Двигатель прерывистого горения Российский патент 2024 года по МПК F02C5/00 F02B33/42 

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в авиационных и в транспортных газотурбинных двигателях, в газотурбинных энергетических установках, в мотор- компрессорах, в устройствах утилизации тепловой энергии.

Известен турбореактивный двигатель резонансного импульсного горения. «Resonant Pulse Combustors: A Reliable Route to Practical Pressure Gain Combustion», Dan Paxson NASA John H. Glenn Research Center Cleveland, OH, International Constant Volume Detonation Combustion Workshop Poitiers, France June 13-16, 2017.

Недостатком подобной конструкции является низкий КПД и низкая удельная мощность, большие габариты и узкая сфера применения.

Известен также волновой обменик давлением, содержащий корпус с портами подвода и отвода рабочего тела, внутри которого установлен с возможностью вращения ротор с каналами открытыми с торцев. «Wave Rotor Topping Cycles for Gas Turbine Engines» http://www.grc.nasa.gov/WWW/cdtb/projects/waverotor/

Недостатком подобной конструкции является низкий КПД двигателя с волновым обменником давлением, особенно на частичной нагрузке.

Известен также каскадный обменник давлением, содержащий,корпус с выполненными в нём портами подвода и отвода рабочего тела, а также с перепускными (массообменными) каналами, в корпусе с возможностью вращения установлен ротор с каналами открытыми с торцов. Обменник выполнен с возможностью работы в составе газотурбинного двигателя или мотора-компрессора. «Новые направления совершенствования рабочего процесса газотурбинных двигателей с каскадным обменником давления Крайнюка». А.И. Крайнюк. «Авиационно-космическая техника и технология». 2010 №7.

Недостатком подобной конструкции являются низкие КПД и производительность, необходимость установки дополнительных вентиляторов и внешней камеры сгорания, что усложняет конструкцию двигателя или мотора- компрессора на его основе.

Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является повышение мощности и КПД газотурбинного двигателя, улучшение его экологических параметров и массогабаритных характеристик, упрощение конструкции, расширение сферы применения и улучшение параметров обменников давлением.

Технический результат достигается тем, что двигатель прерывистого горения, содержащий, по крайней мере один каскадный обменник давлением, системы подачи топлива, зажигания, пуска, контроля, управления, охлаждения, отличается тем, что содержит, по крайней мере один каскадный обменник давлением внутреннего сгорания, включающий корпус, в котором установлен с возможностью вращения ротор, с выполненными по окружности ротора параллельно валу, или радиально, или диагонально, либо осерадиально каналами, со стороны впускных и выпускных отверстий каналов к торцам ротора с минимальным зазором, с возможностью его регулирования и, или с возможностью выполнения уплотнений зазора, примыкают стенки корпуса, в которых образованы порты с возможностью подвода в каналы ротора и отвода из них рабочих тел, каскадный обменник давлением внутреннего сгорания интегрирован в двигатель таким образом, что рабочее тело низкого давления - воздух из атмосферы, из вентилятора, или из компрессора низкого или среднего, или высокого давления, либо после части ступеней низкого давления компрессора высокого давления, подведено к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания с одной стороны ротора, а напротив, с противоположной стороны ротора, в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления - продуктов сгорания и, или смеси воздуха и продуктов сгорания, в атмосферу, во второй контур двухконтурного двигателя, или в турбину низкого или среднего давления, далее, по ходу вращения ротора, со стороны подвода, или со стороны отвода рабочего тела низкого давления, или с обеих сторон,

