Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie ejektorowe do zwiekszenia ciagu silnika.Urzadzenie wedlug niniejszego wynalazku moze byc 2 powodzeniem wykorzystane do zwiekszenia ciagu silników samolotów stosowanych na przyklad w lotnictwie rolni¬ czym.Wynalazek moze byc takze stosowany do silników od¬ rzutowych srodków transportu takich, jak statki na poduszce powietrznej, lokomotywa kolejowe i podobnych.Znane jest urzadzenie ejektorowe do zwiekszenia ciagu silnika, zawierajace nasadke ejektora umieszczona z pradem powietrza za dysza silnika o kolowym przekroju poprzecz¬ nym.Nasadka ejektora sklada sie z rozmieszczonych kolejno z pradem powietrza: konfuzora, komory mieszania i dy- fuzora, których powierzchnie wewnetrzne tworza wypro¬ filowana wewnetrzna powierzchnie nasadki ejektora.Strumien gazu o kolowym przekroju poprzecznym, wyplywajacy z dyszy pracujacego silnika, plynie do nasadki ejektora. Zasysane tym strumieniem powietrze z otocze¬ nia wplywa przez konfuzor do komory mieszania, gdzie zostaje zmieszane z wymienionym strumieniem. Wymie¬ szany strumien przechodzi przez dyfuzor i zostaje wyrzu¬ cony w otaczajaca przestrzen. W wyniku procesu zasysania i mieszania powstaje dodatkowy ciag silnika.Wada znanego urzadzenia ejektorowego do zwiekszenia ciagu silnika, w którym ciag powstaje w wyniku zasysania powietrza z otoczenia za pomoca strumienia silnika z dysza o kolistym przekroju poprzecznym, jest duza dlugosc komory mieszania nasadki ejektora. 10 15 20 25 30 2 Koniecznosc stosowania komory mieszania o duzej dlugosci wynika z nie dosc efektywnych ssacych wlasci¬ wosci strumieni o kolistym przekroju poprzecznym. W przy¬ padku strumieni o kolistym przekroju poprzecznym na¬ sadka ejektora pracuje przy dlugosci komory mieszania równej od pieciu do osmiu jej srednic.Stosowanie takich urzadzen ejektorowych do zwieksze¬ nia ciagu jest niedogodne z powodu ich duzych rozmiarów i ciezaru. Zmniejszenie dlugosci komory mieszania pro¬ wadzi do znacznego spadku przyrostu ciagu. Tak na przy¬ klad dwukrotne zmniejszenie dlugosci komory mieszania powoduje ponad czterokrotne zmniejszenie przyrostu ciagu.Przy instalowaniu nasadki ejektora na samolocie ko¬ nieczne jest zmniejszenie wymiarów nasadki, w pierwszym rzedzie poprzez zmniejszenie dlugosci komory mieszania, która w znanej konstrukcji osiaga duza wielkosc.Znane jest malogabarytowe urzadzenie ejektorowe do zwiekszenia ciagu, zawierajace nasadke ejektora o dlugosci równajacej sie jednej do dwóch srednic komory mieszania.Jednakze takie urzadzenie do zwiekszenia ciagu moze pracowac efektywnie tylko wtedy, gdy dysza silnika po¬ siada wylotowy przekrój nie w postaci kolistej lub owalnej, lecz zlozonej na przyklad gwiazdzistej przy której zwieksza sie powierzchnia wspóloddzialywania strumienia zasysaja¬ cego i zasysanego.Silnik z dysza o zlozonym ksztalcie posiada jednak ogra¬ niczony zakres stosowania. Taki silnik nie moze byc eks¬ ploatowany w aparacie latajacym bez urzadzenia ejektoro- 112 707112 707 3 wego do zwiekszenia ciagu z uwagi na duze straty w dyszy o zlozonym ksztalcie.Celem niniejszego wynalazku jest wyeliminowanie wska¬ zanych niedogodnosci i wykonanie urzadzenia ejektoro- wego do zwiekszenia ciagu silnika o takich cechach kon¬ strukcyjnych, które zapewnilyby znaczne zwiekszenie ciagu przy zachowaniu niewielkich rozmiarów i ciezaru tego urzadzenia w porównaniu ze znanymi konstrukcjami.Cel ten rozwiazano w ten sposób, ze urzadzenie ejek¬ torowe wedlug wynalazku posiada oslone pierscieniowa w