Регулятор расхода топливно-воздушной смеси прямоточного воздушно-реактивного двигателя Российский патент 2023 года по МПК F02K7/10 F23R3/30 

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к устройствам, предназначенным для регулирования расхода топливно-воздушной смеси прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД).

Существует необходимость регулирования расхода воздуха в газогенераторе ПВРД для обеспечения разных скоростей полета и уменьшения расхода топливно-воздушной смеси.

В существующих конструкциях силовых установок ракетных двигателей регулировка основных параметров, таких как обеспечение максимальной тяги и наилучшей экономичности, осуществляется регулированием критического сечения сопла.

Существуют различные конструкции регуляторов расхода топлива.

Известен регулятор расхода твердого топлива [1. Пат. 2484281 RU, МПК F02K 7/18, F02K 9/26. Регулятор расхода твердого топлива / Суриков Е.В., Шаров М.С., Ширин А.П. - Заявл. 09.11.2011; опубл. 10.06.2013, Бюл. №16.], который размещен между газогенератором и камерой дожигания ракетно-прямоточного двигателя и содержит управляющее устройство с приводом, регулируемую сопловую втулку и сопловую втулку постоянного проходного сечения, сообщающую газогенератор с камерой дожигания. Регулируемая сопловая втулка установлена в стенке газогенератора с возможностью подачи продуктов газогенерации в камеру дожигания и снабжена узлом регулирования проходного сечения, связанного с приводом управляющего устройства.

Известно устройство для регулирования расхода газа [2. Пат. 1020160021331 KR, МПК F02K 7/10, F02K 7/18, G05D 7/00. Gas flow controller / Shim Chang-yeol, Namgung Hyuk-jun - Заявл. 14.08.2014; опубл. 25.02.2016.], которое включает в себя регулирующий клапан, скользящий под действием гидравлического давления или давления воздуха, подаваемого внутрь направляющей, для регулирования расхода газа сгорания или несгоревшего газа, образующегося в газогенераторе. Направляющая, расположенная в газогенераторе, имеет в центре внутренней стороны в направлении горизонтальной оси канал подачи жидкости под гидравлическим или пневматическим давлением. Газогенератор имеет стопор, окружающий направляющую на ее внешней стороне и имеющий в центре проток для потока несгоревшего газа, а также множество форсунок для распыления и выпуска несгоревшего газа, проходящего через проток наружу; и стабилизатор, установленный в одном или нескольких воздухозаборниках.

В качестве прототипа выбран регулятор расхода продуктов газогенерации ракетно-прямоточного двигателя [3. Пат. 2750244 RU, МПК F02K 7/18, B64D 27/20. Регулятор расхода продуктов газогенерации ракетно-прямоточного двигателя / Беляков А.Ю. и др. - Заявл. 09.12.2020; опубл. 24.06.2021, Бюл. №18.], который размещается между газогенератором и камерой дожигания и содержит проходной канал, смещенный относительно продольной оси регулятора в радиальном направлении, электропривод с редуктором, на валу которого закреплена грибовидная поворотная заслонка.

Конструкции регуляторов расхода [1.-3.] не обеспечивают потребную площадь проходного сечения для расхода топливно-воздушной смеси с целью поддержания необходимой скорости летательного аппарата (ЛА) на разных режимах полета.

Привод в конструкциях [1.-3.] находится в зоне движения топливно-воздушной смеси, таким образом, происходит обтекание привода набегающим потоком, что создает возмущения потока, приводящие к потерям полного давления в канале газогенератора ЛА. Это препятствует качественному смесеобразованию топливно-воздушной смеси, ухудшает полноту сгорания топлива, в результате снижается экономичность двигателя и нарушается устойчивость горения.

Целью заявляемого изобретения является эффективное регулирование расхода топливно-воздушной смеси через газогенератор для обеспечения работы ПВРД на разных режимах при качественном смесеобразовании.

Заявляемый регулятор расхода топливно-воздушной смеси ПВРД состоит из подвижного и неподвижного узлов расхода топливно-воздушной смеси, привода, шариков, вала, зубчатого колеса и зубчатого элемента подвижного узла расхода топливно-воздушной смеси. Шарики устанавливаются в обоймы между узлами расхода топливно-воздушной смеси. Вал уплотняется прокладкой. Подвижный и неподвижный узлы расхода топливно-воздушной смеси имеют форму конуса с продольными окнами. На узкую часть узлов расхода топливно-воздушной смеси устанавливается заглушка. На зубчатое колесо и зубчатый элемент подвижного узла расхода топливно-воздушной смеси устанавливается обтекатель. Привод расположен в пилоне газогенератора.