стенке корпуса выполнены порты подвода топлива, в которых вмонтированы топливные форсунки, с возможностью впрыскивать жидкое или закачивать газообразное, или пылевидное топливо под давлением в каналы ротора, а далее, по ходу вращения ротора, выполнены отверстия, в которых установлены свечи зажигания, и, или инициаторы детонации, далее, по ходу вращения ротора, выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления, который может быть подключен к турбине высокого давления, при этом в роторе могут быть выполнены вдоль радиуса ротора, несколько рядов каналов, по крайней мере два ряда, стенки корпуса, расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия с минимальным зазором, при вращении ротора, впускных и выпускных отверстий,по крайней мере, одного канала в каждом ряду каналов ротора, также, по ходу вращения ротора, после и перед портом отвода рабочего тела низкого давления, или с противоположной стороны ротора после и перед портом подвода рабочего тела низкого давления, выполнен,по крайней мере один, или ряд портов соединённых перепускными - массообменными каналами таким образом, что порты, выполненные после порта отвода рабочего тела низкого давления, по ходу вращения ротора, соединены с портами, выполненными перед портом отвода рабочего тела низкого давления, по ходу вращения ротора, с возможностью последовательного повышения давления в каналах ротора, по мере удаления каналов от порта отвода рабочего тела низкого давления, при вращении ротора, а порты, выполненные, по ходу вращения ротора, перед портом отвода рабочего тела низкого давления, выполнены с возможностью последовательного снижения давления рабочего тела в каналах ротора, при его вращении, по мере приближения каналов к порту отвода рабочего тела низкого давления, при этом, соединены перепускными каналами между собой порты, равноудалённые с одной и с другой стороны от порта подвода или отвода рабочего тела низкого давления.

Кроме того, двигатель отличается тем, что вслед за портом подвода топлива и отверстиями со свечами зажигания и, или с инициаторами детонации, по ходу вращения ротора, со стороны противоположной порту отвода рабочего тела высокого давления выполнен порт отвода рабочего тела в напорную полость, затем, по ходу вращения ротора, выполнен порт подвода рабочего тела в каналы ротора из напорной полости, выполненный напротив порта отвода рабочего тела высокого давления, возможно с некоторым смещением.

Кроме того, двигатель отличается тем, что порты подвода топлива, и расположенные за ними далее, по ходу вращения ротора, отверстия, в которых установлены свечи зажигания, выполнены напротив части рядов каналов, по крайней мере напротив одного ряда каналов, расположенного в средних рядах каналов, при этом со стороны порта отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания этот ряд каналов перекрыт стенкой корпуса, при том, что выпускные отверстия каналов в другом ряду подключены к порту отвода рабочего тела высокого давления, а с противоположной стороны впускные отверстия всех рядов каналов ротора открыты в напорную полость, соединяющую между собой все впускные отверстия всех выходящих в неё каналов.

Кроме того, двигатель отличается тем, что напорная полость соединена дополнительным перепускным - массообменным каналом с дополнительным портом подвода рабочего тела в каналы ротора, по крайней мере в один ряд каналов ротора, выполненном, по ходу вращения ротора, перед сектором стенки корпуса, за которым выполнены порты подвода топлива, с этой же стороны корпуса.

Кроме того, двигатель отличается тем, что в корпусе обменника перед и за портом подвода топлива и отверстиями со свечами зажигания и, или с инициаторами детонации, по ходу вращения ротора, со стороны противоположной порту отвода рабочего тела высокого давления, выполнены по одному порту, соединённые между собой перепускным каналом.

Кроме того, двигатель отличается тем, что порт отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания, подключен, по крайней мере к одному устройству подвода тепла - к регенеративному или рекуперативному теплообменному аппарату и, или к камере сгорания, выход из которой подключен к турбине высокого давления, при этом система охлаждения, по крайней мере, турбины, по крайней мере высокого давления также может быть подключена к порту отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания, при этом сторона теплообменного аппарата, в части подвода тепла к рабочему телу высокого давления, может быть присоединена, с возможностью отвода от тепла от рабочего тела низкого давления к каналу, подключенному к порту отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания.

Кроме того, двигатель отличается тем, что, по крайней мере, один перепускной - массообменный канал соединяет между собой порты,

выполненные в стенке корпуса каскадного обменника давлением внутреннего сгорания со стороны порта подвода топлива.

Кроме того, двигатель отличается тем, что порт отвода рабочего тела высокого давления подключен, по крайней мере к одному соплу активного потока, по крайней мере одного эжектора, по крайней мере одноступенчатого, а отвод рабочего тела низкого давления подключен ко входу пассивного потока этого эжектора, или эжекторов, выход их которого может быть подключен к турбине.

Кроме того, двигатель отличается тем, что вал ротора каскадного обменника давлением внутреннего сгорания подключен к приводу от газотурбинного или электрического двигателя, с возможностью регулирования оборотов ротора и, или ротор выполнен с возможностью самовращения, например посредством специальных сопел, выполненных в отдельных портах подвода рабочего тела в каналы ротора, с возможностью регулирования оборотов ротора, при этом корпус каскадного обменника давлением внутреннего сгорания может быть выполнен герметичным.

