PL208494B1 - Silnik strumieniowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest silnik strumieniowy nadający się do napędu wirników maszyn latających, a szczególnie do napędu wirników lekkich śmigłowców

Znane są ze stosowania silniki inercyjne, umieszczone na końcu wirników łopat, umożliwiające ich autorotację są silnikami rakietowymi lub silnikami rakietowymi z silnikiem strumieniowym. Używają tego pierwszego do rozpędzenia wirnika, który następnie jest napędzany oszczędniejszym silnikiem strumieniowym. Silnik strumieniowy na ma żądło ustawione na wlocie powietrza do komory sprężania skąd powietrze doprowadzane jest przez stabilizator płomienia do komory spalania, do której dostarczane jest paliwo. Mieszanka paliwa z powietrzem jest spalana w komorze spalania a spaliny wyprowadzone są dyszą odrzutową na zewnątrz. Silniki rakietowe zużywają nie tylko paliwo, ale i wielokrotnie więcej od niego utleniacza, który obniża udźwig napędzanej nimi maszyny latającej. Celem lepszego wykorzystania masy paliwa i utleniacza, spalanie paliwa w silniku rakietowym odbywa się przy bardzo wysokim ciśnieniu, które wywołuje dużą prędkość opuszczający go spalin o dużej energii kinetycznej, bezpowrotnie traconej. Znane silniki strumieniowe, potrzebują tylko dostarczania paliwa, ale muszą być rozpędzane i to do znacznej prędkości zwiększającej ich sprawność skutecznie dopiero, gdy przekroczy ona prędkości dźwięku. Do czego używane są silniki rakietowe. Poza tym silniki strumieniowe zwiększają opór wirnika, co w czasie jego autorotacji utrudnia jej skuteczność.

Przedmiotem wynalazku jest napędowy silnik odrzutowy składający się z układów zasysania powietrza i sprężania mieszanki paliwowej umieszczonych szeregowo w łopacie wirnika jak i komory spalania umieszczonej w komorze silnika strumieniowego oraz komory mieszania spalin z powietrzem zakończonej dyszą odrzutową.

Istota silnika, według wynalazku, polega na tym, że składa się z co najmniej jednej sekcji, z których każda ma komorę mieszania i jest osadzona w końcówce łopaty wirnika. Pierwsza sekcja ma przewód paliwowy zakończony dyszą paliwową umieszczoną w pierwszej komorze mieszania. Obok wylotu dyszy paliwowej jest usytuowany wlot powietrza, a po przeciwnej stronie dyszy paliwowej jest żądło usytuowane w pierwszym stożka. Pierwszy stożek poprzez zwężkę jest połączony z pierwszą dyszą głębokiego rozprężania usytuowaną w drugiej komorze mieszania drugiej sekcji. Ponadto w drugiej komorze mieszania jest usytuowany drugi wlot powietrza i żądło osadzone w drugim stożku, który przez drugą zwężkę oraz w drugą dyszę głębokiego rozprężania jest połączony z ostatnią komorą mieszania również z wlotem powietrza i żądłem w trzecim stożku, który z kolei przez zwężkę wysokiego sprężania jest połączony z ostatnim stożkiem wysokiego sprężania zakończonym stabilizatorami płomienia.

W wynalazku wykorzystano iniektorowego działanie strumienia gazów do zasysania powietrza go otaczającego a energii tego strumienia i ciśnienia dynamicznego, do sprężania mieszanki paliwowej w komorze spalania silnika oraz komorze mieszania spalin z powietrzem, którą można też używać jako dopalacza. Poza tym dzięki rozmieszczeniu elementów silnika szeregowo wzdłuż łopaty, jako całość działa on też jako sprężarka odśrodkowa, co zwiększa ciśnienie w jego komorze spalania i mieszania zwi ę kszają c, przez to, jego sprawność.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, gdzie jako fig. 1 oznaczono jego przekrój podłużny, jako fig. 2 - kład przesunięty przekroju łopaty przez ostatni układ zasysania powietrza, fig. 3 - kład przesunięty przekroju łopaty przez wlot do stożków zwiększających ciśnienie mieszanki, fig. 4 - kład przesunięty przekroju łopaty przez komorę spalania i silnika strumieniowego oraz fig. 5 - kład przesunięty przekroju łopaty przez komorę mieszania spalin z powietrzem.

Silnik przepływowy umieszczony w końcówce łopaty wirnika 1 składa się z przewodu paliwowego 2, który łączy się z dyszą paliwową 3 w pierwszej komorze mieszania 4 z wlotem powietrza 5 i żądłem 6, która przechodzi w pierwszy stożek 7 oraz zwężkę 8 zwiększające ciśnienie mieszanki. Łączy się ona z dyszą głębokiego rozprężania 9, która ma wylot w następnej komorze mieszania 10 z wlotem powietrza 11 i żądłem 12, która przechodzi w stożek 11, zwężkę 14 oraz w dyszę głębokiego rozprężania 15 mającą wylot w ostatniej komorze mieszania 16 z wlotem powietrza 17 i żądłami 18. Komora mieszania 16 przechodzi w stożki 19, zwężki wysokiego sprężania 20 oraz stożki wysokiego sprężania 21 zakończone stabilizatorami płomienia 22 a te w komorę spalania 23 formowaną ściągami 24 która przechodzi w stożki 25, zwężki 26 oraz w dysze głębokiego rozprężania 27 mające wylot w komorze mieszania spalin z powietrzem 28 jak i silnika strumieniowego 29, stanowiącego części łopaty w której umieszczone są elementy silnika od 19 do 27. Komora 28 zaczyna się wlotem powietrza 30 a kończy się dyszą odrzutową 31, ściągi 32 służą do zachowywania kształtu tej komory 28.