formie scietego stozka, umieszczona pomiedzy dysza silnika i nasadka ejektora tak, ze wlotowy przekrój oslony pierscieniowej, posiadajacy wieksza srednice, sasiaduje z wylotowym przekrojem dyszy silnika, a wylotowy prze¬ krój oslony pierscieniowej, posiadajacy mniejsza srednice sasiaduje z wlotowym przekrojem nasadki ejektora, przy czym wymieniona oslona pierscieniowa posiada wzdluzne szczeliny, rozmieszczone na jej obwodzie w jednakowej odleglosci jedna od drugiej.Przy takiej konstrukcji urzadzenia ejektórowego do zwiekszenia ciagu silnika, wyplywajacy z dyszy silnika strumien o kolistym przekroju poprzecznym^ dzieki wy¬ plywowi czesci powietrza ze wzdluznych szczelin, ulega. przeksztalceniu w strumien o zlozonym ksztalcie przekroju poprzecznego.Strumien o takim zlozonym ksztalcie charakteryzuje sie zwiekszona powierzchnia wspóloddzialywania z otaczaja¬ cym powietrzem w porównaniu ze strumieniem o kolistym przekroju poprzecznym. W rezultacie zwieksza sie masa zasysanego strumieniem powietrza i odpowiednio zwieksza sie przyrost ciagu silnika.Celowe jest, by tworzaca powierzchni oslony pierscie¬ niowej w urzadzeniu ejektorowym wedlug wynalazku tworzyla z wdluzna osia tej oslony kat równy 9°. Przez to •uzyskuje sie optymalny stosunek miedzy wielkoscia po¬ wierzchni strumienia o zlozonym ksztalcie w przekroju poprzecznym i stratami z powodu tarcia przy przeplywie strumienia przez oslone pierscieniowa.Zaleca sie, by pele powierzchni szczelin stanowilo 50% pola powierzchni oslony pierscieniowej. Równiez sprzyja to uzyskaniu optymalnego stosunku miedzy wielkoscia powierzchni strumienia o zlozonym ksztalcie w przekroju* poprzecznym i stratami z powodu tafrcia przy przeplywie strumienia przez oslone pierscieniowa.Korzystne jest* gdy przekrój wylotowy oslony pierscie¬ niowej jest umieszczony w jednej plaszczyznie z przekrojem wlotowym nasadki ejektora. Dzieki temu uzyskuje sie bardziej efektywne zmieszanie wyplywajacego z oslony • pierscieniowej strumienia z zasysanym z atmosfery po¬ wietrzem i w zwiazku z tym wiekszy przyrost ciagu.Przy wykorzystywaniu urzadzenia ejektórowego wedlug wynalazku, osiaga sie znaczne zwiekszenie przyrostu ciagu przy istotnie mniejszych jego wymiarach i ciezarze w po¬ równaniu ze znanymi konstrukcjami. Tak, na przyklad dlugosc urzadzenia wedlug wynalazku moze stanowic zaledwie czwarta czesc dlugosci znanego urzadzenia w za¬ stosowaniu do tego samego silnika, Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urza¬ dzenie ejektorowe- wedlug wynalazku, schematycznie w przekroju wzdluznym, fig. 2 — to samo urzadzenie w widoku pokazanym strzalka A na fig. 1, fig. 3 — urza¬ dzenie ejektorowe wedlug wynalazku w przykladzie wyko¬ nania, który zawiera oslone pierscieniowa przymocowana do nasadki ejektora, schematycznie w przekroju wzdluznymi 4 fig. 4 — to samo urzadzenie w widoku pokazanym strzalka B na fig. 3, fig. 5 — krzywa zaleznosci od 2a ARmax gdzie a = kat pochylenia tworzacej oslony pierscieniowej 5 do jej osi wzdluznej; AR = przyrost ciagu przy róznych wielkosciach kata pochylenia a; A^^ = maksymalny przyrost ciagu przy wielkosci kata pochylenia a = 9°20', AR fig. 6 — krzywa zaleznosci od m, gdzie m = ilosc ARmax 10 szczelin; AR = przyrost ciagu przy róznej ilosci szczelin; ARmax = maksymalny przyrost ciagu uzyskiwany przy ilosci szczelin równej cztery, fig. 7 — krzywa zaleznosci od —, gdzie h = szerokosc szczeliny; d = srednica ARmax d 15 przekroju wylotowego dyszy; AR — przyrost ciagu przy róznych wielkosciach —, ARm = maksymalny