Заявляемое устройство поясняется чертежами. На фиг.1 и фиг.2 изображен регулятор расхода топливно-воздушной смеси ПВРД. На фиг.3 изображены окна узлов расхода топливно-воздушной смеси в двух положениях.

Регулятор расхода состоит из привода 1, опоры 2 вала 3, который уплотняется прокладкой 4 с помощью упорной гайки 5, а также состоит из зубчатого колеса 6, подвижного узла 7 расхода топливно-воздушной смеси, неподвижного узла 8 расхода топливно-воздушной смеси, обтекателя 9, который закрывает зубчатый элемент 10 зубчатого колеса 6 и зубчатый элемент 11 подвижного узла 7 расхода топливно-воздушной смеси. Неподвижный узел 8 расхода топливно-воздушной смеси устанавливается на газогенератор 12. Привод 1 устанавливается в пилоне 13 газогенератора 12.

На подвижном узле 7 и неподвижном узле 8 расхода топливно-воздушной смеси выполнены продольные окна 14. Подвижный узел 7 расхода топливно-воздушной смеси с зубчатым элементом 11 защищен от смещения в осевом направлении стопорными втулками 15. Шарики 16 устанавливаются в обоймы 17, 18 для работы в качестве подшипников качения. На узкую часть узлов 7, 8 расхода топливно-воздушной смеси устанавливается заглушка 19, которая закрывает обойму 18 и шарики 16.

Регулятор расхода топливно-воздушной смеси работает следующим образом. При запуске газогенератора 12 окна 14 находятся в открытом положении. После достижения ЛА необходимой скорости окна 14 узлов 7, 8 расхода топливно-воздушной смеси под воздействием приложенного момента перекрываются перемещением подвижного узла 7 расхода топливно-воздушной смеси с зубчатым элементом 11 с помощью привода 1 и зубчатого колеса 6. В дальнейшем система управления ЛА в полете при необходимости регулирует площадь перекрытия окон 14 узлов 7, 8, обеспечивая необходимый расход топливно-воздушной смеси в полости газогенератора 12 и на выходе из него.

Обтекатель правильной аэродинамической формы, установленный на зубчатое колесо и зубчатый элемент подвижного узла расхода топливно-воздушной смеси, улучшает смесеобразование топливно-воздушной смеси, способствует ее устойчивому горению благодаря исключению обтекания узла набегающим потоком.

Установка привода в пилоне газогенератора снижает потери полного давления в канале, при этом конусность подвижного и неподвижного узлов обеспечивает плавный набор и поддержку давления, а также повышение температуры топливно-воздушной смеси внутри газогенератора, что положительно влияет на смесеобразование и обеспечивает необходимый расход топлива.

Наличие продольных окон на узлах расхода обеспечивает движение топливно-воздушной смеси с минимальными потерями давления при прохождении через них, а также обеспечивает необходимый расход топлива благодаря возможности их перекрытия на разных режимах работы, улучшает смесеобразование топливно-воздушной смеси и способствует устойчивости ее горения.

Технический результат заключается в обеспечении эффективного регулирования расхода топливно-воздушной смеси через газогенератор для обеспечения работы ПВРД на разных режимах при качественном смесеобразовании.

Технический результат обеспечивается тем, что:

- подвижный и неподвижный узлы расхода топливно-воздушной смеси имеют форму конуса с продольными окнами;

- привод в конструкции регулятора расхода топливно-воздушной смеси расположен в пилоне газогенератора;

- на зубчатое колесо и зубчатый элемент подвижного узла расхода топливно-воздушной смеси устанавливается обтекатель.

Преимущества заявляемого решения - экономичный расход топлива для разных режимов работы ЛА, технологичность устройства.

Расположение привода в пилоне газогенератора и форма узлов расхода топливно-воздушной смеси улучшают массогабаритные характеристики и повышают прочность конструкции. Также на прочностные характеристики положительно влияет установка на узкую часть узлов расхода топливно-воздушной смеси заглушки, защищающей шарики в обойме, и обтекателя на зубчатое колесо и зубчатый элемент подвижного узла расхода топливно-воздушной смеси.

Предлагаемое устройство может быть выполнено с помощью стандартного оборудования и материалов отечественного производства. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «промышленная применимость».

Источники, принятые во внимание:

1. Пат. 2484281 RU, МПК F02K 7/18, F02K 9/26. Регулятор расхода твердого топлива / Суриков Е.В., Шаров М.С., Ширин А.П. - Заявл. 09.11.2011; опубл. 10.06.2013, Бюл. №16.

2. Пат. 1020160021331 KR, МПК F02K 7/10, F02K 7/18, G05D 7/00. Gas flow controller / Shim Chang-yeol, Namgung Hyuk-jun - Заявл. 14.08.2014; опубл. 25.02.2016.