Кроме того, двигатель отличается тем, что между устройствами сжатия рабочего тела - воздуха, между компрессорами, и, или в газоходе, соединённом с портом подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания, выполнено, по крайней мере, одно устройство отвода тепла - конвективный промежуточный охладитель, или система впрыска под давлением воды

Кроме того, двигатель отличается тем, что, по крайней мере, отвод рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания соединён с реактивным соплом первого контура воздушно-реактивного двигателя, при этом перед этим соплом может быть выполнена форсажная камера, а отвод рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания может выходить во второй контур воздушно-реактивного двигателя, в котором поток газа из воздухозаборника может быть активным потоком по отношению к газу из отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания и может быть пассивным потоком, по отношению к активному потоку рабочего тела из первого контура двигателя.

Кроме того, двигатель отличается тем, что содержит дополнительный

каскадный обменник давлением, порт подвода рабочего тела низкого давления которого, подключен к компрессору, также подключенному к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания, порт отвода рабочего тела низкого давления дополнительного обменника давлением соединён с турбиной среднего давления, порт подвода рабочего тела высокого давления дополнительного обменника подключен к порту отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания через эжектор, вход пассивного потока которого подключен порту отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания, а порт отвода рабочего тела высокого давления дополнительного каскадного обменника давлением подключен к камере сгорания, соединённой с турбиной высокого давления, при этом перед портом отвода рабочего тела высокого давления дополнительного каскадного обменника давлением может быть выполнен дополнительный порт подвода рабочего тела из камеры сгорания, вход которой подключен к части отвода из порта отвода рабочего тела высокого давления дополнительного каскадного обменника давлением.

Кроме того, двигатель отличается тем, что порты подвода и отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением, по крайней мере внутреннего сгорания, выполнены с возможностью частичного вытеснения, продуктов сгорания в порт отвода рабочего тела низкого давления, а другой части - в порт отвода рабочего тела высокого давления, при этом порты, соединённые перепускными каналами, по крайней мере большая их часть, выполнены со стороны отвода рабочего тела высокого давления, а порт подвода топлива выполнен со стороны противоположной порту отвода рабочего тела высокого давления.

Кроме того, двигатель отличается тем, что содержит два ротационных обменника давлением внутреннего сгорания, последовательно установленных, по ходу движения рабочего тела, первый из которых выполнен в виде мотор — компрессора и содержит порты подвода топлива напротив только части рядов каналов ротора, а второй содержит порты подвода топлива напротив всех рядов каналов ротора, при этом порт отвода рабочего тела высокого давления первого ротационного обменника давлением внутреннего сгорания, выступающего в

качестве мотор- компрессора, соединён с портом подвода рабочего тела низкого давления второго ротационного обменника давлением внутреннего сгорания каналом, который может содержать конвективный промежуточный охладитель, или систему впрыска воды, порт отвода рабочего тела высокого давления второго ротационного обменника давлением подключен к турбине высокого давления, а порт отвода рабочего тела низкого давления второго ротационного обменника давлением подключен к турбине среднего давления, при этом порт отвода рабочего тела низкого давления мотор- компрессора подключен к турбине низкого давления.

На схемах изображено.

Фиг. 1 Двигатель прерывистого горения. Показана развёртка ротора каскадного обменника давлением внутреннего сгорания.

Фиг. 2 Газогенератор двигателя прерывистого горения, в составе каскадного обменника давлением внутреннего сгорания с несколькими рядами каналов. Вид спереди, разрез.

Фиг. 3 Газогенератор двигателя прерывистого горения, в составе каскадного обменника давлением внутреннего сгорания с несколькими рядами каналов. Вид сзади, разрез.

Фиг. 4 Газогенератор двигателя прерывистого горения, в составе каскадного обменника давлением внутреннего сгорания с несколькими рядами каналов и напорной полостью. Слева-вид спереди, разрез, справа-вид сбоку, разрез.

Фиг. 5 Газогенератор двигателя прерывистого горения, в составе каскадного обменника давлением внутреннего сгорания с несколькими рядами каналов и напорной полостью. Вид сзади, разрез.

Фиг. 6 Мотор-компрессор двигателя прерывистого горения, в составе каскадного обменника давлением внутреннего сгорания с несколькими рядами каналов и напорной полостью. Слева - вид спереди, разрез, справа - вид сбоку, разрез.

