ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ШЕСТЕРЕНКО (ЛАШ) Российский патент 2010 года по МПК B64C39/00 F02K1/36 

Предлагаемое изобретение относится к авиации.

Прототип

ИЗВЕСТЕН:

1. Летательный аппарат, содержащий корпус для полезного груза и устройство эжекторного разгона газа, отличающийся тем, что устройство эжекторного разгона газа содержит не менее чем два сопла, герметично соединенных между собой, и не менее чем одну вакуумируемую полость, сообщенную с емкостью.

(Патент RU №2277059)

Недостаток прототипа в том, что инерционные силы газового потока недостаточно полно используются для получения тяги в крейсерском и других режимах.

Аналог 1

Летательный аппарат, содержащий корпус для полезного груза и устройство эжекторного разгона газа (Авт. св. СССР №342809).

Недостаток прототипа заключается в том, что он требует много энергозатрат.

Аналог 2

Известен аэростат - летательный аппарат легче воздуха, подъемная сила которого создается заключенным в оболочку газом с плотностью меньшей, чем плотность воздуха.

Управляемый аэростат с движетелем называется дирижаблем.

(Политехнический словарь. Москва: Советская энциклопедия, 1977).

Недостаток аналога заключается в том, что он требует много легкого газа и не может свободно менять высоту.

Целью изобретения является повышение эффективности.

Для достижения указанной цели:

1. Летательный аппарат, содержащий корпус для полезного груза и устройство эжекторного разгона газа, у которого не менее чем два сопла герметично связаны между собой, и не менее чем одну вакуумируемую полость, отличающийся тем, что

или не менее чем однократно за последним соплом не менее чем у одних герметично соединенных между собой сопел или жестко, или с возможностью передвижения установлено с зазором эжекторно не менее чем однократно эжектирующее сопло с критическим сечением, большим по сравнению с критическим сечением расходоопределяющего сопла этих же герметично соединенных между собой сопел,

или не менее чем у одних герметично соединенных между собой сопел не менее чем одно сопло введено в одну резонансную полость так, чтобы газодинамический поток, выходящий из сопла, сталкивался с газодинамическим потоком в резонансной полости, которая снабжена не менее чем одним выходным соплом,

или не менее чем одни герметично соединенные между собой сопла установлены с возможностью вращения относительно оси вращения, к которой прикреплены посредством плеча,

или имеется и то и другое в любом сочетании одновременно, или имеется и то и другое и третье одновременно.

2. Летательный аппарат по пункту 1, отличающийся тем, что не менее чем одно эжектирующее сопло установлено с возможностью осевого передвижения.

3. Летательный аппарат по пункту или 1, или 2, отличающийся тем, что не менее чем одно эжектирующее сопло установлено с возможностью передвижения вокруг оси вращения, к которой прикреплено посредством плеча.

Предлагаемое изобретение изображено на фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8.

На фиг.1 герметично соединены между собой сопла 1, 2 и 3, связку которых и связки подобные им в дальнейшем сокращенно называются «насадком». Критические сечения 4 и 5 не меньше критического сечения 6 расходоопределяющего сопла 1. На сопле 3 при помощи кронштейнов 7, 8 и регулирующего винта 9 установлено с зазором 10 эжекторное сопло 11, на котором при помощи кронштейнов 12, 13 и регулирующего винта 14 установлено с зазором 15 эжекторное сопло 16. Эжекторные сопла 15 и 16 имеют критические сечения 17 и 18, которые больше критических сечений 4, 5 и 6. На эжекторном сопле 16 при помощи кронштейнов 19, 20 и регулирующего винта 21 установлено с зазором 22 сопло 23, которое герметично соединено с соплом 24, а то в свою очередь герметично соединено с соплом 25. Сопла 24 и 25 имеют критические сечения 26 и 27, которые не меньше критического сечения 28 расходоопределяющего сопла 23, которое больше критических сечений 17 и 18.

На сопле 25 при помощи кронштейнов 29, 30 и регулирующего винта 31 установлено с зазором 32 эжекторное сопло 33 с критическим сечением 34. Сопло 1 имеет входное сечение 35.

