СПОСОБ РЕАКТИВНОГО ДВИЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ В ВИДЕ БЕСКОМПРЕССОРНОГО ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК F02K7/10 

Изобретение относится к реактивным двигательным установкам и предназначено для использования при полетах летательных аппаратов в воздушном пространстве.

Известен способ реактивного движения, осуществляемый с применением прямоточного воздушно-реактивного двигателя, при котором предварительное сжатие воздуха перед подачей его в камеру сгорания осуществляют скоростным напором с использованием диффузора, который устанавливают у входного отверстия двигателя, сжатый воздух прямым потоком направляют в камеру сгорания, где в сжатом воздухе сжигают горючее, а продукты сгорания направляют в сопло, при этом прямоточное движение поступившего в двигатель воздуха и образуемого в пределах двигателя газа остается неизменным (см. "Политехнический словарь" под ред. А.Ю.Ишлинского, изд. "Советская энциклопедия", М. - 1980, стр.420-421). [1]

Недостатком этого способа реактивного движения является то, что только при скорости полета, равной 2-3,5 скорости звука, удельный расход топлива достигает минимума и прямоточный воздушно-реактивный двигатель становится экономичнее, чем турбореактивный двигатель (ТРД), являющийся разновидностью воздушно-реактивного двигателя (ВРД).

Наиболее близким по совокупности признаков с заявленным изобретением является способ реактивного движения, при котором сжатие воздуха в реактивном двигателе производят скоростным напором при полете летательного аппарата. Из поступающего во входное отверстие двигателя воздуха со скоростью, соответствующей скорости полета летательного аппарата, создают встречные потоки воздуха. Сжигание горючего производят в сжатом воздухе и направляют продукты сгорания в сопло для создания реактивной тяги (см. патент РФ 2127819, кл. F 02 К 7/10, 20.03.99). [2]

Недостатком этого способа реактивного движения является неполное использование при его осуществлении кинетической энергии поступающего в двигатель воздуха для его сжатия в камере сгорания с целью повышения экономичности и создаваемой двигателем реактивной тяги.

Известен прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), содержащий корпус, диффузор, камеру сгорания и реактивное сопло, в котором сжатие воздуха осуществляют скоростным напором (см. [1], стр.420-421).

Недостатком этого ПВРД является то, что его экономичное использование обеспечивается только при скорости полета, равной 2-3,5 скорости звука.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному изобретению является концевой воздушно-реактивный двигатель, используемый преимущественно для приведения во вращение несущего винта вертолета. Двигатель содержит корпус с входным отверстием, установленный в передней части корпуса внутренний объемный элемент в виде вкладыша, выполненного в виде обтекаемого в передней части тела, вершина которого направлена к входному отверстию, кольцевой канал для прохода воздуха между внутренней поверхностью корпуса и вкладышем, камеру сгорания, обращенную в пределы камеры сгорания форсунку с возможностью распыления горючего непосредственно в пределы объема камеры сгорания и сопло [2].

Указанный двигатель не обеспечивает возможность использования кинетической энергии воздушного потока для дополнительного сжатия воздуха непосредственно в камере сгорания и содержит три размещенные последовательно одна в другой круговые поверхности (корпус, кожух, камера сгорания), что увеличивает габаритные размеры двигателя.

Предлагаемое изобретение по способу реактивного движения и устройству по его осуществлению в виде бескомпрессорного воздушно-реактивного двигателя позволяет получить технический результат, заключающийся в существенном уменьшении скорости полета летательного аппарата с обеспечением при этом эффективной работы указанного двигателя с высокой экономичностью, сравнимой с известными ТРД и ВРД. Это достигается достаточной степенью сжатия воздуха в камере сгорания при умеренных скоростях полета. Вместе с тем, обеспечивается возможность уменьшения габаритных размеров двигателя с соответствующим повышением его габаритной мощности.

Указанный технический результат по способу реактивного движения достигается тем, что сжатие воздуха в реактивном двигателе производят скоростным напором при полете летательного аппарата. Из поступающего во входное отверстие двигателя воздуха со скоростью, соответствующей скорости полета летательного аппарата, создают встречные потоки воздуха. Сжигание горючего производят в сжатом воздухе и направляют продукты сгорания в сопло для создания реактивной тяги. Согласно изобретению встречные потоки сталкивают непосредственно в камере сгорания с взаимным погашением кинетической энергии и встречной скорости их движения, где при этом осуществляют основное сжатие воздуха, в котором производят сжигание горючего.