przyrost d ciagu, uzyskiwany przy optymalnej wielkosci — = 0,32, d 20 fig. 8 — krzywa zaleznosci od —, gdzie 1 = dlugosc ARmax -4 szczeliny; d =* srednica przekroju wylotowego dyszy* AR = przyrostciagu przy róznychwielkosciach —, AR^ = 25 1 = przyrost ciagu przy optymalnej wielkosci —, fig. 9:— d krzywe zaleznosci R — ciagu silnika od n — liczby obrotów silnika bez urzadzenia zwiekszajacego ciag' i z urzadzeniem ejektorowym, wykonanym wedlug niniejszego wynalazku, 30 $g. 10 — krzywe zaleznosci R — ciagu silnika i jego ciagu zapasowego R-Q, gdzie Q =•opór'samolotu, od szybkosci v lotu samolotu, z urzadzeniem ejektorowym wedlug wy- * nalazku i bez tego urzadzenia.Urzadzenie ejektorowe ma nasadke ejektora 1 (fig. 1), 35 umieszczona za dysza 2 silnika odrzutowego, nie pokazanego na rysunku, która jest okragla w przekroju poprzecznym.Nasadka ejektora 1 jest umieszczona w jednej osi O-O z dysza 2 i przymocowana do kadluba 3 aparatu latajacego za pomoca wsporników 4. 40 Nasadka ejektora 1 posiada forme ciala obrotowego z wyprofilowana wewnetrzna powierzchnia, która tworzy konfuzor 5, to jest zwezajaca sie z pradem powietrza czesc nasadki, cylindryczna komora mieszania 6 i dyfuzor 7 to jest czesc nasadki, rozszerzajaca sie z pradem powietrza 45 pod katem B równym 3°. Konfuzor 5, komora mieszania 6 i dyfuzor 7 sa umieszczone kolejno po sobie z pradem po¬ wietrza. J Powierzchnia zewnetrzna 8 nasadki ejektora 1 jest po- ^ wierzchnia stozkowa. 50 Urzadzenie ejektorowe zwiekszajace ciag posiada takze oslone pierscieniowa 9 (fig. 1 i 2) umieszczona w osi O-O miedzy dysza 2 silnika i nasadka ejektora 1.Przekrój wlotowy 10 (fig. 1) oslony pierscieniowej 9 sasiaduje z przekrojem wylotowym 2a dyszy 2, a wylotowy przekrój 11 oslony pierscieniowej 9 — z wlotowym prze¬ krojem la nasadki ejektora 1. Oslona pierscieniowa 9 posiada szczeliny wzdluzne 12 rozmieszczone w jednakowej odleglosci od siebie. ( - ¦ 60 W opisywanym przykladzie wykonania znajduja sie cztery szczeliny z równoleglymi krawedziami wzdluznymi 13. Krawedzie czolowe 14 szczelin 12 znajduja sie w pewnej odleglosci od przekroju wlotowego 10 oslony pierscieniowej 9. Od strony przekroju wylotowego 11 oslony pierscienio- 65 wej 9 szczeliny sa otwarte.112 707 W innych przykladach wykonania ilosc szczelin 12 moze byc inna, na przyklad od trzech do szesciu.Na zewnetrznej powierzchni oslony pierscieniowej 9 w celu zwiekszenia jej sztywnosci, znajduja sie zeberka 15, rozmieszczone równomiernie miedzy' szczelinami 12.Oslona pierscieniowa 9 jest przymocowana do dyszy 2 za pomoca wyprofilowanego elementu mocujacego 16.Dzieki obecnosci szczelin 12 wyplywajacy z dyszy 2 przez oslone pierscieniowa 9 strumien przybiera zlozona postac. W wyniku tego poprawia sie ssaca zdolnosc stru¬ mienia i odpowiednio zwieksza przyrost ciagu.Tworzaca 9a powierzchni oslony pierscieniowej tworzy kat a z ofia O-O równy 9°20/. Kat ten moze byc równiez zawarty w granicach od 8° do 11°.Na fig. 3 i 4 uwidoczniono urzadzenie ejektorowe o kon¬ strukcji analogicznej do opisanej wyzej z tym, ze oslona pierscieniowa 9 jest przymocowana bezposrednio do nasadki ejektora 1 za posrednictwem zeberek 17.Na fig. 5 przedstawiono krzywa zaleznosci ilorazu AR od wielkosci kata 2a, gdzie AR — przyrost ciagu AR__ przy róznych wielkosciach kata 2ct, a ARmax — przyrost ciagu przy optymalnej wielkosci oznaczonego na osi od¬ cietych kata 2a, równej 18°40\ Zaleznosc ta zostala przed¬ stawiona dla urzadzenia ejektorowego z oslona pierscie¬ niowa posiadajaca m = 4 