Сопло 3 имеет выходное сечение 36. Эжектирующие сопла 11,16 и 33 имеют выходные сечения 37, 38 и 39.

К входному сечению 35 подсоединена магистраль с высоким давлением 40.

На фиг.2 сопло 41, выполненное в виде тела вращения, введено в резонансную полость 42 так, чтобы газодинамический поток, выходящий из сопла 41, сталкивался с газодинамическим потоком, выходящим из сопла 41 в центральной области резонансной полости 42, которая снабжена выходным соплом 43, к которому герметично подсоединено сопло 44. Сопла 41 и 44 имеют критические сечения 45 и 46, которые не меньше (а лучше больше) критического сечения 47 расходоопределяющего сопла 43. На сопле 44 при помощи кронштейнов 48, 49 и регулирующего винта 50 установлено с зазором 51 эжекторное сопло 52, на котором при помощи кронштейнов 53, 54 и регулирующего винта 55 установлено с зазором 56 сопло 57.

На сопло 57 герметично установлено сопло 58, на которое в свою очередь герметично установлено сопло 59.

На сопле 59 при помощи кронштейнов 60, 61 и регулирующего винта 62 установлено с зазором 63 эжекторное сопло 64. Эжекторные сопла 52 и 64 имеют критические сечения (одновременно они и выходные) 65 и 66.

Сопла 44 и 59 имеют выходные сечения 67 и 68. Кольцевое сопло 41 имеет кольцевое входное сечение 69. Сопла 58 и 59 имеют критические сечения 70 и 71, которые не меньше критического сечения 72 расходоопределяющего сопла 57. Критическое сечение 65 больше критических сечений 45, 46 и 47. Критические сечения 70 и 72 не меньше (а лучше больше) критического сечения 72 расходоопределяющего сопла 57. Критическое сечение 72 не меньше (а лучше больше) критического сечения 65. Критическое сечение 66 больше критических сечений 70, 71 и 72. К кольцевому входному сечению подсоединен коллектор 73 с высоким давлением.

На фиг.1 и 2 в соплах 11, 23 и 52 установлены винтообразные направляющие 74, 75 и 76. Между соплами 1 и 2, 23 и 24, 43 и 44, 57 и 58, соответственно, имеются вакуумируемые полости 77, 78, 79 и 80.

На фиг.3 изображен вариант, когда герметично соединенные между собой сопла 1, 2 и 3 и следующие за ним эжектирующие сопла 11 и 16 установлены на плече 81, которое связано с общей осью вращения 82. Сопло 3 имеет козырек 83. На оси 82 установлены лопатки 84. Ось 82 находится в подшипниках 85 и 86, связанных с остовом (на фиг. не показано). Ось 82 снабжена передачей 87 с мотором 88.

На фиг.4 сопла 1 и 2 выполнены в виде тел вращения. К соплу 1 подсоединен кольцевой коллектор 89 с высоким давлением. На плече 90 установлены подшипники 91, в которых установлена ось 92, к которой прикреплено плечо вращения 93, к которому в свою очередь прикреплено эжекторное сопло 16. На оси 92 установлены лопатки 94. На фиг.4 сопло 16 по отношению к оси 92 имеет выходное сечение, которое обеспечивает движение реактивной струи по касательной (на фиг.4 нет специального сечения, поясняющего это, поэтому см. фиг.3.).

На фиг.5 кольцевой коллектор 89 с высоким давлением снабжен кольцевым соплом 95, на котором герметично установлено кольцевое сопло 96 с выходным сечением 97, введенное в герметичную резонансную камеру 98, которая снабжена выходным соплом 99 с выходным сечением 100. На сопле 100 с зазором 51 установлено сопло 52 с критическим сечением 65.

На фиг.6 насадок состоит из герметично соединенных между собой сопел 101, 102 и 103, критические сечения 104 и 105 которых меньше критического сечения 106 расходоопределяющего сопла 101. Не менее чем однократно герметичное соединение между соплами 101, 102 и 103 образует полости 107 и 108. Сопло 101 с входным сечением размещено ближе остальных сопел 102 и 103 насадка к оси вращения 110.

