САМОЛЕТ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВЗЛЕТОМ И ПОСАДКОЙ Российский патент 2013 года по МПК B64C29/00 

Изобретение относится к области авиации и предназначено для летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой, эксплуатация которых осуществляется на аэродромах и посадочных площадках с размером летного поля от 50 до 300 м.

Известны магистральные самолеты, у которых принцип создания подъемной силы - только аэродинамический. Отсюда и недостатки: необходимость иметь значительную скорость для компенсации силы веса, большой пробег при взлете и посадке, ограниченная грузоподъемность.

У самолетов короткого взлета посадки с турбореактивными двигателями принцип создания подъемной силы осуществляется комбинированным способом с помощью применения сложных типов механизации крыла как эжекторные и обдуваемые закрылки, а также аэродинамический.

Отсюда и недостатки в том, что единая силовая установка самолета короткого взлета и посадки имеет в 2-2,5 раза больший вес, чем комбинированная система, состоящая из маршевых и легких подъемных двигателей /см. И.Н.Колпакчиев. Транспортная авиация: взгляд в будущее, Транспорт, Знание, М., 7 /80, с.23/. Это делает перспективным применение подъемных двигателей и турбовентиляторов для транспортных коротко- и вертикально взлетающих самолетов.

Известны самолеты вертикального взлета и посадки с комбинированной силовой установкой, состоящей из маршевых и подъемных турбореактивных двигателей: самолеты вертикального взлета с поворотными воздушными винтами; вертолеты с большим диаметром несущих винтов.

Недостатками вертолетов являются малая масса полезного груза и незначительная дальность полета.

Известные самолеты вертикального взлета и посадки с комбинированной установкой, состоящей из маршевых и подъемных турбореактивных двигателей, являются ближайшими аналогами-прототипами, так как они содержат признаки, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, в частности: самолет с вертикальным взлетом и посадкой выполнен с комбинированной установкой, включающей маршевые ТРДДФ и подъемные движители.

Недостатком известных самолетов вертикального взлета и посадки является применение подъемных турбореактивных или турбовентиляторных двигателей, имеющих большой удельный вес, низкую грузоподъемность и малую массу полезного груза, большой удельный расход топлива и низкую мощность. В связи с этим, в предлагаемой конструкции самолета вертикального взлета и посадки с комбинированной силовой установкой, каждый двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель, размещенный под несущей плоскостью, содержит корпус, выполненный с диффузором и реактивным соплом, установленными в нем осевым и центробежными компрессорами, соединенными с цилиндрами, подключенными к камерам сгорания, цилиндры с размещенными в них пробковыми кранами соединены с патрубками и воздуховодом для подачи сжатого воздуха в приемные камеры блока реактивных подъемно-тяговых движителей, камеры сгорания двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя выполнены с комбинированными форсунками, предназначенными для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, с расположенными параллельно к ним форсунками для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, с расширяющимися соплами, соединенными с цилиндрами, подсоединенными к направляющему аппарату газовой турбины, имеющей бандаж с размещенными на нем лопатками высоконапорного вентилятора и вал, соединенный с осевым и центробежным компрессорами, с форсажными двигателями, расположенными во втором контуре, выполненными диффузорами, соединенными с камерами сгорания и реактивными соплами, с размещенными в корсажных двигателях комбинированными форсунками для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, с расположенными параллельно к ним форсунками для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, с размещенными в реактивных соплах форсунками-резонаторами, предназначенными для глушения шума путем впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, при этом упомянутые блоки реактивных подъемно-тяговых движителей с форсажными двигателями размещены под несущими плоскостями, каждый реактивный подъемно-тяговый движитель выполнен с приемной камерой для сжатого воздуха, соединенной с воздуховодом, с размещенным в ней клапаном, выполненным в виде поворотной заслонки, имеющей приводной механизм, сообщающейся с демпфирирующим устройством, включающим отражатель, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн, с переходным цилиндрическим участком, с камерой сгорания, расширяющимся соплом и с комбинированной форсункой для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, с расположенной параллельно к ней форсункой для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, с рабочим каналом, выполненным в виде прямоугольной трубы, с шарнирным соплом для изменения вектора тяги, каждый форсажный двигатель включает диффузор с размещенным в нем отражателем, выполненным в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн, и камеру сгорания с реактивным соплом и с комбинированной форсункой для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, с расположенной параллельно к ней форсункой для воспламенения смеси углеводородного топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, при этом комбинированные форсунки содержат наружный корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала параллельно размещению топливной форсунки, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло или днище с отверстиями для выхода газовых струй, форсунки для воспламенения смеси содержат наружный корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенные с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщавшиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло или днище с отверстиями.

Поставленная цель достигается в изобретении за счет того, что блоки реактивных подъемно-тяговых движителей размещены в несущих плоскостях перпендикулярно фюзеляжу и соединены с цилиндрами для подачи сжатого воздуха двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей, расположенных над плоскостями.

Кроме того, поставленная цель достигается еще и за счет того, что блоки реактивных подъемно-тяговых движителей расположены по разные стороны фюзеляжа и соединены с центробежным компрессором, подсоединенным к двигателю внутреннего сгорания, размещенному в фюзеляже. Изложенная выше совокупность существенных признаков при внедрении обеспечивает реализацию поставленной цели, при атом каждой из данной совокупности приведенных признаков необходим, а все вместе достаточны для получения положительного эффекта - значительному снижения расхода топлива и, следовательно, повышению экономичности, существенному увеличению грузоподъемности и полезной нагрузки, уменьшению удельного веса комбинированной силовой установки и снижению стоимости самолетов с вертикальным взлетом и посадкой, а также стоимости их эксплуатации.

Исходя из приведенных доводов совершенно правомерен вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения "изобретательский уровень".

Приведенная совокупность существенных признаков может быть реализована многократно на практике с получением одной и той же цели.

Неоднократная возможность реализации при изготовлении заявляемого технического решения с изложенной выше совокупностью существенных признаков отвечает также в полной мере другому главному критерию изобретения «промышленная применимость».

Изложенная сущность технического решения поясняется чертежами, на которых:

- на фиг.1 показан поперечный разрез по 2-2 с показом фюзеляжа, двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя и блока реактивных подъемно-тяговых движителей с воздуховодом,

- на фиг.2 приведен поперечный разрез по 1-1, по части самолета с вертикальным взлетом и посадкой,

- на фиг.3 приведен продольный разрез по двухконтурному форсированному турбореактивному двигателю,

- на фиг.4 показан поперечный разрез по 3-3,

- на фиг.5 приведен узел «Н» с показом пробкового крана,

- на фиг.6 показан тот же узел «Н» с пробковым краном, повернутым на 90°,

- на фиг.7 приведен продольный разрез по реактивному подъемно-тяговому движителю,

- на фиг.8 показан поперечный разрез по 4-4 по рабочим каналам,

- на фиг.9 приведен продольный разрез по 8-8 с показом клапана, выполненного в виде поворотной заслонки,

- на фиг.10 приведен узел в виде поперечного разреза второго варианта реактивного подъемно-тягового движителя,

- на фиг.11 показан продольный разрез по комбинированной форсунке,

- на фиг.12 показан продольный разрез по форсунке для воспламенения смеси топлива и воздуха,

- на фиг.13 приведен продольный разрез по взрывной камере комбинированной форсунки с показом днища и отверстий в нем - второй вариант,

- на фиг.14 приведен вид по 9-9,

- на фиг.15 приведен продольный разрез по взрывной камере форсунки для воспламенения смеси с показом днища и отверстий в нем - второй вариант,

- на фиг.16 приведен поперечный разрез по 5-5 с показом несущей плоскости и реактивного подъемно-тягового движителя,

- на фиг.17 показан продольный разрез по комбинированной силовой установке - второй вариант,

- на фиг.18 приведен разрез по 7-7 с показом в плане комбинированной силовой установки - второй вариант,

- на фиг.19 приведен вид сбоку на самолет с вертикальным взлетом и посадкой - третий вариант,

- на фиг.20 показан вид сверху на самолет с вертикальным взлетом и посадкой - третий вариант.

