СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЯГИ Российский патент 2004 года по МПК F02K7/00 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к энергосиловым устройствам для создания тяги и обеспечения движения транспортных средств различного назначения.

Уровень техники

Известен способ получения тяги, заключающийся в подаче со скоростью, превышающей местную скорость звука, газовой смеси, включающей экзотермически активные компоненты, в рабочую камеру, в которой инициируют диссоциативный процесс (а.с. №471815, кл. F 02 К 7/10, 10.04.2000).

Данный способ по своим удельным расходным характеристикам уступает известным на сегодняшний день способам получения тяги.

Известно устройство получения тяги, содержащее источник получения газовой смеси, блок инициации и рабочую камеру (а.с. №459612, F 02 К 7/02, 18.03.1975).

Известное устройство предполагает получение высоких удельных расходных характеристик, однако его практическая реализация связана со сложностями организации стабильно управляемого процесса детонации активной газовой смеси, а это означает, что возникают большие проблемы с обеспечением прогнозируемой по величине и времени приложения тяги.

Сущность изобретения

Основной задачей заявляемого изобретения является существенное расширение энергетических возможностей получения тяги, организация управления процессами получения неравновесной газовой смеси и преобразования ее внутренней энергии в движущую силу, а также улучшение удельных и абсолютных тяговых характеристик, сокращение массы и габаритов тяговых устройств.

Согласно заявляемому изобретению предлагаемый способ получения тяги заключается в подаче со скоростью, превышающей местную скорость звука, газовой смеси, включающей экзотермически активные компоненты, в рабочую камеру для дальнейшего преобразования. При этом газовая смесь первоначально подается в полость рабочей камеры перед перегородкой (инверторную полость) и далее через периферийную кольцевую щель направляется в полость за перегородкой (конвертерную полость), в которой происходит преобразование внутренней энергии потока неравновесной газовой смеси в движущую силу.

Данный способ реализуется с помощью устройства, содержащего блок подготовки исходной газовой смеси и рабочую камеру для преобразования газовой смеси. Рабочая камера выполнена в виде осесимметричного тела вращения и разделена непроницаемой осесимметричной перегородкой на две полости. Одна из полостей, инверторная, выполнена с внутренним, как минимум однозаходным спиральным каналом, исходящим из асимптотического центра и расширяющимся в направлении периферийной кольцевой щели. Другая полость, конвертерная, выполнена с полузамкнутым, как минимум однозаходным спиральным каналом, сходящимся от периферийной кольцевой щели в направлении асимптотического центра.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг.1 - общий вид устройства (разрез);

фиг.2 - разрез А-А фиг.1 - инверторная полость рабочей камеры;

фиг.3 - вид Б фиг.1 - конвертерная полость рабочей камеры.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Согласно изобретению способ получения тяги реализуется с помощью устройства (фиг.1), содержащего блок подготовки исходной газовой смеси (1) и рабочую камеру в корпусе (2) для преобразования газовой смеси. Рабочая камера выполнена в виде осесимметричного тела вращения и разделена непроницаемой осесимметричной перегородкой (3) на две полости, одна из которых, инверторная (4), выполнена с внутренним, как минимум, однозаходным спиральным каналом (фиг.2), исходящим из асимптотического центра и расширяющимся в направлении периферийной кольцевой щели (5). Другая полость, конвертерная (6), выполнена с полузамкнутым, как минимум, однозаходным спиральным каналом (фиг.3), сходящимся от периферийной кольцевой щели в направлении асимптотического центра.

Основу способа получения тяги составляет организованный и управляемый процесс преобразования агрегатного состояния исходной газовой смеси, в результате которого сначала происходит накопление внутренней энергии, а затем ее высвобождение с созданием движущей силы. Газовая смесь, поступающая в рабочую камеру, включает как продукты неполного сгорания топлива, так и свободные радикалы, например, водорода, кислорода, группы ОН, обладающие большим энергетическим потенциалом.

Теоретически общеизвестно и экспериментально подтверждено, что удельные затраты энергии на осуществление многоуровневых диссоциативных реакций для всех известных веществ не превышают уровня 5×10² зв. При этом энергетический выход рекомбинационных реакций, например термоядерных, достигает величины 10⁶-10⁷ В.