На фиг.6 изображены оси симметрии O₁ и O₂.

Следует заметить, что образующие сопел 101, 102 и 103 приварены к цилиндрам 111 и 112, которые приварены к плечам 113 и 114. Исполнение сопел 101, 102 и 103 может быть и в виде дисков (роторов).

На фиг.6 сопло 1 дозвуковое, а сопла 102 и 103 сверхзвуковые (сопла Лаваля). От входного сечения 109 до критического сечения 105 образующие сопел 101, 102 и 103 симметричны оси симметрии О₃. За критическим сечением 105 сопло 103 (сопло Лаваля 103) имеет сверхзвуковую часть 115, которая поворачивается и у которой выходное сечение 116 обращено в сторону оси симметрии O₂, относительно которой насадок до критического сечения 117 общего сопла 118 практически симметричен. За критическим сечением 117 общее сопло 118 имеет поворотную часть 119, у которой имеется выходное сечение 120. Образующая 121, образующая 122 сопла 103, выходное сечение 15 и общее сопло 18 до критического сечения 17 ограничивают область резонансной полости 123. Пунктиром 124 условно обозначена область, по которой идут потоки из выходных сечений 115 до столкновения в области оси симметрии О₂.

На фиг.6 только с одной стороны плечо 113 имеет входное отверстие 125 и с той же стороны на оси вращения 110 могут быть лопатки 126 или мешалки, или компрессора, или вентилятора, или и то и другое одновременно. Ось вращения имеет привод для вращения (на фиг.6 не показано). Патрубок подвода 127 имеет с насадком или лабиринтное уплотнение 128, или сальник (на фиг.6 не показан). Плечо 114 имеет отверстие 129. Стрелками на фиг.6 показаны пути движения газодинамических потоков. Выходное сечение 120 совмещено с входным сечением сопла 131 насадка 132, установленного на общем сопле 118 при помощи плеча 133. Насадок 132 имеет ось симметрии O₄.

На фиг.7 плечо 113 имеет входное отверстие 125 с двух сторон. Вместо плеч 114 имеется плечо 134, которое не имеет отверстий. Плечо 134 приварено к установочному цилиндру 135. Плечо 113 приварено к установочному цилиндру 136. Между установочным цилиндром 135 и плечами 113 установлены промежуточные цилиндры 137. Ось вращения 110 имеет резьбу 138, при помощи которой гайками 139 стягиваются на оси вращения 110 цилиндры 135, 136 и 137. Патрубок подвода 127 к насадку подходит с двух сторон. Стопоры цилиндров на оси 110 на фиг. не показаны.

На фиг.7 сопло 101 выполнено в виде сопла Лаваля. Следует заметить что расходоопределяющим соплом может быть любое из сопел 101, 102 и 103. Однако для простоты описания работы принимаем сопло 1 расходоопределяющим.

На фиг.8 показано, как не менее чем однократно тракты движения не менее чем двух первых и последующих за ним сопел смыкаются в резонансной полости, снабженной не менее чем одним выходным соплом.

На фиг.8 на оси 110 установлено не менее чем два насадка, которые изображены на фиг.6 и 7, причем ось симметрии O₄ двух насадков 132 пересекается в области оси симметрии O₅ резонансной полости 140, которая образована или сферой (или тором) 141 и общим соплом 142. Подводимый в патрубок подвода 127 газодинамический поток распределяется между первыми соплами при помощи полого цилиндра 143. Ось вращения 110 во всех вариантах имеет привод вращения (на фигурах не показано). На сопле 142 при помощи кронштейна 144 установлено с зазором эжекторное сопло 145.

На фиг.2 показан вариант, когда эжекторно вакуумируемая камера 80 может быть сообщена через трубопровод 146 и перекрывающее устройство 147 с какой-то емкостью.

