СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТЯГИ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F02K3/02 

Предлагаемое изобретение относится к способам повышения реактивной тяги и к средствам для его осуществления, применимо в гидрореактивных, воздушно-реактивных, ракетных и комбинированных двигателях под и надводных плавсредств и летательных аппаратов, а также для снижения сопротивления внешней среды их движению.

Известно преобразование энергии потока рабочего тела в движение рабочего канала, движение которых совпадает по направлению, патенты: (1) СССР 16030 и (2) РФ 2168058, в которых рабочее тело из-за вязкости тянет канал за собой и одновременно толкает в том же направлении ориентированные поперек его движения профильные рабочие лопатки на внутренней поверхности криволинейного профильного рабочего канала.

Известно деление рабочего тела на противоположные потоки для повышения, с применением эжектора и инерционно-центробежной силы - маршевой тяги двигателей, например: (3) патент США 4033120.

Известно повышение маршевой тяги двигателей за счет их двухконтурности, например: (4) ДТРД, Политехнический словарь, стр. 134, "СЭ", Москва, 1977г.

Недостаток всех упомянутых двигателей в том, что мал уровень их маршевой тяги.

Задачей предлагаемого изобретения, т.е. способа и устройства, является повышение маршевой тяги РД без увеличения вредности их воздействия на внешнюю среду.

Решение задачи в том, что в РД рабочее тело - само и/или минимум один компонент из его составляющих, с давлением выше давления внешней среды - делят на минимум два противоположных потока, расширяя прямой поток минимум в сопле и преобразуя его энергию в маршевую тягу, а энергию обратного потока, с изменением его направления в интервале от начального до обратного, преобразуют в маршевую тягу с помощью минимум одного криволинейного профильного перепускного канала с профильными рабочими лопатками на внутренней поверхности, ориентированными поперек перепускаемого обратного потока рабочего тела, которое из-за вязкости тянет канал за собой в направлении своего движения и одновременно, воздействуя на лопатки, толкает канал в том же направлении, создавая дополнительную тягу до истечения во внешнюю среду, а осуществляют этот способ с помощью устройства для повышения тяги реактивных двигателей, содержащего по меньшей мере минимум один криволинейный профильный перепускной канал для перепуска обратного потока рабочего тела и/или минимум одного компонента из его составляющих от его делителя до устройств, преобразующих его энергию в тягу - маршевую, подъемную или маневровую, отличие которого в том, что на внутренней поверхности минимум одного криволинейного профильного перепускного канала профильные рабочие лопатки выполнены охватывающими обратный поток и поперек него ориентированны, причем возможны варианты, а именно:
1) профильные рабочие лопатки выполнены в виде нарезов, охватывающих обратный поток и поперек него ориентированных;
2) профильные рабочие лопатки выполнены в виде гофров, охватывающих обратный поток и поперек него ориентированных;
3) криволинейный профильный перепускной канал выполнен по длине лопаточно-нарезо-гофрированным в любой наборности и последовательности.

Сущность предлагаемого решения, т.е. способа и устройства, поясняется схемой получения, например: в одном из вариантов ДТРД (4) Политехнический словарь, стр. 134, Москва, 1977 г., - добавочной маршевой тяги, где на фиг. 1:
1 - вход для воздуха во внутренний контур;
2 - лопатки вентилятора;
3 - вход для воздуха во внешний контур;
4 и 4' - компрессор и турбина низкого давления;
5 и 5' - компрессор и турбина высокого давления;
6 - камера сгорания - делитель (КС-д) для деления рабочего тела на противоположные потоки;
7 - турбина привода вентилятора 2;
8 - реактивное сопло для прямого потока (сопловой участок внешнего контура не показан, поскольку для смешанного потока возможны варианты: совместного с прямым потоком и/или раздельного их истечения во внешнюю среду);
9 - прямой поток рабочего тела;
10 - обратный поток рабочего тела;
11 - криволинейные профильные перепускные каналы;
12 - повороты каналов 11 с выводом во внешний контур;
13 - смешанный поток рабочего тела (часть внешнего контура с камерой смешения не показана).