szczelin wzdluznych 12 i cha- * h 1 rakteryzujaca sie stosunkami — = 0,24 i — = 0,92, gdzie d d h — szerokosc szczeliny, 1 — dlugosc szczeliny, d — sred¬ nica przekroju wylotowego 2a dyszy 2 silnika. Krzywa wskazuje, ze maksymalny stosunek , równy jednosci, ARmax uzyskuje sie dla kata 2a = 18°40/.Na fig. 6 przedstawiono krzywa zaleznosci ilorazu AR od m, gdzie AR — przyrost ciagu przy róznej ARmax ilosci szczelin 12, a . ARjj^ — przyrost ciagu przy opty¬ malnej liczbie m = 4 szczelin 12, oznaczonej na osi od¬ cietych. Krzywa ta zostala wykreslona dla wielkosci 2a = = 18*40',— = 0,24;— = 0,92. Krzywa wskazuje, ze sto- d d sunek AR AR„ przyjmuje najwieksza wielkosc równa jed¬ nosci przy liczbie szczelin m = 4. Pole powierzchni szcze¬ lin 12 oslony pierscieniowej 9 stanowi 50% pola powierz¬ chni tej oslony.Na fig. 7 przedstawiono krzywa zaleznosci ilorazu ¦ od odlozonego na osi odcietych ilorazu — , gdzie ARmax d AR—przyrost ciagu przy róznych wielkosciach ilorazu— , d ARjj^ — przyrost ciagu przy optymalnej wielkosci ilorazu — = 0,32, w którym tak jak i poprzednio h — szerokosc d szczeliny, d — srednica przekroju wylotowego 2a dyszy 2.Przy tym ilosc szczeljir 12 m = 4, kat 2a = 18°40', — = d = 0,92, gdzie 1 -—dlugosc szczeliny.Na fig. 8 przedstawiono krzywa zaleznosci ilorazu od ilorazu— przy wartosciach 2a = 18°40', m = 4, ARmax d — = 0,32, AR — przyrost ciagu przy róznych wielkosciach d ilorazu — , AR^,. — przyrost ciagu przy optymalnej wiel- d kosci ilorazu — . d 5 Krzywe na fig. 7 i 8 wskazuja, ze istnieja optymalne wielkosci 1 — dlugosci i h — szerokosci szczelin 12, przy których pole powierzchni szczelin stanowi 50% pola po*- wierzchni oslony pierscieniowej 9.W opisywanym przyklad*ie wykonania przekrój wyloto- 10 wy 11 oslony pierscieniowej 9 jest umieszczony w jednej plaszczyznie z przekrojem wlotowym la nasadki ejektora 1.Urzadzenie ejektorowe dziala w nastepujacy sposób.Strumien o kolistym przekroju poprzecznym, wyplywa¬ jacy z przekroju wylotowego 2a dyszy 2 pracujacego silnika, 15 wpada do oslony pierscieniowej 9. W oslonie pierscienio¬ wej 9, dzieki jej stozkowatosci i obecnosci szczelin 12, zachodzi przeksztalcenie strumienia o kolistym, przekroju poprzecznym w strumien o zlozonej postaci przekroju poprzecznego. W wyniku tego zwieksza sie powierzchnia 20 wyplywajacego z oslony pierscieniowej 9 strumienia.Strumien o zwiekszonej powierzchni zasysa wieksza ilosc powietrza z otoczenia. Porwane strumieniem powietrze/1 ^wpadajac do konfuzora 5 nasadki ejektora 1, nabiera wiek¬ szej szybkosci. W komorze mieszania 6 rozpoczyna sie 25 mieszanie porwanego powietrza ze strumieniem, które jest kontynuowane w dyfuzorze 7. Wplywajacy do dyfuzora strumien traci na szybkosci i zostaje wyrzucony w otacza¬ jaca przestrzen.W wyniku przylaczenia zassanego powietrza do stru- 30 mienia wyplywajacego z oslony pierscieniowej 9, powstaje dodatkowy ciag, którego wielkosc jest proporcjonalna do przylaczonej masy powietrza.Doswiadczalny model Urzadzenia ejektorowego zainsta¬ lowano na samolocie rolniczym posiadajacym silnik typu 35' AI-25. Na fig. 9 przedstawiono eksperymentalne krzywe zaleznosci ciagu Rkg silnika typu AI-25 z urzadzeniem ejektorowym zwiekszajacym ciag (krzywa C) i bez niego (krzywa D) od liczby obrotów n na minute wirnika spre¬ zarki wysokopreznej. Krzywe wskazuja, ze ciag silnika 40 z urzadzeniem ejektorowym zwiekszajacym ciag jest znacz¬ nie wyzszy na przyklad o 11%. Zaleznosc dla ciagu silnika ze znanym urzadzeniem ejektorowym bez stozkowej oslony