Все сопла или часть сопел на всех фигурах могут быть выполнены в виде тел вращения. Резонансные параметры зависят от геометрии резонансных камер 42, 98, 123 и 140 и геометрии вакуумируемых полостей.

На всех фигурах подвод дополнительных масс различных газодинамических потоков может осуществляться автономно (на фиг. не показано). Тангенциальная направленность сопел по отношению к плоскостям вращения на фиг.3, 4, 6, 7 и 9 не показана, но она может иметь место.

Камеры сгорания на фиг. не показаны, но они тоже могут иметь место.

На всех фигурах стрелками показаны направления движения газодинамических масс или вращение осей.

Эжектируемые полости сообщены с вакуумируемыми емкостями (на фигурах не показано) при помощи трубопровода 146 и устройства перекрытия 147 (фиг.2).

На всех фигурах корпус летательный аппарат обозначается буквами «КЛА»

Регулировочные винты могут быть заменены гидравлическими устройствами.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом.

На фиг.1 к входному сечению 35 через магистраль с высоким давлением 40 подводится газовый поток. Через сверхзвуковое сопло 1 газовый поток попадает в сверхзвуковое сопло 2, а затем - в сверхзвуковое сопло 3. Или в эжекторно вакуумируемой полости 77, или в полости между критическими сечениями 4 и 5 за счет отрыва потока от сопла 2 и за счет эжекции вакуумирования этого пространства, или там и там создаются условия для возникновения и удержания на рабочем режиме резонансно-пульсирующего течения газодинамического потока от входного сечения 35 до выходного сечения 36.

Следовательно, из выходного сечения 36 в эжекторное сверхзвуковое сопло 11 поступает активный резонансно-пульсирующий газовый поток, который как бы вибрирующими волнами захватывает дополнительные порции другого (добавленного) газового потока, который может быть подведен к зазору 10 из окружающей среды по газоводу (на фиг. не показано).

В сопле 11 частота и величина амплитуды активного газового потока частично гасятся и изменяются. Если для технологических соображений необходимо усилить гашение пульсаций, то на пути уже суммарного потока стоит дополнительное эжекторное сопло 16. Частично успокоенный суммарный поток газа через выходное сечение или 37, или 38 поступает в сопло 23. Через зазор 22 аналогичным образом за счет сил эжекции поступает дополнительная порция газа. Весь газ проходит критические сечения 28,26 и 27, а затем входит в эжекторное сопло 33. При этом все повторяется.

На фиг.2 газовый поток подается через коллектор 73 с высоким давлением в кольцевое сопло 41, где разгоняется, а затем выходит через кольцевое критическое сечение 45 в резонансную полость 42, где поток газа сталкивается в центральной части резонансной полости 42, достигая в ней максимального давления и температуры торможения. Затем поток газа отбрасывается на стенки резонансной полости 42 и выходит через выходное сверхзвуковое сопло 43 в сверхзвуковое сопло 44. В резонансной полости 42 за счет резкой смены высокого давления и низкого и за счет эжекторно вакуумируемой полости 79 создаются условия для возникновения и удержания на рабочем режиме резонансно-пульсирующего течения газового потока от кольцевого критического сечения 45 до выходного сечения 67, из которого активная резонансно-пульсирующая струя входит в эжекторное сопло 52, а оттуда суммарная активная струя идет эжекторно в сопло 57. Далее все повторяется как на фиг.1.

На фиг.3 ось 82 приводится во вращение передачей 87 и мотором 88. При заданном числе оборотов за счет центробежных сил через герметично соединенные между собой сопла 1, 2 и 3 проходит воздух с сверхзвуковой скоростью, причем или в эжекторно вакуумируемой полости 77, или в полости между критическими сечениями 4 и 5 за счет отрыва потока от сопла 2 и за счет эжекции вакуумирования этого пространства, или там и там создаются условия для возникновения и удержания на рабочем режиме резонансно-пульсирующего течения газового потока от входного сечения 35 до выходного сечения 36. Сопло 3 имеет козырек 83, при помощи которого поток газа поворачивается в нужном направлении (на фиг. не показано). Далее происходит так же, как и на фиг.1. Если число оборотов недостаточно, чтобы получить сверхзвуковую скорость, газ к соплу 1 подается под давлением.

