МУЛЬТИПЛИКАТОР ИНЖЕКТОРНОГО УСКОРИТЕЛЯ (МИУ) ДЛЯ РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ (РД) КОСМИЧЕСКИХ И ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ДЕСЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F02K1/36 F02K1/52 F02K1/38 F03H1/00 

Область техники, к которой относится изобретение:

1) космическая реактивная техника;

2) летательные аппараты;

3) подводные лодки, надводные корабли;

4) морские торпеды;

5) машиностроение, моторостроение;

6) гидравлика, насосы;

7) газоперекачивающие, компрессорные станции;

8) артиллерийские орудия, стрелковое вооружение и т.д.

Уровень техники

Аналоги подобных устройств, таких как мультипликатор инжекторного ускорителя (МИУ), в сочетании и во взаимодействии с реактивным двигателем не известны.

Раскрытие изобретения

Мультипликатор - устройство, конструкция которого позволяет с применением инжекторных сопряжений и электромагнитного поля многократно повысить эффективность использования реактивного двигателя, далее РД, увеличить коэффициент полезного действия, далее КПД, и тяговые характеристики РД.

Слово «мультипликатор» означает увеличивающий, усиливающий в разы. Инжекторный ускоритель - ускоритель истечения реактивной струи РД на основе инжекторного эффекта устройства, конструкция которого состоит из «н» количества последовательно соединенных инжекторных сопряжении (см. фигура 4).

Целью разработки мультипликатора является получение устройства, позволяющего в мощном электромагнитном поле, направленном вдоль оси движения реактивной струи, далее PC, и газовоздушного потока, далее ГВП, за счет инжекторного эффекта устройства получить сильное разрежение внутри МИУ, высокую скорость истечения реактивной струи и воздушного потока, далее ВП, что позволит значительно увеличить КПД и силу тяги реактивного двигателя, далее РД.

Условное обозначение:

ГВП=PC+ВП,

где

ГВП - газовоздушный поток (смесь);

PC - реактивная струя;

ВП - воздушный поток.

При прохождении через мультипликатор газовоздушного потока (ГВП) инжекторные сопряжения создают сильное разрежение внутри МИУ, одновременно ионизированный поток газовоздушной смеси, проходящий в мощном электромагнитном поле, направленный вдоль оси движения реактивной струи (PC), увеличивает все параметры силовой характеристики МИУ, в том числе силу тяги реактивного двигателя, далее F_тяги РД.

МИУ представляет из себя пяти- и более ступенчатую, полую по форме, представляющую тело вращения с инжекторными сопряжениями капсуловидную конструкцию из легких, прочных, жаростойких сплавов металла (см. фигура 1). Внутренняя поверхность стенок ускорителя для снижения сил трения газовоздушного потока (ГВП) должна иметь предлагаемое специальное покрытие «МИУ» (предложение по покрытию космических и летательных аппаратов, в частности космических «челноков», взамен керамическому покрытию). Таким же покрытием должна быть покрыта и наружная поверхность мультипликатора-ускорителя космической техники либо летательного аппарата.

Мультипликатор инжекторного ускорителя (МИУ), далее «устройство», состоящий из многоступенчатой (пять ступеней, может быть и более) конструкции последовательно соединенных камер с инжекторными сопряжениями (см. фигура 1), имеющий общее с прототипом - инжектором (см. фигура 5) (соединение двух трубчатых элементов) - инжекторное сопряжение (см. фигура 4 поз. с 1a-5а), отличающийся тем, что у МИУ:

1) использован принцип «мультипликатора», который означает увеличивающий, усиливающий в разы, позволяющий увеличить в геометрической прогрессии силу тяги реактивного двигателя (РД) за счет последовательного расположения камер с инжекторными сопряжениями и всей уникальной конструкции МИУ, позволяющей получить восемь факторов, увеличивающих разрежение и скорость прохождения ГВП внутри МИУ, силу тяги РД;

2) устройство представляет собой тело вращения, по форме капсуловидное, полое, из легких, прочных, жаростойких сплавов металла;

