреннего сгорания и их использованию в авиации и судостроении. Двигатель включает три цилиндрических корпуса с патрубками для каналов ввода топлива, топливовоздушной смеси и вывода продуктов сгорания, которые эксцентрично размещены в упомянутых корпусах, три цилиндрических полых ротора, которые выполнены с ребрами и рубашками охлаждения, а также торцовые крышки с опорными подшипниками. Вертолет включает корпус, двигатель, несущий винт, а также два управляющих винта на валах выносных пневматических и/или гидравлических расширительных машин и/или роторно-цилиндровых двигателей внутреннего сгорания. Мелководное судно содержит корпус с бортовыми скегами и двигатель с гребным винтом, одну газовоздушную и одну паровую расширительные машины с гребными винтами на валах. Изобретение направлено на снижение удельного расхода топлива, материалоемкости, трудоемкости изготовления и стоимости эксплуатации. 3 с. и 10 з. п. ф-лы, 31 ил.
| РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЛОПАТОЧНОГО ТИПА | 1990 |
|
RU2028476C1 |
| Шахтная печь | 1980 |
|
SU896922A1 |
| US 3468279 A, 23.09.1969 | |||
| ПРЕЦИЗИОННЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ИНТЕРФЕЙС ДЛЯ РАБОТЫ С РЕЗИСТИВНЫМИ МИКРО- И НАНОСЕНСОРАМИ | 2013 |
|
RU2541723C1 |
| DE 4010362 A1, 02.10.1991 | |||
| JP 60204926 A, 16.10.1985 | |||
| СПОСОБ ЭЛЕКТРОПРОГРЕВА БЕТОНА В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ | 0 |
|
SU282107A1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ХЛОРАЛЯ | 1998 |
|
RU2154051C2 |
| DE 31301516 A1, 17.02.1983 | |||
| US 3708934 A, 09.01.1973 | |||
| Токоприемник транспортного средства с автоматическим аварийным опусканием | 1988 |
|
SU1518160A1 |
| US 3455182 A, 15.07.1969 | |||
| СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ СОБЛЮДЕНИЯ ПОРЯДКА ДОСТАВКИ В ТЕЧЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ ОБСЛУЖИВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТАЙМЕРА В МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ | 2008 |
|
RU2460242C2 |
| Виброплощадка | 1973 |
|
SU466991A1 |
| US 5503100 A, 02.04.1996 | |||
| Устройство для передвижения | 1985 |
|
SU1491535A1 |
| US 4327808 A, 04.05.1982 | |||
| Устройство для гидрографического траления дна | 1976 |
|
SU602407A1 |
| Рукоятка системы дистанционного управления рулевым механизмом транспортного средства | 1976 |
|
SU663619A1 |
| DE 19548717 C1, 07.05.1997 | |||
| US 4646869 A, 03.03.1987. | |||
