СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕКТОРОМ ТЯГИ РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2014 года по МПК F02K9/00 

Область техники

Способ управления вектором тяги реактивного двигателя относится к аэрокосмической технике.

Уровень техники

Известно устройство синхрофазотрона для управления и разгона протонов в нарастающем магнитном поле. Советская энциклопедия, 1968 г., стр.168.

Признак, являющийся общим для известного и заявленного способа, является воздействие электромагнитного поля на элементарные частицы, в том числе и протоны.

К причинам, препятствующим получению указанного результата, относится то, что протоны находятся в тороидальной формы вакуумной камере, создающей условия для разгона этих протонов до очень высоких скоростей, но не для отклонения потока протонов от оси движения.

Известен способ формирования на поверхности ферромагнитной жидкости образований в виде «иголок ежа». При увеличении напряженности магнитного поля вблизи поверхности жидкости, магнитная жидкость притягивается и поднимается вверх, к магниту, и образует поверхность, похожую на шипы ежа. Журнал «Техника молодежи», №921, июнь, 2010 г., стр.42, репортаж с выставки инноваций, Иван Седов.

Признак, являющийся общим для известного и заявленного решения, является перемещение массы ионизированных частиц к полюсам магнита.

Причиной, препятствующей получению требуемого результата, является то, что визуализация влияния магнитного поля на изменение формы поверхности ноля проводилась на спокойной стационарной поверхности жидкости, находящейся в емкости.

Известен способ выравнивания вихреобразного потока воздуха на входе в воздухозаборник газотурбинного двигателя (ГТД) с воздушным винтом за счет ионизации потока воздуха и воздействия на него магнитного поля.

Признак, являющийся общим для известного и заявленного способа, является управляющее воздействие электромагнитов на ионизированный поток газа.

Причины, препятствующие получению требуемого результата в данном способе заключается в том, что для управления (выравнивания плотности) закрученного потока воздуха перед воздухозаборником:

а) поток воздуха необходимо искусственно ионизировать за счет воздействия па него электрического разряда, образуемого введенными в поток электродами, тогда как в заявленном способе ионизация газового потока, истекающего из камеры сгорания, достигается за счет высокой температуры сгорания топлива (термической ионизации);

б) перемещение ионов газа в потоке происходит поперек оси движения потока от периферии к центру потока, и не влияет на направление вектора тяги ГТД.

Статья «Управление потоком ионизированного газа в дозвуковом входном устройстве ГТД (газотурбинного двигателя) с воздушным винтом», О.В. Драч, УДК 629.735.03.621.43.031.3 (045)

http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Vejpt/2007_6_4/EEJET_6_4_2007_13-16.pdf

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является способ управления пучком (потоком) электронов в кинескопе.

Признак, являющийся общим для известного и заявленного способа, является воздействие на поток заряженных частиц (электронов), вылетающих из электронной пушки, магнитного поля отклоняющей системы, состоящей из вертикальных и горизонтальных отклоняющих катушек, воздействующих на поток электронов магнитным полем, и заставляющим поток электронов отклоняться в двух плоскостях (вверх-вниз и вправо-влево).

К причинам, препятствующим получению указанного результата относится то, что отклоняемый поток электронов в силу ничтожной массы потока не оказывает кинетического воздействия на элементы устройства.

Раскрытие изобретения

Сущность заявляемого способа

Истекающий из камеры сгорания поток газов при температуре от 3500°C в камере сгорания до 1500°C на выходном срезе сопла является ионизированным, (находящимся в состоянии плазмы) за счет воздействия указанной температуры (так называемая термическая ионизация), т.е. состоящим из положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов. При воздействии на поток плазмы электромагнитами управления, поток положительно заряженных ионов будет отклоняться в сторону отрицательного полюса магнита, а электронов - к положительному. При этом масса ионов в потоке на несколько порядков выше массы электронов. Вследствие этого направление вектора тяги определяется направлением потока положительных ионов относительно оси сопла под воздействием на него электромагнитов управления.

Управление вектором тяги РД достигается отклонением относительно оси симметрии сопла истекающего из камеры сгорания потока плазмы вследствие воздействия электромагнитного поля, которое создается электромагнитами управления.