3) устройство состоит из вальцованных обечаек, сваренных во фрагменты, полученные конструкторским сечением плоскостями перпендикулярно к оси МИУ (см. фигуру 6);

4) фрагменты устройства усилены по диаметральному периметру стяжными ребрами жесткости, сваренными с обечайками (см. фигура 6);

5) фрагменты соединены между собой через кольцевые стяжные ребра жесткости путем стяжки их через высокопрочные болтовые соединения (см. фигура 6);

6) инжекторные сопряжения, для дополнительного увеличения скорости прохождения ГВП через МИУ, обхвачены мощными электромагнитами (соленоидами) (см. фигура 1 поз.1), которые воздействуют магнитным полем на ионизированный ГВП (заряженные частицы ионизаторами не показаны);

7) на входных диффузорах МИУ после сопла РД установлены ионизаторы для ионизации частиц ГВП с целью взаимодействия заряженных частиц с магнитными полями электромагнитов;

8) внутренние поверхности стенок МИУ имеют специальное покрытие для снижения силы трения о внутреннюю поверхность стенок и создания дополнительного разрежения вдоль внутренних поверхностей стенок МИУ и увеличение скорости ГВП (покрытие «МИУ» не показано);

9) для создания дополнительного разрежения в инжекторных сопряжениях, с целью увеличения инжекторного эффекта - увеличение скорости прохождения ГВП вдоль внутренней поверхности стенок МИУ, в конструкции МИУ предусмотрен частичный возврат газовоздушной смеси (ГВП) в инжекторные сопряжения для повторного прохождения через каналы-полости (см. фигура 1 поз.4);

10) МИУ устанавливается сзади за сопловым аппаратом РД (см. фигура 1 поз.3) через жесткое крепление с двигателем и летательным либо космическим аппаратом;

11) мультипликатор инжекторного ускорителя (МИУ) - подобное устройство впервые предложено во взаимодействии с реактивным двигателем для увеличения силы тяги реактивного двигателя и увеличения коэффициента полезного действия (КПД). Подобное сочетание и взаимодействие МИУ с РД можно назвать движителем на основе реактивного двигателя;

12) при прохождении через мультипликатор газовоздушного потока (ГВП) инжекторные сопряжения создают сильное разрежение внутри МИУ. Одновременно ионизированный поток газовоздушной смеси, проходящей в мощном электромагнитном поле, направленном вдоль оси движения реактивной струи (PC), увеличивает все параметры силовой характеристики устройства, в том числе силу тяги F_тяги РД (см. фигура 3).

Принцип действия мультипликатора - создание разрежения за счет инжекторного эффекта устройства, многократного прохождения ионизированного газовоздушного потока через инжекторные сопряжения мультипликатора-ускорителя в мощном электромагнитном поле (см. фигура 3) и получение сверхвысокой скорости реактивной струи РД, что позволяет значительно увеличить КПД и силу тяги реактивного двигателя. По сути получение движителя на основе реактивного двигателя. Для взаимодействия электромагнитного поля с газовоздушным потоком необходимо иметь заряженные частицы в ГВП, т.е. необходим ионизированный поток газовоздушной смеси. С этой целью на входных диффузорах МИУ (см. фигура 1 поз.3) и выходе реактивной струи из сопла РД устанавливаются ионизаторы.

МИУ состоит из двух контуров: I и II. Контур определяется наличием электромагнита (соленоида) в этом сечении устройства (см. фигура 1).

Два электромагнита, установленных в обхват камер-раструбов МИУ, обеспечивают мощные вращающиеся магнитные поля, направленные вдоль оси по ходу движения реактивной струи РД. Электромагниты (соленоиды) (см. фигура 1 поз.1) должны быть выполнены из сверхпроводимых материалов с высоким КПД, высокой скорость вращения электромагнитного поля.

Порядок работы МИУ

В начале работы РД реактивная струя истекает из сопла двигателя и первоначально вытягивает воздушные массы из полости A в полость B, при этом в полости А образуется разрежение атмосферного давления и поступление новой порции воздуха, что создает движение воздушного потока (ВП). Движение ВП по внутренней поверхности стенок мультипликатора устраняет силы трения реактивной струи о внутреннюю поверхность МИУ, что приводит к увеличению скорости истечения реактивной струи, в результате чего пропорционально увеличивается сила тяги F_тяги РД (см. фигура 5).