pierscieniowej przedstawiono na fig. 9 za pomoca krzywej E. Fig. 9 wykazuje, ze zastosowanie stozkowej oslony pier- 45 scieniowej istotnie zwieksza przyrost ciagu.Za pomoca urzadzenia ejektorowego mozna uzyskac zwiekszenie ciagu w warunkach startu samolotu rolniczego wyposazonego w silnik turboodrzutowy typu AI-25.Wyniki przedmuchiwan samolotu w tunelu aerodyna- 50 micznym z pracujacym silnikiem typu AI-25, zarówno z urzadzeniem ejektorowym, jak i bez niego, przedstawiono na fig. 10 w postaci krzywych zaleznosci ciagu Rkg od szybkosci lotu v w m/sekunde, w warunkach pracy silnika przy starcie.Krzywa L na fig. 10 odpowiada lotowi z urzadzeniem ejektorowym, krzywa P na fig. 10 — lotowi bez tego urza¬ dzenia. Na tejze fig. 10 liniami przerywanymi przedsta¬ wiono zaleznosci wielkosci R-Q, stanowiacej róznice miedzy Rkg i sumarycznym oporem aerodynamicznym Q samolo¬ tu z urzadzeniem ejektorowym wedlug niniejszego wyna¬ lazku (krzywa S) i bez tego urzadzenia (krzywa T), a szy¬ bkoscia lotu samolotu v w m/sekunde.Zaleznosci przedstawione na fig. 10 wskazuja, ze ciag 65 Rkg i dag zapasowy R-Q samolotu z urzadzeniem ejekto- 60112 707 rowym znacznie zwiekszaja sie. Pozwala to istotnie skrócic dlugosc drogi startowej samolotu.Rozumie sie samo przez sie, ze specjalisci moga wniesc szereg, nie wychodzacych poza ramy wynalazku, zmian w urzadzeniu, które opisano tu wylacznie jako nieogranicza- 5 jacy przyklad.Doswiadczalny model przedkladanego urzadzenia eje- ktorowego poddano wszechstronnym badaniom, których wyniki potwierdzily dostatecznie wysoka efektywnosc jego pracy. io Calkowita dlugosc urzadzenia zwiekszajacego ciag silnika typu AI-25 wynosi przykladowo piec srednic wylotowego przekroju dyszy, podczas gdy calkowita dlugosc znanego urzadzenia zwiekszajacego ciag wynosi przykladowo 17,5 srednic wylotowego przekrojudyszy. 15 Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie ejektorowe do zwiekszania ciagu silnika, zawierajace umieszczona z pradem powietrza za dysza 20 nasadke ejektora z wyprofilowana powierzchnia wewnetrzna 8 znamienne tym, ze posiada oslone pierscieniowa (9) w formie scietego stozka, umieszczona pomiedzy dysza (2) silnika i nasadka ejektora (1) tak, ze przekrój wlotowy (10) oslony pierscieniowej (9), posiadajacy wieksza sred¬ nice, sasiaduje z przekrojem -wylotowym (2a) dyszy (2) silnika, a przekrój wylotowy (11) oslony pierscieniowej (9), posiadajacy mniejsza srednice sasiaduje z przekrojem wloto¬ wym (la) nasadki ejektora (1), przy czym wymieniona oslona pierscieniowa posiada szczeliny wzdluzne (12), rozmieszczone na jej obwodzie w jednakowej odleglosci jedna od drugiej. 2. Urzadzenie ejektorowe wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze tworzaca powierzchni oslony pierscieniowej (9) tworzy z wzdluzna osia tej oslony kat równy 9°. 3. Urzadzenie ejektorowe wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze pole powierzchni szczelin (12) stanowi 50% pola powierzchni oslony pierscieniowej (9). 4. Urzadzenie ejektorowe wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze przekrój wylotowy (11) oslony pierscieniowej (9) jest umieszczony w jednej plaszczyznie z przekrojem wlo¬ towym (la) nasadki ejektora (1). / 9 FIG 1 F/G. 3 FIG. 4112 707 lR 19 0,8 OJ \ \l u V r 1 \ 1 1 JL max OJ OS OJ f" \ \ \ 1 0 10 m IZatj "' 3 5 7 m FIG. 5 FIG.E h "0,20 W OJU j 0J j)Q $ ij ±.FIG. 7 FIG. 8 LWI 15301 » izm _u' ff s I Y ,< / * y s ,/ ' A s / / c\ <¦ y s * yl i ! / s v\ * V V. i / ,/ y s / < ' f t / •'' 15000 15500 F/B 9 W 30 7 F/G 10 PL