ТЯГОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2012 года по МПК F03H99/00 F02K7/00 B04C3/00 

Изобретение относится к области реактивной техники, в частности к вихревым установкам, и может быть использовано в качестве тягового устройства для транспортных систем.

В настоящее время достаточно широкое распространение получили вихревые установки, работа которых основана на вихревом эффекте, возникающем в вихревой трубе при тангенциальном подводе и раскручивании газового потока. Газ, разгоняясь до большой скорости на входе в вихревую трубу, имеет максимальную тангенциальную скорость. Далее, двигаясь в трубе по цилиндрической спирали к дальнему концу, он за счет разряжения в центральной части вихря засасывает наружный воздух через входную часть вихревой трубы (Ю.С.Потапов и др. Энергия вращения, стр.77. Кишинев, 2001).

Известна установка с использованием указанного эффекта, применяемая для увеличения тяги воздушно-реактивного двигателя и содержащая, в частности, вихревую трубу и тангенциальные сопла для подвода и раскручивания продуктов сгорания. В данной установке продукты сгорания из камеры сгорания, поступающие через тангенциальные сопла в камеру смешения, создают устойчивый вихрь, который засасывает, подогревает и сжимает наружный воздух, часть которого поступает на вход в камеру сгорания, а другая часть через спрямляющий аппарат покидает двигатель, создавая реактивную тягу (SU 1828512 A3, F02К 7/10, 15.07.1993). Основным недостатком указанного устройства является то, что выхлопная струя обладает еще большим запасом энергии, которая расходуется нерационально.

Известен вихревой аппарат для ЛА вертикального взлета и посадки (RU 2043949 C1, B64C 29/00, 20.09.1995). Вихревой аппарат выполнен в виде сужающего кверху кольцевого вертикального канала, закрытого снизу, и тангенциального ввода квадратного сечения. Тангенциальный ввод присоединен к вертикальному каналу снизу. Сжатый газ от двигателя раскручивается в вертикальном канале, воздействует на сужающую часть, создавая подъемную силу. Вследствие того, что поступательная скорость движения вихря вверх много меньше его скорости вращения, подъемная сила будет больше силы реакции вихря, направленной вниз. Основным недостатком данной конструкции является противоположное направление действия аэродинамической и реактивной сил, что снижает эффективность вихревого аппарата.

Техническим результатом изобретения является создание тягового устройства, в котором увеличение тяги обеспечивается за счет действия аэродинамической и реактивной сил, направленных в одну сторону.

Указанный результат достигается тем, что тяговое устройство выполнено в виде цилиндрической вихревой трубы с тангенциальным вводом, а закрытая часть трубы у тангенциального ввода наклонена под заданным углом.

Сущность изобретения заключается в том, что закрытая часть цилиндрической вихревой трубы у тангенциального ввода наклонена под заданным углом, а тангенциальный ввод прямоугольного сечения, обеспечивающий подачу сжатого газа или жидкости по касательной к внутренней поверхности трубы, присоединен к ней так, чтобы проекция большой оси эллипсовидной закрытой части была полностью перекрыта вводом. Для повышения аэродинамической силы угол наклона эллипсовидной закрытой части вихревой трубы выполнен под 45 градусов, а для повышения общего тягового усилия установки за счет снижения сопротивления вихревому потоку длина вихревой трубы в 1,3-1,5 раза больше диаметра ее выходной части.

Общий вид устройства представлен на фиг.1, а схема работы предлагаемого тягового устройства представлена на фиг.2, где:

1 - сопловой ввод прямоугольного сечения;

2 - цилиндрическая вихревая труба;

3 - открытая выходная часть вихревой трубы;

4 - выходной поток газа;

5 - вихревой поток;

6 - эллипсовидная наклонная часть вихревой трубы;

7 - аэродинамическая сила;

8 - реактивная сила;

9 - входной поток газа;

10 - большая ось эллипса.

