ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК F02K7/04 

Изобретение относится к технике, преимущественно военной, а именно к двигателям летательных аппаратов, и может быть использовано, вероятнее всего, в качестве двигателя аппарата вертикального взлета и посадки.

Известен пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (далее ПуВРД) немецкой крылатой ракеты времен Второй мировой войны Фау-1 (см. Г.Б.Синярев, М.В.Добровольский. Жидкостные ракетные двигатели. - Оборонгиз, 1957, с.19, 20). Он представляет собой открытый с обоих торцов канал круглого поперечного сечения, включающий последовательно расположенные входной диффузор, клапанную решетку, камеру сгорания и выходное устройство, состоящее из конфузора и выхлопной трубы, а также систему топливоподачи и систему зажигания с электрозапалом, установленным в камере сгорания. В общем случае входное и выходное устройства двигателя могут иметь форму, отличную от прототипа, поэтому в дальнейшем будем называть их принятыми терминами воздухозаборник и сопло.

Клапанная решетка представляет собой конструкцию из несущих элементов - поперечных стержней, подвижных элементов - плоских упругих пластин постоянной толщины, прикрепленных к боковым граням стержней попарно параллельно друг другу на расстоянии, равном толщине стержня, и опорных проставок, размещенных посредине между парами пластин параллельно им. В каждой паре между пластинами имеется глухой зазор, обращенный назад. Пластины и проставки образуют продольные каналы для прохода воздуха.

Набегающий на двигатель поток проходит через воздухозаборник и клапанную решетку в камеру сгорания. Туда же подается легкоиспаряющееся топливо, после чего топливовоздушная смесь воспламеняется искрой электрозапала. Быстро расширяющиеся во все стороны продукты сгорания, попадая в глухой зазор между пластинами, тормозятся, в результате чего давление там возрастает. Это вызывает изгиб пластин в стороны до контакта с опорными проставками или боковыми стенками. Воздушные каналы клапанной решетки оказываются перекрытыми. Продукты сгорания истекают через сопло в атмосферу, а их давление на закрытую клапанную решетку создает импульс тяги двигателя.

После падения давления пластины клапанной решетки под действием своей упругости, а также разрежения, создаваемого в камере инерцией истекающих газов, возвращаются в исходное положение. В камеру поступает очередная порция воздуха, и цикл повторяется.

Клапанная решетка служит основным, но не единственным элементом узла, создающего тягу пульсирующего двигателя и включающего также боковые стенки, детали крепления и др. Кроме того, функцию создания тяги в таком двигателе могут выполнять и другие устройства. Поэтому в дальнейшем будем пользоваться общим термином "тяговый узел" (как часть двигателя) и конкретным - клапанная решетка тягового узла.

Достоинствами ПуВРД с механическими клапанными решетками являются простота и дешевизна, небольшой вес, надежность. Их недостаток - плохие тяговые характеристики, а именно низкая удельная и лобовая тяга, высокий удельный расход топлива, импульсный характер тяги, но главное - низкий ресурс клапанов.

Также известны конструкции ПуВРД, использующие аэродинамические клапаны, "Нестационарное распространение пламени", под ред. Дж.Г.Маркштейна, М., МИР, 1968, с.401-407. Кроме того, ПуВРД, в которых осуществлена замена механических клапанов на аэродинамические, описаны в патентах США №2796735, 1957; №2796734, 1957; №2746529, 1956; №2822037, 1958; 2812635, 1957.

К недостаткам таких ПуВРД следует отнести низкую амплитуду пульсаций давления и соответственно низкий термодинамический КПД (коэффициент полезного действия).

Повысить удельную и лобовую тягу и снизить удельный расход топлива можно путем увеличения амплитуды пульсаций давления, которое достигается путем увеличения скорости сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания ПуВРД. Увеличение же амплитуды пульсаций приводит к росту термодинамического КПД и соответственно к снижению удельного расхода топлива.

