PL238626B1 - Rotacyjny naddźwiękowy silnik cieplny z komorą spalania z wirującą falą detonacyjną o zwiększonej sprawności - Google Patents

Abstract

Silnik posiada korpus z kolektorem dolotowym (41) i wylotowym (42) oraz ułożyskowany w korpusie wał napędowy (6), na którym jest osadzony wirnik główny (1) złożony z części sprężającej i z części turbinowej o przepływie promieniowym, przy czym część sprężająca ma tarczę kompresorową (35) sprężarki naddźwiękowej z łopatkami (11) po stronie wlotowej wirnika głównego (1), a część turbinowa ma tarczę turbinową (23) z łopatkami (12) usytuowanej po stronie wylotowej wirnika głównego (1) na wylocie z komory spalania (43). Tarcza kompresorowa (35) sprężarki naddźwiękowej i tarcza turbinowa (23) wirnika głównego (1) są rozdzielone płytami separującymi (37, 38), pierwszą i drugą, tworzącymi komorę separatora cieplnego (44), a podstawę komory spalania (43) tworzy pierścień zasilania (39) z przelotowymi kanałami wlotów powietrza (10) i wlotami paliwa (9), zamocowany pomiędzy tarczą turbinową (23) a drugą płytą separującą (38). W innej wersji wykonania silnik ma wirnik pomocniczy o przeciwnym kierunku obrotów, osadzony w korpusie na przedłużeniu osi wirnika głównego (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest rotacyjny naddźwiękowy silnik cieplny z komorą spalania z wirującą falą detonacyjną o zwiększonej sprawności, wykorzystujący sprężanie falami uderzeniowymi przez zestaw kompresorów falowych, przeznaczony do napędu pojazdów nawodnych i lądowych oraz poduszkowców, pomp, sprężarek i generatorów elektrycznych, w tym do napędu generatorów elektrycznych w samochodach elektrycznych, stanowiąc jednostkę zwiększającą ich zasięg i uniwersalność.

Z patentu US 6298653 znana jest konstrukcja rotacyjnego silnika cieplnego z pojedynczym wirnikiem i kanałami zmieniającymi swój przekrój w kierunku promieniowym.

Patent US 7337606 przedstawia klasyczny układ jednowirnikowego rotacyjnego silnika naddźwiękowego (Rotary Ramjet Engine) z kanałami sprężającymi, komorami spalania i dyszami wylotowymi generującymi moment na wale.

Z polskiego opisu patentowego P.424280 znany jest rotacyjny silnik cieplny, w którym wirnik główny o przepływie osiowym, zawierający na swoim obwodzie układ przepływowy złożony z wewnętrznych kanałów sprężających po stronie wlotowej, oraz komór spalania i dysz wylotowych po stronie wylotowej, ma wewnętrzne kanały sprężające tworzą kompresor falowy wytwarzający fale uderzeniowe sprężające powietrze doprowadzane do komór spalania, a osadzony współosiowo w korpusie dodatkowy wirnik o przepływie osiowym ma część turbinową napędzaną spalinami opuszczającymi wirnik główny. Dodatkowy wirnik stanowi wirnik swobodny, o kierunku obrotu przeciwnym do kierunku obrotu wirnika głównego, przy czym część turbinowa, usytuowana po stronie wylotowej wirnika głównego, jest połączona sztywno z częścią sprężającą usytuowaną po stronie wlotowej wirnika głównego.

Proces sprężania przy pomocy fal uderzeniowych wymaga uzyskania napływu powietrza lub gazu w okolice kanału sprężającego z prędkością przewyższającą lokalną prędkość dźwięku względem tego kanału. W polskim zgłoszeniu patentowym P.424280 zastosowano dwa wirniki obracające się w przeciwnych kierunkach. Wirniki obracają się z mniejszymi prędkościami obrotowymi a względna prędkość potrzebna do dynamicznego sprężania jest wystarczająco wysoka. Komory spalania, w których spalanie zachodzi w ruchomej fali detonacyjnej realizują proces spalania w bardzo krótkim czasie co przekłada się na znacznie niższą emisję tlenków azotu. Celem wynalazku jest wykorzystanie takiej komory spalania w silniku rotacyjnym o podwyższonej sprawności i obniżonej emisji tlenków azotu.