Самолет с вертикальным взлетом и посадкой /см. фиг.1, 2/ содержит двухконтурные форсированные турбореактивные двигатели, размешенные под несущими плоскостями /крыльями/ 2, скрепленные с фюзеляжем 3 и блоки реактивных подъемно-тяговых движителей 4 с рабочими каналами 5, имеющих камеры сгорания 6, подключенные через систему вспомогательных устройств к воздуховоду 7, соединенному с цилиндрами 8 для подачи сжатого воздуха к камерам сгорания 9 /см. фиг.3/ двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя /ТРДДФ/ 1 и в приемные камеры блока реактивных подъемно-тяговых движителей 4(реактивные подъемно-тяговые движители 4 /РПТД/).

При этом ТРДДФ на взлете самолета работает в режиме турбокомпрессора с подачей сжатого воздуха в реактивные подъемно-тяговые движители 4, с постепенным уменьшением объема сжатого воздуха в РПТД, вплоть до полного отключения их и переходом на режим ТРДДФ.

Двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель /фиг.3/ состоит из корпуса диффузора 11, реактивного сопла 12. В корпусе размещены осевой компрессор 13 и центробежный компрессор 14, соединенный с цилиндрами 8 /условно 8 штук цилиндров/, подсоединенные к камерам сгорания 9, имеющими комбинированные форсунки 15 для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, а также форсунки 16 для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости. Камеры сгорания 9 с помощью расширяющихся сопел 17 соединены с цилиндрами 18, подсоединенными к направляющему аппарату 10 газовой турбины 20, имеющей вал 21, соединенный с осевым 13 и центробежным компрессорами 14. За турбиной установлен конус 22 и реактивное сопло 12. При этом на лопатках 23 турбины имеется бандаж 24, на котором укреплены лопатки 25 высоконапорного вентилятора, нагнетающего воздух во второй контур двигателя. В этом контуре или каналах размещены форсажные двигатели 26, содержащие диффузор 27, камеры сгорания 28, соединенные с реактивными соплами 29, в которых установлены форсунки-резонаторы 30.

Камеры сгорания 28 имеют комбинированные форсунки 31 для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, а также форсунки 32 для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости. Форсунки-резонаторы для глушения шума путем впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости. Каналы 33 служат для охлаждения воздухом камер сгорания и сопел 29 с истечением его в атмосферу через сопла 34. На фиг.4 показан поперечный разрез по 3-3, на котором цилиндры 8 с помощью патрубков 35 и пробковых кранов 36 соединены с воздуховодом 7, служащим для подачи сжатого воздуха в приемные камеры блока реактивных подъемно-тяговых движителей 4. На фиг.7 показан один реактивный подъемно-тяговый движитель с рабочим каналом 37, которых в блоке может быть два, четыре, шесть, восемь, двенадцать и более, при этом каждый движитель разделен друг от друга воздушным промежутком 38 /см. фиг.8/, но жестко скреплены между собой с помощью верхней и нижней стенок, а также ребер /не показанных на чертеже/, образуя прочный блок.

Реактивный подъемно-тяговый движитель содержит рабочий канал 37, с одной стороны соединенные с расширяющимся соплом 38, камерой сгорания 6, переходным цилиндрическим участком 39, демпфирующим устройством 40, включающим отражатель 41, приемную камеру для сжатого воздуха 42, включающей клапан 43, которая сообщается с воздуховодом 7. С другой стороны рабочий канал 37, выполненный в виде прямоугольной трубы, содержит форсажный двигатель 44, имеющий камеру сгорания 45, реактивное сопло 46, диффузор 47, содержащий отражатель 48, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн. Камера сгорания 45 снабжена комбинированной форсункой 49 для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, а также форсункой 60 для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости. Рабочий канал 37, выполненный в виде прямоугольной трубы, имеет шарнирное сопло 51 для изменения вектора тяги. Клапан 43 выполнен в виде поворотной заслонки с вертикальным валом, соединенным с приводным механизмом 52, который может быть электрическим, пневматическим или механическим - известными в технике.

На фиг.10 показан ВТОРОЙ вариант в виде узла блока реактивных подъемно-тяговых движителей, содержащих камеру сгорания 53, соединенную с помощью патрубков 54 с расширяющимися соплами 55 рабочих каналов 56, так же как и в первом варианте содержащими форсажные двигатели 44 и шарнирные сопла 51 /не показанными на чертеже/. Камера сгорания 53 имеет комбинированную форсунку 57 и форсунку 58 для воспламенения смеси топлива и воздуха, подобные форсункам 49, 50 и форсункам 59, 60. Комбинированная форсунка 59, установленная на камере сгорания 6, предназначена для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости. Форсунка 60 служит для воспламенения смеси топлива и воздуха в камере сгорания 6 за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости. При этом комбинированная форсунка 57 для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, показанная на фиг.11, выполняется с днищем 61, имеющим отверстия 62 для выхода газовых струй смеси топлива и электропроводной жидкости, и также форсунка 58, показанная на фиг.12, и форсунки 15 и 16 /см. фиг.3/. Однако комбинированная форсунка 59 и форсунка 60, расположенные на камере сгорания 6, а также форсунки 49 и 50, расположенные на камере сгорания 44 45 форсажного двигателя, выполняются по фиг.11 и 12 без устройства днищ 61. Такие конструктивные отличия форсунок обусловлены рабочим процессом сгорания топлива с воздухом в камерах сгорания 6 и 45 /фиг.7/, в которых осуществляется детонационное сгорание, в отличие от обычного в камерах сгорания 9 /фиг.3/ и 53 /фиг.10/. Вместе с тем, в ряде случаев, форсунки 59, 60 и 49, 50 могут также выполняться с днищами 61 с отверстиями 62 при обычном сгорании смеси топлива и воздуха в камерах сгорания 6 и 45.

Сжатый воздух /см. фиг.10/ поступает в камеру сгорания 53 из воздуховода 7 через клапан 63 за счет включения и выключения соленоида 64, управляемого электронной системой подъемно-тяговой установки. Клапан 63 тарельчатый, известный в технике. Соединительный канал 65. Комбинированная форсунка по фиг.11 включает: наружный корпус 66 с патрубками 67 и 68 для подачи в цилиндрические каналы 69 и 70 электропроводной жидкости, топливную форсунку 71, взрывную камеру 72, фланцы 73 для крепления ее на стенках камер сгорания, при этом цилиндрические каналы 69, 70, так же как и топливная форсунка 71, размещены параллельно друг другу. Цилиндрические каналы с одной стороны содержат электроды 74 и 75, а с другой выполнены сопла 76 и 77, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло 78 при осуществлении детонационного сгорания топлива в смеси с воздухом в камерах сгорания, и днище 61 с отверстиями 62 для выхода газовых струй при обычном сгорании. Цилиндрические каналы 69, 70 расположены внутри корпуса в слое электроизоляционного материала 62, в котором установлена и топливная форсунка 71. Электроды 74 и 75 подключены к генератору импульсов, содержащему выпрямитель 79, резистор 30 и конденсатор 81 /или батарею конденсаторов/.

