RU2072057C1

RU2072057C1 - Jet engine (lifting engine)

Info

Publication number: RU2072057C1
Authority: RU
Inventors: Иван Иосифович Дмитроца
Original assignee: Иван Иосифович Дмитроца
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1997-01-20

Abstract

FIELD: aeronautical engineering. SUBSTANCE: jet engine has centrifugal compressor, circular combustion chamber and jet nozzles. Cover disk of centrifugal compressor impeller is made in the form of sectors overlapping each other. Jet nozzles are made in the form of flat slots between each two adjacent sectors. EFFECT: enhanced reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к вопросам создания реактивных и газотурбинных двигателей. The invention relates to mechanical engineering, and more specifically to the creation of jet and gas turbine engines.

Известны двигатели (подъемники), содержащие компрессор, выпуклый диск и колпак над ним, образующий с верхней поверхностью диска узкий круговой зазор (см. например, патент США N 2547266, кл. В 64 С 23/00, 1951). Known engines (hoists) containing a compressor, a convex disk and a cap above it, forming a narrow circular gap with the upper surface of the disk (see, for example, US patent N 2547266, CL 64 C 23/00, 1951).

Ближайшим аналогом-прототипом изобретения является решение, описанное в патенте Германии N 665954, кл. F 02 C 3/16, опубл. 1938, где, как и в предлагаемом изобретении описан реактивный двигатель (подъемник), содержащий центробежный компрессор, рабочее колесо которого имеет покрывной диск, кольцевую камеру сгорания и реактивные сопла. The closest analogue to the prototype of the invention is the solution described in German patent N 665954, class. F 02 C 3/16, publ. 1938, where, as in the present invention, a jet engine (hoist) is described comprising a centrifugal compressor, the impeller of which has a cover disk, an annular combustion chamber and jet nozzles.

Однако подъемная сила, создаваемая таким двигателем, недостаточна. However, the lift generated by such an engine is insufficient.

Задача, на решение которой направлено изобретение, улучшение характеристик двигателя (подъемника), в частности увеличение подъемной силы. The problem to which the invention is directed, improving the characteristics of the engine (lift), in particular the increase in lifting force.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, повышение подъемной силы реактивного двигателя (подъемника). The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the lifting force of a jet engine (lift).

Указанный технический результат достигается за счет того, что в реактивном двигателе (подъемнике), содержащем центробежный компрессор, рабочее колесо которого имеет покрывной диск, кольцевую камеру сгорания и реактивные сопла, покрывной диск выполнен в виде перекрывающих друг друга сектора, а реактивные сопла в виде плоских щелей между двумя смежными секторами. The specified technical result is achieved due to the fact that in a jet engine (hoist) containing a centrifugal compressor, the impeller of which has a cover disk, an annular combustion chamber and jet nozzles, the cover disk is made in the form of overlapping sectors, and jet nozzles in the form of flat slots between two adjacent sectors.

Предлагаемый двигатель изготавливается в виде сегнерова колеса, которое служит одновременно воздухосборником компрессора и камерой сгорания. The proposed engine is made in the form of a Segner wheel, which serves both as a compressor air intake and a combustion chamber.

На чертеже изображен предлагаемый реактивный двигатель: а) разрез вертикальной плоскостью; б) вид сверху; в) развертка цилиндрического сечения рабочего колеса среднего радиуса R_м.The drawing shows the proposed jet engine: a) a section of a vertical plane; b) top view; c) a scan of the cylindrical cross section of the impeller of average radius R _m