Rotacyjny naddźwiękowy silnik cieplny z komorą spalania z wirującą falą detonacyjną o zwiększonej sprawności, posiadający korpus z kolektorem dolotowym i wylotowym oraz ułożyskowany w korpusie wał napędowy, na którym jest osadzony wirnik główny złożony z części sprężającej i z części turbinowej o przepływie promieniowym, przy czym część sprężająca ma tarczę kompresorową sprężarki naddźwiękowej z łopatkami po stronie wlotowej wirnika głównego, a część turbinowa ma tarczę turbinową z łopatkami po stronie wylotowej wirnika głównego na wylocie z komory spalania, według wynalazku charakteryzuje się tym, że tarcza kompresorowa sprężarki naddźwiękowej i tarcza turbinowa wirnika głównego są rozdzielone płytami separującymi, pierwszą i drugą, tworzącymi komorę separatora cieplnego, a podstawę komory spalania tworzy pierścień zasilania z przelotowymi kanałami wlotów powietrza i wlotami paliwa, zamocowany pomiędzy tarczą turbinową a drugą płytą separującą.

Korzystnym jest, jeżeli pierścień zasilania ma promieniowe rowki wykonane na przeciwległych płaskich powierzchniach, tworzące dwa zespoły dysz powietrza chłodzącego.

Korzystnym jest, jeżeli wloty paliwa w pierścieniu zasilania są połączone z kanałem zasilania wydrążonym w wale napędowym poprzez kanały paliwowe w tarczy turbinowej.

Korzystnym jest, jeżeli na przedłużeniu osi wirnika głównego jest osadzony w korpusie wirnik pomocniczy o przeciwnym kierunku obrotów, ułożyskowany swobodnie po stronie części sprężającej na wale pomocniczym, w skład wirnika pomocniczego wchodzi dysk osadzony na wale pomocniczym, do dysku jest przymocowany pomocniczy dwusegmentowy pierścień sprężający, którego segmenty połączone są pomocniczymi łopatkami dodatkowymi sprężającymi otaczającymi część sprężającą wirnika głównego, a do boku pomocniczego dwusegmentowego pierścienia sprężającego jest zamocowany pomocniczy dwusegmentowy pierścień turbinowy, którego segmenty połączone są pomocniczymi łopatkami turbinowymi otaczającymi część turbinową wirnika głównego, tworzącymi pomocniczą turbinę radialną wirnika pomocniczego.

Korzystnym jest, jeżeli na przedłużeniu osi wirnika głównego jest osadzony w korpusie wirnik pomocniczy o przeciwnym kierunku obrotów, ułożyskowany swobodnie po stronie części sprężającej

PL 238 626 B1 na wale pomocniczym, w skład wirnika pomocniczego wchodzi dysk osadzony na wale pomocniczym, do dysku jest przymocowany pomocniczy dwusegmentowy pierścień sprężający, którego segmenty połączone są zmodyfikowanymi łopatkami sprężającymi otaczającymi część sprężającą wirnika głównego, a do boku pomocniczego dwusegmentowego pierścienia sprężającego jest zamocowany pomocniczy dwusegmentowy pierścień turbinowy, którego segmenty połączone są zmodyfikowanymi łopatkami turbinowymi otaczającymi część turbinową wirnika głównego, tworzącymi zmodyfikowaną turbinę radialną wirnika pomocniczego, a ponadto wirnik główny ma tarczę turbinową powiększoną o część obwodową o większej średnicy, do której jest przymocowany na obwodzie zewnętrzny dodatkowy dwusegmentowy pierścień turbinowy, którego segmenty są połączone łopatkami zewnętrznymi turbinowymi tworzącymi zewnętrzną dodatkową turbinę radialną otaczającą zmodyfikowaną turbinę radialną wirnika pomocniczego, a do boku zewnętrznego dodatkowego dwusegmentowego pierścienia turbinowego jest zamocowany zewnętrzny dodatkowy dwusegmentowy pierścień sprężający z zewnętrznymi łopatkami sprężającymi łączącymi oba jego segmenty, tworzącymi zewnętrzną dodatkową sprężarkę, otaczającymi pomocniczy dwusegmentowy pierścień sprężający ze zmodyfikowanymi łopatkami sprężającymi zmodyfikowanej sprężarki wirnika pomocniczego.

