PL208502B1 - Układ napędowy rakietowo-strumieniowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ napędowy rakietowo-strumieniowy, przeznaczony do stosowania jako napęd maszyn latających przy każdej prędkości ich lotu.

Znane ze stosowania układy napędowe rakietowo-strumieniowe składają się z silnika rakietowego oraz strumieniowego. Silnik rakietowy najczęściej umieszczony jest w silniku strumieniowym i służ y do rozpędzenia maszyny latającej, która następnie jest napędzana silnikiem strumieniowym nie zużywającym utleniacza. Utleniacz, którego silnik rakietowy zużywa wielokrotnie więcej niż paliwa, a przez to obniż a znacznie udź wig maszyny latającej, dostarcza wraz paliwem masy potrzebnej do uzyskania inercyjnego napędu. Celem lepszego wykorzystania tej masy, spalanie paliwa w silniku rakietowym odbywa się przy bardzo wysokim ciśnieniu, które wywołuje dużą prędkość opuszczający rakietę spalin o bardzo dużej energii kinetycznej, bezpowrotnie traconej. Zapewnia to jednak możliwość pracy tego napędu w każdych warunkach przy praktycznie każdej prędkości lotu. Silniki strumieniowe mogą pracować jedynie w atmosferze zawierającej tlen i to przy znacznej prędkości zwiększającej ich sprawność skutecznie dopiero, gdy jest ona większa prędkości dźwięku.

Układ napędowy składający się z silnika strumieniowego i rakietowego znany jest z brytyjskiego zgłoszenia patentowego nr GB2190964. Napęd ten wyposażony jest w silnik rakietowy na płynny wodór, który poddaje się częściowemu spalaniu we wstępnych komorach spalania, natomiast całkowite spalanie następuje w komorze spalania silnika rakietowego. Gazy wydostające się z komory spalania, napędzają turbinę, która jest podłączona do pomp za pośrednictwem kół zębatych i wałów. Ponadto, turbina napędzana jest wentylatorem osiowym niskociśnieniowej sprężarki. Pomiędzy sprzęgłem i wentylatorem sprężarki jest przekł adnia, która zmniejsza duż e prę dkoś ci obrotowe turbiny. Zassane powietrze przez odsysanie z osiowej sprężarki niskiego ciśnienia, przepływa do wentylatora przez chłodnicę, przez którą przepływa zimne paliwo ciekłe, przez co gęstość powietrza jest zwiększona i poprawiona wydajność sprężarki. Nastę pnie powietrze, przepł ywa do urzą dzenia wtrysku paliwa i miesza się z wodorem. Podobne układy napę dowe z zawracaniem i dopalaniem paliwa, składające się z silnika strumieniowego i rakietowego, znane są z opisów patentowych USA nr US 2912820 i nr US 2948112.

Istota układu napędowego rakietowo-strumieniowego polega na tym, że ma silnik rakietowy połączony szeregowo, z co najmniej dwoma silnikami strumieniowymi.

Korzystnie silnik rakietowy połączony jest pierwszym przewodem z pierwszym silnikiem strumieniowym, który z kolei drugim przewodem jest połączony z drugim silnikiem strumieniowym. Pierwszy przewód obejmowany jest przez pierwszą kryzę umieszczoną na pierwszym wsporniku, zaś drugi przewód obejmowany jest przez drugą kryzę umieszczoną na drugim wsporniku.

Korzystnym jest również to, że co najmniej jeden wspornik jest osadzony przesuwnie w korpusie silnika strumieniowego i/lub co najmniej jeden przewód jest osadzony przesuwnie. Ponadto objętość komory spalania każdego kolejnego silnika strumieniowego jest większa niż poprzedniego silnika strumieniowego.

Zaletą techniczną nowego układu napędowego rakietowo-strumieniowego jest wykorzystanie zasysającego działania strumienia spalin silnika poprzedzającego do zasysania powietrza go otaczającego, a energii kinetycznej tego strumienia do sprężania gazów w silniku strumieniowym.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia układ napędowy rakietowo-strumieniowy z dwoma silnikami strumieniowymi, w ujęciu schematycznym.

Układ napędowy rakietowo-strumieniowy składa się z silnika rakietowego 1 połączonego za pomocą pierwszego przewodu 2 z pierwszym silnikiem strumieniowym 3, który z kolei jest połączony za pomocą drugiego przewodu 4 z drugim silnikiem strumieniowym 5. Pierwszy przewód 2 obejmowany jest przez umieszczoną na pierwszym wsporniku 6 pierwszą kryzę 8, zaś drugi przewód 4 obejmowany jest przez umieszczoną na drugim wsporniku 7 drugą kryzę 9. Oba wsporniki 6, 7 są osadzone przesuwnie w korpusach silników strumieniowych 3 i 5, dzięki czemu wsporniki 6, 7 zmieniają swoją długość poprzez wsuwane i wysuwane ich z silników strumieniowych 3 i 5. Ponadto objętość komory spalania drugiego silnika strumieniowego 5 jest większa niż pierwszego silnika strumieniowego 3.