На фиг. 2 - поперечное сечение перепускного канала 11 перед профильной рабочей лопаткой 14 с обозначением стрелками поперечной циркуляции элементарных струек в обратном потоке 10.

На фиг. 3 - продольное сечение части перепускного канала 11 с обозначением стрелками продольной циркуляции элементарных струек вдоль обратного потока 10.

Выполнение нарезов и гофров не показано, поскольку их профиль подобен лопаточному и работают они одинаково.

Вариант 1. Криволинейный профильный перепускной канал 11 с охватывающими обратный поток 10 и поперек него ориентированными профильными рабочими лопатками 14 на его внутренней поверхности, со входом для рабочего тела обратного потока 10 - из КС-д 6 и выходом для него с поворотом 12 - во внешний контур.

При работе обратный поток 10 под давлением из КС-д 6 поступает в канал 11.

При прохождении потока 10 по каналу 11 из-за его кривизны возникшая инерционно-центробежная сила с наименьшего текущего радиуса гонит элементарные струйки на наибольший текущий радиус, фиг.3.

Струйки, входя на лопатку 14, изменяют вектор скорости, передавая при этом импульс каналу 11, одновременно делятся на противоположные потоки и вдоль стенки канала 11 между и под прикрытием лопаток 14 перетекают на наименьший текущий радиус встречь друг другу, фиг.2.

После встречи, изменив вектор скорости под действием потока 10, струйки под действием инерционно-центробежной силы перетекают на наибольший текущий радиус, входят на лопатку 14, далее. .. продольно-поперечная циркуляция элементарных струек в потоке 10 повторяется, толкая канал 11 по направлению движения обратного потока 10, фиг.3.

Из-за вязкости и разности скоростей движения с каналом 11 поток 10 тянет канал 11 за собой.

"Тяни-толкай" - это и есть дополнительная маршевая тяга, полученная до истечения обратного потока 10 во внешнюю среду.

Прохождение потоком 10 поворота 12 канала 11 с истечением через щелевое сопло во внешний контур дает инерционно-центробежную тягу.

Прямая тяга, дополнительная тяга, инерционно-центробежная и эжекторная тяга в сумме дают большую маршевую тягу, чем у базового ДТРД, при том же удельном расходе топлива, что не увеличивает вредность воздействия ДТРД-примера на внешнюю среду.

Вариант 2. ДТРД в хвостовой части самолета.

Канал 11 с лопатками 14 внутри и со входом для потока 10 сжатого воздуха из промежутка между компрессором высокого давления 5 и входом в КС-д 6, с продолжением канала 11 в фюзеляже самолета до выхода в камеру сгорания подъемного двигателя, находящегося под фюзеляжем между центрами тяжести и давления.

Результат относительно 1-го варианта. При наличии подъемной тяги уровень маршевой тяги - прежний, за счет увеличения длины канала 11, при том же удельном расходе топлива и при той же вредности ДТРД-примера на внешнюю среду.

Вариант 3. ДТРД в хвостовой части самолета.

Канал 11 с лопатками 14 внутри, со входом для рабочего тела обратного потока 10 - из КС-д 6 и выходом для него с поворотом 12 - во внешний контур и канал 11 с лопатками 14 внутри и со входом для потока 10 сжатого воздуха из промежутка между компрессором высокого давления 5 и входом в КС-д 6, с продолжением канала 11 в фюзеляже самолета до выхода в камеру сгорания подъемного двигателя, находящегося под фюзеляжем между центрами тяжести и давления.

Результат относительно 2-го варианта. Уровень тяг - прежний, у маршевой тяги - за счет увеличения длины канала 11 и эжекторной тяги, при том же удельном расходе топлива и при той же вредности ДТРД-примера на внешнюю среду.

Источники информации
1. Патент СССР 16030.

2. Патент РФ 2168058.

3. Патент США 4033120, Дж. Кентфильд.

4. ДТРД, Политехнический словарь, стр.134, "СЭ", Москва, 1977 г.