Rozwiązanie według wynalazku zawiera wirnik główny ze sprężarką naddźwiękową i detonacyjną komorę spalania z turbiną. Komora spalania jest utworzona przez stałe części wirnika i wiruje wraz z wirnikiem głównym. Takie rozwiązanie umożliwia zwiększenie sprawności silnika dzięki eliminacji wycieków sprężonego powietrza doprowadzanego do komory spalania, które w klasycznych rozwiązaniach występują na szczelinach pomiędzy kolejnymi stopniami sprężania a komorą spalania. Powietrze po sprężeniu w kanałach sprężarki naddźwiękowej wpływa przez komorę sprężonego powietrza zapewniającej i chłodzenie i stabilizację temperatury wirnika, do wirującej wraz z wirnikiem komory spalania z wirującą w niej falą detonacyjną, gdzie następuje proces dalszego nieustalonego wzrostu ciśnienia wywołanego ruchem fali detonacyjnej i procesami spalania w niej występującymi i dalej nieustalonego rozprężania realizując termodynamiczny proces opisany cyklem Humphreya charakteryzującym się największą teoretyczną sprawnością. Proces spalania w fali detonacyjnej jest bardzo szybki, co obniża ilość tlenków azotu powstających przy wysokich temperaturach. Częstotliwość obiegu detonacyjnej komory spalania przez falę detonacyjną wynosi 1,5-2 kHz. Prędkość obrotowa komory spalania jest rzędu 300 rad/s co powoduje, iż hałas generowany przez wirującą falę detonacyjną występuje na zewnątrz silnika w paśmie ultradźwięków, poza pasmem słyszalnym, co redukuje jedną z wad komory spalania z wirującą falą detonacyjną.

Zastosowanie układu dwóch wirników, obracających się względem siebie w przeciwnym kierunku, pozwala na zredukowanie prędkości obrotowych przy jakich pracować będzie zarówno wirnik główny jak i wirnik pomocniczy, utrzymując względną prędkość przepływu czynnika roboczego względem wirnika głównego i wirnika pomocniczego na poziomie naddźwiękowym, co zapewnia wysoką wartość stosunku ciśnienia powietrza sprężonego do ciśnienia na wlocie do silnika. Niskie obroty wirników pozwalają na zastosowanie łożyskowania na łożyskach kulkowych lub rolkowych upraszczając konstrukcję silnika. Niskie obroty wirników powodują powstawanie stosunkowo niskich obciążeń tarcz wirników siłami odśrodkowymi, w szczególności łopatek i kanałów turbin napędzających każdy z wirników pracujących przy wysokich temperaturach spalin, co obniża wymagania stawiane własnościom wytrzymałościowym materiałów, z których wykonane są wirniki.

W silniku rotacyjnym z układem dwóch wirników częstotliwość obiegu komory spalania przez falę detonacyjną wynosi 1,5-2 kHz a prędkość obrotowa komory spalania jest rzędu 150 rad/s co powoduje, iż hałas generowany przez wirującą falę detonacyjną występuje na zewnątrz silnika w paśmie ultradźwięków, poza pasmem słyszalnym, co redukuje jedną z wad komory spalania z wirującą falą detonacyjną.

W silniku rotacyjnym z dwoma wirnikami i podwójnym układem sprężania i dwoma turbinami na wirniku głównym, uzyskuje się możliwość dalszego zwiększenia stopnia sprężania silnika i podniesienia jego sprawności kosztem zwiększenia skomplikowania jego konstrukcji.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia silnik w przekroju poprzecznym z jednym wirnikiem, fig. 1a przedstawia silnik z fig. 1 w częściowym przekroju w perspektywie, fig. 2 przedstawia silnik w przekroju poprzecznym z dwoma wirnikami, fig. 2a przedstawia części silnika z fig. 2 w perspektywie, fig. 3 przedstawia silnik w przekroju poprzecznym z dwoma wirnikami i trzema stopniami sprężania, fig. 3a przedstawia silnik z fig. 3 w częściowym przekroju w perspektywie, fig. 3b przedstawia układ łopatek w części sprężającej w przekroju A-A z fig. 3, fig. 3c przedstawia układ łopatek w części turbinowej w przekrój B-B z fig. 3,

PL 238 626 B1 a fig. 4 przedstawia silnik w przekroju poprzecznym z dwoma wirnikami i trzema stopniami sprężania z częścią turbinową o mniejszej średnicy od części sprężarkowej.