Фиг. 7 Мотор-компрессор двигателя прерывистого горения, в составе каскадного обменника давлением внутреннего сгорания с несколькими рядами каналов и напорной полостью. Вид сзади, разрез.

Фиг. 8 Двигатель прерывистого горения в виде двухконтурного турбореактивного двигателя.

Фиг. 9 Двигатель прерывистого горения в виде гибридного двухконтурного турбореактивного двигателя.

Фиг. 10 Двигатель прерывистого горения в виде гибридной газотурбинной энергетической установки. Показаны развёртки каскадного обменника давлением внутреннего сгорания и дополнительного каскадного обменника давлением.

Фиг. 11 Двигатель прерывистого горения с промежуточным охлаждением воздуха и регенерацией тепла.

Двигатель прерывистого горения содержит каскадный обменник давлением внутреннего сгорания 1, в корпусе 2 которого выполнен ротор 3 с рядами 4 каналов 5, с входными 6 и выходными 7 отверстиями, с возможностью их периодического перекрытия, при вращении ротора 3, стенками корпуса 2 и периодического совмещения с портом подвода рабочего тела низкого давления 8, портом отвода рабочего тела низкого давления 9, портом отвода рабочего тела высокого давления 10, с портами, соединёнными перепускными каналами 11, с портами подвода топлива 12, например с форсунками, с отверстиями со свечами зажигания и, или инициаторами детонации 13, возможно и с дополнительным портом 14, может содержать, разделённые стенкой корпуса 2 порт отвода 15 из и порт подвода 16 рабочего тела в напорную полость 17, может содержать объединённый порт отвода-подвода 18 рабочего тела в напорную полость 17 и из неё, может содержать компрессор низкого давления (вентилятор ) 19, компрессор высокого давления 20, может содержать турбины высокого 21, среднего 22 и низкого давления 23, может содержать камеру сгорания 24, эжектор 25, систему регулирования 26 оборотов ротора 3, дополнительный каскадный обменник давлением 27, границы рабочих тел 28, промежуточный охладитель 29, рекуперативный теплообменный аппарат 30, электрогенератор 31.

Двигатель прерывистого горения работает следующим образом.

При пуске двигателя, например за счёт работы от какого-либо стартерного устройства (на схемах не показано), в компрессоре низкого давления 19 (Фиг.1) сжимается воздух, который поступает в подвод рабочего тела низкого давления 8 каскадного обменника давлением внутреннего сгорания 1 (Фиг. 4, Фиг. 5), ротор 3 которого вращается при пуске, например благодаря системе регулирования оборотов 26. Через впускные отверстия 6 каналы 5 в рядах 4 заполняются воздухом и при вращении ротора 3 совмещаются с портом подвода топлива 12, при этом в каналы 5 впрыскивается форсунками, например жидкое топливо, после чего эти каналы 5 совмещается с отверстиями со свечами зажигания 13 и топливно-воздушная смесь, заполняющая каналы 5 воспламеняется. При этом давление и температура рабочего тела в каналах 5 растет. Затем эти каналы 5, при вращении ротора 3, совмещается с портом подвода 16 рабочего тела в напорную полость 17, в которую устремляется часть продуктов сгорания. Далее, при вращении ротора 3, каналы 5 перекрываются стенкой корпуса 2, а затем открываются со стороны впускных отверстий 6 в порт отвода 15 рабочего тела из напорной полости 17, а со стороны выпускных отверстий 7 совмещаются с портом отвода рабочего тела высокого давления 10 и продукты сгорания, с несколько меньшими давлением и температурой, но с минимальными пульсациями потока, а возможно и без пульсаций поступают в турбину высокого давления 21, расширяются в ней, затем расширяются в турбине низкого давления 23, заставляя вращаться вал с компрессором низкого давления 19 и электрогенератором 31, после чего выбрасываются в атмосферу. Далее, при вращении ротора 3 каналы 5, которые уже прошли порт отвода рабочего тела высокого давления 10, заполненные продуктами сгорания с остаточным давлением, совмещаются с портами, соединенными перепускными каналами 11, при этом в этих каналах 5 давление газа снижается, а в каналах 5, приближающихся к порту подвода топлива 12 давление, заполняющего эти каналы 5 воздуха и газа растет. В каналах 5, приближающихся, при вращении ротора 3, к порту отвода рабочего тела низкого давления 9 давление газа падает и при совмещении канала 5 с портом отвода рабочего тела низкого давления 9 газ поступает (выталкивается, поступающим во впускные отверстия 6 каналов 5 воздухом из порта подвода рабочего тела низкого давления 8) в турбину низкого давления 23, расширяется в ней и заставляет вращаться вал с компрессором 19 и электрогенератором 31, после чего выбрасывается в атмосферу.