Исходя из приведенных выше положений, в предлагаемом способе осуществляется пространственно-организованный энергонакопительный процесс при прохождении газовой смеси по одно- или многозаходным спиральным каналам закрытой инверторной полости. Направленная к периферийной кольцевой щели диссоциированная газовая смесь поступает далее в полузамкнутые одно- или многозаходным спиральные каналы конвертерной полости. При этом, поток неравновесной рабочей смеси направляется по касательной по отношению к контактной поверхности силовой площадки (поверхности сходящихся спиральных каналов конвертерной полости). В результате кинетического взаимодействия высокоэнергетического неравновесного потока с поверхностью силовой площадки возникают значительные перепады давления, которые и являются основой для образования силового эффекта.

Предлагаемое конструктивное решение пространственной организации процесса преобразования энергоносителя, газовой смеси, с помощью спиральных каналов, выполненных на осесимметричных поверхностях разделительной перегородки, позволяет существенно сократить осевые габариты силовой установки по сравнению с традиционными компоновками.

Предлагаемый способ может быть реализован, как минимум, в двух вариантах конструктивного исполнения устройства, различающихся блоком подготовки исходной газовой смеси, а также процессом подготовки исходных компонентов и способом их подачи в рабочую камеру.

В одном из вариантов источником газовой смеси являются, например, такие известные компоненты топлива, как бензиновая смесь или пара "кислород - керосин". В этом варианте исходные компоненты, предварительно переведенные в парообразное состояние, сначала подаются в смесительную камеру (7), где с помощью инициирующего блока, например, электроразрядника (8), осуществляется начальное возбуждение энергонакопительного, диссоциативного, процесса в исходной рабочей смеси, которая затем направляется через вход (9) в инверторную полость рабочей камеры.

В другом варианте источником газовой смеси является газогенератор, в котором происходит сгорание исходного топливного вещества с последующим истечением продуктов сгорания непосредственно в инверторную полость рабочей камеры.

В предлагаемом устройстве предусматриваются варианты конструктивного выполнения инверторной и конвертерной полостей, а именно различные геометрические формы поверхностей разделительной перегородки, в которой выполнены одно- или многозаходные спиральные каналы.

Заявляемое изобретение основано на результатах многолетних расчетно-теоретических и экспериментальных исследований в области неравновесных термо- и гидродинамических процессов в различных материальных средах.

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к энергосиловым устройствам для создания тяги и обеспечения движения транспортных средств различного назначения. Способ получения тяги заключается в подаче со скоростью, превышающей местную скорость звука, газовой смеси, включающей экзотермически активные компоненты, в рабочую камеру для дальнейшего преобразования. При этом газовая смесь первоначально подается в инверторную полость рабочей камеры и далее через периферийную кольцевую щель направляется в конвертерную полость, в которой происходит преобразование внутренней энергии потока неравновесной газовой смеси в движущую силу. Способ реализуется с помощью устройства, содержащего рабочую камеру для преобразования газовой смеси, которая выполнена в виде осесимметричного тела вращения и разделена непроницаемой осесимметричной перегородкой на две полости, одна из которых, инверторная, выполнена с внутренним, как минимум однозаходным спиральным каналом, исходящим из асимптотического центра и расширяющимся в направлении периферийной кольцевой щели. Другая полость, конвертерная, выполнена с полузамкнутым, как минимум однозаходным спиральным каналом, сходящимся от периферийной кольцевой щели в направлении асимптотического центра. Изобретение позволяет расширить энергетические возможности получения тяги, улучшить организацию управления процессами получения неравновесной газовой смеси и преобразования ее внутренней энергии в движущую силу, а также повысить удельные и абсолютные тяговые характеристики, сократить массу и габариты тяговых устройств. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ получения тяги, заключающийся в подаче со скоростью, превышающей местную скорость звука, газовой смеси, включающей экзотермически активные компоненты, в рабочую камеру, в которой инициируют диссоциативный процесс, отличающийся тем, что импульсное инициирование диссоциативного процесса газовой смеси осуществляют в расширяющемся от асимптотического центра к периферии спиральном канале инверторной полости и далее неравновесную газовую смесь подают через периферийную кольцевую щель в сходящийся от периферии в направлении асимптотического центра открытый спиральный канал конвертерной полости, в которой происходит преобразование кинетической энергии потока неравновесной газовой смеси в движущую силу.2. Устройство для получения тяги, содержащее источник получения газовой смеси, блок инициации и рабочую камеру, отличающееся тем, что рабочая камера, выполненная в виде осесимметричного тела вращения, разделена перегородкой на две полости, одна из которых, инверторная, выполнена с, как минимум однозаходным, спиральным каналом, исходящим из асимптотического центра и расширяющимся в направлении периферийной кольцевой щели, а другая полость, конвертерная, выполнена с открытым, как минимум однозаходным, спиральным каналом, сходящимся от периферийной кольцевой щели в направлении асимптотического центра.