Jak przedstawiono na fig. 1, 1a, rotacyjny naddźwiękowy silnik cieplny z komorą spalania 43 z wirującą falą detonacyjną o zwiększonej sprawności, ma korpus z kolektorem dolotowym 41 i wylotowym 42 oraz ułożyskowany w korpusie wał napędowy 6, na którym jest osadzony wirnik główny 1 złożony z części sprężającej i części turbinowej o przepływie promieniowym. Część sprężająca ma tarczę kompresorową 35 sprężarki naddźwiękowej z łopatkami 11 po stronie wlotowej wirnika głównego 1. Łopatki 11 tworzą kompresor falowy wytwarzający fale uderzeniowe sprężające powietrze doprowadzane przez komorę sprężonego powietrza 8 i poprzez przelotowe kanały z wlotami powietrza 10 w pierścieniu zasilania 39 do komory spalania 43. Część turbinowa ma tarczę turbinową 23 z łopatkami 12 usytuowaną po stronie wylotowej wirnika głównego 1 na wylocie z komory spalania 43.

Tarcza kompresorowa 35 sprężarki naddźwiękowej i tarcza turbinowa 23 wirnika głównego 1 są rozdzielone płytami separującymi 37, 38, pierwszą i drugą, tworzącymi komorę separatora cieplnego 44. Wewnętrzna część pierwszej płyty separującej 37 ma przelotowe kanały łączące komorę sprężonego powietrza 8 pod komorą separatora cieplnego 44. Komora spalania 43 jest utworzona pomiędzy drugą płytą separującą 38, pierścieniem zasilania 39, oraz tarczą turbinową 23. Podstawę komory spalania 43 tworzy pierścień zasilania 39 z przelotowymi kanałami wlotów powietrza 10 i wlotami paliwa 9, zamocowany pomiędzy tarczą turbinową 23 a drugą płytą separującą 38. Pierścień zasilania 39 ma promieniowe rowki wykonane na przeciwległych płaskich powierzchniach pierścienia zasilania 39, tworzące dwa zespoły dysz powietrza chłodzącego. Wloty paliwa 9 w pierścieniu zasilania 39 są połączone z kanałem zasilania 7 wydrążonym w wale napędowym 6 poprzez kanały paliwowe 40 w tarczy turbinowej 23. Paliwo dostarczane jest przez kanał zasilania 7, poprowadzony przez wnętrze wału napędowego 6 i kanały paliwowe 40 w tarczy turbinowej 23 i doprowadzane do komory spalania 43 wlotami paliwa 9. Wał główny 6 wirnika głównego 1 ułożyskowany jest w prawej części 3 korpusu silnika w zestawie łożysk tocznych 5 złożonym z łożysk kulkowych i baryłkowych. Lewa część 2 korpusu jest zespolona z kolektorem dolotowym 41. Pierścień zasilania 39 ma wykonane na przeciwległych płaskich powierzchniach nacięcia tworzące dwa zespoły dysz powietrza. Pierwszy kieruje strumienie powietrza w stronę tarczy turbinowej 23 a drugi w stronę drugiej płyty separującej 38 w celu ich schłodzenia. Przelotowe wewnętrzne kanały wlotów powietrza 10 znajdujące się w pierścieniu zasilania 39 kierują powietrze w pobliże strumienia paliwa dostarczanego otworkami wlotów paliwa 9 w kierunku zaznaczonym strzałkami. Mały pierścień separacyjny 4 pomiędzy kolektorami dolotowym 41 i wylotowym 42 separuje zimną część korpusu od części gorącej.