Двигатель состоит из центробежного компрессора 1, жаровых труб 2, камеры сгорания 3. Вал крыльчатки компрессора 1 через обгонную муфту на ведомой шестерне 10 соединен планетарным редуктором 5 с ведущей шестерней 6 опорного диска 4. Лопаточный диффузор 7 компрессора, жаровые трубы 2 и промежуточные шестерни редуктора 5 установлены на трубчатом неподвижном каркасе 8, внутри которого проходит вал крыльчатки, а снаружи втулка 9 опорного диска 4. Неподвижный каркас 8 используется также для подачи топлива в форсунки и электрического тока к спиралям (свечам) зажигания жаровых труб 2. Верхняя стенка (покрывной диск) кольцевой камеры сгорания 3 состоит из восьми перекрывающихся секторов 13, между которыми образуются узкие калиброванные щели 14, а нижней служит опорный диск 4. The engine consists of a centrifugal compressor 1, flame tubes 2, a combustion chamber 3. The compressor impeller shaft 1 is connected via a freewheel on the driven gear 10 with a planetary gear 5 to the drive gear 6 of the support disk 4. The compressor diffuser 7, the flame tubes 2 and the intermediate gears of the gearbox 5 are mounted on a tubular fixed frame 8, inside of which the impeller shaft passes, and on the outside the sleeve 9 of the support disk 4. The fixed frame 8 is also used to supply fuel to the nozzles and electric current to the spirals ( firing tubes) 2. The upper wall (covering disk) of the annular combustion chamber 3 consists of eight overlapping sectors 13, between which narrow calibrated slots 14 are formed, and the supporting disk 4 serves as the lower one.

Реактивный двигатель (турбина) запускается через привод 15 электромотором, питаемым аккумулятором. Вращается крыльчатка, через входной патрубок 16 воздух проходит в компрессор 1, сжимается и поступает к жаровым трубам 2 и камеру сгорания 3. Туда же подается топливо, поджигается, и продукты сгорания выходят через щели 14 в атмосферу. A jet engine (turbine) is started through the drive 15 by an electric motor powered by a battery. The impeller rotates, through the inlet pipe 16 the air passes into the compressor 1, is compressed and supplied to the heat pipes 2 and the combustion chamber 3. There, fuel is supplied, ignited, and the combustion products exit through the slots 14 into the atmosphere.

После того как компрессором 1 и жаровыми трубами 2 создано некоторое давление в камере сгорания 3, выходящая из щелей 14 перпендикулярно к радиусу рабочего колеса струя газа создает реактивную силу и вращает опорный диск 4. After the compressor 1 and the heat pipes 2 have created some pressure in the combustion chamber 3, the gas jet exiting from the slots 14 perpendicular to the radius of the impeller creates a reactive force and rotates the supporting disk 4.

При определенной скорости вращения диска обгонная муфта ведомой шестерни 10 редуктора входит в зацепление с ведомым валом крыльчатки компрессора 1. Электромотор отключается (становится генератором), так как вращение крыльчатки передается теперь через редуктор 5 от опорного диска 4. При стабильном горении в жаровых трубах 2 отключается и зажигание. At a certain speed of rotation of the disk, the overrunning clutch of the driven gear wheel 10 of the gearbox engages with the driven shaft of the compressor impeller 1. The electric motor is turned off (becomes the generator), since the rotation of the impeller is now transmitted through the gearbox 5 from the support disk 4. When the combustion in the flame tubes 2 is stable, it is turned off and ignition.

С целью уменьшения потерь тепла внутренняя поверхность камеры сгорания 3, т. е. полость между диском 4 и секторами 13, покрывается термостойким материалом, например керамикой. In order to reduce heat loss, the inner surface of the combustion chamber 3, i.e., the cavity between the disk 4 and sectors 13, is coated with a heat-resistant material, such as ceramic.

Во избежание перегрева секторов 13 следует подбирать компрессор большой производительности, т.е. реактивная турбина должна работать с большим избытком воздуха для охлаждения продуктов сгорания. In order to avoid overheating of sectors 13, a compressor of high performance should be selected, i.e. a jet turbine must operate with a large excess of air to cool the combustion products.

При вращении камеры сгорания газы испытывают дополнительное центробежное сжатие, повышающее удельную мощность сжатого газа на величину V²/2, где V линейная скорость вращения диска. Помимо центробежных сил положительный эффект создает и вторая сила инерции сила Кориолиса. Она действует в плоскости вращения и направлена против вращения диска, т.е. в сторону выхода газов, к соплам 14. Это явление повышает располагаемую мощность газов пропорционально квадрату окружной скорости вращения диска V².Upon rotation of the combustion chamber gases experience additional centrifugal compression increases the specific capacity of a pressurized gas by an amount V ^2/2, where V linear velocity of disc rotation. In addition to centrifugal forces, the second Coriolis force creates a positive effect. It acts in the plane of rotation and is directed against the rotation of the disk, i.e. towards the exit of the gases, to the nozzles 14. This phenomenon increases the available power of the gases in proportion to the square of the peripheral speed of rotation of the disk V ² .