Второй вариант. Комбинированная форсунка может выполнять и функции форсунки для воспламенения смеси топлива и воздуха путем устройства внутри корпуса в слое электроизоляционного материала 82 дополнительных цилиндрических каналов, выполненных перпендикулярно первым каналам 69, 70 с установленными в них электродами 83 и 84 /см. фиг.14/. Дополнительные каналы не показаны на чертеже. При этом электроды 83 и 84 дополнительных цилиндрических каналов подключены ко второму генератору импульсов /ГИ/, содержащему выпрямитель 85, резистор 86 и конденсатор 87. Патрубки 88 и 89 служат для входа в дополнительные каналы электропроводной жидкости, которая в виде струй под давлением от насосов /не показанных на чертеже/ вытекает через сопла, направленные под углом друг к другу /не показанные на чертеже/ в взрывную камеру 72, которые /сопла/ выполнены точно так же, как и сопла 76 и 77.

На фиг.12 показана форсунка для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, которая включает: наружный корпус 90 с патрубками 91 и 92 для подачи электропроводной жидкости в цилиндрические каналы 93 и 94, размещенные в слое электроизоляционного материала 95, взрывную камеру 96 с соплом 97 или взрывная камера выполнена с днищем 98, имеющим отверстия 99 для выхода газовых струй /фиг.15/. Цилиндрические каналы 93 и 94 с одной стороны содержат электроды 100 и 101, а с другой - свила 102 и 103, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой 96 форсунки. Форсунка имеет фланец 104 для крепления ее на стенке камеры сгорания. Электроды 100 и 101 подключены к генератору импульсов /ГИ/, содержащему выпрямитель 105, резистор 106 и конденсатор 107 /или батарею конденсаторов/. Цилиндрических каналов с электродами и соплами к форсунке может быть два, четыре, шесть и более, в зависимости от требуемой мощности воспламенения смеси или при использовании форсунок в других целях, в частности в форсунках-резонаторах 30 /фиг.3/. Форсунки-резонаторы 30, установленные в реактивных соплах 29 двигателя, предназначены для глушения шума и выполняются точно так же, как и форсунки для воспламенения смеси по фиг.12 с соплами 97. С помощью этих форсунок-резонаторов осуществляется генерация упругих акустических колебаний в движущемся потоке продуктов сгорания в реактивных соплах, в противофазе с шумом этого потока. Это выполняется за счет регулирования энергии электрических взрывов струй 108 и 109 при контакте их в зоне 110, а также за счет устройства форсунок-резонаторов с большим количеством пар цилиндрических каналов 93, 94 и пар струй 108, 109. Отключение или наоборот включение меньшего или большего количества пар струй, на которые подается разрядный ток от конденсаторов 107, обеспечивает ту или иную интенсивность генерируемого звука в противофазе с шумом движущегося потока продуктов сгорания в реактивных соплах 29 ТРДДФ.

Работает комбинированная форсунка по фиг.1 следующим образом. От насосов /не показанных на чертеже/ вод давлением через патрубки 67 и 68 подается электропроводная жидкость, в качестве которой служат концентрированные водные растворы сильных электролитов на основе солей, оснований и кислот с заданной концентрацией электролита, а также СУСПЕНЗИИ порошков алюминия, меди, железа и др., графита, размерам 5-10 мкм и более в концентрированном водном растворе сильного электролита и, в некоторых случаях ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ /см. Б.А.Артамонов. "Размерная электрическая обработка металлов", М., Высшая школа, 1978 г., с.213-252 /1/, Г.А.Либенсон. "Основы порошковой металлургии", М., Металлургия, 1987 г., с.164-165 /2/, В.Б.Козлов. "Жидкие металлы в технической физике", М., Знание, Физика, 4/1974, с.10-18 /3/. Применение той или иной электропроводной жидкости на основе водных растворов электролитов устанавливается экспериментальным путем при определении их электропроводности и стоимости.

Через патрубки 67, 68 электропроводная жидкость поступает в цилиндрические каналы 69 и 70 и вытекает через сопла 76 и 77 во взрывную камеру 72 в виде струй 111 и 112, которые сходятся в зоне контакта 113, что приводит к замыканию разрядного контура генератора импульсов 79-81 и разряде конденсатора 81 на тонкие струи 111-112, выполняемые диаметром от 0,087 до 0,2-2 мм. При разряде конденсатора/ов/ резкое нарастание тока вызывает быстроменяющееся магнитное поле. Это поле создает поверхностный эффект, благодаря которому ток сосредоточен в узком внешнем слое струй. В этих слоях выделяется теплота, которая передается во внутренние области струй и внешнюю среду. Струи нагреваются, испаряются, и начинается тепловой взрыв струй. Электропроводность насыщенного пара велика, что приводит к образованию плазмы на месте струй, т.е. к электрическому взрыву струй электропроводной жидкости. Таков процесс электрического взрыва струй, материалом которых служат жидкие металлы, например олово, свинец, висмут и др., а также многих сплавов металлов /см. Б.А.Артамонов. "Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов", Высшая школа, том 2, М., 1983 г., с.100-103 и 9№-103 /4/. Физика процесса электрического взрыва струй электропроводных жидкостей на основе концентрированных водных растворов сильных электролитов соответствует процессу, происходящему при электрическом разряде через растворы электролитов /см.1, с.329-331/. При работе с питанием от выпрямителя переменного тока напряжение в начало импульса растет довольно медленно. При медленно нарастающем напряжении основную роль играют газовые пузырьки, выделяющиеся в соплах 76, 77, за счет нагрева раствора джоулевой теплотой и резкого уменьшения давления в них за счет большей скорости раствора в соплах при формировании в них струй 111-112. Благодаря внешнему газонаполнению электропроводность раствора в сопле-катоде 76 уменьшается, что приводит к нагреву слоя раствора, возникновению пробоя газовых пузырьков, завершающихся образованием плазмы. Горячая плазма и более холодный раствор отделяются друг от друга слоем электропроводного пара, содержащего ионы электролита. Слой пара, прогреваемые со стороны плазмы и собственной джоулевой теплотой, постепенно продвигается вглубь струи 111, проходит зону контакта струй 113, переходит в струю 112, пока не достигнет противоположного электрода-сопла 77. После этого струи перекрываются плазменным каналом разряда с осуществлением электрического взрыва струй 111-112. Температура электрического взрыва зависит от энергии, запасенной в конденсаторе/ах/ 81,и может превышать /1-5/×10⁴ К /см.4, с.72/. Вместе с тем при температуре электрических взрывов струй превышающей 2500°C,вода раствора струй разлагается на водород и кислород по схеме 2H₂O----2Н₂+O₂ /см. Н.Л.Глинка. "Общая химия", из-во ХИМИЯ, Л., 1980 г., с.211 и Г.Мучник. "Новые методы преобразования энергии", Техника, Знание, М., 984 /4, с.47 /5 и 6/. Это очень важное преимущество электрических взрывов струй дает возможность относительно простым путем получать водород и кислород из воды вместе с осколками электролита, т.е. получать ГОРЮЧЕЕ ВЕЩЕСТВО-ГРЕМУЧИЙ ГАЗ /см. 5, с.345-340/. При этом образующийся при электрических взрывах гремучий газ имеет не только высокую температуру, превышающую 2500°С, но и высокое давление, превышающее десятки атмосфер за счет высокой температуры. Вследствие того, гремучий газ при выходе из сопла 78 расширяется с совершением ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ А₁ и мощности H₁ и сгорает при понижении температуры до 700°C /см. 5, с.346/, с получением второй полезной работы А₂ и мощности Н₂. Суммарная работа и мощность полученного гремучего газа равны ΣA=A₁+А₂ и ΣН=H₁+Н₂. Иными словами энергия, затраченная на электрические взрывы струй в комбинированной форсунке по фиг.11 и форсунке по фиг.12, не теряется, а полезно используется в части повышения энергии продуктов сгорания в камерах сгорания 6 и 9 /фиг.7, 3/. Кпд подъемно-тяговой установки 4 превышает 50% за счет прямого преобразования химической энергии сгоревшего углеводородного топлива, впрыскиваемого в взрывные камеры комбинированных форсунок по фиг.11 в виде струй 114 и суммарной энергии ΣA=A₁+А₂ ГРЕМУЧЕГО ГАЗА, в кинетическую энергию летательного аппарата-самолета с вертикальным взлетом и посадкой.