При работе в составе ТРДД, после пуска двигателя в компрессоре низкого давления 19 (вентиляторе ТРДД) (Фиг. 8) сжимается воздух, часть сжатого воздуха поступает во второй контур ТРДД, а другая часть воздуха, например дополнительно поджатая в ступени компрессора низкого давления 19 поступает в подвод рабочего тела низкого давления 8 каскадного обменника давлением внутреннего сгорания 1 (Фиг. 4, Фиг. 5), далее, как описано выше, происходит генерация продуктов сгорания, которые поступают в турбину высокого давления 21, расширяются в ней, затем расширяются в турбине низкого давления 23, заставляя вращаться компрессор низкого давления 19 (вентилятор ТРДД) после чего расширяются в сопле первого контура ТРДД. Из порта отвода рабочего тела низкого давления 9 другая часть газа поступает во второй контур двухконтурного турбореактивного двигателя, после чего расширяются в сопле, например, совместно с продуктами сгорания из первого контура двигателя.

Возможно, что только часть рядов 4 каналов 5 совмещаются, при вращении ротора 3, с портами подвода топлива 12 (Фиг. 6, Фиг. 7). При этом, при работе компрессора низкого давления 19 (вентилятора) и компрессора среднего давления 20 (Фиг. 9) ТРДД воздух поступает в подвод рабочего тела низкого давления 8 каскадного обменника давлением внутреннего сгорания 1. Через впускные отверстия 6 каналы 5 в рядах 4 заполняются воздухом и при вращении ротора 3, например один из рядов 4 каналов 5 совмещается с портом подвода топлива 12, при этом в каналы 5 впрыскивается форсунками, например жидкое топливо, после чего эти каналы 5 совмещается с отверстиями со свечами зажигания 13 и топливно-воздушная смесь, заполняющая эти каналы 5 воспламеняется. При этом давление и температура рабочего тела в каналах 5 растет. Затем эти каналы 5, при вращении ротора 3, совмещается с объединенным портом отвода-подвода рабочего тела 18 в напорную полость 17. При этом со стороны выпускных отверстий 7 этот ряд каналов 5 перекрыт стенкой корпуса 2, поэтому продукты сгорания устремляются в напорную полость 17, а затем в другие ряды 4 каналов 5, которые со стороны выпускных отверстий 7 совмещены, при этом, с портом отвода рабочего тела высокого давления 10 и продукты сгорания, с несколько меньшими давлением и температурой, но с минимальными пульсациями потока, а возможно и без пульсаций, выталкивают, находящийся в каналах 5 воздух в камеру сгорания 24, в которую подается дополнительное топливо, после чего, уже продукты сгорания (в смеси с воздухом) поступают в турбину высокого давления 21, расширяются в ней, вращая компрессор среднего давления 20, затем расширяются в турбине среднего давления 22, а после этого расширяются в турбине низкого давления 23, заставляя вращаться компрессор низкого давления 19 (вентилятор ТРДД). Часть продуктов сгорания из порта отвода рабочего тела низкого давления 9 также поступают в турбину среднего давления 22 и расширяются в ней, затем в турбине низкого давления 23, совершая работу, после чего весь поток продуктов сгорания расширяется в сопле. В данной схеме каскадный обменник давлением внутреннего сгорания 1 выступает в роли мотора-компрессора высокого давления.