Powietrze wpływa do silnika przez kolektor dolotowy 41 a wypływa ze spalinami przez kolektor wylotowy 42. Tarcza kompresorowa 35 sprężarki naddźwiękowej wirnika głównego z łopatkami 11 wraz z pierwszą płytą separującą 37 tworzą układ kanałów sprężających powietrze i komorę sprężonego powietrza 8. Po rozruchu silnika wirnik główny 1 obraca się z prędkością zapewniającą uzyskiwanie przez krawędzie wlotowe łopatek 11 sprężarki naddźwiękowej wirnika głównego 1 prędkości przekraczających lokalną prędkość dźwięku w powietrzu pobieranym z kolektora dolotowego 41. Powietrze przepływając pomiędzy łopatkami 11 sprężarki naddźwiękowej w układzie fal uderzeniowych ulega sprężeniu i dalej przepływa do komory sprężonego powietrza 8 i dalej do komory spalania 43 przez przelotowe kanały wlotów powietrza 10 w pierścieniu zasilania 39. Miesza się tam z paliwem dostarczonym przez wloty paliwa 9 istniejące w pierścieniu zasilania 39 stanowiącym podstawę komory spalania 43. W komorze spalania 43 mieszanina powietrza i paliwa ulega sprężeniu przez ruchomą falę detonacyjną i samozapłonowi. Ruchomy front fali detonacyjnej obiega dno komory spalania 43 z prędkością rzędu 1500 m/s zapalając kolejno tworzącą się w sposób ciągły mieszaninę palną w pobliżu podstawy komory spalania 43. Powstające w sposób ciągły w ruchomej fali detonacyjnej gazy spalinowe są ostatecznie rozprężane w kierunku obwodowym generując na łopatkach 12 tarczy turbinowej 23 moment napędzający wirnik główny 1. Dalej spaliny wypływają z silnika kolektorem wylotowym 42. Rozruch silnika cieplnego następuje za pomocą innego napędu w postaci silnika-prądnicy elektrycznej połączonej z wałem napędowym 6, przełączanej w stan pracy jako silnika podczas rozpędzania wirnika lub prądnicy elektrycznej podczas pracy silnika cieplnego. Po rozpędzeniu wirnika głównego 1 do odpowiedniej prędkości zapewniającej samozapłon mieszanki, silnik rozruchowy zostaje przełączony w stan pracy jako prądnicy, odbierając przez wał napędowy 6 energię mechaniczną generowaną przez silnik cieplny podczas pracy.

Silnik przedstawiony na fig. 2 różni się tym od silnika z fig. 1, że na przedłużeniu osi wirnika głównego 1 jest osadzony w korpusie wirnik pomocniczy o przeciwnym kierunku obrotów, ułożysko

PL 238 626 B1 wany po stronie części sprężającej na wale pomocniczym 16. W skład wirnika pomocniczego wchodzi dysk 17 osadzony na wale pomocniczym 16, do dysku 17 jest przymocowany pomocniczy dwusegmentowy pierścień sprężający 18, którego segmenty połączone są łopatkami dodatkowymi sprężającymi 13 otaczającymi część sprężającą wirnika głównego 1, a do boku dodatkowego dwusegmentowego pierścienia sprężającego 18, którego segmenty połączone są łopatkami dodatkowymi sprężającymi 13, jest zamocowany dodatkowy dwusegmentowy pierścień turbinowy 19, którego segmenty połączone są pomocniczymi łopatkami turbinowymi 14 otaczającymi część turbinową wirnika głównego 1, tworzącymi dodatkową turbinę radialną wirnika pomocniczego.

Wały wirników są osadzone w dwóch oddzielnych zestawach łożysk tocznych 5, 15, złożonych z łożysk kulkowych i baryłkowych. Wirnik główny 1 ułożyskowany jest na prawym zestawie łożysk tocznych 5 w prawej części 21 korpusu silnika. Wirnik pomocniczy ułożyskowany jest na lewym zestawie łożysk tocznych 15 w lewej części 20 korpusu.

Paliwo dostarczane do komory spalania 43 przez kanał zasilania 7 poprowadzony przez wnętrze wału napędowego 6 i kanały paliwowe 40 w tarczy turbinowej 23 połączone z wlotami paliwa 9.

Wirnik pomocniczy wiruje napędzany spalinami wypływającymi z wirnika głównego 1 wokół łopatek 12 tarczy turbinowej 23 dodatkowej radialnej turbiny akcyjnej wirn ika pomocniczego utworzonej przez pomocniczy dwusegmentowy pierścień turbinowy 19, którego segmenty połączone są z pomocniczymi łopatkami turbinowymi 14. Dwusegmentowy pierścień turbinowy 19 dołączony jest do dysku 17 poprzez pomocniczy dwusegmentowy pierścień sprężający 18. Nadmiar energii mechanicznej wytwarzanej przez wirnik pomocniczy jest odbierany na zewnątrz silnika przez wał pomocniczy 16.