Впрыскивание жидкого топлива в виде струй 114 во взрывную камеру комбинированной форсунки осуществляется одновременно с впрыскиванием струй 111-112 электропроводной жидкости. При этом за счет высокой температуры электрического взрыва струй, превышающей 2500°С, впрыснутые в взрывную камеру 72 струи 114 топлива практически мгновенно нагреваются, испаряются и термически разлагаются на отдельные атомы, образуя химически активную газообразную смесь с продуктами разложения злектропроводной жидкости струй 111-112, которая под высоким давлением выходит из сопла 78 в камеру сгорания 6 реактивной подъемно-тяговой установки 4 и в камеру сгорания 9 двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя 1 и сгорает в смеси с сжатым воздухом за счет включения форсунок 60 и 16, служащими для ее воспламенения. При этом комбинированная форсунка 15 имеет днище 61. Следующий рабочий цикл комбинированной форсунки происходит путем нагнетания насосами /не показанными на чертеже/ электропроводной жидкости через патрубки 67, 68 и топлива через форсунку 71. Для этих целей насосы выполняются периодического действия - плунжерные и др., известные в технике.

Форсунка для воспламенения смеси на фиг.12. При ее включении в работу от насосов /не показанных на чертеже/ электропроводная жидкость под давлением нагнетается через патрубки 91 и 92 в цилиндрические каналы 93, 94 и вытекает через сопла 102-103 в виде струй 108, 109 во взрывную камеру 96. При контакте струй в зоне 110 замыкается цепь разрядного контура генератора импульсов и конденсатор или батарея конденсаторов разряжается на струи 103-109, выполненные толщиной от 0,087 до 0,2-2 мм. Здесь и в комбинированной форсунке струя электропроводной жидкости, направленные друг к другу, выполняют еще и функции РАЗРЯДНИКА, замыкая конденсатор 107 на струи 108-109, что приводит к электрическому взрыву струй при температуре, превышающей 2500°С. Образующиеся газообразные продукты струй электротермического разложения электропроводной жидкости с высокой температурой выходят из сопла 97 и воспламеняют смесь топлива с воздухом в камерах сгорания 6 или они выходят через отверстия 99, выполненные в днище 98 взрывной камеры 96, при установке форсунок на камерах сгорания 9.

Двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель /ТРДДФ/ работает следующим образом.

С помощью пускового двигателя /не показанного на чертеже/ приводится во вращение вал 21 и вместе с ним осевой и центробежный 13 и 14 компрессоры, а также газовая турбина 20. Сжатый воздух от компрессора 14 поступает в цилиндры 8 и камеры сгорания 9, расширяющиеся сопла 17 и цилиндры 18, направляющий аппарат 19 газовой турбины 20. Электронной системой управления ТРДДФ /не показанной на чертеже/ включаются комбинированные форсунки 15, и в камеры сгорания 9 впрыскивается смесь продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости при температуре, превышающей 2500°C, которая быстро и качественно смешивается с сжатым воздухом, образуя однородную химически активную горючую смесь. Следом включаются форсунки 16, служащие для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости при температуре, превышающей 2500°C, которые выходят через отверстия 99 днища 98 взрывной камеры 96. Иными словами комбинированные форсунки и форсунки для воспламенения выполняются с днищами 61 и 93, имеющие отверстия 62, 99 для выхода газовых струй. Охлаждение взрывных камер 72 и 96 форсунок осуществляется охлаждающей жидкостью, циркулирующей в каналах рубашек охлаждения камер сгорания 9 /не показанных на чертеже/. За счет высокой температуры газовых струй, выходящих из отверстий 99 форсунок 16, обеспечивается воспламенение в камерах сгорания 9 обедненных горючих смесей, при этом в качестве топлив могут использоваться любые продукты переработки нефти, бурых углей, горючих сланцев, в т.ч. и угольная пыль, так как при температуре, превышающей 2500°C, электрических взрывов струй 111-112 электропроводной жидкости все известные в науке углеводороды термически разлагаются или диссоциируют на отдельные атомы и молекулы За счет использования в ТРДДФ обедненных горючих смесей обеспечивается снижение расхода топлива на 10-12% и более /процесс сжигания топлива в камерах сгорания 9 подобен форкамерному процессу, используемому ныне в двигателях внутреннего сгорания за счет ракельного воспламенения, см. Е.Б.Пасхин. "Современные тенденции в конструкции легковых автомобилей". Транспорт, Знание, М., 1985 /4, с.16 /7/. Сжигание в ТРДФ большинства продуктов разложения нефти и др. углеводородов позволяет снизить затраты на топливо /включая смеси топлив/ и, тем самым, вместе с высоким эффективным кпд значительно уменьшить эксплуатационные расходы. При этом достигается высокая полнота сгорания горючей смеси и экологически чистый выхлоп.

Образовавшиеся продукты сгорания из камер сгорания 9 выходят в расширяющиеся сопла 17 и цилиндры 18, и подобно поршням сжимают и разгоняют впереди себя столбы воздуха в цилиндрах 18. Сжатый воздух до давления "p" и разогнанный в цилиндрах 18 до скорости V м/с, нагретый за счет сжатия до температуры Т=200-250°C, поступает в направляющий аппарат 19 и на лопатки газовой турбины 20, а следом за ним отработанные продукты сгорания, прошедшие в цилиндрах 18 продолжительное расширение, с уменьшением их температуры до 850-900°C, что зависит от степени расширения "б" сгоревших газов. Благодаря этому, т.е. работе в этом двигателе волновых компрессоров 17, 18 газовая турбина 20 работает при температуре газов, которую выдерживают современные жаропрочные сплавы, без применения "вторичного" воздуха, что позволяет увеличить мощность ТРДДФ в 2-3 раза, по сравнении с известными двигателями, а также значительно повысить эффективный кпд его за счет использования всего температурного перепада, от температуры продуктов сгорания в камерах сгорания 9-T₁=более 2000°С до температуры отработанных газов на лопатках турбины 20, т.е. до Т₂=850-900°С /см. редактор Эммонс, перевод с англ., "Основы газовой динамики", раздел "Волновые машины" /8/, О.К.Югов. "Согласование характеристик самолета и двигателя", М., Машиностроение, 1980 г., с.47-50 /9/, К.А.Гильзин. "Воздушно-реактивные двигатели", М., 1956 г., Оборонгиз /10/.

Как известно, коэффициент избытка воздуха α в современных ТРДДФ высок и равен 2-3 /см. И.И.Кириллов. "Газовые турбины и газотурбинные установки", Машгиз, т.2, М. 1956 г., с.76 /11/, что не позволяет использовать всю производительность компрессора для сгорания топлива и, тем самым, в это же количество раз снижается мощность современных турбореактивных двигателей и ТРДДФ.