Краткое описание чертежей

Мультипликатор инжекторного ускорителя (МИУ) для реактивного двигателя (РД) космических и летательных аппаратов десятого поколения

Фигура 1

Изображен диаметральный разрез мультипликатора инжекторного ускорителя (МИУ), а именно:

поз.1 - схематичное расположение инжекторных сопряжений (пять ступеней) и установленных в обхват электромагнитов (соленоидов) I и II контуров.

Контур определяется наличием электромагнита в этом сечении МИУ;

обознач. I-I контур;

обознач. II-II контур;

поз.2 - входные диффузоры с ионизаторами (не показаны);

поз.3 - сопло реактивного двигателя (РД);

поз.4 - каналы полости для частичного возврата газовоздушного потока (ГВП) к внутренним поверхностям стенок инжекторных сопряжении.

Фигура 2

На диаметральном разрезе мультипликатора инжекторного ускорителя (МИУ) показаны схематично диаметры инжекторных сопряжении газовоздушных полостей (каналов), электромагнитов, входных диффузоров, полостей основных камер устройства. Поз.3 - сопло реактивного двигателя (РД). Поз.5 - выходное сопло МИУ.

Фигура 3

На диаметральном разрезе мультипликатора инжекторного ускорителя (МИУ) показана схема газовоздушных потоков, начиная от входных диффузоров после сопла реактивного двигателя (РД) и кончая выходным соплом МИУ. Поз.3 - сопло реактивного двигателя (РД). Поз.5 - выходное сопло МИУ.

Фигура 4

На диаметральном разрезе мультипликатора инжекторного ускорителя (МИУ) показана схема инжекторных сопряжении с указанием пяти ступеней инжекторных сопряжении цифрами 1а, 2а, 3а, 4а, 5а. Поз.3 - сопло реактивного двигателя. Поз.5 - выходное сопло МИУ.

Фигура 5

На схеме инжекторного сопряжения показаны воздушные потоки (ВП) и газовоздушный поток (ТВП) для разъяснения принципа работы инжекторного сопряжения в сочетании и во взаимодействии с реактивным двигателем РД. Поз.3 - сопло реактивного двигателя.

Фигура 6

На частичном разрезе мультипликатора инжекторного ускорителя (МИУ) показано соединение между собой фрагментов устройства через кольцевые стяжные ребра жесткости высокопрочными болтовыми соединениями, а также конструкторские сечения плоскостями, перпендикулярными к оси МИУ (плоскости III, IV, V, VI). Поз.6, 7, 8, 9, 10 - фрагменты устройства. Поз.11 - обечайки. Поз. 12 - стяжные ребра жесткости. Поз.13 - высокопрочное болтовое соединение.

Осуществление изобретения

Мультипликатор инжекторного ускорителя (МИУ) для реактивного двигателя (РД) космических и летательных аппаратов

Осуществить изобретение можно путем изготовления МИУ (см. фигура 1) и подсоединения его сзади к сопловому аппарату (см. фигура 1 поз.3) на выходе реактивной струи газовоздушного потока РД летательного или космического аппарата.

Для изготовления устройства, по форме представляющего тело вращения с инжекторными сопряжениями капсуловидную конструкцию из легких, прочных, жаростойких сплавов металла (см. фигура 2), необходимо разработать техническую документацию (чертежи с технологией изготовления). Затем собрать первый опытный образец из вальцованных обечаек и произвести поэлементную сварку во фрагменты, полученные путем конструктивного сечения плоскостями, перпендикулярно расположенными к оси устройства, усиленные кольцевыми стяжными жесткостями, сваренными с обечайками (см. фигура 6). После проведения дефектоскопии сварочных швов, фрагменты собрать между собой путем стяжки их через высокопрочные болтовые соединения. В технологию изготовления МИУ также необходимо включить технологию изготовления и монтаж на внутренней и внешней поверхностях устройства покрытия «МИУ» для снижения сил трения газовоздушного потока о поверхности мультипликатора (предложение по покрытию космических и летательных аппаратов, в частности космических «челноков», взамен керамическому покрытию).