Wirnik główny 1 wiruje w kierunku przeciwnym do kierunku wirowania wirnika pomocniczego co powoduje, iż powietrze sprężone i zawirowane przez łopatki dodatkowe sprężające 13 pomocniczego dwusegmentowego pierścienia sprężającego 18, tworzące pomocniczą sprężarkę poddźwiękową wirnika pomocniczego, trafia z prędkością naddźwiękową na łopatki 11 sprężarki naddźwiękowej wirnika głównego 1. Powietrze sprężone przez układ fal uderzeniowych sprężarki naddźwiękowej wirnika głównego 1 przepływa do komory sprężonego powietrza 8 i dalej do komory spalania 43 poprzez przelotowe kanały wlotów powietrza 10 w pierścieniu zasilania 39.

Paliwo dostarczane jest do silnika przez kanał zasilania 7, poprowadzony przez wnętrze wału napędowego 6. Powietrze wpływa do silnika przez kolektor dolotowy 41 a wypływa ze spalinami przez kolektor wylotowy 42. Moment obrotowy generowany przez silnik odbierany jest przez dwa wały 6, 16, napędowy i pomocniczy, obracające się w przeciwnych kierunkach.

Średni pierścień separacyjny 22 zapewnia separację cieplną gorącej prawej części 21 korpusu i chłodnej lewej części 20 korpusu. Po rozruchu silnika mieszanina powietrza i paliwa jest spalana w komorze spalania 43 tworząc front wirującej fali detonacyjnej. Ruchomy front fali detonacyjnej obiega podstawę komory spalania 43 z prędkością rzędu 1500 m/s zapalając kolejno tworzącą się w sposób ciągły mieszaninę palną w pobliżu podstawy komory spalania 43. Powstające cyklicznie gazy spalinowe przepływają w głąb komory spalania 43, i są ostatecznie rozprężane w kierunku obwodowym generując na łopatkach 12 tarczy turbinowej 23, moment napędzający wirnik główny 1. Dalej spaliny z dużą prędkością przepływają wokół pomocniczych łopatek turbinowych 14 przez kanały dodatkowej turbiny radialnej wirnika pomocniczego generując na nim moment obrotowy i napędzając sprężarkę poddźwiękową wirnika pomocniczego.

Silnik przedstawiony na fig. 3 różni się tym od silnika z fig. 2, że wirnik główny 1 ma tarczę turbinową 23 powiększoną o część obwodową 36 o większej średnicy, do której jest przymocowany na obwodzie zewnętrzny dodatkowy dwusegmentowy pierścień turbinowy 31, którego segmenty połączone są łopatkami zewnętrznymi turbinowymi 29 otaczającymi pomocniczy dwusegmentowy pierścień turbinowy 19 zmodyfikowanej turbiny radialnej wirnika pomocniczego, a do boku zewnętrznego dodatkowego dwusegmentowego pierścienia turbinowego 31 jest zamocowany zewnętrzny dodatkowy dwusegmentowy pierścień sprężający 30 z zewnętrznymi łopatkami sprężającymi 28 łączącymi oba jego segmenty, otaczającymi pomocniczy dwusegmentowy pierścień sprężający 18 zamocowany do dysku 17 wirnika pomocniczego.

Wirnik pomocniczy, współpracujący ze zmodyfikowanym wirnikiem głównym 1, ma pomocniczy dwusegmentowy pierścień sprężający 18 ze zmodyfikowanymi łopatkami sprężającymi 24 usytuowany pomiędzy wieńcem łopatek 11 tarczy kompresorowej 35 a wieńcem zewnętrznych łopatek sprężających 28 zamocowanych do zewnętrznego dodatkowego dwusegmentowego pierścienia sprężającego 30, które tworzą zewnętrzną dodatkową sprężarkę poddźwiękową. W tym układzie zmodyfikowane

PL 238 626 B1 łopatki sprężające 24 pomocniczego dwusegmentowego pierścienia sprężającego 18 tworzą zmodyfikowaną sprężarkę naddźwiękową wirnika pomocniczego. Wymaga to zastosowania zmodyfikowanych łopatek sprężających 24 o kształcie umożliwiającym sprężanie w układzie fal uderzeniowych powietrza zawirowanego w przeciwnym kierunku przez zewnętrzne łopatki sprężające 28 zewnętrznego dodatkowego dwusegmentowego pierścienia sprężającego 30.