Техническим результатом изобретения является достижение одинаковой вертикальной составляющей реактивной тяги из разнесенных сопел ПуВРД.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном ПуВРД, преимущественно для аппарата вертикального взлета и посадки, содержащем, в частности, камеру сгорания с форсункой и запальной свечой, резонаторные трубы с соплами, впускные патрубки, поворотное устройство, канал газового эжектора, топливный бак, блоки управления поворотными устройствами и тяги управления, ПуВРД выполнен в виде цилиндрической камеры сгорания с установленными в торцевых стенках резонаторными трубами, заканчивающимися поворотными устройствами, а впускные патрубки совместно со смесительной камерой эжектора установлены в нижней части перпендикулярно оси ПуВРД.

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Другие особенности и преимущества заявляемого изобретения станут понятны из следующего детального описания, приведенного исключительно в форме не ограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, фиг.1 и 2, иллюстрирующие предпочтительный вариант реализации, на котором показана схема педлагаемого ПуВРД.

Позициями на фиг.1 и 2 показаны:

1 - камера сгорания,

2 - форсунка,

3 - запальная свеча,

4 - резонаторные трубы,

5 - сопло резонаторной трубы,

6 - поворотное устройство,

7 - впускные патрубки,

8 - смесительный канал газового эжектора,

9 - топливный бак,

10 - блоки управления поворотными устройствами,

11 - тяги управления.

ПуВРД, представленный на фиг.1 и 2, содержит камеру сгорания 1 с установленными в ней форсункой 2 и запальной свечой 3. К торцевым стенкам камеры сгорания закреплены резонаторные трубы 4 с соплами 5. К соплам 5 шарнирно закреплены поворотные устройства 6. В нижней части камеры сгорания 1 установлены впускные патрубки 7 и напротив них установлен смесительный канал газового эжектора 8. В нижней части смесительного канала газового эжектора 8 выполнен кольцевой топливный бак 9, а над ним установлены блоки управления поворотными устройствами (рулевые машины) 10, через тяги управления 11 управляющие поворотными устройствами 6.

Работа осуществляется следующим образом. Во время взрыва топливовоздушной смеси в камере сгорания 1 происходит выброс продуктов сгорания через впускные патрубки 7 и резонаторные трубы 4. При этом газ, выбрасываемый через сопла 5, разворачивается на 90° в поворотных устройствах 6 в направлении к земле. Совместно все три газовых потока создают вертикальную подъемную силу. Управление горизонтальным положением и горизонтальный полет осуществляется управлением поворотных устройств.

При этом достигается получение одинаковой вертикальной составляющей реактивной тяги из разнесенных сопел.

Разумеется, предполагаемое изобретение не ограничивается описанным примером его осуществления, показанным на прилагаемой фигуре. Остаются возможными изменения различных элементов либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель преимущественно для аппарата вертикального взлета и посадки содержит, в частности, камеру сгорания с форсункой и запальной свечой, резонаторные трубы с соплами, впускные патрубки, поворотное устройство, канал газового эжектора, топливный бак, блоки управления поворотными устройствами и тяги управления. Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель выполнен в виде цилиндрической камеры сгорания с установленными в торцевых стенках резонаторными трубами, заканчивающимися поворотными устройствами. Впускные патрубки совместно со смесительной камерой эжектора установлены в нижней части перпендикулярно оси пульсирующего воздушно-реактивного двигателя. Изобретение направлено на достижение одинаковой вертикальной составляющей реактивной тяги из разнесенных сопел пульсирующего воздушно-реактивного двигателя. 2 ил.

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД) преимущественно для аппарата вертикального взлета и посадки, содержащий, в частности, камеру сгорания с форсункой и запальной свечой, резонаторные трубы с соплами, впускные патрубки, поворотное устройство, канал газового эжектора, топливный бак, блоки управления поворотными устройствами и тяги управления, отличающийся тем, что ПуВРД выполнен в виде цилиндрической камеры сгорания с установленными в торцевых стенках резонаторными трубами, заканчивающимися поворотными устройствами, а впускные патрубки совместно со смесительной камерой эжектора установлены в нижней части перпендикулярно оси ПуВРД.