На схеме (Фиг. 10) каскадный обменник давлением внутреннего сгорания 1 выступает источником сжимающего рабочего тела высокого давления для работы дополнительного каскадного обменника давлением 27 в газотурбинной энергетической установке. При этом каскадный обменник давлением внутреннего сгорания 1 может иметь напорную полость 17, а может быть выполнен без нее. (Фиг. 2, Фиг. 3). При этом поток рабочего тела, покидающий порт отвода рабочего тела высокого давления 10 будет пульсирующим. Снизить пульсирующий эффект позволит установка эжектора 25, присоединенной массой для которого может служить поток газа из порта отвода рабочего тела низкого давления 9 каскадного обменника давлением внутреннего сгорания 1. Объединенная масса рабочего тела, давлением и температурой несколько меньшими, чем после порта отвода рабочего тела высокого давления 10, но с минимальными пульсациями, поступает в дополнительный каскадный обменник давлением, дожимает находящийся в каналах его ротора воздух и выталкивает его в камеру сгорания 24, после чего расширяется в каналах дополнительного каскадного обменника давлением 27 и поступает в турбину среднего давления 22. Образованные в камере сгорания 24 горячие продукты сгорания поступают в турбину высокого 21 давления и вращают компрессор среднего давления 20, после чего расширяются в турбинах среднего 22 и низкого 23 давления, вращая вал отбора мощности. Каналы 5 ротора 3 могут частично заполняться воздухом, поступающим в каналы 5 из порта подвода рабочего тела низкого давления 8. При этом часть продуктов сгорания рециркулирует в роторе 3, увеличивая экономичность двигателя и снижая образование оксидов азота. Уменьшить образование оксидов азота позволяет также предварительное частичное перемешивание воздуха с продуктами сгорания, благодаря выполнению портов с перепускными каналами 11 с той или с другой стороны корпуса 1, в том числе этому будет служить, помимо функции воспламенения топлива выполнение порта с перепускными каналами 11 со стороны порта подвода топлива 12. При этом количество кислорода в топливной смеси снижается, что снижает образованию оксидов азота при высокой температуре сгорания топливной смеси.

Применение промежуточного охлаждения сжимаемого воздуха в охладителе 29 (Фиг. 11) позволяет увеличить мощность и КПД газотурбинного двигателя прерывистого горения, а сочетании с регенерацией тепла в рекуператоре 30 дополнительно повышает КПД цикла. Впрыск воды для промежуточного охлаждения (на схемах не показано) сжимаемого воздуха перед компрессором среднего давления 20 и после него (а возможно и перед компрессором низкого давления 19) повышает мощность и КПД, снижает тепловую напряжённость и увеличивает экологические характеристики двигателя.

Применение последовательно установленных, по ходу движения газа, каскадного обменника давлением внутреннего сгорания 1 в виде мотор-компрессора (на схемах не показано), отвод рабочего тела высокого давления 10, которого подключен к подводу рабочего тела низкого давления 8 каскадного обменника давлением 1 в виде газогенератора, отвод рабочего тела высокого давления которого 10 подключен к турбине высокого давления 21, позволяет с большей эффективностью, чем в лопаточном компрессоре повысить давление воздуха перед газогенератором, соответственно - повысить максимальное давление в цикле и КПД двигателя.

Использование данного изобретения позволит повысить КПД газотурбинного двигателя, уменьшить его массу и габариты, улучшить экологические характеристики.