Wirnik pomocniczy wiruje napędzany spalinami wypływającymi z wirnika głównego 1 wokół łopatek 12 tarczy turbinowej 23 i przepływającymi dalej wokół zmodyfikowanych łopatek turbinowych 25 pomocniczego dwusegmentowego pierścienia turbinowego 19, tworzących zmodyfikowaną turbinę radialną wirnika pomocniczego. Dalej spaliny opuszczając zmodyfikowane łopatki turbinowe 25 przepływają wokół łopatek zewnętrznych turbinowych 29 zewnętrznego dodatkowego dwusegmentowego pierścienia turbinowego 31 dołączonego do części obwodowej 36 tarczy turbinowej 23 wirnika głównego 1.

Wirnik główny 1 wiruje w kierunku przeciwnym do kierunku wirowania wirnika pomocniczego co powoduje, iż powietrze zawirowane przez zewnętrzne łopatki sprężające 28 łączące oba segmenty zewnętrznego dodatkowego dwusegmentowego pierścienia sprężającego 30, trafia z prędkością naddźwiękową na zmodyfikowane łopatki sprężające 24 łączące oba segmenty pomocniczego dwusegmentowego pierścienia sprężającego 18, tworzące zmodyfikowaną sprężarkę wirnika pomocniczego. Powietrze sprężone przez układ fal uderzeniowych powstających na łopatkach dodatkowych sprężających 13 przepływa wokół łopatek 11 tarczy kompresorowej 35 sprężarki naddźwiękowej wirnika głównego 1, i dalej przepływa pod wysokim ciśnieniem do komory sprężonego powietrza 8, z której przepływa do komory spalania 43 przez przelotowe kanały wlotów powietrza 10 w pierścieniu zasilania 39. Paliwo dostarczane jest do silnika przez kanał zasilania 7 poprowadzony przez wnętrze wału napędowego 6 a dalej przez kanały paliwowe 40 do dyszy zasilającej 9. Powietrze wpływa do silnika przez kolektor dolotowy 41 a wypływa ze spalinami przez kolektor wylotowy 42.

Duży pierścień separacyjny 32 zapewnia separację cieplną gorącej prawej części 34 korpusu i chłodnej lewej części 33 korpusu. Po rozruchu silnika mieszanina powietrza i paliwa jest spalana w komorze spalania 43 tworzącej front wirującej fali detonacyjnej. Ruchomy front fali detonacyjnej obiega dno komory spalania 43 z prędkością rzędu 1500 m/s zapalając kolejno tworzącą się w sposób ciągły mieszaninę palną w pobliżu dna komory spalania 43. Powstające cyklicznie gazy spalinowe przepływają w głąb komory spalania 43 i są ostatecznie rozprężane w kierunku obwodowym generując na łopatkach 12 tarczy turbinowej 23 moment napędzający wirnik główny 1. Dalej spaliny z dużą prędkością przepływają między pomocniczymi łopatkami turbinowymi 14 przez kanały turbiny radialnej wirnika pomocniczego, generując na nim moment obrotowy i napędzając sprężarkę naddźwiękową wirnika pomocniczego utworzoną przez łopatki dodatkowe sprężające 13. Dalej spaliny przepływają wokół łopatek zewnętrznych turbinowych 29 zewnętrznej turbiny radialnej zamocowanej do części obwodowej 36 tarczy turbinowej 23. Moment obrotowy generowany przez silnik odbierany jest przez dwa wały 6, 16, obracające się w przeciwnych kierunkach.