Бескомпрессорный воздушно-реактивный двигатель, обеспечивающий осуществление указанного выше способа реактивного движения, содержит корпус с входным отверстием, установленный в передней части корпуса внутренний объемный элемент в виде вкладыша, выполненного в виде обтекаемого в передней части тела, вершина которого направлена к входному отверстию, кольцевой канал для прохода воздуха между внутренней поверхностью корпуса и вкладышем, камеру сгорания и обращенную в пределы камеры сгорания форсунку с возможностью распыления горючего непосредственно в пределы объема камеры сгорания. Согласно изобретению поверхность дна вкладыша обращена в сторону сопла, при этом площадь дна вкладыша сопоставима по величине с площадью выходного отверстия из камеры сгорания в сторону сопла. Задняя часть корпуса двигателя выполнена в виде симметричной линии оси двигателя полусферической поверхности, внутренняя полость которой образует камеру сгорания между дном вкладыша и выходным отверстием из камеры сгорания. Камера сгорания по внешней окружности сообщается с кольцевым каналом. Кривизна внутренней полусферической поверхности задней части корпуса выполнена с возможностью равномерного отклонения потока воздуха из кольцевого канала в радиальных концентрических направлениях в сторону центральной части камеры сгорания, обеспечивая при этом взаимное торможение поступающих из кольцевого канала концентрических встречных потоков воздуха и его сжатие за счет погашения кинетической энергии при столкновении в камере сгорания.

Между кольцевым каналом и камерой сгорания установлены направляющие поверхности в виде концентрических одного или нескольких профилированных ободов, симметрично охватывающих камеру сгорания и обеспечивающих возможность более точного радиального направления потока воздуха из кольцевого канала в центральную часть камеры сгорания.

На приведенном чертеже в разрезе по осевой фронтальной плоскости показано в общем виде осуществление способа реактивного движения на примере соответствующего устройства в виде бескомпрессорного воздушно-реактивного двигателя. Стрелками на чертеже показано направление движения воздуха и продуктов сгорания.

Предложенный способ реактивного движения характеризуется применением устройства для его осуществления в виде приведенного ниже бескомпрессорного воздушно-реактивного двигателя, на примере работы которого будет дано описание этого способа.

Бескомпрессорный воздушно-реактивный двигатель содержит корпус 1 с входным отверстием 2, установленный в передней части корпуса внутренний объемный элемент в виде вкладыша 3, выполненного в виде обтекаемого в передней части тела, вершина которого направлена к входному отверстию, кольцевой канал 4 для прохода воздуха между внутренней поверхностью корпуса и вкладышем, камеру сгорания 5 и обращенную в пределы камеры сгорания форсунку 6 с возможностью распыления горючего непосредственно в пределы объема камеры сгорания, и сопло 7. Поверхность дна 8 вкладыша 3 обращена в сторону сопла 7, при этом площадь дна вкладыша сопоставима по величине площади с площадью выходного отверстия 9 из камеры сгорания в сторону сопла. Задняя часть корпуса 1 двигателя выполнена в виде симметричной линии оси О-О двигателя полусферической поверхности 10, внутренняя полость которой образует камеру сгорания между дном 8 вкладыша 3 и выходным отверстием 9 из камеры сгорания 5. Камера сгорания по внешней окружности сообщается с кольцевым каналом 4, кривизна внутренней полусферической поверхности 10 задней части корпуса 1 выполнена с возможностью равномерного отклонения потока воздуха из кольцевого канала 4 в радиальных концентрических направлениях в сторону центральной части камеры сгорания 5, обеспечивая при этом взаимное торможение поступающих из кольцевого канала концентрических встречных потоков воздуха и его сжатие за счет погашения кинетической энергии при столкновении в камере сгорания.

Между кольцевым каналом 4 и камерой сгорания 5 установлены направляющие поверхности 11 в виде концентрических одного или нескольких профилированных ободов, симметрично охватывающих камеру сгорания и обеспечивающих возможность более точного радиального направления потока воздуха из кольцевого канала в центральную часть камеры сгорания.

Приведенное устройство в виде бескомпрессорного воздушно-реактивного двигателя осуществляет предложенный способ реактивного движения следующим образом.

При полете летательного аппарата встречный воздух попадает во входное отверстие 2 двигателя и далее в кольцевой канал 4. При этом скорость воздуха относительно входного отверстия будет равна скорости полета летательного аппарата относительно окружающего воздуха. При движении в кольцевом канале 4 воздух равномерно охватывает со всех сторон боковые поверхности вкладыша 3, сжимается за счет частичной потери скорости движения и попадает на внутренние полусферические поверхности 10 задней части корпуса 1 двигателя и профилированные ободы 11 направляющих поверхностей, которые совместно изменяют направление движения одинакового со всех сторон потока воздуха из кольцевого канала 4 в радиальных направлениях в сторону центральной части камеры сгорания 5, где осуществляется взаимное полное торможение поступающих концентрично встречных потоков воздуха и его максимальное сжатие за счет взаимного погашения кинетической энергии потоков воздуха с противоположными направлениями движения. В пределы камеры сгорания из форсунки 6 производят распыление горючего и обеспечивают его сгорание в сжатом воздухе с созданием максимального давления продуктов сгорания на окружающие поверхности камеры сгорания. Давление продуктов сгорания на дно 8 вкладыша 3 и их истечение с ускорением через сопло 7 создает реактивную тягу и осуществляет реактивное движение.