В новом двухконтурном форсированным турбореактивном двигателе используется вся производительность компрессора на сгорание топлива в камерах сгорания 9 и 28 и только небольшая часть идет на охлаждение камер сгорания 28 воздухом, вытекающим из сопел 34. Причем коэффициент избытка воздуха α не превышает α=1,05-1,1, т.е. новый двигатель в 2-3 раза меньше загрязняет окружающую среду, чем самые современные турбореактивные двигатели и ТРДДФ. В наше время экологического кризиса - это очень важное преимущество.

При повторных рабочих циклах двигателя в расширяющихся соплах 17 и цилиндрах 18 продуктами сгорания будут сжиматься до давления "p" и разгоняться до скорости ν м/с не воздух, а отработанные газы, при этом сгоревшие газы в камерах сгорания 9 /продукты сгорания/ расширяются в обе стороны с одинаковой силой Р, что приводит не только к сжатию и разгону отработанных газов в расширяющихся соплах 17 и цилиндрах 18, но и к сжатию СЖАТОГО воздуха в цилиндрах 8, благодаря чему существенно снижается давление газов на лопатки центробежного компрессора 14, с обеспечением нормальной работы компрессоров 13 и 14, и нормальной температуре.

Во втором контуре 115 с помощью турбины 23, имеющей бандаж 24, с укрепленными на нем лопатками 25 высоконапорного вентилятора, воздух, протекающий через диффузор 11, нагнетается в камеры сгорания 28 форсажных двигателей 26, где в него с помощью комбинированной форсунки 31 впрыскивается смесь продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, а с помощью форсунки 32 осуществляется воспламенение смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости. Образовавшиеся продукты сгорания выходят в атмосферу через реактивные сопла 29 с созданием тяги, при этом столбы сжатого воздуха, заключенные между лопатками 25 и диффузорами 27, выполняют роль упругих клапанов с осуществлением процесса подобного процессам, происходящим при расширение продуктов сгорания в длинных цилиндрах /волновых компрессорах/ 18 и 8.

Включение форсажных двигателей 26 осуществляется в нужное время полета самолета - наборе высоты и др., при этом основное реактивное усилие обеспечивается при истечении отработанных газов через реактивное сопло 12 за счет неполного расширения продуктов сгорания на последней ступени 116 турбины 20 с созданием избыточного давления газов за конусом 22 и небольшое - при истечении сжатого воздуха через реактивные сопла 29 с низкой температурой.

Механизм процесса сжатия и разгона расширяющимися продуктами сгорания отработанных газов в длинных цилиндрах 18 известен /см. А.И.Зверев. "Детонационные покрытия в судостроении", М., Судостроение, 1979 г., с.24-27 /12/. При расширении газов со скоростью V м/c длинный столб отработанных газов в цилиндрах 18 и сжатый воздух в цилиндрах 8 сжимаются до давления "p" и разгоняются до скорости V, в то же время передний фронт сжатой зоны в цилиндрах 18 и 8 распространяется сJ скоростью звука - 340 м/с. Двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель работает с частой 100 циклов в секунду и более, поэтому длина цилиндров 13 и 8 не должна превышать 3,4 м, с движением в проточной части турбины 20 отработанных газов с начальной скоростью V м/с и давлением "p".

Таким образом, двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель самолета с вертикальным взлетом и посадкой работает с истечением отработанных газов через реактивное сопло 12 и с истечением струй воздуха через реактивные сопла 29 и сопла 34, т.е. в центре выходят нагретые отработанные газы, создавая основное реактивное усилие, а по периферии струи холодного воздуха, как и в известных ТРДДФ.

Вертикальный взлет самолета осуществляется следующим образом. С помощью пробковых кранов 36 /см. фиг.6/, которые поворачиваются механизмами /не показанными на чертеже/, сжатый воздух, нагнетаемый осевым 13 и центробежным компрессором 14 из цилиндров 8 по патрубкам 35, поступает в воздуховод 7 /фиг.4/, а из него при открытых клапанах 43, занявших положение 117 /фиг.9/, - в приемные камеры 42, демпфирующие устройства 40, переходные цилиндрические участки 39, камеры сгорания 6. Электронной системой управления реактивной подъемно-тяговой установки 4, связанной с электронной системой управления ТРДДФ /не показанных на чертежах/, включаются последовательно друг за другом комбинированные форсунки 59 и форсунки для воспламенения 60, выполненные по фиг.11 и 12 без днищ 61, 98 и отверстий 62, 99 - только с соплами 78 и 97, за счет чего обеспечивается впрыскивание смеси топлива продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости в сжатый воздух, что приводит к образованию химически активной горючей смеси и детонационное сгорание ее за счет воспламенения с помощью форсунок 60, для воспламенения смеси топлива и воздуха путем впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, при температуре более 2500°С. Детонационное сгорание горячей смеси в камерах сгорания 6 со скоростью детонационной волны от 1500 до 3500 м/с /см. С.С.Бартенев. "Детонационные покрытия в машиностроении", Л., Машиностроение, 1982 г., с.25-26 /13/, позволяет увеличить температуру продуктов сгорания до 3000°C и более и соответственно повысить давление, благодаря чему при расширении сгоревших газов в сопле 38 и частично в рабочих каналах 37 обеспечивается высокое давление «p» - сжатия столба воздуха в них, с разгоном его до скорости V₁ м/с.

Механизм сжатия и разгона расширяющимися продуктами сгорания столба воздуха в рабочих каналах 37 реактивной подъемно-тяговой установки 4 тот же, что и в цилиндрах 18 и 8 двигателя по фиг.3, рассмотренный выше.

При этом сжатый воздух вытекает из сопел 51 с образованием реактивного усилия "Р", обеспечивающего подъемную силу и Вертикальный взлет самолета. Частота рабочих циклов достигает 100 циклов в секунду. С такой же частотой работает клапан 43 с приводным механизмом 52, управляемым электронной системой, который периодически поворачивается вокруг оси на 90° и открывает или перекрывает вход сжатого воздуха из воздуховода 7 в камеру/ы/ сгорания 6.

Установка демпфирующего устройства 40 с отражателем 41 позволяет гасить ударные волны, генерируемые при детонационном сгорании горючей смеси в камерах сгорания 6, не допуская их воздействия на клапан 43. С помощью шарнирных сопел 51, которые имеют свободу поворота вокруг горизонтальной оси, достигается вертикальный взлет самолета и его движение по горизонтали за счет тяги.

Для ускоренного взлета самолета включаются корсажные двигатели 44, при этом в камеру/ы/ сгорания 45 с помощью комбинированной форсунки 49 впрыскивается смесь продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, которая смешивается с сжатым воздухом и воспламеняется с помощью форсунки 50 за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости при температуре, превышающей 2500°С, с образованием детонационного сгорания горючей смеси. Отражатель 48 гасит ударные волны, а продукты сгорания с высокой температурой выходят через сопло 51 с созданием дополнительного реактивного усилия.

По мере увеличения высоты и скорости полета самолета, с помощью кранов 36 производится последовательное отключение цилиндров 8 с уменьшением подачи сжатого воздуха от компрессоров 13, 14 в воздуховод 7 и реактивные подъемно-тяговые движители 4, что приводит к снижению их мощности и подъемной силы, увеличению подъемной силы крыльев 2 /фиг.1-2/ и тяги двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя/ей/ 1. Ha режиме крейсерской скорости полета самолета реактивные подъемно-тяговые движители 4 полностью отключаются, с помощью кранов 36, что способствует увеличению мощности ТРДДФ 1 вдвое.

Перед посадкой самолета все действия производятся в обратном порядке с осуществлением вертикального спуска или на небольшой скорости полета.