3. Пат. 2750244 RU, МПК F02K 7/18, B64D 27/20. Регулятор расхода продуктов газогенерации ракетно-прямоточного двигателя / Беляков А.Ю. и др. - Заявл. 09.12.2020; опубл. 24.06.2021, Бюл. №18.

4. Пат. 2649723 RU, МПК F02K 1/04, F02K 1/80. Устройство поворота плоского сопла турбореактивного двигателя / Критский В.Ю., Куница С.П., Самсонов В.М. - Заявл. 24.01.2017; опубл. 04.04.2018, Бюл. №10.

5. Пат. 2223410 RU, МПК F02K 7/18, F02K 9/26. Регулятор расхода твердого топлива / Александров В.Н. и др. - Заявл. 26.06.2002; опубл. 10.02.2004, Бюл. №4.

6. Пат. 000004012103 DE, МПК F02K 7/16, F02K 3/02, B64D 27/16. Hypersonic aircraft reaction drive / Kastens К. - Заявл. 14.04.1990; опубл. 25.07.1991.

7. Пат. 109458272 CN, МПК F02K 7/16, F02C 7/042 F02C 7/057. Series combined power modality adjusting device / Zhou Junhui и др. - Заявл. 20.11.2018; опубл. 12.03.2019.

8. Пат. 000004113976 DE, МПК F02K 7/16, F02K 3/077, F02K 3/02, B64D 27/16. Hypersonic aircraft engine / Kastens К. и др. - 29.04.1991; опубл. 27.02.1992.

9. Пат. 186 094 RU, МПК F02K 7/10. Сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (варианты) / Кузин А.В., Мищенко А.П., Шарков С.П. - Заявл. 11.01.2018; опубл. 29.12.2018, Бюл. №1.

10. Пат. RU 2691702, МПК F02K 7/08, F02K 7/18. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель / Колычев А.В., Керножицкий В.А., Елисеенко А.Г. - Заявл. 15.08.2017; опубл. 20.02.2019, Бюл. №5.

11. Пат. 2767583 RU, МПК F02K 7/10. Способ подачи нанодисперсного компонента топливной композиции в камеру сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя / Масюков М.В. и др. - Заявл. 02.04.2021; опубл. 17.03.2022, Бюл. №8.

12. Пат. 2738672 RU, МПК F02C 5/12, F02K 7/06, F02K 7/20. Реактивный двигатель с непрерывным и прерывающимся импульсом / Аксйон Пенас А. - Заявл. 11.06.2018; опубл. 15.12.2020, Бюл. №35.

13. Осипов Е.В. и др. Характеристики прямоточных воздушно-реактивных двигателей: Учебное пособие. - Оренбург: ОГУ, 2018. - 128 с.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к устройствам, предназначенным для регулирования расхода топливно-воздушной смеси прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД). Заявляемый регулятор расхода топливно-воздушной смеси ПВРД состоит из подвижного и неподвижного узлов расхода топливно-воздушной смеси, привода, шариков, вала, зубчатого колеса и зубчатого элемента подвижного узла расхода топливно-воздушной смеси. Шарики устанавливаются в обоймы между узлами расхода топливно-воздушной смеси. Вал уплотняется прокладкой. Подвижный и неподвижный узлы расхода топливно-воздушной смеси имеют форму конуса с продольными окнами. На узкую часть узлов расхода топливно-воздушной смеси устанавливается заглушка. На зубчатое колесо и зубчатый элемент подвижного узла расхода топливно-воздушной смеси устанавливается обтекатель. Привод расположен в пилоне газогенератора. Технический результат заключается в обеспечении эффективного регулирования расхода топливно-воздушной смеси через газогенератор для обеспечения работы ПВРД на разных режимах при качественном смесеобразовании. Преимущества данного технического решения: экономичный расход топлива для разных режимов работы ЛА, технологичность устройства, улучшение массогабаритных характеристик и повышение прочности конструкции. 3 ил.

Регулятор расхода топливно-воздушной смеси прямоточного воздушно-реактивного двигателя, состоящий из подвижного и неподвижного узлов расхода топливно-воздушной смеси, привода, шариков, которые устанавливаются в обоймы между узлами расхода топливно-воздушной смеси, вала, который уплотняется прокладкой, зубчатого колеса и зубчатого элемента подвижного узла расхода топливно-воздушной смеси, при этом на узкую часть узлов расхода топливно-воздушной смеси устанавливается заглушка, отличающийся тем, что подвижный и неподвижный узлы расхода топливно-воздушной смеси имеют форму конуса с продольными окнами, на зубчатое колесо и зубчатый элемент подвижного узла расхода топливно-воздушной смеси устанавливается обтекатель, а привод расположен в пилоне газогенератора.