Таким образом, силы инерции (центробежная и Кориолиса) повышают располагаемую мощность продуктов сгорания пропорционально 1,5 V² без каких-либо энергетических затрат, что существенно увеличивает экономичность двигателя.Thus, inertia forces (centrifugal and Coriolis) increase the available power of the combustion products in proportion to 1.5 V ² without any energy costs, which significantly increases the efficiency of the engine.

Предлагаемый двигатель отличается от известных реактивных двигателей и турбин, в основном, формой реактивных сопел (узкие радиальные щели вместо обычных сопл и сопловых решеток). The proposed engine differs from the known jet engines and turbines, mainly in the form of jet nozzles (narrow radial slots instead of conventional nozzles and nozzle lattices).

Но именно это отличие и позволяет использовать его не только как силовую установку, но и в качестве аэродинамического подъемника. Опорный (несущий) диск 4 и смонтированные на нем сектора 13, являясь стенками камеры сгорания 3, могут служить одновременно и подъемным устройством при вращении диска в горизонтальной плоскости. But it is precisely this difference that makes it possible to use it not only as a power plant, but also as an aerodynamic elevator. The supporting (carrying) disk 4 and the sectors 13 mounted on it, being the walls of the combustion chamber 3, can simultaneously serve as a lifting device when the disk rotates in a horizontal plane.

Как видно из чертежа, неподвижный каркас 8 соединен с корпусом 11 летательного аппарата шарниром 12, что дает возможность осуществлять наклон опорного диска 4. As can be seen from the drawing, the fixed frame 8 is connected to the body 11 of the aircraft by a hinge 12, which makes it possible to tilt the supporting disk 4.

Следовательно, предлагаемая конструкция может быть использована вместо несущего винта вертолета. Therefore, the proposed design can be used instead of the rotor of the helicopter.

Так как при вращении диска над верхней поверхностью секторов 13 скорость движения газов складывается из скорости истечения (обтекания) продуктов сгорания и набегающего воздушного потока, то в соответствии с уравнением Бернулли давление над секторами 13 будет меньше, чем под диском 4 и на диск в целом будет действовать подъемная сила, определяемая формулой

где U средняя скорость обтекания секторов;
V cредняя линейная скорость вращения диска;
S суммарная площадь обтекаемых секторов;
ρ средняя плотность смеси газов.Since when the disk rotates over the upper surface of the sectors 13, the gas velocity is the sum of the velocity of the outflow (flow) of the combustion products and the incoming air flow, according to the Bernoulli equation, the pressure over the sectors 13 will be less than under the disk 4 and on the disk as a whole the lifting force defined by the formula

where U is the average flow rate of sectors;
V is the average linear rotational speed of the disk;
S total area of streamlined sectors;
ρ is the average density of the gas mixture.

Из формулы (1) следует, что основную роль здесь играет скорость обтекания секторов U, и подъемная сила возникает и при неподвижном диске, т.е. при V 0. И так как скорость истечения газов U управляема и может иметь большие значения, описанное подъемное устройство может оказаться очень эффективным. Даже при U V согласно формуле (1) подъемная сила такого подъемника в 3 раза больше подсчитанной по известной формуле при С_y 1 подъемной силы пассивного крыла (лопасти) такой же обтекаемой площади.It follows from formula (1) that the main role here is played by the flow velocity of the sectors U, and the lifting force also arises with a fixed disk, i.e. at V 0. And since the gas flow rate U is controllable and can have large values, the described lifting device can be very effective. Even with UV, according to formula (1), the lifting force of such a lift is 3 times greater than the lifting force of the passive wing (blade) of the same streamlined area calculated with the known formula for C _y 1.

В заключение следует заметить, что от ширины щелей 14 зависит потребная мощность реактивного двигателя, а ее оптимальное значение может быть определено экспериментальным путем. In conclusion, it should be noted that the required power of the jet engine depends on the width of the slots 14, and its optimal value can be determined experimentally.

Claims

A jet engine (lift) containing a centrifugal compressor, the impeller of which has a cover disk, an annular combustion chamber and jet nozzles, characterized in that the cover disk is made in the form of overlapping sectors, and jet nozzles in the form of flat slots between two adjacent sectors.