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в авиационных и в транспортных газотурбинных двигателях и установках. Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является повышение мощности и КПД газотурбинного двигателя, улучшение его экологических параметров и массогабаритных характеристик, упрощение конструкции, улучшение параметров обменников давлением. Технический результат достигается тем, что двигатель прерывистого горения содержит каскадный обменник давлением внутреннего сгорания, интегрированный в двигатель таким образом, что воздух подведен к порту подвода рабочего тела низкого с одной стороны ротора, а с противоположной стороны выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления, далее, по ходу вращения ротора, выполнены порты подвода топлива и отверстия, в которых установлены свечи зажигания, далее, по ходу вращения ротора, выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления, который подключен к турбине, при этом в роторе выполнены несколько рядов каналов. 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Двигатель прерывистого горения, содержащий по крайней мере один каскадный обменник давлением, системы подачи топлива, зажигания, пуска, контроля управления, охлаждения, отличающийся тем, что содержит по крайней мере один каскадный обменник давлением внутреннего сгорания, включающий корпус, в котором установлен с возможностью вращения ротор, с выполненными по окружности ротора параллельно валу, или радиально, или диагонально либо осерадиально каналами, со стороны впускных и выпускных отверстий каналов к торцам ротора с минимальным зазором, с возможностью его регулирования и/или с возможностью выполнения уплотнений зазора, примыкают стенки корпуса, в которых образованы порты с возможностью подвода в каналы ротора и отвода из них рабочих тел, каскадный обменник давлением внутреннего сгорания интегрирован в двигатель таким образом, что рабочее тело низкого давления - воздух из атмосферы, из вентилятора, или из компрессора низкого, или среднего, или высокого давления, либо после части ступеней низкого давления компрессора высокого давления, подведено к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания с одной стороны ротора, а напротив, с противоположной стороны ротора, в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления - продуктов сгорания и/или смеси воздуха и продуктов сгорания, в атмосферу, во второй контур двухконтурного двигателя, или в турбину низкого, или среднего давления, далее, по ходу вращения ротора, со стороны подвода, или со стороны отвода рабочего тела низкого давления, или с обеих сторон в стенке корпуса выполнены порты подвода топлива, в которых вмонтированы топливные форсунки, с возможностью впрыскивать жидкое или закачивать газообразное, или пылевидное топливо под давлением в каналы ротора, а далее, по ходу вращения ротора, выполнены отверстия, в которых установлены свечи зажигания, и/или инициаторы детонации, далее, по ходу вращения ротора, выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления, который может быть подключен к турбине высокого давления, при этом в роторе могут быть выполнены вдоль радиуса ротора несколько рядов каналов, по крайней мере два ряда, стенки корпуса, расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия с минимальным зазором, при вращении ротора, впускных и выпускных отверстий, по крайней мере, одного канала в каждом ряду каналов ротора, также, по ходу вращения ротора, после и перед портом отвода рабочего тела низкого давления, или с противоположной стороны ротора после и перед портом подвода рабочего тела низкого давления выполнен, по крайней мере, один или ряд портов, соединённых перепускными - массообменными каналами таким образом, что порты, выполненные после порта отвода рабочего тела низкого давления, по ходу вращения ротора, соединены с портами, выполненными перед портом отвода рабочего тела низкого давления, по ходу вращения ротора, с возможностью последовательного повышения давления в каналах ротора, по мере удаления каналов от порта отвода рабочего тела низкого давления, при вращении ротора, а порты, выполненные, по ходу вращения ротора, перед портом отвода рабочего тела низкого давления, выполнены с возможностью последовательного снижения давления рабочего тела в каналах ротора, при его вращении, по мере приближения каналов к порту отвода рабочего тела низкого давления, при этом соединены перепускными каналами между собой порты, равноудалённые с одной и с другой стороны от порта подвода или отвода рабочего тела низкого давления.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что вслед за портом подвода топлива и отверстиями со свечами зажигания и/или с инициаторами детонации, по ходу вращения ротора, со стороны, противоположной порту отвода рабочего тела высокого давления, выполнен порт отвода рабочего тела в напорную полость, затем, по ходу вращения ротора, выполнен порт подвода рабочего тела в каналы ротора из напорной полости, выполненный напротив порта отвода рабочего тела высокого давления, возможно с некоторым смещением.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что порты подвода топлива, и расположенные за ними далее, по ходу вращения ротора, отверстия, в которых установлены свечи зажигания, выполнены напротив части рядов каналов, по крайней мере напротив одного ряда каналов, расположенного в средних рядах каналов, при этом со стороны порта отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания этот ряд каналов перекрыт стенкой корпуса, притом что выпускные отверстия каналов в другом ряду подключены к порту отвода рабочего тела высокого давления, а с противоположной стороны впускные отверстия всех рядов каналов ротора открыты в напорную полость, соединяющую между собой все впускные отверстия всех выходящих в неё каналов.

4. Двигатель по п. 2 или 3, отличающийся тем, что напорная полость соединена дополнительным перепускным - массообменным каналом с дополнительным портом подвода рабочего тела в каналы ротора, по крайней мере в один ряд каналов ротора, выполненным, по ходу вращения ротора, перед сектором стенки корпуса, за которым выполнены порты подвода топлива, с этой же стороны корпуса.

5. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в корпусе обменника перед и за портом подвода топлива и отверстиями со свечами зажигания и/или с инициаторами детонации, по ходу вращения ротора, со стороны, противоположной порту отвода рабочего тела высокого давления, выполнены по одному порту, соединённые между собой перепускным каналом.