Działanie układu napędowego odrzutowego według wynalazku jest następujące.

Silnik rakietowy 1 wytwarza strumień spalin, którego duża prędkość powoduje niskie ciśnienie statyczne, co wywołuje zasysanie przez niego powietrza na wlocie powietrza pierwszego silnika strumieniowego 3 umieszczonego za nim. Duża prędkość tak powstałej mieszaniny gazów powoduje znaczne jej sprężanie w pierwszym silniku strumieniowym, którego spaliny zasilają w podobny sposób

PL 208 502 B1 drugi silnik strumieniowy 5. Siłę ciągu można regulować przy małych prędkościach przez zmniejszanie zasilania paliwem silników strumieniowych 3 i 5, zaczynając od ostatniego, a przy dużych też i silnika rakietowego. Kryzy 8 i 9 obejmujące wsporniki 6, 7 podobnie jak silnik rakietowy 1 działają, jako żądła przy prędkościach ponaddźwiękowych opływających ich gazów. Przewody 2 i 4 służą do łączenia i zasilania silników strumieniowych 3 i 5, mogą służyć też jako kanały łączności między silnikami 1, 3 i 5. Rolę kryz 8 i 9 obejmują cych przewody 2 i 4, mogą wykonywać też krawędzie wsporników 6, 7, wykorzystywanych jako elementy przewodów 2, 4 o konstrukcji teleskopowej. Możliwość zmiany długości lub wysuwania przewodów 2, 4 jak i wsporników 6, 7 pozwala na racjonalne usytuowanie silników oraz kryz 8 i 9 przy zmianie warunków lotu.

Układ napędowy, według wynalazku przez to, że silnik rakietowy 1 inicjuje jedynie jego działanie, pozwala oszczędzać utleniacz, a przez zwiększanie ciśnienia w silnikach strumieniowych 3 i 5, również paliwo. Jeszcze większą oszczędność utleniacza można uzyskać, zasilając silnik rakietowy 1 paliwem gazowym pod dużym ciśnieniem, który wypływając z dużą prędkością wywołuje podobny efekt jak spaliny. Uzyskuje się to przez magazynowanie takiego paliwa w zbiornikach ciśnieniowych, co pozwala na całkowitą eliminację utleniacza a nawet komory spalania w silniku rakietowym 1. Można też używać paliwa ciekłego zamienianego w gaz przez podgrzewanie go w silniku strumieniowym 3 i 5, co pozwala na użycie bezciśnieniowych a przez to lżejszych zbiorników paliwowych. Korzystnym jest jednak stosowanie utleniacza, który może być używany podczas startu do zwiększania siły ciągu. W górnych warstwach atmosfery gdzie ilość tlenu jest znikoma, zasilanie utleniaczem pozwala na wykorzystanie azotu, jako masy do napędu inercyjnego w silnikach strumieniowych 3 i 5 oraz umożliwia realizowanie napędu ponad nią. Zwiększanie masy biorącej udział w napędzie inercyjnym zmniejsza moc energii wydatkowanej na uzyskanie określonej wartości siły ciągu, a tym samym obniża zużywanie paliwa, co jest dodatkową zaletą układu napędowego odrzutowego według wynalazku.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ napędowy rakietowo-strumieniowy wyposażony w silnik rakietowy i silnik strumieniowy, znamienny tym, że ma silnik rakietowy (1) połączony szeregowo, z co najmniej dwoma silnikami strumieniowymi (3 i 5).
2. 2. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że silnik rakietowy (1) połączony jest pierwszym przewodem (2) z pierwszym silnikiem strumieniowym (3), który z kolei drugim przewodem (4) jest połączony z drugim silnikiem strumieniowym (5).
3. 3. Układ, według zastrz. 2, znamienny tym, że pierwszy przewód (2) obejmowany jest przez pierwszą kryzę (8) umieszczoną na pierwszym wsporniku (6), zaś drugi przewód (4) obejmowany jest przez drugą kryzę (9) umieszczoną na drugim wsporniku (7).
4. 4. Układ, według zastrz. 2, znamienny tym, że co najmniej jeden przewód (2, 4) jest osadzony przesuwnie.
5. 5. Układ, według zastrz. 2, znamienny tym, że co najmniej jeden wspornik (6, 7) jest osadzony przesuwnie w korpusie silnika strumieniowego (3, 5).
6. 6. Układ, według zastrz. 2, znamienny tym, że objętość komory spalania każdego kolejnego silnika strumieniowego (5) jest większa niż poprzedniego silnika strumieniowego (5).