Silnik przedstawiony na fig. 4 różni się tym od silnika z fig. 3, że część turbinowa ma mniejszą średnicę od części sprężarkowej, a kolejne turbiny mają mniejsze średnicę od odpowiadającym im kolejnych sprężarek, co umożliwia zwiększenia względnych prędkości opływu łopatek turbin.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Rotacyjny naddźwiękowy silnik cieplny z komorą spalania z wirującą falą detonacyjną o zwiększonej sprawności, posiadający korpus z kolektorem dolotowym i wylotowym oraz ułożyskowany w korpusie wał napędowy, na którym jest osadzony wirnik główny złożony z części sprężającej i z części turbinowej o przepływie promieniowym, przy czym część sprężająca ma tarczę kompresorową sprężarki naddźwiękowej z łopatkami po stronie wlotowej wirnika głównego, a część turbinowa ma tarczę turbinową z łopatkami po stronie wylotowej wirnika głównego na wylocie z komory spalania, znamienny tym, że tarcza kompresorowa (35) sprężarki naddźwiękowej i tarcza turbinowa (23) wirnika głównego (1) są rozdzielone płytami separującymi (37, 38), pierwszą i drugą, tworzącymi komorę separatora cieplnego (44), a podstawę komory spalania (43) tworzy pierścień zasilania (39) z przelotowymi kanałami wlotów powietrza (10) i wlotami paliwa (9), zamocowany pomiędzy tarczą turbinową (23) a drugą płytą separującą (38).

   PL 238 626 B1
2. 2. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień zasilania (39) ma promieniowe rowki wykonane na przeciwległych płaskich powierzchniach, tworzące dwa zespoły dysz powietrza chłodzącego.
3. 3. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że wloty paliwa (9) w pierścieniu zasilania (39) są połączone z kanałem zasilania (7) wydrążonym w wale napędowym (6) poprzez kanały paliwowe (40) w tarczy turbinowej (23).
4. 4. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że na przedłużeniu osi wirnika głównego (1) jest osadzony w korpusie wirnik pomocniczy o przeciwnym kierunku obrotów, ułożyskowany swobodnie po stronie części sprężającej na wale pomocniczym (16), w skład wirnika pomocniczego wchodzi dysk (17) osadzony na wale pomocniczym (16), do dysku (17) jest przymocowany pomocniczy dwusegmentowy pierścień sprężający (18), którego segmenty połączone są pomocniczymi łopatkami dodatkowymi sprężającymi (13) otaczającymi część sprężającą wirnika głównego (1), a do boku pomocniczego dwusegmentowego pierścienia sprężającego (18) jest zamocowany pomocniczy dwusegmentowy pierścień turbinowy (19), którego segmenty połączone są pomocniczymi łopatkami turbinowymi (14) otaczającymi część turbinową wirnika głównego (1), tworzącymi pomocniczą turbinę radialną wirnika pomocniczego.
5. 5. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że na przedłużeniu osi wirnika głównego (1) jest osadzony w korpusie wirnik pomocniczy o przeciwnym kierunku obrotów, ułożyskowany swobodnie po stronie części sprężającej na wale pomocniczym (16), w skład wirnika pomocniczego wchodzi dysk (17) osadzony na wale pomocniczym (16), do dysku (17) jest przymocowany pomocniczy dwusegmentowy pierścień sprężający (18), którego segmenty połączone są zmodyfikowanymi łopatkami sprężającymi (24) otaczającymi część sprężającą wirnika głównego (1), a do boku pomocniczego dwusegmentowego pierścienia sprężającego (18) jest zamocowany pomocniczy dwusegmentowy pierścień turbinowy (19), którego segmenty połączone są zmodyfikowanymi łopatkami turbinowymi (25) otaczającymi część turbinową wirnika głównego (1), tworzącymi zmodyfikowaną turbinę radialną wirnika pomocniczego, a ponadto wirnik główny (1) ma tarczę turbinową (23) powiększoną o część obwodową (36) o większej średnicy, do której jest przymocowany na obwodzie zewnętrzny dodatkowy dwusegmentowy pierścień turbinowy (31), którego segmenty są połączone łopatkami zewnętrznymi turbinowymi (29) tworzącymi zewnętrzną dodatkową turbinę radialną otaczającą zmodyfikowaną turbinę radialną wirnika pomocniczego, a do boku zewnętrznego dodatkowego dwusegmentowego pierścienia turbinowego (31) jest zamocowany zewnętrzny dodatkowy dwusegmentowy pierścień sprężający (30) z zewnętrznymi łopatkami sprężającymi (28) łączącymi oba jego segmenty, tworzącymi zewnętrzną dodatkową sprężarkę, otaczającymi pomocniczy dwusegmentowy pierścień sprężający (18) ze zmodyfikowanymi łopatkami sprężającymi (24) zmodyfikowanej sprężarki wirnika pomocniczego.