ЭЖЕКТОР СИСТЕМЫ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2024 года по МПК F04F5/14 B64U20/90 B64D13/00 

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к эжектору системы воздушного охлаждения беспилотного летательного аппарата (далее - БПЛА). Изобретение может быть использовано на беспилотных летательных аппаратах для охлаждения его систем и агрегатов при работе системы в полете, а также на земле, когда отсутствует набегающий поток воздуха.

Из уровня техники известен газоструйный эжектор системы кондиционирования воздуха летательных аппаратов (авторское свидетельство 299674, опубликованный 26.03.1971), содержащий корпус, выполненный из двух профилированных дисков с образованием кольцевой щели, камеру смешения, диффузор, круговое сопло для подвода эжектирующего газа и командный прибор, управляющий исполнительным органом. При этом между дисками установлены профилированные лопатки, образующие криволинейные каналы, при этом корпус снабжен пружиной, уравновешивающей вращающий момент, и запорным элементом, регулирующим давление на выходе командного устройства.

Известен также импульсный резонаторный эжектор (патент RU 2716650, опубликованный 13.03.2020), содержащий подводной канал, камеру смешения, полость разрежения со щелью, соединяющей ее с областью отбора газа, и выходной диффузор. При этом эжектор дополнительно содержит установленные между подводным каналом и камерой смешения полость и резонаторную трубку, образующие совместно резонатор.

Из недостатков известных эжекторов можно отметить низкую надежность и эффективность работы.

Решаемой задачей предлагаемого изобретения является увеличение длительности работы систем БПЛА на малом газе и увеличение ресурса работы компонентов систем БПЛА за счет надлежащего охлаждения.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышение эффективности работы эжектора и, как следствие, улучшении характеристик работы двигателя БПЛА, ввиду уменьшения расхода отбора газа от двигателя и увеличение ресурса работы компонентов систем БПЛА за счет надлежащего охлаждения.

Заявленный эжектор системы воздушного охлаждения беспилотного летательного аппарата содержит воздухозаборник, по меньшей мере два теплообменника и камеру смешения, которая образована стенками проточного канала и имеет отличающиеся друг от друга по форме входное, среднее и выходное поперечные сечения по длине канала. В области между входным и средним сечением проточного канала за теплообменником по движению потока газа располагается коллектор соплового аппарата, состоящий из трубок, расположенных поперек потока газа в горизонтальной проекции, а на каждой трубке расположен ряд сопел, направленных по потоку газа. Сопла имеют конический конфузор на входе, цилиндрическую часть критического сечения и конический диффузор на выходе.

Количество трубок коллектора соплового аппарата равняется трем.

Трубки коллектора соплового аппарата располагаются в одной плоскости.

Сопла первой по ходу движения газа трубки направлены выше плоскости трубок соплового аппарата, сопла следующей по ходу движения газа трубки направлены ниже плоскости трубок соплового аппарата, а сопла последней по ходу движения газа трубки направлены в плоскости трубок соплового аппарата.

Современный БПЛА имеет на борту большое количество систем и агрегатов, требующих охлаждения. Решением задач по охлаждению занимается система воздушного охлаждения (далее - СВО) БПЛА. Для этих целей во время полета от определенной ступени компрессора двигателя происходит отбор горячего газа. После чего газ поступает в компрессор где происходит повышение давления и температуры. Далее газ проходя через теплообменник, остужается и поступает на турбину, вращающую в свою очередь компрессор. Охлажденный в теплообменнике и совершивший работу на турбине газ приобретает низкую температуру и становится пригодным для охлаждения аппаратуры БПЛА. Теплообменник, в котором происходит охлаждение горячего воздуха для СВО, охлаждается с помощью атмосферного воздуха, для чего на БПЛА есть воздухозаборник, который обеспечивает расход по холодной линии. Но при работе системы на земле, когда отсутствует набегающий поток воздуха, для создания принудительного расхода в проточной части используется эжектор.

Далее более подробно заявленное изобретение поясняется чертежами, на которых:

На фиг. 1 представлена принципиальная схема проточной части эжектора.

На фиг. 2 представлена схема работы эжектора в полете и на земле.

На фиг. 3 представлен коллектор соплового аппарата и чертеж сопла.

На фиг. 4 представлена формы сечения проточного канала камеры смешения.

Позициями на чертежах обозначены следующие элементы:

1, 3 - теплообменник;

2 - воздухозаборник;

4 - сопла эжектора;

5 - камера смешения;

6 - выходная решетка;

7 - поток движения газа (набегающий поток);

8 - эжектируемый (пассивный, атмосферный) газ;

9 - эжектирующий (активный) газ;

10 - трубки коллектора соплового аппарата;

11 - сопла;

12 - конический конфузор сопла;

13 - цилиндрическую часть сопла;

14 - конический диффузор сопла.