Таким образом, управление вектором тяги двигателя достигается не наклоном оси подвижной части сопла относительно вектора движения потока истекающего газа, а отклонение массивной положительно заряженной части потока истекающего газа относительно оси сопла реактивного двигателя под воздействием магнитных полей управляющих магнитов, расположенных в плоскостях симметрии I-III и II-IV.

Технический результат заявляемого способа

Задачами заявляемого способа управления вектором тяги реактивного двигателя летательного аппарата являются:

1. Упрощение конструкции сопел реактивного двигателя за счет замены управляющих (подвижных) сопел стационарными.

2. Уменьшение веса реактивного двигателя.

Решение указанных задач достигается за счет исключения из конструкции сопла реактивного двигателя:

- электрогидравлических или электромеханических рулевых приводов, обеспечивающих отклонение подвижного сопла, и элементов их крепления.

- элементов подвески подвижной части сопла, герметизации и термоизоляции подвески;

- аккумуляторных батарей или других бортовых источников для рулевых приводов управляющих сопел ЛА.

Техническим результатом решения указанных задач является соответственно:

1. Повышение надежности работы реактивного двигателя летательного аппарата за счет исключения механических узлов из конструкции реактивного двигателя.

2. Увеличение дальности полета при равном количестве топлива за счет уменьшения веса конструкции реактивного двигателя.

Новизна технического решения заключается в том, что изменение направления вектора тяги РД происходит вследствие воздействия электромагнитами управления па истекающий из сопла поток продуктов сгорания топлива, представляющий собой ионизированный газ (плазму) за счет температуры горения топлива (термической ионизации). Температура продуктов сгорания находится в пределах от 3500°C в камере сгорания и до 1500°C на выходном срезе сопла. При этом масса потока положительных ионов на несколько порядков выше массы электронов.

Технический результат заявляемого способа заключается в том, что электромагнитами управления отклоняется поток относительно оси симметрии сопла. определяющего направление вектора тяги.

Перечень фигур чертежей

Краткое описание чертежа

Конструктивная схема устройства представлена на чертеже. На стационарном сопле (1) установлены две пары электромагнитов управления (2) в виде, например, продольных полос вдоль образующей закритической части на внешней поверхности раструба (3), в плоскостях симметрии I-III и II-IV.

С целью получения электрического тока, необходимого для подачи на электромагниты управления вектором тяги сопла, по течению потока плазмы в его поперечном сечении, например в критическом сечении, установлен МГД-генератор (4). Электрический ток, вырабатываемый МГД-генератором, проходит через выпрямитель (5) и стабилизатор (6).

При этом на парные электромагниты управления (2), установленные в плоскости симметрии I-III или II-IV, подается электрический ток противоположных знаков по командным сигналам системы управления летательным аппаратом.

Способ относится к аэрокосмической технике и включает в себя управление вектором тяги реактивного двигателя, истекающий из камеры сгорания поток топлива вдоль сопла Лаваля, продольные парные электромагниты управления, установленные на внешней поверхности расширяющейся части сопла, МГД-генератор электрического тока, установленный в самом узком (критическом) сечении сопла, стабилизатор и выпрямитель электрического тока и систему управления летательного аппарата, управляющую электромагнитами. Управление вектором тяги реактивного двигателя достигается отклонением относительно оси симметрии сопла истекающего из камеры сгорания потока плазмы вследствие воздействия электромагнитного поля, которое создается электромагнитами управления. Плазма состоит из положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов, при этом масса ионов на несколько порядков превышает массу электронов. Вследствие этого направление вектора тяги определяется направлением движения потока положительных ионов. Использование способа позволят значительно упростить конструкцию летательного аппарата вследствие замены управляющих сопел стационарными, значительно уменьшить вес и увеличить надежность работы реактивного двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления вектором тяги сопла реактивного двигателя летательного аппарата, отличающийся тем, что для изменения направления вектора тяги отклоняется относительно оси симметрии поток истекающих из сопла газов, состоящих из плазмы (ионов и электронов) посредством воздействия на него парными электромагнитами управления, в виде, например, полос, установленных вдоль образующей закритической части на внешней поверхности раструба в плоскостях симметрии, при этом на парные электромагниты управления подается электрический ток противоположных знаков по командному сигналу системы управления летательным аппаратом.

2. Способ управления вектором тяги по п.1, отличающийся тем, что для получения электрического тока, необходимого для подачи на электромагниты управления вектором тяги, на сопло установлен МГД-генератор индукционного типа.