5. Патент РФ 2141051 Алексея Клименко на ДТРД с противоположным вращением соосных роторов.

6. Патент Франции 1264988.

7. Авторское свидетельства СССР 1676310.

8. Прикладная газовая динамика, Г.Н. Абрамович, Москва, 1976 г.

9. Лопаточные машины для жидкостей и газов, Карл Пфлейдерер, "Машгиз", 1960 г.

10. А. З. Чулков, Экономия светлых нефтепродуктов на транспорте, "Транспорт", Москва, 1985 г.

11. М.С. Вольшанский, Необыкновенная жизнь обыкновенной капли, "Знание", Москва, 1986 г.

12. И.Я. и В.И. Аксеновы, Транспорт и охрана окружающей среды, "Транспорт", Москва, 1986 г.

13. В. П. Казневский, Аэродинамика в природе и технике, "Просвещение", Москва, 1985 г.

14. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П., Теория ракетных двигателей, Москва, 1969 г.

15. Зуев. В. С. и Макарон B.C., Теория прямоточных двигателей, Машиностроение, Москва, 1971 г.

16. В. М. Акимов, В.И. Бакулев, Р.И. Курзинер, Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей, Машиностроение, Москва, 1987 г.

17. Бондарюк М.М., Ильяшенко С.М., Теория прямоточных и ракетно-прямоточных двигателей, Машиностроение, Москва, 1971 г.

18. Дмитриев, Кошелев В.А., Космические двигатели будущего, "Знание", Москва, 1982 г.

Изобретение относится к двигателестроению. Способ повышения тяги реактивных двигателей заключается в том, что в двигателе рабочее тело с давлением выше давления внешней среды делят на минимум два противоположных потока, расширяя прямой поток и преобразуя его энергию в маршевую тягу. Энергию обратного потока преобразуют в маршевую тягу в устройстве для повышения тяги, с изменением его направления в интервале от начального до обратного. При этом делят рабочее тело само и/или минимум один компонент из его составляющих на два противоположных потока. Повышение маршевой тяги осуществляют с помощью минимум одного криволинейного профильного перепускного рабочего канала с профильными рабочими лопатками на его внутренней поверхности. Профильные рабочие лопатки охватывают обратный поток и ориентированы поперек него. Изобретение позволяет повысить маршевую тягу. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ повышения тяги реактивных двигателей, заключающийся в том, что в двигателе рабочее тело с давлением выше давления внешней среды делят на минимум два противоположных потока, расширяя прямой поток минимум в сопле и преобразуя его энергию в маршевую тягу, а энергию обратного потока, с изменением его направления в интервале от начального до обратного, преобразуют в маршевую тягу в устройстве для повышения тяги, отличающийся тем, что на минимум два противоположных потока делят рабочее тело само и/или минимум один компонент из его составляющих, а повышают маршевую тягу с помощью минимум одного криволинейного профильного перепускного рабочего канала с профильными рабочими лопатками на его внутренней поверхности, ориентированными поперек перепускаемого обратного потока рабочего тела, которое из-за вязкости тянет канал за собой в направлении своего движения и одновременно, воздействуя на лопатки, - толкает канал в том же направлении, создавая добавочную тягу до истечения во внешнюю среду. 2. Устройство для повышения тяги реактивных двигателей, содержащее, по меньшей мере, минимум один криволинейный профильный перепускной канал для перепуска обратного потока рабочего тела и/или минимум одного компонента из его составляющих от его делителя до устройств, преобразующих его энергию в тягу - маршевую, подъемную и/или маневровую, отличающееся тем, что на внутренней поверхности криволинейного профильного перепускного канала профильные рабочие лопатки выполнены охватывающими обратный поток и поперек него ориентированы. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что профильные рабочие лопатки выполнены в виде нарезов, охватывающих обратный поток и поперек него ориентированных. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что профильные рабочие лопатки выполнены в виде гофр, охватывающих обратный поток и поперек него ориентированных. 5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что криволинейный профильный перепускной канал выполнен по длине лопаточно-нарезогофрированным в любой последовательности.