6. Двигатель по п.2 или 3, отличающийся тем, что порт отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания, подключен по крайней мере к одному устройству подвода тепла - к регенеративному или рекуперативному теплообменному аппарату и/или к камере сгорания, выход из которой подключен к турбине высокого давления, при этом система охлаждения, по крайней мере, турбины, по крайней мере высокого давления, также может быть подключена к порту отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания, при этом сторона теплообменного аппарата, в части подвода тепла к рабочему телу высокого давления, может быть присоединена, с возможностью отвода от тепла от рабочего тела низкого давления к каналу, подключенному к порту отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания.

7. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что, по крайней мере, один перепускной - массообменный канал соединяет между собой порты, выполненные в стенке корпуса каскадного обменника давлением внутреннего сгорания со стороны порта подвода топлива.

8. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что порт отвода рабочего тела высокого давления подключен по крайней мере к одному соплу активного потока, по крайней мере одного эжектора, по крайней мере одноступенчатого, а отвод рабочего тела низкого давления подключен к входу пассивного потока этого эжектора, или эжекторов, выход из которого может быть подключен к турбине.

9. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что вал ротора каскадного обменника давлением внутреннего сгорания подключен к приводу от газотурбинного или электрического двигателя, с возможностью регулирования оборотов ротора и/или ротор выполнен с возможностью самовращения, например, посредством специальных сопел, выполненных в отдельных портах подвода рабочего тела в каналы ротора, с возможностью регулирования оборотов ротора, при этом корпус каскадного обменника давлением внутреннего сгорания может быть выполнен герметичным.

10. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что между устройствами сжатия рабочего тела - воздуха, между компрессорами, и/или в газоходе, соединённом с портом подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания, выполнено, по крайней мере, одно устройство отвода тепла - конвективный промежуточный охладитель, или система впрыска под давлением воды.

11. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что, по крайней мере, отвод рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания соединён с реактивным соплом первого контура воздушно-реактивного двигателя, при этом перед этим соплом может быть выполнена форсажная камера, а отвод рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания может выходить во второй контур воздушно-реактивного двигателя, в котором поток газа из воздухозаборника может быть активным потоком по отношению к газу из отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания и может быть пассивным потоком по отношению к активному потоку рабочего тела из первого контура двигателя.

12. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит дополнительный каскадный обменник давлением, порт подвода рабочего тела низкого давления которого подключен к компрессору, также подключенному к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания, порт отвода рабочего тела низкого давления дополнительного обменника давлением соединён с турбиной среднего давления, порт подвода рабочего тела высокого давления дополнительного обменника подключен к порту отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания через эжектор, вход пассивного потока которого подключен порту отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением внутреннего сгорания, а порт отвода рабочего тела высокого давления дополнительного каскадного обменника давлением подключен к камере сгорания, соединённой с турбиной высокого давления, при этом перед портом отвода рабочего тела высокого давления дополнительного каскадного обменника давлением может быть выполнен дополнительный порт подвода рабочего тела из камеры сгорания, вход которой подключен к части отвода из порта отвода рабочего тела высокого давления дополнительного каскадного обменника давлением.

13. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что порты подвода и отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением, по крайней мере внутреннего сгорания, выполнены с возможностью частичного вытеснения продуктов сгорания в порт отвода рабочего тела низкого давления, а другой части - в порт отвода рабочего тела высокого давления, при этом порты, соединённые перепускными каналами, по крайней мере большая их часть, выполнены со стороны отвода рабочего тела высокого давления, а порт подвода топлива выполнен со стороны, противоположной порту отвода рабочего тела высокого давления.

14. Двигатель по п. 2 или 3, отличающийся тем, что содержит два ротационных обменника давлением внутреннего сгорания, последовательно установленных по ходу движения рабочего тела, первый из которых выполнен в виде мотор-компрессора и содержит порты подвода топлива напротив только части рядов каналов ротора, а второй содержит порты подвода топлива напротив всех рядов каналов ротора, при этом порт отвода рабочего тела высокого давления первого ротационного обменника давлением внутреннего сгорания, выступающего в качестве мотор-компрессора, соединён с портом подвода рабочего тела низкого давления второго ротационного обменника давлением внутреннего сгорания каналом, который может содержать конвективный промежуточный охладитель, или систему впрыска воды, порт отвода рабочего тела высокого давления второго ротационного обменника давлением подключен к турбине высокого давления, а порт отвода рабочего тела низкого давления второго ротационного обменника давлением подключен к турбине среднего давления, при этом порт отвода рабочего тела низкого давления мотор-компрессора подключен к турбине низкого давления.