EA016275B1 - Двигатель, преобразующий вращательный поток газа в тяговое усилие - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области энергетических установок, в частности к двигателям, преобразующим вращательный поток газа в тяговое усилие, и может быть использовано во многих отраслях народного хозяйства. Двигатель включает выполненный в виде ″тарелки″ корпус с верхней и нижней цилиндрическими частями, снабженный усеченной конусной частью, расположенной между цилиндрическими частями, установленное по касательной к внутренней образующей верхней цилиндрической части корпуса сопло, например сопло Лаваля с камерой сгорания, внутренней конусной частью с внутренней цилиндрической частью, при этом внутренняя конусная часть снабжена механизмами для изменения положения относительно верхней конусной части, системой уплотнений и датчиками давления для измерения давления, расположенными на внутренней конусной части.

Description

Изобретение относится к области энергетических установок, в частности к двигателям, преобразующим вращательный поток газа в тяговое усилие, и может быть использовано во многих отраслях народного хозяйства.

Известен движитель, содержащий корпус в форме усеченного конуса с цилиндрическими частями в верхнем и нижнем основаниях, в котором цилиндрическая часть в верхнем основании установлена соосно с корпусом и снабжена присоединенным к нему до касательной соплом Лаваля, а в нижней плоскости цилиндрической части корпуса соосно установлен дополнительный корпус в форме усеченного конуса, причем верхнее основание последнего имеет одинаковый с нижней цилиндрической частью основного корпуса диаметр, а нижнее основание - также цилиндрическую часть, внутри которой на приводном валу соосно установлено лопастное колесо (патент Республики Беларусь N 2477).

Известен также движитель, содержащий ведущий вал с рабочими лопатками, установленный в корпусе, выполненном в форме усеченного конуса, имеющего в верхнем оснований входное отверстие для забора рабочего тела, а в нижнем основании - цилиндрическую часть, в которой соосно с рабочими лопатками установлены циркуляционные лопатки, соединенные посредством ступицы и редуктора с ведущим валом (патент Республики Беларусь N 2642).

Известен движитель, содержащий выполненный в виде тарелки корпус, имеющий верхнюю и нижнюю цилиндрические части, расположенное в верхней цилиндрической части сопло, компрессор, турбину для привода, топливную систему и систему зажигания (патент США № 3041040).

Известен двигатель, содержащий выполненный в виде тарелки корпус с верхней и нижней цилиндрическими частями, снабженный конусной частью, расположенной между цилиндрическими частями, расположенное в верхней цилиндрической части сопло, выполненное в форме сопла Лаваля, направленное по касательной к внутренней образующей верхней цилиндрической части корпуса и установлено горизонтально, компрессор, турбину для его привода, топливную систему и систему зажигания (патент РФ N 2080469).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двигатель, содержащий выполненный в виде тарелки корпус с верхней и нижней цилиндрическими частями, снабженный усеченной конусной частью, расположенной между цилиндрическими частями, установленное горизонтально в верхней цилиндрической части сопло, с камерой сгорания и направленное по касательной к внутренней образующей верхней цилиндрической части корпуса, компрессор, топливную систему и систему электроснабжения, корпус снабжен нижней конусной частью, присоединенной большим основанием к нижней цилиндрической части, внутренней усеченной конусной частью с цилиндрической частью, установленной концентрично с зазором к верхней усеченной конусной части и верхней цилиндрической части, а внутри нижней конусной части установлена приводная турбина, связанная с компрессором и системой электроснабжения (Евразийский патент № 004224).

Однако известный двигатель успешно работает в одном режиме заданном параметрами конструкции, например, при поступлении большей порции топлива нарушается равномерность истечения рабочего тела между верхней конусной частью и внутренней усеченной конусной частью, а при истечении рабочего тела в нижнюю усечённую конусную часть из-за отсутствия регулировочных механизмов будет происходить срыв потока, при переходе к другому режиму работы.

Задачей настоящего изобретения является увеличение мощности и эффективности в работе, плавном переходе на другие режимы и устойчивой работе двигателя на разных режимах.

Согласно изобретению двигатель содержит выполненный в виде тарелки корпус с верхней и нижней цилиндрическими частями, снабженный усеченной конусной частью, расположенной между цилиндрическими частями, установленное по касательной к внутренней образующей верхней цилиндрической части корпуса сопло, например сопло Лаваля с камерой сгорания, внутренней конусной частью с внутренней цилиндрической частью с датчиками давления, уплотнением и механизмами для изменения положения внутренней части относительно верхней конусной части, компрессор, топливную систему и систему электроснабжения.

От известных двигатель отличается тем, что внутренняя конусная часть снабжена механизмами для изменения положения относительно верхней конусной части и снабжена системой уплотнений, направляющей расположенной в нижней цилиндрической части, спиралью расположенной в нижней конусной части соединенной с валом, датчиками для измерения давления расположенными на внутренней конусной части.

Такая конструкция позволяет более эффективно использовать энергию сгораемых газов при незначительных изменениях и сохранении компактности двигателя.

Конструкция такого двигателя может быть проиллюстрирована приводимым ниже примером конкретного выполнения и чертежами.

На фиг. 1 изображен двигатель, общий вид;

на фиг. 2 - разрез А-а на фиг. 1.