На фиг.4 через кольцевой коллектор 89 с высоким давлением подается поток газа в кольцевое сверхзвуковое сопло 1, через которое затем попадает в кольцевое сверхзвуковое сопло 2. В эжекторно вакуумируемой полости 77 создаются условия для возникновения и удержания на рабочем режиме резонансно-пульсирующего течения газового потока от входного кольцевого сечения 35 до выходного кольцевого сечения 36. Активная газовая струя в пульсирующем режиме поступает в эжекторные сопла 16, которые установлены по кольцу и направлены выходным сечением аналогично фиг.3 по отношению к оси 92 (т.е. создается крутящий момент). В результате лопасти 94 компрессора вращаются.

На фиг.5 через кольцевой коллектор 89 с высоким давлением подается поток газа в сверхзвуковое сопло 95, через которое затем попадает в сопло 96 с критическим (и выходным одновременно) сечением 97. Герметично соединенных между собой сопел 95 и 96 на коллекторе установлено не меньше, чем две пары. Оси этих сопел сходятся в точке «С» (схождения потоков) в центральной области резонансной полости 98. Аналогично фиг.2 из сечения 100 выходит активная струя газа в резонансно-пульсирующем режиме.

Далее все повторяется.

В варианте, изображенном на фиг.6, ось вращения 110 приводится во вращение приводом. Через патрубок 127 и отверстие 125 в насадок поступает газовый поток или за счет подсоса или под давлением дополнительного источника давления (на фиг. не показано), или того и другого одновременно. При этом существует «критическое число» оборотов, после которого в критических сечениях 106 устанавливается критический расход. Отверстие 125 имеет проходное сечение больше, чем сумма площадей критических сечений 106. При увеличении числа оборотов выше «критического числа» за критическим сечением 106 возникает поток, идущий со сверхзвуковой скоростью, который тормозится на стенках сопла Лаваля 102, не переходя на дозвуковую скорость, а за критическим сечением 4 опять ускоряется. То же самое происходит и в сопле Лаваля 103, только поток при ускорении еще поворачивается в сторону оси симметрии О₂. В резонансной полости 123 поток сталкивается в области оси симметрии O₂. При таком столкновении крупные молекулы распадаются на более мелкие молекулы. За счет центробежных сил в резонансной полости 123 около образующей 121 возникает разрежение, а получившийся в результате столкновения поток выносится центробежными силами через общее сопло 118 и выходное сечение 120 в сопло 131 или просто в другой газовый тракт для дальнейшей обработки (на фиг. не показано). Лопатки 126 способствуют подаче газового потока в насадок. Разрежение, возникающее в результате эжекции в полостях 107 и 108, способствует крекинговым процессам в газовом потоке, которые способствуют ускорению продуктов крекинга и всего потока. Разрежение в резонансной полости 123 около образующей 121 усиливает эффект крекинга и создает резонансные волновибрации, которые также способствуют усилению скорости потока в выходном сечении 120. Если этот поток идет в сечение 130, то за счет эжекции (или дополнительного давления извне) в сопло 131 поступает дополнительный газовый поток. При впрыске жидкости в газовый поток жидкость испаряется или кавитирует.

На фиг.7 показан вариант, когда в насадок поступают с разными компонентами газодинамические потоки через входные патрубки 127, соединение этих разных компонентов происходит в резонансной полости 123. Это могут быть и водород и кислород. Тогда резонансная камера является камерой сгорания.

На фиг.8 показан вариант, когда дополнительный газовый поток с основным потоком продукта крекинга, вошедшие в сечение 130, в резонансной полости 140 сталкиваются и выносятся центробежными силами через общее сопло 142. В резонансных полостях 123 и 140 за счет инерционных сил вращения и скорости сталкивающихся потоков газа неизбежно создаются резонансно-волновые пульсации, которые будут наблюдаться и выходных сечениях сопел 118 и 142.

