ГИПЕРЗВУКОВОЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2018 года по МПК B64C30/00 F02K7/14 B64C1/38 

Изобретение относится к авиационно-космической технике, а именно к гиперзвуковым летательным аппаратам.

Известен гиперзвуковой двигатель (см. патент РФ №2262000, F02K 7/10 от 10.10.2005 г.), в котором топливо подают форсункой расположенной в носовой части двигателя перед воздухозаборником установленной на пилонах.

Однако в известном двигателе при малых значениях скорости (M<5) возможно возникновение прямого скачка в зоне минимального сечения с переходом сверхзвукового течения в дозвуковое, что может привести к запиранию камеры сгорания и разрушению двигателя.

Известен гиперзвуковой летательный аппарат (см. патент РФ №2059537 B64C 30/00, F03H 1/00 от 10.05.1996 г.) содержащий планер, прямоточный ВРД со сверхзвуковым горением, систему тепловой защиты планера и двигателя с использованием каталитического реактора регенерации тепла.

Существенным недостатком указанной конструкции является то, что гиперзвуковой летательный аппарат (ГПЛА) имеет очень большое удельное сопротивление, представляющее собой отношение суммарного аэродинамического сопротивление планера и двигателя к его тяге. Гиперзвуковой двигатель может начать работать при скорости больше M=5 до которой его надо разогнать другим двигателем. Кроме того, очень сложная и неэффективная система охлаждения планера и двигателя.

Технической задачей является повышение скорости, дальности и высоты полета гиперзвукового летательного аппарата за счет существенного снижения удельного аэродинамического сопротивления летательного аппарата и повышении тяговооруженности силовой установки, а также упрощения конструкции двигателя и системы охлаждения гиперзвукового летательного аппарата.

Решение технической задачи достигается тем, что гиперзвуковой летательный аппарат содержащий корпус с системой тепловой защиты, топливную емкость с системой подачи и регулирования, а корпус представляет собой симметрично увеличивающееся и уменьшающееся по оси тело имеющее форму веретена, остроугольного треугольника, либо диска и имеет систему регенеративного охлаждения горючим корпуса, а также систему регулируемой подачи горючего на внешнюю оболочку корпуса в зоне сжатия воздушного потока, его воспламенения (при малых скоростях принудительное) в зоне максимального сжатия и температуры, и горения в зоне расширения потока для создания тяги, а изменением подачи горючего в соответствующую внешнюю часть корпуса летательного.

Кроме того предлагаемый ШЛА имеет ракетный двигатель твердого топлива.

На фиг. 1 изображены варианты общего вида ГПЛА:

а) корпус имеющий вид веретена;

б) корпус в виде остроугольного треугольника;

в) корпус имеющий вид диска.

На фиг. 2 представлена схема, поясняющая способ создания тяги и систему охлаждения

Гиперзвуковой летательный аппарат на Фиг. 2 содержит корпус 1, полезную нагрузку 2,систему впрыска горючего на поверхность корпуса 3, бак горючего 4, система регенеративного охлаждения 5, турбонасос горючего 6, система управления и наведения 7, ракетный двигатель твердого топлива 8.

Гиперзвуковой летательный аппарат работает следующим образом.

Ракетный двигатель твердого топлива разгоняет ГПЛА до скорости 2,5-3 M. При этой скорости предлагаемый ГПЛА уже может создавать тягу. Суть работы этого двигателя заключается в подаче горючего в зону сжатия воздушного потока A где происходит смешение и испарение горючего с воздухом. В зоне C максимального сжатия и температуры происходит воспламенение (при малых скоростях принудительное) и горение в зоне расширения В которое создает тягу ГПЛА.

Изменяя подачу горючего в соответствующую зону внешней поверхности ГПЛА можно управлять полетом ГПЛА. Охлаждение корпуса ГПЛА осуществляется горючим регенеративно как в камерах сгорания ракетных двигателей.

Преимуществом данного изобретения является существенное увеличение тяговооруженности по сравнению с другими типами и схемами ГПЛА за счет большой поверхности сопла представляющего собой заднюю поверхность предлагаемого ГПЛА, возможность создания тяги от M=2,5 до M=15 с основным двигателем, высоким аэродинамическим качеством позволяющим летать на высотах до 60 км (для формы корпуса в виде диска), существенно простой и апробированной системой охлаждения, простотой конструкции летательного аппарата. Еще важным преимуществом является простота и дешевизна проведения испытания предлагаемой модели ГПЛА.

Веретенообразная форма ГПЛА подходит для разделяемых и маневрирующих головных частей баллистических ракет. Форма остроугольного треугольника подходит для ГПЛА большой дальности, запускаемых с самолетов, и полета на высотах до 35 км.

Гиперзвуковой летательный аппарат (ЛА) содержит корпус с системой тепловой защиты, бак горючего с системой подачи и регулирования. Корпус представляет симметрично увеличивающееся и уменьшающееся по оси тело, имеющее форму веретена, остроугольного треугольника либо диска, и имеет систему регенеративного охлаждения горючим корпуса ЛА. Имеется система регулируемой подачи горючего на внешнюю оболочку корпуса в зоне сжатия воздушного потока с возможностью его воспламенения в зоне максимального сжатия и температуры. Предусмотрено при малых скоростях полета обеспечение принудительного горения в зоне расширения потока, создающего тягу ЛА, а также изменение подачи горючего в соответствующую зону внешней поверхности корпуса для управления полетом ЛА. Возможно использовать дополнительно ракетный двигатель твердого топлива. Изобретение направлено на упрощение тепловой защиты. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гиперзвуковой летательный аппарат (ЛА), содержащий корпус с системой тепловой защиты, бак горючего с системой подачи и регулирования, отличающийся тем, что корпус представляет собой симметрично увеличивающееся и уменьшающееся по оси тело, имеющее форму веретена, остроугольного треугольника либо диска, и имеет систему регенеративного охлаждения горючим корпуса ЛА, а также систему регулируемой подачи горючего на внешнюю оболочку корпуса в зоне сжатия воздушного потока с возможностью его воспламенения в зоне максимального сжатия и температуры, при малых скоростях полета обеспечения принудительного горения в зоне расширения потока, создающего тягу ЛА, а также изменения подачи горючего в соответствующую зону внешней поверхности корпуса для управления полетом ЛА.

2. Гиперзвуковой летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что имеет ракетный двигатель твердого топлива.