РОТОРНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2002 года по МПК F02K7/75 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям для привода транспортных средств, энергоустановок и т.д.

Из старых учебников известен также пульсирующий двигатель (полное его название - пульсирующий воздушно-реактивный двигатель или ПуВРД) (1), способный работать на различных видах топлива и, главное, без зажигания. Он неприхотлив в обслуживании, поскольку представляет собой простую трубу с клапаном в передней части. Такой двигатель имеет один большой недостаток - низкий кпд, не превышающий 8-10%, что и ограничело его применение в технике. Работал он на самолетах для поступательного движения, в последнее время использовался в авиамоделизме и сейчас летает на самолетах-мишенях для стрельбы.

Известно множество роторных двигателей по прямому преобразованию тепловой энергии химического топлива в механическую энергию вращательного движения (2).

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является описанная в RU 2006642, МПК 5 F 02 К 11/00, 1994 (в патенте 4 л.) роторная силовая установка, представляющая собой устройство по преобразованию тепловой энергии в механическое вращательное движение и состоящая, по меньшей мере, из двух реактивных пульсирующих двигателей, закрепленных на одной оси вращения, имеющих всасывающие трубы, расположенные в противоположных направлениях их действия, а реактивные сопла развернуты перпендикулярно радиусам вращения и создают пару сил. При всех достоинствах прямого преобразования энергии в такой установке сдавливание топливной смеси за счет торможения кулачками при помощи простого трения сводит на нет работоспособность установки, поскольку тепло от трения при числе оборотов порядка 4000-6000 (это скорость вращения современных автодвигателей) становится невероятно большим, соответственно резко падает кпд установки.

Недостатком известных двигателей является недостаточно высокая экономичность и кпд.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение экономичности и кпд процесса преобразования и достижения детонационного сгорания в пульсирующих двигателях за счет использования центробежных сил.

Поставленная задача решается за счет того, что в роторной силовой установке, представляющей собой устройство по прямому преобразованию тепловой энергии топлива во вращательное движение и состоящей из двух пульсирующих двигателей, закрепленных на одной оси вращения, с их реактивными соплами, образующими пару вращающих сил, для увеличения экономичности и кпд процесса преобразования и достижения детонационного сгорания в пульсирующих двигателях за счет использования центробежных сил, пульсирующие двигатели укладываются выхлопными трубами вдоль одного диаметра в противоположных направлениях действия их газовых потоков с осью вращения посередине труб, а камеры сгорания ориентированы по дуге движения клапанами вперед.

На фиг.1 изображена схема пульсирующего двигателя.

На фиг.2 изображена схема роторной силовой установки.

Корпус делится на определенные составные части пульсирующего двигателя, содержит клапанное устройство 1, камеру сгорания 2, выхлопную трубу 3, реактивное сопло 4, создающее движущий момент.

Физика теплового процесса пульсирующего двигателя основывается на том, что, как и в обычном поршневом двигателе, процесс всасывания топливной смеси в камеру сгорания, сжатие ее и даже поджиг выполняет газовый поршень, представляющий собой сгусток остаточного горячего газа, пульсирующего в выхлопной трубе. За счет этого и происходит истечение основного реактивного потока раскаленного газа из сопла.

Предлагаемая роторная силовая установка выполнена на базе двух пульсирующих двигателей. Оба двигателя укладываются выхлопными трубами 3 вдоль одного диаметра в противоположных направлениях их действия (валетом) и закрепляются на одной оси вращения посередине выхлопных труб 3, камеры сгорания 2 располагаются по дуге окружности движения клапанами 1 вперед, а реактивные сопла 4 отогнуты так, чтобы пара сил от их действия образовывала момент вращения на концах диаметра.

При таком расположении пульсирующих двигателей после их запуска начинает возрастать скорость вращения, растут и силы инерции. При достаточно быстром вращении на любой объем газа внутри двигателя действует центробежная сила Р= m•а, где m - масса малого объема, а=V²/R - ускорение, зависящее от скорости V движения по окружности данного малого объема в квадратичной зависимости, R - радиус вращения. Если радиусы от оси вращения у двух выделенных объемов одинаковые (скажем, в выхлопной трубе 3), соответственно и силы, действующие на них, уравновешиваются и на движение газа в плотном потоке трубы не оказывают заметного влияния. Другая ситуация складывается когда горячий газ почти вышел из сопла и создал разрежение в камере сгорания. Здесь любой кубик газа потеряет в своей массе, а такой же кубик в конце выхлопной трубы сохранит свою массу (на таком же расстоянии от оси), центробежная сила уже не уравновешена и заставляет кубик с большей массой сильнее сместиться к реактивному соплу (совсем газ не может выйти из сопла, поскольку полный вакуум требует бесконечной энергии), соответственно разрежение в камере сгорания усилится, тогда горячий "поршень" оставшегося газа с большей силой ударит по свежему топливному заряду. Отсюда следует, что сила давления в камере сгорания пропорциональна силам инерции. Рост давления - это рост кпд в целом. Потолок возрастания экономичности все-таки ограничен, даже невзирая на дальнейшее увеличение скорости вращения, возникновением детонационного сгорания. При обычном сгорании в цилиндрах поршневых двигателей скорость распространения пламени равна 20-90 м/с, а при детонационном же сгорании данная скорость скачком возрастает до 1200-2000 м/с. Однажды возникшее детонационное сгорание живет уже своей жизнью, не зависящей от центробежных сил. Поэтому вращение можно остановить до нуля, но пульсирующий поток в двигателях будет по-прежнему работать, циклы всасывания, сжатия топливной смеси и поджиг будут происходить независимо от того, вращается турбина или стоит на месте. Естественно, на валу ротора будет создаваться вращающий момент, пропорциональный истечению горячих газов.

Применение пульсирующих двигателей во вращательном движении в виде ротора позволяет использовать присущие только ему достоинства и поднять коэффициент полезного действия автомобиля до 35-40%. Это же дает возможность создать теплосиловую установку с одной движущейся деталью (точнее, вращающейся), что гарантирует длительную и безотказную работу автомобиля, мотоцикла, трактора и другой транспортной техники.

Литература
1. Борисавъевип М. "Мотореви а", т. 20, 7-8, р. 12, 13, 1978.

2. Рейнст Ф.Х. "Pulsating Combustion" (Munchen NY) Мюнхен, 1961.

Роторная силовая установка, относящаяся, в частности, к двигателям для привода транспортных средств, представляет собой устройство по прямому преобразованию тепловой энергии во вращательное движение. Роторная силовая установка состоит из двух пульсирующих двигателей, закрепленных на одной оси вращения, посередине труб. Пульсирующие двигатели укладываются выхлопными трубами вдоль одного диаметра в противоположных направлениях действия их газовых потоков, а их реактивные сопла образуют пару вращающихся сил. Камеры сгорания ориентированы по дуге движения клапанами вперед. Изобретение позволяет увеличить экономичность и кпд процесса преобразования и достижения детонационного сгорания. 2 ил.

Роторная силовая установка, представляющая собой устройство по прямому преобразованию тепловой энергии топлива во вращательное движение и состоящая из двух пульсирующих двигателей, закрепленных на одной оси вращения, а их реактивные сопла образуют пару вращающих сил, отличающаяся тем, что для увеличения экономичности и кпд процесса преобразования и достижения детонационного сгорания в пульсирующих двигателях за счет использования центробежных сил, пульсирующие двигатели укладываются выхлопными трубами вдоль одного диаметра в противоположных направлениях действия их газовых потоков с осью вращения посередине труб, а камеры сгорания ориентированы по дуге движения клапанами вперед.