Пульсирующая активная струя, идущая из выходного сечения 120, двигается как волнообразная гребенка, затаскивая в следующий за ним насадок Шестеренке 123 в сечение 130 дополнительную массу газа.

Вакуумированием емкостей летательному аппарату обеспечивается всплытие на заданную высоту. Крейсерскими соплами обеспечивается передвижение летательного аппарата в горизонтальных плоскостях (на фиг. не показано). Однако предлагаемое изобретение может быть использовано и для обычных самолетов.

Из книги O.K.Кудрина «Пульсирующее реактивное сопло с присоединением дополнительной массы» (труды МАИ. 1958 г.), а также открытия СССР №413 «Явления аномально высокого прироста тяги в газовом эжекторном процессе с пульсирующей активной струей» 1951 г. известно, что при эжектировании атмосферного воздуха пульсирующей струей был экпериментально получен прирост реактивной силы до 140% к исходной тяге, т.е. тяга увеличилась в 2,4 раза.

Следовательно, на всех фигурах во всех эжекторных парах, где имеет место прирост массы газа при помощи эжектируемой пульсирующей активной струи, происходит неизбежно аномальный прирост реактивной силы, а за счет резонансных полостей и вакуумируемых полостей насадков этот эффект увеличивается.

Технический эффект:

1. Предлагаемый летательный аппарат благодаря резонансой полости и эжекторного сопла является самым высокоэффективным устройством по использованию энергии активной пульсирующей струи, возникающей за счет перепада давления, создаваемого компрессором или двигателем, или инерционными силами вращения, вызываемыми приводом с мотором.

2. Эжекторные сопла позволяют регулировать параметры пульсирующих активных струй, идущих в следующие насадки.

Изобретение относится к области авиации. Летательный аппарат содержит корпус для полезного груза и устройство эжекторного разгона газа, у которого сопла герметично связаны между собой, и вакуумируемую полость. В первом примере за последним соплом у одних герметично соединенных между собой сопел или жестко, или с возможностью передвижения установлено с зазором эжектирующее сопло с критическим сечением, большим по сравнению с критическим сечением расходоопределяющего сопла этих же герметично соединенных между собой сопел. Во втором примере у одних герметично соединенных между собой сопел сопло введено в одну резонансную полость так, чтобы газодинамический поток, выходящий из сопла, сталкивался с газодинамическим потоком в резонансной полости, которая снабжена не менее чем одним выходным соплом. В третьем примере герметично соединенные между собой сопла установлены с возможностью вращения относительно оси вращения, к которой прикреплены посредством плеча. Изобретение направлено на повышение эффективности использования энергии активной пульсирующей струи. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Летательный аппарат, содержащий корпус для полезного груза и устройство эжекторного разгона газа, у которого не менее чем два сопла герметично связаны между собой, и не менее чем одну вакуумируемую полость, отличающийся тем, что не менее чем однократно за последним соплом не менее чем у одних герметично соединенных между собой сопел или жестко, или с возможностью передвижения установлено с зазором эжекторно не менее чем однократно эжектирующее сопло с критическим сечением большим по сравнению с критическим сечением расходоопределяющего сопла этих же герметично соединенных между собой сопел, или не менее чем у одних герметично соединенных между собой сопел, не менее чем одно сопло введено в одну резонансную полость так, чтобы газодинамический поток, выходящий из сопла, сталкивался с газодинамическим потоком в резонансной полости, которая снабжена не менее чем одним выходным соплом, или не менее чем одни герметично соединенные между собой сопла установлены с возможностью вращения относительно оси вращения, к которой прикреплены посредством плеча, или имеется и то и другое в любом сочетании одновременно, или имеется и то, и другое, и третье одновременно.

2. Летательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что не менее чем одно эжектирующее сопло установлено с возможностью осевого передвижения.

3. Летательный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что не менее чем одно эжектирующее сопло установлено с возможностью передвижения вокруг оси вращения, к которой прикреплено посредством плеча.