Воздушно-реактивный двигатель Советский патент 1992 года по МПК F02C5/08 

Изобретение относится к реактивным двигателям и может быть использовано в качестве привода транспортных средств, использующих вращательное движение.

Современные конструкции воздушно- реактивных двигателей используются преимущественно для получения поступательного движения.

Известен воздушно-реактивный двигатель вращательного движения, содержащий ротор, на котором закреплены камеры сгорания с тангенциально направленными соплами.

Недостатком такого двигателя является низкий КПД. Это обусловлено тем, что указанный двигатель является прямоточным, Необходимое для эффективной работы прямоточного двигателя давление газа в камере сгорания достигается лишь при скоростях, превышающих скорость звука в 3 раза (М 3). Однако такие скорости не могут быть получены при вращательном движении ротора вследствие наличия значительных центробежных сил, ограниченных прочностью ротора.

Известен воздушно-реактизный двига- теть, содержащий ротор с камерами сгорания, закрепленными на его периферии, компрессор, пневматически связанный с камерами сгорания, размещенный внутри полости ротора и имеющий корпус.

Недостатком двигателя является то, ч го его центробежный компрессор не обеспечивает высокой степени сжатия и имеет значительные объемные потери газа. Следствие, этого недостатка - низкий КПД двигателя.

Целью изобретения является повышение КПД воздушно-реактивного двигателя.

Поставленная цель достигается тем. что в двигателе, содержащем ротор с камерами сгорания, закрепленными на его периферии, компрессор, пневматически связанный с камерами сгорания, размещенный внутои полости ротора и имеющий корпус, комп-.

со

iO

V

ktt«A

рессор выполнен объемным и снабжен подвижным наружным ротором с пневматическими каналами. Корпус компрессора установлен во внутренней полости ротора и снабжен двумя радиально сжатыми мембранами. Последние закреплены в плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротора. Мембраны разделяют внутреннюю полость корпуса на компрессорные камеры. Корпус содержит также пневматические каналы, соединенные по входу с компрессион- ными камерами и размещенные соосно пневматическим каналам .ротора, выходы которых соединены с камерами сгорания.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный, а на фиг.2 - поперечный разрез двигателя, на фиг.З, а-г представлена схема работы двигателя.

Воздушно-реактивный двигатель содержит объемный компрессор, в состав которого входит ротор, включающий жестко связанные между собой обойму 1, кольцо 2 и выходной вал с фланцем 3. На обойме 1 ротора закреплены четыре камеры сгорания 4 с соплами 5 с помощью прихватов б, выполняющих также роль радиатора. На кольце 2 ротора с внутренней стороны закреплены лопасти 7 турбины, служащей для продувки воздухом полостей компрессора. С наружной стороны кольца 2 закреплены лопасти 8 вентилятора, служащего для охлаждения двигателя и удаления выхлопных газов. Ротор установлен с возможностью вращения в подшипниках 9, один из которых установлен в отверстии станины 10, а другой - на неподвижном хвостовике компрессора. Корпус компрессора размещен в цилиндрической полости ротора. Он включает корпус, состоящий их жестко связанных между собой деталей 11,12,13. Деталь. 13 включает хвостовик, жестко закрепленный в отверстии станины 10. Компрессор включает также две упруго сжатые в радиальном направлении мембраны 14, размещенные во внутренних полостях корпуса компрессора и делящие их на отдельные компрессионные камеры. Радиальное сжатие мембраны осуществляют при сборке компрессора в пределах ее упругой деформации путем вдавливания мембраны сферическим пуансоном в отверстие обоймы 1, имеющее меньший диаметр. Затем ее закрепляют, зажимая с двух сторон кольцевыми поверхностями деталей 12 и 13(11). При этом мембрана приобретает вогнутую форму. Корпус компрессора снабжен радиальными каналами 15 и 16, соединенными по входу с его компрессионными каналами. В обойме 1 ротора содержатся пневматические каналы 17, соединенные с камерами сгорания 4, Оси каналов 15 и 16 левой и правой полостей корпуса компрессора совмещены с плоскостями вращения осей соответственно левых и правых радиальных каналов 17 ротора (фиг.1). Компрессор содержит также отверстия 18, размещенные параллельно оси вращения ротора и пересекающие радиальные каналы 15 и 16. Ротор

0 содержит отверстия 19 и 20, которые расположены на одном диаметре с отверстиями 18 корпуса компрессора. Отверстие 19 выполнено во фланце выходного вала 3 ротора, а отверстие 20 - в донной части

5 отверстия обоймы 1. В роторе имеются также отверстия 21, которые совмещаются при вращении ротора с отверстиями 22, выполненными радиально в хвостовике компрессора. Отверстия 21 и 22, а также штуцер 23

0 служат для связи компрессора с пневмоэк- кумулятором.

В хвостовике компрессора закреплен трубопровод 24, который соединен с радиальными отверстиями 25, Отверстия 25 ком5 прессора находятся в одной плоскости с радиальными отверстиями 26 ротора, пересекающими отверстия 27. Трубопровод 24, а также отверстия 25,26,27 служат для циклической подачи топлива под давлением в

0 камеры сгорания 4. К станине 10 присоединен защитный кожух 28. В кожухе 28 / га- нине 10 выполнено отверстие, в котором размещен штуцер 29, служащий для отвода отработанных газов. Двигатель содержит

5 также пневмоаккумулятор 30, циклически соединяемый с полостью компрессора через регулируемый дроссель 31 (фиг.З).