PL 208 494 B1

Działanie silnika przepływowego według wynalazku jest następujące. Do końcówki łopaty wirnika 1 przewodem paliwowym 2, który łączy się z dyszą paliwową 3 dostarczane jest paliwo gazowe pod bardzo dużym ciśnieniem, które w pierwszej komorze mieszania 4 miesza się powietrzem wlatującym wlotem powietrza 5. Powstała przez to bardzo bogata mieszanka paliwowa jest za pomocą żądlą 6, stożka 7 oraz zwężki 8 sprężana wstępnie. Następnie nabiera ona prędkości w dyszy głębokiego rozprężania 9, która ma wylot w następnej komorze mieszania 10, gdzie mieszana jest z następną porcją powietrza wlatującego wlotem powietrza 11. Tak zubożona mieszanka za pomocą żądła 12, stożka 13, oraz zwężki 14 jest sprężana a następnie rozpędzana w dyszy głębokiego rozprężania 15 mającą wylot w ostatniej komorze mieszania 16, gdzie miesza się z ostatnią porcją powietrza wlatującego wlotem powietrza 17. Skąd za pomocą żądeł 18, stożków 19, zwężek wysokiego sprężania 20 oraz stożków sprężania 21 ostatecznie sprężona mieszanka paliwowa przepływa przez stabilizatory płomienia 22 do komory spalania 23, gdzie jest spalana a spaliny wylatując przez stożki 25, zwężki 26 oraz dyszy wysokiego rozprężania 27 wylatują do komory mieszania spalin z powietrzem 28 gdzie wlatuje też powietrze z silnika strumieniowego 29 rozgrzane przez chłodzenie elementów silnika oznaczonych od 19 do 27, a najwięcej komory spalania 23. Zasysane wlotem 30 powietrze miesza się ze spalinami w komorze 28 i wylatuje dyszą odrzutową 31, wytwarzającą siłę ciągu napędzającą łopatę wirnika. Dla okresowego zwiększania siły ciągu można tę komorę wykorzystywać jako dopalacz zasilając komorę spalania 23 nadmiernie w paliwo.

Silnik według wynalazku działa już od zerowej prędkości opływającego go powietrza i dlatego może samodzielnie rozpędzać wirnik. Wraz ze wzrostem jego prędkości, wzrasta ciśnie dynamiczne powietrza zamieniane w komorach mieszania na statyczne, a stąd wzrasta jego ilość w komorze spalania i mieszania, przez co można dostarczać więcej paliwa do komory spalania, co zwiększa siłę ciągu i sprawność działania silnika. Poza tym ciepło chłodzenia wykorzystywane w silniku strumieniowym zwiększa siłę ciągu a przez to i sprawność silnika. Zmienia on tylko nieznacznie kształt końcówki łopaty wirnika a przez to nie utrudnia jego autorotacji, co zwiększa bezpieczeństwo lotu maszyny latającej nim napędzanej oraz zmniejsza zużycie paliwa. Silnik jako całość działa też jako sprężarka odśrodkowa, a do tego wielostopniowy układ zasilania pozwala uzyskać dużo większe ciśnienie w komorze spalania silnika według wynalazku niż jest to uzyskiwane w znanych silnikach strumieniowych i przez to rozwijać większą siłę ciągu przy identycznym zużyciu paliwa.

Claims (1)

1. Silnik strumieniowy, który za stabilizatorem płomienia ma komorę spalania i ponadto jest wyposażony w komorę mieszania i żądło, znamienny tym, że składa się z co najmniej jednej sekcji każda z komorą mieszania (4, 10, 16) osadzoną w końcówce łopaty wirnika (1) z których pierwsza ma przewód paliwowy (2) zakończony dyszą paliwową (3) umieszczoną w pierwszej komorze mieszania (4), prostopadle do wylotu dyszy paliwowej (3) jest usytuowany wlotem powietrza (5), a po przeciwnej stronie dyszy paliwowej (3) jest żądło (6) usytuowane w pierwszym stożku (7), natomiast pierwszy stożek (7) poprzez zwężkę (8) jest połączony z pierwszą dyszą głębokiego rozprężania (9) usytuowaną w drugiej komorze mieszania (10) drugiej sekcji, ponadto w drugiej komorze mieszania (10) jest usytuowany drugi wlot powietrza (11) i żądło (12) osadzone w drugim stożku (13), który przez drugą zwężkę (14) oraz w drugą dyszę głębokiego rozprężania (15) jest połączony z ostatnią komorą mieszania (16) również z wlotem powietrza (17) i co najmniej trzema żądłami (18) w trzecim stożku (19), który z kolei przez zwężkę wysokiego sprężania (20) jest połączony z co najmniej jednym ostatnim stożkiem wysokiego sprężania (21) zakończonym stabilizatorami płomienia (22).