Таким образом, на взлете самолета компрессоры 13, 14 приводятся во вращение за счет работы газовой турбины 20 с помощью камер сгорания 9, сжатый воздух, который поступает только из четырех нижних цилиндров 8, а по четырем верхним цилиндрам 8 - сжатый воздух идет по воздуховоду 7 в реактивные подъемно-тяговые движители 4.

Особенности рабочего процесса реактивных подъемно-тяговых движителей.

В этих движителях применен принцип работы ВОЛНОВЫХ МАШИН, в которых один газ «А» - продукты сгорания, используются непосредственно для сжатия другого газа «В» - атмосферного воздуха в рабочих каналах 37. Здесь рабочие каналы соединены с камерами сгорания 6 с помощью расширяющихся сопел 38, что позволяет продуктам сгорания при их расширении сжимать и разгонять длинные столбы воздуха в рабочих каналах с большой массой «м», с относительно небольшой скоростью V₁. В результате значительно снижаются потери кинетической энергии при истечении сжатого воздуха из сопел 51 с созданием подъемной силы «Р». Одновременно увеличивается полетный кпд η_n самолета при взлете, наборе высоты, скорости, подобно существующим вертолетам. Расширение продуктов сгорания /сгоревших газов/ в рабочих каналах и выход в атмосферу через сопла 51 сжатого воздуха приводит к образованию разрежения в каналах 37, соплах 38, камерах сгорания 6, цилиндрических участках 39, демпфирующих устройствах 40 и приемных камерах 42. За счет этого через сопла 51 с большой скоростью входит свежий воздух из атмосферы и одновременно открываются клапаны 43, обеспечивая заполнение камер сгорания 6 сжатым воздухом. Повторение рабочих циклов осуществляется с частотой 100 циклов в секунду, что создает мощный поток сжатого воздуха и отработанных газов из сопел 51, вытекающих с относительно небольшой скоростью. При частоте 100 ц/с длина рабочих каналов 37 около 3,4 м, при частоте 50 ц/с длина рабочих каналов около 6,5 м. Таким образом, чем больших размеров рабочие каналы 37, тем меньше скорость истечения из сопел 51 сжатого воздуха и отработанных газов и, тем меньше потери кинетической энергии и больше полетные кпд η₀. Эффективный кпд зависит от давления сжатого воздуха поступавшего в камеры сгорания 6 из центробежного компрессора 14, температуры и давления сгоревших газов, в камерах сгорания 6. Этот к.п.д. превышает 50% за счет следующего:

- детонационное сгорание горючей смеси осуществляется при "постоянном объеме", что позволяет достигать высокого термического кпд за счет высокой температуры сгоревших газов, превышающих 2600°С, и давления в несколько десятков атмосфер /см. Б.Б.Супасов. "Техническая термодинамика", М.-Л., 1960 г., с.173-177/14/.

- в камерах сгорания 6 сгорают не пары жидкого топлива, как это имеет место в обычных газотурбинных установках или двигателях внутреннего сгорания, a смесь продуктов термического разложения жидкого топлива на уровне атомов и продуктов диссоциации электропроводной жидкости в виде "герметического газа", выходящих в камеры сгорания из комбинированных форсунок 59. Эта смесь с сжатым воздухом имеет широкие пределы воспламеняемости, так как является газовым топливом и позволяет работать на обедненных смесях со снижением расхода топлива на 10-12% /см. В.Н.Алексеев и др. "Двигатели внутреннего сгорания", Машгиз, М., 1960 г., с.351-353 /15/. В системе камеры сгорания 6 - рабочие каналы 37 осуществляется прямое преобразование химической энергии топлива в кинетическую энергию летательного аппарата, благодаря чему достигается высокий полный кпд η₀, превышающий 40-50%.

Известно, что полный кпд вертолета не превышает 18% и 14% для вертолетов с соосными винтами /см. И.Н.Колпакчиев. "Транспортная авиация: взгляд в будущее", Знание, Транспорт, 7/80, с.61 /16/, а кпд реактивного самолета с вертикальным взлетом не превышает 4-5% за счет огромных потерь кинетической энергии газов, вытекающих из сопел турбореактивных двигателей.

Немаловажным преимуществом реактивных подъемно-тяговых движителей и двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей является их многотопливность за счет применения комбинированных форсунок 59 и 15. Иными словами они могут работать на керосине, солярке и всевозможных смесях углеводородов, что снижает стоимость полетов.

Помимо увеличения полного кпд и, следовательно, экономичности летательные аппараты с реактивными подъемно-тяговыми движителями имеют еще следующие преимущества: /по сравнению с вертолетами/:

- отсутствие движущихся частей /кроме клапанов 43/, что позволяет поучать простую и надежную конструкцию несущей системы с практически неограниченным ресурсом, устранить вибрации и динамические напряжения в конструкции,

- отсутствие механической связи между силовой установкой и несущей системой, что облегчает компоновку и центровку летательного аппарата,

- большая полезная нагрузка /масса перевозимых пассажиров, грузов, топлива и экипажа/, которая зависит от размеров самолета и реактивных подъемно-тяговых движителей, а также от мощности двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей 1 и может достигать несколько сот тонн,

- симметричность распределения подъемной силы на несущей поверхности и возможность использования реактивных подъемно-тяговых движителей 4 для создания как подъемной силы, так и тяги, что позволяет получать высокую безопасность полетов, маневренность, скороподъемность, способность летать на малой ВЫСОТЕ в условиях леса, городских улиц.

Особенности конструкции и рабочего процесса двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя 1 /ТРДДФ/.

Состоит в использовании компрессоров 13, 14 и вырабатываемого ими сжатого воздуха для воздухоснабжения самого двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя и реактивных подъемно-тяговых движителей с помощью устройства цилиндров 8, в которых установлены краны 36. При этом в зависимости от требуемой подъемной силы, подключение движителей 4 может осуществляться к одному, двум, трем или к четырем цилиндрам 8. Компрессорными машинами могут быть осевой 13 и центробежный 14 компрессоры или только осевые, имеющие высокий кпд, достигающий 82-87%.

Рабочие циклы нового двигателя осуществляются с частотой 100 и более циклов в секунду при температуре, превышающей 2000°С, без применения вторичного воздуха для охлаждения перед турбиной сгоревших газов за счет использования цилиндров 13 с расширяющимися соплами 17, работающие в режиме волновых компрессоров. В них продукты сгорания расширяются, сжимают и разгоняют столбы отработанных газов, которые с температурой 850-900°С поступают на турбину 20, благодаря чему значительно повышается эффективный кпд двигателя, примерно в 2 раза, по сравнению с обычным ТРД, имеющим параметры двигателя Т=1400-l600 К.

В целях значительного увеличения полезной нагрузки на фиг.17-18 показан второй вариант самолета с вертикальным взлетом и посадкой, в котором реактивные подъемно-тяговые движители 118 размещены в несущих плоскостях 119 и подключены к двухконтурным форсированным турбореактивным двигателям 120 и 121 /движители 4 и 118 идентичны по конструкции/. Фюзеляж 122. В этом варианте самолета крылья выполняются большой площади, в которых могут размещаться десятки крупных рабочих каналов 37 /высотой, в некоторых случаях в рост человека, при этом камер сгорания 6 на один рабочий канал может быть несколько штук/. Самолет по сравнению с первым вариантом по фиг.1-2 имеет меньшую скорость полета, однако его полезная нагрузка может достигать 400-500 т и более.