Работу двигателя рассмотрим на основании схемы, представленной на фиг.З. Вра0 щение ротора приводит к тому, что периодически открываются, закрываются и совмещаются пневматические каналы ротора и компрессора. При перемещении мембраны в правое положение воздух,

5 находящийся в компрессионной камере справа от мембраны, сжимается. Совмещение отверстий 18 кйрпуса компрессора с отверстиями 21 ротора приводит к подсоединению правой камеры к пневмоаккумуля0 тору 30. При этом небольшое .количество воздуха поступает на подзарядку пневмоак- кумулятора 30, Одновременно осуществляется продувка левой камеры компрессора (фиг.З,а). Вращение ротора вызывает затем

5 совмещение каналов 15 корпуса компрессора с каналами 17 ротора. В этот момент отверстия 18 закрываются и в камеры сгорания поступает сжатый воздух из правой камеры компрессора (фиг.3,6). Одновременно с этим в камеры сгорания подается под давлением топливо. При сгорании смеси воздуха и топлива давление в камере сгорания повышается. Некоторый объем рабочего тела (газа) направляется в правую камеру ком- прессора, чтс вызывает перемещение мембраны влево (фиг.3,в). При этом основной объем рабочего тела удаляется через сопла, что вызывает появление импульса реактивных сил, сообщающих ротору вращающий момент Перемещение мембраны влево приводит к сжатию воздуха в левой камере. Одновременно производится продувка правой камеры компрессора (фиг.З.г). Таким образом начинается следующий такт работы двигателя. Для представленной кон- струкции двигателя за один оборот ротора выполняются четыре такта.

При пуске двигателя начальное вращение ротору сообщают путем подачи воздуха от пневмоаккумулятора в камеры сгорания. Одновременно открывают дроссель.31 таким образом, чтобы происходило срабатывание (деформация) мембракы 14 за счет давления воздуха, поступающего из пневмоаккумулятора в камеры компрессора. Пе- ремещение мембраны вызыоает сжат е р разогрев воздуха, который подается в камеры сгорания, где осуществляется сгорание рабочей смеси. После запуска дпигателя дроссель 31 прикрывают В процессе рабо- ты двигателя проходное сечение дросселя регулируют одновременно с изменением расхода топлива, подаваемого в камеру сгорания, поскольку давление срабатывания мембраны постоянно.

Расчеты свидетельст вуют о том, что при работе мембраны в пределах ее упругой деформации, соответствующей пределу длительной прочности существующих марок сталей (с учетом теплового воздействия), ве- личина давления воздуха, создаваемого мембраной при переходе ею в устойчивое положение, может достигать 10 МПа и выше. При быстром сжатии воздуха до указанной величины давления температура воздуха достигает величины, достаточной

для самовоспламенения горючей смеси Таким образом, двигатель не требует специальных устройств для зажигания топлива при его пуске и работе.

Вследствие достижения высокой степени сжатия воздуха, подаваемого в камеру сгорания, термический (расчетный) КПД заявляемого двигателя выше, чем аналогичный показатель у современных тепловых двигателей: ПВРД (М 1) 10%, ДВС 48%, дизель 65%, ГТД 43%, заявпяемый двигатель 73%.

Предложенное техническое решение позволит также расширить область использования воздушно-реактивного двигателя Применение двигателя в качестве привода автомобиля позволит уменьшить удельные характеристики расхода топлива веса и объема (на 1кВт) по сравнению с известными двигателями автомобилей,появится возможность использования дешевых сортов топлива. Вследствие упрощения конструкции двигателя значительно сократится его себестоимость.

Формула изобретения Воздушно-реактивный двигзгель, содержащий ротор с камерами сгорснчч закрепленными нз его периферии, компрессор, пневматически связанный с камерами сгорания, размещенный внутри полости рогора и имеющий корпус, отличающийся тем, чтс, с целью повышения КПД, компрессор выполнен объемным и снабжен подвижным наружным ротором с пневматическими каналами, корпус установлен в последнем и снабжен двумя ради- альносжатымимембранами,

закрепленными в плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротора, и делящих внутреннюю полостс, корпуса на компрессионные камеры, и пневматическими каналами, соединенными по входу с указанными камерами и соосными с пневматическими каналами ротора, выходы которых соединены с камерами сгорания,

oi со n

CNi

г- r

v i

.

1772382

А-А

Использование: привод транспортных средств, использующих вращательное движение. Сущность изобретения; двигатель содержит ротор с камерами сгорания закрепленными на его периферии, компрессор, пневматически связанный о камерами сгорания, размещенный внутри полости ротора и имеющий корпус. Компрессор выполнен объемным и снабжен подвижным наружным ротором с пневматическими каналами. Корпус компрессора снабжен двумя радиально сжатыми мембранами, закрепленными в плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротора, и делящими внутреннюю полость ротора на компрессорные камеры. Корпус содержит пневматические каналы, соединенные по входу с компрессорными камерами и размещенные соосно с пневматическими каналами ротора, выходы которых соединены с камерами сгорания. О процессе работы двигателя мембрана периодически переходит из одно го устойчивого положения в доугое год деп- стзием давления рабочего тела. При этом осуществляются сжатие и подача воздуха в камеры сгорания. 3 ил.

3D

Редактор

31 ж

i

8В

Фиг 3

Составитель О. Черненко

Техред М.МоргенталКорректор О Юрковецкзя

Фиг I