Последовательность изготовления

1. Изготавливается капсуловидное полое, по форме представляющее тело вращения, устройство из легких прочных, жаростойких сплавов металла. Устройство состоит из вальцованных обечаек, сваренных во фрагменты, полученных конструкторскими сечениями плоскостями, перпендикулярно расположенными к оси устройства (см. фигуры 2, 6).

2. Фрагменты устройства усиливаются по диаметральному периметру стяжными ребрами жесткостями, сваренными с обечайками. Фрагменты устройства соединяются между собой через кольцевые стяжные ребра жесткости путем стяжки их через высокопрочные болтовые соединения (см. фигура 6). Многоступенчатая (пять ступеней и более) конструкция должна представлять последовательно соединенные камеры с инжекторными сопряжениями.

3. Камеры с инжекторными сопряжениями обхвачены мощными электромагнитами (соленоидами), которые воздействуют магнитным полем на ионизированный ГВП (заряженные частицы, вырабатываемые ионизаторами) (см. фигура 4).

4. Перед МИУ после сопла реактивного двигателя устанавливаются ионизаторы (на фигурах 1-6 ионизаторы не показаны) для ионизации ГВП с целью взаимодействия заряженных газовоздушных частиц с магнитными полями электромагнитов;

5. Внутренние поверхности стенок МИУ покрываются специальным покрытием (не показаны) для снижения силы трения о внутреннюю поверхность стенок, и создания дополнительного разрежения вдоль внутренних поверхностей стенок МИУ, и увеличения скорости ГВП.

6. В конструкции МИУ предусматривается и монтируется частичный возврат газовоздушной смеси ГВП по каналам - полостям (см. фигура 1 поз.4) повторно в инжекторные сопряжения (см. фигура 4 поз.с 1а-5а) с целью увеличения инжекторного эффекта - увеличение скорости прохождения ГВП вдоль внутренней поверхности стенок МИУ за счет создания дополнительного разрежения в инжекторных сопряжениях.

Устройство (МИУ) устанавливается сзади соплового аппарата реактивного двигателя (РД) (см. фигура №1 поз.3) через жесткое крепление с двигателем летательного либо космического аппарата.

Реактивная струя (PC), проходя через инжекторные сопряжения, электромагнитные поля, за счет создания сильного разрежения внутри МИУ, увеличивает скорость выброса газовоздушного потока (ГВП), в результате чего реактивный двигатель (РД) получает дополнительную силу тяги F_тяги РД, которая увеличивается в геометрической прогрессии и суммируется с основной (изначальной, паспортной) силой тяги F_{тяги паспорт} РД.

При включении РД и создании электромагнитных полей при прохождении газовоздушного потока по первому и второму и т.д. контурам (см. фигура 1) увеличиваются все параметры силовой характеристики, в том числе сила тяги РД за счет четырех нижеперечисленных факторов:

1) пяти ступеней инжекторных сопряжении (см. фигура 4);

2) электромагнитных полей I и II контуров (см. фигура 1);

3) внутреннее и наружное покрытие «МИУ» поверхностей МИУ и самой космической техники и летательных аппаратов;

4) скорость потока ионизированного воздуха, попадающего во входные диффузоры (см. фигура 1 поз.2), при движении космической техники и летательных аппаратов.

Сведений, подтверждающих возможность получения при осуществлении изобретения указанного технического результата, нет по понятной причине. Аналоги подобных устройств, таких как мультипликатор инжекторного ускорителя (МИУ) в сочетании и во взаимодействии с реактивным двигателем, не известны. До сих пор подобного никто еще не создавал, и подтвердить технический результат можно только создав мультипликатор инжекторного ускорителя и опробовав его в сочетании и во взаимодействии с реактивным двигателем.