Двигатель содержит выполненный в виде тарелки корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 цилиндрическими частями. Корпус 1 снабжен верхней усеченной конусной частью 4, расположенной между цилин

- 1 016275 дрическими частями 2 и 3, и нижней усеченной конусной частью 5 с выпускным соплом 6 для отработанных газов, присоединенной большим основанием к нижней цилиндрической части 3 и в которой размещена соосно приводная турбина 7. Корпус 1 также снабжён внутренней конусной частью 8 с цилиндрической частью 9, установленной концентрично с зазором к верхней усеченной части 4 и верхней цилиндрической части 2, образуя завихритель 10. В верхней цилиндрической части 2 корпуса 1 установлено сопло 11, установленное по касательной к внутренней образующей верхней цилиндрической части корпуса 2. Камера сгорания 12 соединена топливопроводом 13 с топливной системой 14 двигателя и содержит запальную свечу 15, соединенную электропроводом 16 с системой пуска. Над верхней цилиндрической частью 2 корпуса 1 на одной оси с приводной турбиной 7 установлен компрессор 17 с воздухозаборником 18, сообщенный газопроводом 19 с камерой сгорания 12. На внутренней конусной части 8 установлены датчики давления 20 и исполнительные механизмы 21 для принудительного перемещения и 22 для автоматического перемещения внутренней конусной части. В нижней цилиндрической части 3 установлены направляющие 23. В нижней конусной части 5 соосно установлен вал 24 с втулкой 25, на которой установлена лопатка 26 в виде спирали с изменяемым шагом навивки, навитой на втулку 25.

Двигатель работает следующим образом.

Сжатый в компрессоре 17 воздух по воздухопроводу 19 поступает в камеру сгорания 12, где перемешивается с топливом, поступающим от топливной системы 14 по топливопроводу 13, образуя горючую смесь. Искровой разряд, поступающий по электропроводу 16 от системы пуска на запальную свечу 15, воспламеняет горючую смесь, образуя горючие газы. В камере сгорания в результате горения горючей смеси образуется избыточное давление. Горючие газы с высокой скоростью истекают из камеры сгорания 15 по соплу 11 в завихритель 10, где обретают вращательное движение. Вращающиеся газы истекают далее в пространство образованное верхней усеченной конусной частью 4 и внутренней усеченной конусной частью 8, оказывая давление на верхнюю усеченную конусную часть. В процессе истечения образуется трубка тока ограниченная радиусами. На внешней стороне трубки тока образуется избыточное давление, воздействие которого на верхнюю усеченную конусную часть 4 образует тягу. Расстояние между верхней усеченной конусной частью 4 и внутренней усеченной конусной частью 8 подбирается так, чтобы на внутренней стороне трубки тока давление было равно нулю. В процессе работы двигателя появляется необходимость в изменении режима работы (в увеличении, или уменьшении мощности). Поэтому и трубка тока изменяется (изменяется разница между радиусами, ограничивающими трубку тока). Вследствие этого на внутреннюю усеченную конусную часть 8 при изменении режима работы будет действовать давление, поэтому может появиться сила направленная против силы тяги. Чтобы избежать этого, предусмотрено перемещение внутренней усеченной конусной части 8 как в автоматическом, так и в принудительном режиме. При увеличении мощности может возникнуть давление на внутренней усеченной конусной части. И эта часть перемещается, преодолевая сопротивление пружин исполнительного механизма 21 автоматического перемещения внутренней усеченной конусной части. При уменьшении мощности давление на внутреннюю усеченную конусную часть уменьшается, и последняя под воздействием пружины исполнительного механизма 21 занимает прежнее место. Предусмотрен исполнительный механизм 22 для принудительного перемещения внутренней усеченной конусной части, датчики давления 20, которые передают данные давления на бортовой компьютер, компьютер по программе передает команды исполнительному механизму 22 для принудительного перемещения внутренней усеченной конусной части в положение, при котором давление в трубке тока на внутреннюю усеченную конусную часть будет равно нулю. Далее газы (рабочее тело) истекают в нижнюю цилиндрическую часть и, взаимодействуя с направляющей 23, отбрасываются в осевом и радиальном (к центру) направлении. В этом случае обеспечивается равномерный режим истечения в трубке тока в пространстве между верхней усеченной конусной частью и внутренней усеченной конусной частью. При изменении направления движения истекающих газов на направляющую 23 будет действовать сила, обеспечивая дополнительную тягу за счет торможения и изменения движения истекающих газов (рабочего тела). Далее газы (рабочее тело) истекают в нижнюю усеченную конусную часть 5, где взаимодействуют со спиралью 26 турбины 7, навитой на втулку 25, тормозятся, создавая дополнительную тягу за счет взаимодействия со спиралью, одновременно создавая крутящий момент, который через втулку 25 передается на вал 24. Вал 24, вращаясь, обеспечивает работу вспомогательных механизмов, компрессора 17, топливной системы 14, системы пуска и др.

Таким образом, при использовании настоящего изобретения достигают увеличение мощности и эффективности двигателя в работе, плавном переходе на другие режимы и устойчивой работе двигателя на разных режимах.

Claims (3)

1. Двигатель, включающий корпус с верхней и нижней цилиндрическими частями, снабженный верхней усеченной конусной частью, расположенной между цилиндрическими частями, нижней усеченной конусной частью, присоединенной большим основанием к нижней цилиндрической части, установленное по касательной к внутренней образующей верхней цилиндрической части корпуса сопло, напри

- 2 016275 мер сопло Лаваля с камерой сгорания, верхняя конусная часть выполнена с внутренней конусной частью, а верхняя цилиндрическая часть выполнена с внутренней цилиндрической частью, которые установлены с зазором и концентрично соответственно верхней усеченной конусной части и верхней цилиндрической части, диаметр верхней цилиндрической части совпадает с диаметром малого основания верхней конусной части, а диаметр нижней цилиндрической части совпадает с диаметром большего основания верхней усеченной конусной части, отличающийся тем, что внутренняя конусная часть снабжена механизмами для изменения ее положения относительно верхней усеченной конусной части и датчиками давления, расположенными на внутренней конусной части.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен спиралью, расположенной в нижней усеченной конусной части, соединенной с валом.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен направляющей, расположенной в нижней цилиндрической части.