Тяговое устройство состоит из цилиндрической трубы 2, к входной части которой тангенциально присоединен сопловой ввод прямоугольного сечения 1. Закрытая входная часть трубы 6 у тангенциального ввода наклонена под углом 45 градусов. Проекция большой оси эллипса 10 полностью перекрыта сопловым вводом 1. Другой конец вихревой трубы 3 оставлен открытым для выхода рабочего газа или жидкости. Длина вихревой трубы 2 в 1,3-1,5 раза больше диаметра ее выходной части 3.

Устройство работает следующим образом. При подаче в сопловой ввод 1, допустим, сжатого рабочего газа 9 от источника газа (на рисунке не показан) за счет потока 4, выходящего из открытой части трубы 3 с некоторой скоростью, возникает реактивная сила R8. Одновременно с этим внутри цилиндра 2 возникает вихревой поток 5, который набегает на наклонную часть 6 под углом атаки 45 градусов, создавая при этом аэродинамическую силу Y7. В связи с тем, что обе силы направлены в одну сторону, то общее тяговое усилие будет равно их сумме.

Эффективность работы тягового устройства была проверена на макетах, где в качестве сжатого рабочего газа использовался поток воздуха от электромотора с воздушным винтом. Тяговое усилие замерялось по углу поворота макетов, размещенных на пружинном подвесе. Испытания показали, что угол поворота макета от действия только реактивной силы составил 65 градусов, а при тангенциальном вводе и угле наклона эллипсовидной закрытой части 6, равном 45 градусов, и отношении длины трубы к диаметру ее выходной части 3, равном 1,3-1,5, угол поворота макета от действия обоих сил 7 и 8 составил 145 градусов, что в 2,2 раза больше.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известна конструкция вихревой установки, в которой для создания тягового усилия используются реактивная и аэродинамическая силы, направленные в одну сторону.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что наличие у вихревой трубы закрытой наклонной части, расположенной у тангенциального ввода, приведет к повышению тяговых характеристик более чем в 2 раза.

Предлагаемое тяговое устройство технически реализуемо, поскольку является статической конструкцией без вращающихся частей, имеет малые габариты, минимальную массу и простую технологию. Предлагаемое устройство может быть использовано при создании воздушных и водных транспортных систем в качестве подъемно-тяговых средств.

Тяговое устройство состоит из цилиндрической вихревой трубы (2), закрытой с одной стороны, и присоединенного к ней тангенциального ввода (1) прямоугольного сечения, обеспечивающего подачу сжатого рабочего газа или жидкости в трубу по касательной к окружности ее внутренней поверхности. С целью увеличения тяги за счет действия аэродинамической (7) и реактивной (8) сил, направленных в одну сторону, закрытая часть (6) цилиндрической вихревой трубы наклонена под заданным углом, предпочтительно под 45 градусов. Тангенциальный ввод присоединен к вихревой трубе так, чтобы проекция большой оси эллипсовидной закрытой части была полностью перекрыта вводом. Предпочтительно длина вихревой трубы в 1,3-1,5 раз больше диаметра ее выходной части. Предлагаемое устройство обеспечивает увеличение тяги более чем в 2 раза за счет действия аэродинамической и реактивной сил, направленных в одну сторону. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Тяговое устройство, состоящее из цилиндрической вихревой трубы, закрытой с одной стороны, и присоединенного к ней тангенциального ввода прямоугольного сечения, обеспечивающего подачу сжатого рабочего газа или жидкости в трубу по касательной к окружности ее внутренней поверхности, отличающееся тем, что, с целью увеличения тяги за счет действия аэродинамической и реактивной сил, направленных в одну сторону, закрытая часть цилиндрической вихревой трубы наклонена под заданным углом, а тангенциальный ввод присоединен к вихревой трубе так, чтобы проекция большой оси эллипсовидной закрытой части была полностью перекрыта вводом.

2. Тяговое устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения величины аэродинамической силы, угол наклона эллипсовидной закрытой части вихревой трубы выполнен под 45°.

3. Тяговое устройство по п.2, отличающееся тем, что, с целью повышения общего тягового усилия за счет снижения сопротивления вихревому потоку, длина вихревой трубы в 1,3-1,5 раз больше диаметра ее выходной части.