В камеру сгорания 5 потоки воздуха равномерно поступают во встречных направлениях и сжатие воздуха в камере сгорания при указанных условиях происходит при скоростном напоре, примерно в два раза превышающем аналогичный показатель, достижимый при реальной скорости полета летательного аппарата, снабженного известными прямоточными воздушно-реактивными двигателями. Исходя из этого следует, что предложенный бескомпрессорный воздушно-реактивный двигатель будет работать с высокой эффективностью при скоростях полета, существенно меньших по сравнению с известными прямоточными воздушно-реактивными двигателями, и с меньшим удельным расходом горючего.

Изобретение предназначено для применения на летательных аппаратах при полетах в воздухе. Сжатие воздуха в камере сгорания бескомпрессорного воздушно-реактивного двигателя (БВРД) осуществляют скоростным напором при полете летательного аппарата. В корпусе двигателя в виде трубы помещают вкладыш с обтекаемой передней частью с образованием кольцевого канала для прохода воздуха между стенками корпуса и вкладыша. Из кольцевого канала воздух направляют концентрически в радиальных направлениях к центру камеры сгорания, которая размещается между дном вкладыша и задней полусферической поверхностью корпуса двигателя, в центре которой выполнено сообщающееся с соплом отверстие. Сжатие воздуха в камере сгорания увеличивают путем сталкивания и аэродинамического торможения встречных потоков воздуха, поступающих из кольцевого канала в камеру сгорания. Горючее в центральную часть камеры сгорания подают путем распыления из форсунки. Сжатие воздуха путем торможения встречных потоков равнозначно сжатию его при скорости, составляющей сумму скоростей указанных встречных потоков воздуха. Изобретение позволяет повысить эффективность работы двигателя при существенно меньших скоростях полета по сравнению с необходимой скоростью полета при использовании известных прямоточных воздушно-реактивных двигателей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ реактивного движения путем сжатия воздуха в реактивном двигателе скоростным напором при полете летательного аппарата, создания из поступающего во входное отверстие двигателя воздуха со скоростью, соответствующей скорости полета летательного аппарата, встречных потоков воздуха, сжигания горючего в сжатом воздухе и направления продуктов сгорания в сопло для создания реактивной тяги, отличающийся тем, что встречные потоки сталкивают непосредственно в камере сгорания с взаимным погашением кинетической энергии и встречной скорости их движения, при этом осуществляют основное сжатие воздуха, в котором производят сжигание горючего.2. Бескомпрессорный воздушно-реактивный двигатель, содержащий корпус с входным отверстием, установленный в передней части корпуса внутренний объемный элемент в виде вкладыша, выполненного в виде обтекаемого в передней части тела, вершина которого направлена к входному отверстию, кольцевой канал для прохода воздуха между внутренней поверхностью корпуса и вкладышем, камеру сгорания и обращенную в пределы камеры сгорания форсунку с возможностью распыления горючего непосредственно в пределы объема камеры сгорания, и сопло, отличающийся тем, что поверхность дна вкладыша обращена в сторону сопла, при этом площадь дна вкладыша сопоставима по величине с площадью выходного отверстия из камеры сгорания в сторону сопла, задняя часть корпуса двигателя выполнена в виде симметричной линии оси двигателя полусферической поверхности, внутренняя полость которой образует камеру сгорания между дном вкладыша и выходным отверстием из камеры сгорания, камера сгорания по внешней окружности сообщается с кольцевым каналом, кривизна внутренней полусферической поверхности задней части корпуса выполнена с возможностью равномерного отклонения потока воздуха из кольцевого канала в радиальных концентрических направлениях в сторону центральной части камеры сгорания, обеспечивая при этом взаимное торможение поступающих из кольцевого канала концентрических встречных потоков воздуха и его сжатие за счет погашения кинетической энергии при столкновении в камере сгорания.3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что между кольцевым каналом и камерой сгорания установлены направляющие поверхности в виде концентрических одного или нескольких профилированных ободов, симметрично охватывающих камеру сгорания и обеспечивающих возможность более точного радиального направления потока воздуха из кольцевого канала в центральную часть камеры сгорания.