Подвод сжатого воздуха из цилиндров 8 двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей 120 и 121 /приведенный на фиг.3, 4, 5, 6/ в реактивные подъемно-тяговые движители 118 осуществляется по воздуховодам 123 и 124, а также воздуховодам 125 и 126. В этой конструкции воздуховоды 123, 124 размещены снизу двигателей и подключены к цилиндрам 8, снабженных кранами 36 /не показанными на чертеже фиг.4, а реактивные подъемно-тяговые движители размещены перпендикулярно фюзеляжу.

Третий вариант. На фиг.19, 20 показан самолет с вертикальным взлетом и посадкой, в фюзеляже которого установлен двигатель внутреннего сгорания 127 соединенный с центробежным компрессором 128, подсоединенный к блоку реактивных подъемно-тяговых движителей 129 и 130, расположенным по разные стороны от фюзеляжа 131. Подъемно-тяговые движители выполнены по фиг.7-9 или более простыми, работающими на обычном способе сгорания горючей смеси со скоростью 30-40 м/с и без установки демпфирующих устройств 40 с отражателями 41, а также корсажных двигателей 14. Вместо них можно установить комбинированные форсунки, выполненные по фиг. 11, 13, 14, работающими в 2-х режимах - впрыске газообразной смеси топлива с продуктами диссоциации электропроводной жидкости и воспламенения образовавшейся в зоне установки форсунок горючей смеси в самых рабочих каналах. Реактивные подъемно-тяговые движители имеют рабочие каналы 132, 133, 134 с соплами 135, с изменяемым вектором тяги /шарнирный/, что позволяет самолету осуществлять вертикальный взлет и полет, используя рабочие каналы реактивных подъемно-тяговых движителей как для создания подъемной силы, так и тяги. Самолеты с вертикальным взлетом и посадкой, в которых установлены двигатели внутреннего сгорания, могут использоваться в легкомоторной авиации. В камерах сгорания 6 реактивных подъемно-тяговых движителей при обычном способе сгорания устанавливаются комбинированные форсунки для воспламенения, выполненные по фиг.11, 13 и фиг.12, 15 - с днищами и отверстиями в них.

Отметим, что в качестве рабочих тел в камерах сгорания 6 реактивных подъемно-тяговых движителей могут использоваться вместо продуктов сгорания углеводородного топлива, сжатый воздух, поступающий из компрессора 128, которым и служат известные в технике многоступенчатые центробежные компрессоры, ротационные и поршневые, а также раскаленные продукты диссоциации струй 111-112 и генерируемые при электрических взрывах в взрывных камерах комбинированных форсунок 59 или форсунок для воспламенения 60, выполненных по фиг.11, 14 и (фиг.12).

В случае применения в качестве рабочего тела продуктов диссоциации струй 111-112, следует учитывать, что этими продуктами является водород, кислород и осколки электролита, полученные при электрических взрывах струй при температуре, превышающей 2500°С, которые несут с собой тепловую и химическую энергии. Первая тепловая энергия продуктов диссоциации /термического разложения струй из электропроводной жидкости, которыми служат концентрированные водные растворы сильных электролитов или суспензии порошков металлов или гранита в растворе электролита/ с высокой температурой, превышающей 2500°С, и высоким давлением расширяются в соплах 38 и рабочих каналах 37, с совершением полезной работы расширения A₁, затраченной на сжатие до давление "р" и разгон до скорости V м/с столба воздуха в рабочих каналах 37. В процессе расширения температура продуктов диссоциации /гремучий газ/ понижается и при достижении 700°С происходит сгорание водорода и кислорода, с повышением температуры до 2800°С /см.5, с.346/, при этом рабочим телом становится сильно перегретый водяной пар, который так же, как и гремучий газ, расширяется, с совершением второй полезной работы A₂ при сжатии до давления "p₁" и разгона до скорости V₂ столба воздуха в рабочих каналах 37.

Суммарная работа расширения продуктов диссоциации /гремучего газа/ ΣA=A₁+A₂. Теоретически затрачивается 100% электрической энергии на электрические взрывы струй в форсунках 59 или 60, выполненные по фиг. 11, 12, а получаем 200% энергии и в этом случае вода раствора электролита струй 111-112, являющейся сильно сжатым гремучим газом, может служить в качестве топлива. Ведь работа расширения продуктов диссоциации А₁ теоретически равна затраченной электрической энергии А₃ на электрические взрывы струй, а полученная энергия А₂ за счет сгорания водорода, кислорода /гремучего газа/ и осколков электролита является дополнительной. Однако потери энергии в машинном генераторе импульсов /мГИ/, приводимым во вращение, например, с помощью двигателя 127 или 1, 120, 121 оцениваются кпд η=0,9 /см.1, с.50-52/;- кпд электрических взрывов струй 111-112 зависит от давления той среды, в которой происходит контакт и взрыв струй. При атмосферном давлении примерно 0,6-0,7 /см.4, с.100-102/ и повышается с увеличением давления за счет образования устойчивого канала разряда, обеспечивающего протекание разрядного тока при колебательном характере разряда конденсатора машинного генератора импульсов /см.1, с.61/ - кпд прямого преобразования энергии расширения продуктов диссоциации /гремучего газа/ в энергию столба воздуха в рабочих каналах 37, т.е. кпд расширения-сжатия и разгона этого столба равна 0.69 /см.8, раздел "Волновые машины"/;

- кпд, связанный с потерей тепла на охлаждение стенок камер сгорания 6, примерно 0,85.

Эффективный кпд равен: η-0,9×0,6×0,69×0,85=0,32. За счет сгорания водорода и кислорода /гремучего газа/ и осколков электролита с получением второй полезной работы расширения А₂ перегретого водяного пара, эффективный кпд становится равным η=0,32×2=0,64.

Таким образом, кпд такого способа отбрасывания столба воздуха из рабочих каналов с образованием подъемной силы и тяги весьма высок и может использоваться наравне со сгоранием углеводородного топлива. При этом дополнительным преимуществом является более простая конструкция реактивных подъемно-тяговых движителей за счет отсутствия кранов 36, воздуховодов 7, 123-126, демпфирующих устройств 40 с отражателями 41. Впереди же клапанов 43 вместо воздуховода 7 устанавливаются диффузоры для входа атмосферного воздуха, способствующего в полете увеличению тяги.

Вторым преимуществом служит низкий уровень шума и более высокая безопасность полетов из-за меньшей пожароопасности.

Применение реактивных подъемно-тяговых движителей для транспортных самолетов короткого взлета.

Известно, что расширение аэропортов в густонаселенных районах становится все более затруднительным, а строительство новых - почти невозможным. Поэтому радикальным решением данной проблемы в настоящее время считается массовое внедрение в эксплуатацию транспортных самолетов короткого и вертикального взлета и посадки /см.16, с.20-21/. Одной из основных характеристик, однозначно определяющих эксплуатационные и экономические показатели любого самолета, является тяговооруженность, определяемая как отношение суммарной тяги всех его двигателей к взлетной массе. Этому в полной мере отвечает применение реактивных подъемно-тяговых движителей и для самолетов короткого взлета. Технико-экономическая часть.

Самолет с вертикальным взлетом и посадкой имеет комбинированную силовую установку, состоящую из маршевых двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей и блоков реактивных подъемно-тяговых движителей, при этом в процессе подъема самолета и наборе высоты и скорости двухконтурные форсированные турбореактивные двигатели /ТРДДФ/ работают в режиме турбокомпрессоров, с созданием небольшой тяги за счет истечения отработанных газов из сопел 12, а при крейсерской скорости полета самолета ТРДДФ работают в режиме маршевых двигателей. Вместе с тем могут существовать режимы совместного использования подъемной силы за счет аэродинамического принципа с помощью крыльев и реактивных подъемно-тяговых движителей. В этом случае ТРДДФ работают в двух режимах в качестве турбокомпрессоров и маршевых двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей.