Факторы, подтверждающие возможность получения указанного технического результата при осуществлении изобретения

Восемь основных факторов, увеличивающих разрежение в мультипликаторе инжекторного ускорителя

ΣΔP=P₁+P₂+P₃+P₄+P₅+P₆+P₇+P₈,

где

P₁ - разрежение от реактивной струи РД;

P₂ - разрежение от инжекции 1 - 4 ступени;

P₃ - разрежение от инжекции I контура (электромагнит);

P₄ - разрежение от инжекции 5 ступеней;

P₅ - разрежение от инжекции II контура (электромагнит);

P₆ - разрежение от частичного возврата ГВП;

P₇ - разрежение от покрытия МИУ;

P₈ - разрежение от скорости летательного или космического аппарата.

Восемь основных факторов, увеличивающих скорость прохождения газовоздушного потока, проходящего через мультипликатор инжекторного ускорителя

ΣV=V₁+V₂+V₃+V₄+V₅+V₆+V₇+V₈,

где

V₁ - скорость ГВП от реактивной струи РД;

V₂ - скорость ГВП от инжекции 1-4 ступени;

V₃ - скорость ГВП от инжекции I контура (электромагнит);

V₄ - скорость ГВП от инжекции 5 ступеней;

V₅ - скорость ГВП от инжекции II контура (электромагнит);

V₆ - скорость ГВП от частичного возврата ГВП;

V₇ - скорость ГВП от покрытия МИУ;

V₈ - скорость ГВП от скорости летательного или космического аппарата.

Восемь основных факторов, увеличивающих силу тяги РД за счет газовоздушного потока, проходящего через мультипликатор инжекторного ускорителя

ΣF_{тяги РД}=FГВП₁+FГВП₂+FГВП₃+FГВП₄+FГВП₅+FГВП₆+FГВП₇+FГВП₈,

где

FГВП₁ - сила тяги РД;

FГВП₂ - сила тяги от инжекции 1-4 ступени;

FГВП₃ - сила тяги от инжекции I контура (электромагнит);

FГВП₄ - сила тяги от инжекции 5 ступеней;

FГВП₅ - сила тяги от инжекции II контура (электромагнит);

FГВП₆ - сила тяги от частичного возврата ГВП;

FГВП₇ - сила тяги от покрытия МИУ;

FГВП₈ - сила тяги от скорости летательного или космического аппарата.

Мультипликатор инжекторного ускорителя (МИУ) состоит из тела вращения, капсуловидной полой конструкции, из легких, прочных, жаростойких сплавов металла. Вальцованные обечайки сварены во фрагменты, полученные конструкторским сечением плоскостями, перпендикулярными к оси устройства МИУ. Обечайки соединены между собой через кольцевые стяжные ребра жесткости путем стяжки их через высокопрочные болтовые соединения. Устройство крепится через жесткое крепление сзади за сопловым аппаратом реактивного двигателя и взаимодействует с ним в виде многоступенчатой (пять ступеней и более) конструкции последовательно соединенных камер с инжекторными сопряжениями. Камеры охвачены мощными электромагнитами (соленоидами) с установленными ионизаторами на входных диффузорах МИУ. Обеспечивается частичный возврат газовоздушной смеси и повторное прохождение в инжекторные сопряжения через каналы полости. Повышается сила тяги реактивного двигателя и эффективность использования топлива за счет более высокой скорости истечения реактивной струи. 6 ил.

Мультипликатор инжекторного ускорителя (МИУ), состоящий из тела вращения, капсуловидной полой конструкции из легких, прочных, жаростойких сплавов металла, вальцованных обечаек, сваренных во фрагменты, полученных конструкторским сечением плоскостями, перпендикулярными к оси устройства МИУ, соединенными между собой через кольцевые стяжные ребра жесткости путем стяжки их через высокопрочные болтовые соединения, устройство крепится через жесткое крепление сзади за сопловым аппаратом реактивного двигателя и взаимодействует с ним в виде многоступенчатой (пять ступеней, может быть и более) конструкции, последовательно соединенных камер с инжекторными сопряжениями, обхваченных мощными электромагнитами (соленоидами), с установленными ионизаторами на входных диффузорах МИУ, с частичным возвратом газовоздушной смеси (ГВП) и повторным прохождением в инжекторные сопряжения через каналы полости.