Эжектор располагается за теплообменником (3) по потоку движения газа. Эжектирующий (активный) газ (9) для работы эжектора отбирается от определенной ступени компрессора двигателя (на фиг. не показано). При работе эжектора эжектирующий (активный) газ (9) увлекает за собой эжектируемый (пассивный, атмосферный) газ (8), создавая тем самым увеличенный расход газа через теплообменник (3) при работе на земле.

Заявленный эжектор системы воздушного охлаждения БПЛА содержит воздухозаборник (2), по меньшей мере два теплообменника (1, 3) и камеру (5) смешения, которая образована стенками проточного канала и имеет отличающиеся друг от друга по форме входное, среднее и выходное поперечные сечения по длине канала. В области между входным и средним сечением проточного канала располагается коллектор соплового аппарата, состоящий из трубок (10), расположенных поперек потока газа в горизонтальной проекции, а на каждой трубке расположен ряд одинаковых сопел (11), направленных по потоку газа. Сопла (11) имеют конический конфузор (12) на входе, цилиндрическую часть (13) критического сечения и конический диффузор (14) на выходе.

При этом для максимальной эффективности трубки (10) располагаются по потоку движения газа в одной плоскости (оптимальное количество - три) для обеспечения минимизации препятствия поточному газу, а активный газ (9) из сопел (11) каждой трубки (10) выходит из них в разных плоскостях (из сопел одной трубки выше плоскости расположения трубок, из сопел второй трубки - ниже плоскости расположения трубок, а из самой последней по направлению движения пассивного газа в плоскости расположения трубок (см. фиг. 2)).

Эффективность эжектора зависит от геометрических параметров камеры смешения (5), давления и температуры активного газа (9), а также от геометрии сопел (4) (наличие конических конфузора и диффузора). В ходе расчетных исследований были получены геометрические параметры, обеспечивающие максимальную эффективность сопел. Расход по холодной линии, а режиме малого газа увеличился на 43%.

Оптимальные геометрические параметры каждого сопла приведены в таблице 1.

Оптимальные геометрические параметры камеры смешения эжектора приведены в таблице 2.

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к эжектору системы воздушного охлаждения беспилотного летательного аппарата, и может быть использовано на беспилотных летательных аппаратах для охлаждения их систем и агрегатов. Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении эффективности работы эжектора и, как следствие, улучшении характеристик работы двигателя беспилотного летательного аппарата, ввиду уменьшения расхода отбора газа от двигателя и увеличения ресурса работы компонентов систем беспилотного летательного аппарата за счет надлежащего охлаждения. Эжектор системы воздушного охлаждения беспилотного летательного аппарата содержит воздухозаборник, по меньшей мере два теплообменника и камеру смешения, которая образована стенками проточного канала и имеет отличающиеся друг от друга по форме входное, среднее и выходное поперечные сечения по длине канала. В области между входным и средним сечением проточного канала за теплообменником по движению потока газа располагается коллектор соплового аппарата, состоящий из трубок, расположенных поперек потока газа в горизонтальной проекции, а на каждой трубке расположен ряд сопел, направленных по потоку газа. Сопла имеют конический конфузор на входе, цилиндрическую часть критического сечения и конический диффузор на выходе. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Эжектор системы воздушного охлаждения беспилотного летательного аппарата, содержащий воздухозаборник, по меньшей мере два теплообменника и камеру смешения, отличающийся тем, что камера смешения образована стенками проточного канала и имеет отличающиеся друг от друга по форме входное, среднее и выходное поперечные сечения по длине канала, при этом в области между входным и средним сечением проточного канала за теплообменником по движению потока газа располагается коллектор соплового аппарата, состоящий из трубок, расположенных поперек потока газа в горизонтальной проекции, а на каждой трубке расположен ряд сопел, направленных по потоку газа, при этом сопла имеют конический конфузор на входе, цилиндрическую часть критического сечения и конический диффузор на выходе.

2. Эжектор системы воздушного охлаждения беспилотного летательного аппарата по п. 1, отличающийся тем, что количество трубок коллектора соплового аппарата равняется трем.

3. Эжектор системы воздушного охлаждения беспилотного летательного аппарата по п. 2, отличающийся тем, что трубки коллектора соплового аппарата располагаются в одной плоскости.

4. Эжектор системы воздушного охлаждения беспилотного летательного аппарата по п. 3, отличающийся тем, что сопла первой по ходу движения газа трубки направлены выше плоскости трубок соплового аппарата, сопла следующей по ходу движения газа трубки направлены ниже плоскости трубок соплового аппарата, а сопла последней по ходу движения газа трубки направлены в плоскости трубок соплового аппарата.