Реактивные подъемно-тяговые движители при подъеме и посадке самолета выполняют роль подъемных устройств и вместе с тем обеспечивают тягу за счет поворота шарнирных сопел 51 по направлению полета, что очень важно в процессе увеличения скорости полета самолета ввиду сложения сил тяги двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей и реактивных подъемно-тяговых движителей. По сравнению с самолетами вертикального взлета и посадки, в которых используется комбинированная силовая установка, состоящая из маршевых и подъемных турбореактивных или турбовентиляторных двигателей, предлагаемая комбинированная силовая установка на самолетах вертикального взлета и посадки имеет следующие преимущества.

ПЕРВОЕ. В реактивных подъемно-тяговых движителях осуществляется прямое преобразование химической энергии топлива в кинетическую энергию отбрасываемых струй сжатого воздуха и отработанных газов, вытекающих черед сопла 51 рабочих каналов 37, с созданием подъемной силы и тяги, что позволяет достичь высокого кпд и, следовательно, высокой экономичности, превышающей по экономичности известные самолеты с вертикальным взлетом и посадкой в 2-3 раза.

ВТОРОЕ. Применение комбинированных форсунок и форсунок для воспламенения смеси топлива и воздуха, а также детонационного сгорания горючей газовой смеси за счет работы комбинированных форсунок позволяет достичь высокого термического кпд и, следовательно, высокой экономичности реактивных подъемно-тяговых движителей. Вместе с тем обеспечивается многотопливность.

ТРЕТЬЕ. Рабочие каналы 37 движителей выполняются из легких сплавов, что обеспечивает существенное снижение веса, по сравнению с ТРД, ТРДДФ.

В режиме самолета, при отключенных реактивных подъемно-тяговых движителях эти машины превосходят все известные летательные аппараты за счет высокого кпд двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей, что обеспечивает низкий удельный расход топлива и использование всей производительности компрессоров на сгорание топлива, благодаря чему значительно увеличивается мощность ТРДДФ, приводящая к существенному снижению удельного веса новых силовых установок.

Применение на самолетах с вертикальным взлетом и посадкой реактивных подъемно-тяговых движителей с рабочими каналами длиной 9, 12, 18, 24 м и более метров обеспечивает достижение большой полезной нагрузки, превышающей несколько сот тонн, что недоступно в настоящее время для всех известных летательных аппаратов-самолетов, конвертопланов, вертолетов, самолетов с комбинированными силовыми установками. Кроме того, обеспечивается высокая безопасность полетов, маневренность, скороподъемность за счет использования форсажных двигателей в подъемно-тяговых движителях, способность летать в стесненных условиях леса, сильно пересеченной местности, в городских улицах. Вместе с тем из-за отсутствия движущихся частей /кроме клапанов/ получаем простую и надежную конструкцию несущей системы с практически неограниченным ресурсом работы, устранение вибраций и динамических напряжений в конструкции. В свою очередь, из-за отсутствия механической связи между силовыми установками и несущими системами облегчается компоновка и центровка летательных аппаратов. Применение новых летательных аппаратов в нашей стране позволит быстрее начать освоение северных территорий и занять лидирующие позиции на мировом рынке авиационной продукции, что крайне необходимо для развития экономики и научно-технического прогресса, а также снижение стоимости летательных аппаратов-самолетов с вертикальным взлетом и посадкой, в том числе и стоимости их эксплуатации.

Изобретение относится к области авиации и предназначено для летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой. Самолет с вертикальным взлетом и посадкой содержит двухконтурные форсированные турбореактивные двигатели, несущие плоскости, фюзеляж, блоки реактивных подъемно-тяговых движителей с форсажными двигателями, насосы для подачи углеводородного топлива и электропроводной жидкости, генераторы электрических импульсов. Каждый двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель, размещенный под или над несущей плоскостью, содержит корпус, выполненный с диффузором и реактивным соплом, установленными в нем осевым и центробежным компрессорами, соединенными с цилиндрами, подключенными к камерам сгорания. Цилиндры с размещенными в них пробковыми кранами соединены с патрубками и воздуховодом для подачи сжатого воздуха в приемные камеры блока реактивных подъемно-тяговых движителей. Камеры сгорания двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя выполнены с комбинированными форсунками, предназначенными для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости. Расширяющиеся сопла соединены с цилиндрами, подсоединенными к направляющему аппарату газовой турбины. Турбина имеет бандаж с размещенными на нем лопатками высоконапорного вентилятора. Достигается снижение расхода топлива и повышение экономичности силовой установки. 20 ил.

Самолет с вертикальным взлетом и посадкой содержит двухконтурные форсированные турбореактивные двигатели, несущие плоскости, фюзеляж, блоки реактивных подъемно-тяговых движителей с форсажными двигателями, насосы для подачи углеводородного топлива и электропроводной жидкости, генераторы электрических импульсов;
при этом каждый двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель, размещенный под несущей плоскостью, содержит корпус, выполненный с диффузором и реактивным соплом, установленными в нем осевым и центробежным компрессорами, соединенными с цилиндрами, подключенными к камерам сгорания;
цилиндры с размещенными в них пробковыми кранами соединены с патрубками и воздуховодом для подачи сжатого воздуха в приемные камеры блока реактивных подъемно-тяговых движителей;
камеры сгорания двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя выполнены с комбинированными форсунками, предназначенными для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,
с расположенными параллельно к ним форсунками для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,
с расширяющимися соплами, соединенными с цилиндрами, подсоединенными к направляющему аппарату газовой турбины, имеющей бандаж с размещенными на нем лопатками высоконапорного вентилятора и вал, соединенный с осевым и центробежным компрессором;
с форсажными двигателями, расположенными во втором контуре, выполненными с диффузорами, соединенными с камерами сгорания и реактивными соплами;
с размещенными в форсажных двигателях комбинированными форсунками для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,
с расположенными параллельно к ним форсунками для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,
с размещенными в реактивных соплах форсунками-резонаторами, предназначенными для глушения шума путем впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости;
при этом упомянутые блоки реактивных подъемно-тяговых движителей размещены под несущими плоскостями или в несущих плоскостях,
соединены с центробежным компрессором, установленным в корпусе двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя или подсоединенным к двигателю внутреннего сгорания, размещенному в фюзеляже; каждый реактивный подъемно-тяговый движитель выполнен с приемной камерой для сжатого воздуха, соединенной с воздуховодом, с размещенным в нем клапаном, выполненным в виде поворотной заслонки, имеющей приводной механизм, сообщающейся с демпфирующим устройством, включающим отражатель, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн, с переходным цилиндрическим участком,
с камерой сгорания, расширяющимся соплом и с комбинированной форсункой для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,
с расположенной параллельно к ней форсункой для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,
с рабочим каналом, выполненным в виде прямоугольной трубы, с шарнирным соплом для изменения вектора тяги;
каждый форсажный двигатель включает диффузор с размещенным в нем отражателем, выполненным в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн,
и камеру сгорания с реактивным соплом и с комбинированной форсункой для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,
с расположенной параллельно к ней форсункой для воспламенения смеси углеводородного топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости;
при этом комбинированные форсунки содержат наружный корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала параллельно размещению топливной форсунки, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло или днище с отверстиями для выхода газовых струй;
форсунки для воспламенения смеси содержат наружный корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенные с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой - выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло или днище с отверстиями.