RU2324060C1 - Free-piston gas generator of ducted jet engine with two compressor-drive pistons - Google Patents

Free-piston gas generator of ducted jet engine with two compressor-drive pistons Download PDF

Info

Publication number
RU2324060C1
RU2324060C1 RU2006126208/06A RU2006126208A RU2324060C1 RU 2324060 C1 RU2324060 C1 RU 2324060C1 RU 2006126208/06 A RU2006126208/06 A RU 2006126208/06A RU 2006126208 A RU2006126208 A RU 2006126208A RU 2324060 C1 RU2324060 C1 RU 2324060C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piston
free
gas generator
compressor
combustion chamber
Prior art date
Application number
RU2006126208/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006126208A (en
Inventor
Анатолий Александрович Рыбаков (RU)
Анатолий Александрович Рыбаков
Original Assignee
Анатолий Александрович Рыбаков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Александрович Рыбаков filed Critical Анатолий Александрович Рыбаков
Priority to RU2006126208/06A priority Critical patent/RU2324060C1/en
Publication of RU2006126208A publication Critical patent/RU2006126208A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2324060C1 publication Critical patent/RU2324060C1/en

Links

Landscapes

  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

FIELD: power-plant engineering.
SUBSTANCE: in free-piston gas generator of ducted jet engine air feed from the atmosphere into gas generator combustion chamber is carried out with the help of free-piston compressor. Compressor piston is placed in the middle of the stock with compressor drive pistons. They are brought into action by combustion products from gas generator combustion chamber.
EFFECT: improvement of specific mass and overall exponents of free-piston generator; efficiency upgrading.
1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области энергомашиностроения.The invention relates to the field of power engineering.

Уровень техникиState of the art

Ближайший аналог прямоточного двигателя со свободнопоршневым генератором газов - газотурбинный двигатель, см. Белов П.М., Бурячко В.Р., Акатов В.Е., Двигатели армейских машин. Часть первая. Теория. М., Воениздат, 1971, стр.475-487.The closest analogue of a ram engine with a free-piston gas generator is a gas turbine engine, see Belov P.M., Buryachko V.R., Akatov V.E., Engines of army vehicles. Part one. Theory. M., Military Publishing, 1971, pp. 475-487.

Принцип действия газотурбинного двигателя. Турбина компрессора засасывает воздух из атмосферы и подает его в камеру сгорания. Туда же впрыскивается и воспламеняется топливо, в результате чего повышается температура газового потока. Далее газовый поток через сопловой аппарат поступает на лопатки турбины привода компрессора, вращение которой через вал передается турбине компрессора, обеспечивая тем самым подачу воздуха из атмосферы в камеру сгорания. После турбины привода компрессора газы поступают в сопловой аппарат тяговой турбины, создавая крутящий момент на ее валу. Основное достоинство газотурбинного двигателя - благоприятная для использования в качестве автомобильного двигателя тяговая характеристика. Крутящий момент тяговой турбины при постоянных параметрах газа обратно пропорционален числу ее оборотов. Однако низкий адиабатический коэффициент процесса сгорания топлива на малых и средних оборотах вследствие перетечек газов между периферией лопаток и корпусом приводит к неприемлемо высокому удельному расходу топлива.The principle of operation of a gas turbine engine. The compressor turbine draws air from the atmosphere and delivers it to the combustion chamber. There, fuel is injected and ignited, as a result of which the temperature of the gas stream rises. Further, the gas flow through the nozzle apparatus enters the blades of the compressor drive turbine, the rotation of which through the shaft is transmitted to the compressor turbine, thereby providing air from the atmosphere to the combustion chamber. After the compressor drive turbine, gases enter the nozzle apparatus of the traction turbine, creating a torque on its shaft. The main advantage of a gas turbine engine is the traction characteristic favorable for use as an automobile engine. The torque of the traction turbine at constant gas parameters is inversely proportional to the number of its revolutions. However, the low adiabatic coefficient of the fuel combustion process at low and medium speeds due to gas leakage between the periphery of the blades and the casing leads to an unacceptably high specific fuel consumption.

Технической задачей изобретения является улучшение удельных массовых и габаритных показателей свободнопоршневого генератора и повышение КПД.An object of the invention is to improve the specific mass and overall performance of the free piston generator and increase efficiency.

Поставленная задача решается за счет того, что в свободнопоршневом генераторе газов прямоточного двигателя подача воздуха из атмосферы в камеру сгорания генератора газов осуществляется свободнопоршневым компрессором, поршень которого размещается посредине штока с расположенными на концах штока поршнями привода компрессора, приводимыми в действие продуктами сгорания из камеры сгорания генератора газов.The problem is solved due to the fact that in a free-piston gas generator of a ram engine, air is supplied from the atmosphere to the combustion chamber of the gas generator by a free-piston compressor, the piston of which is located in the middle of the rod with compressor pistons located at the ends of the rod, driven by the combustion products from the combustion chamber of the generator gases.

Основное отличие прямоточного двигателя со свободнопоршневым генератором газов от газотурбинного двигателя состоит в том, что роль лопаточных турбин выполняют поршни. Прямоточный двигатель состоит из свободно поршневого генератора газов и тяговой расширительной машины поршневого или турбинного типа. Поскольку новация относится только к свободнопоршневому генератору газов, то именно его принцип действия рассматривается.The main difference between a ramjet engine with a free-piston gas generator and a gas turbine engine is that pistons play the role of blade turbines. The direct-flow engine consists of a freely piston gas generator and a traction expansion machine of a piston or turbine type. Since the innovation relates only to the free-piston gas generator, it is precisely its operating principle that is considered.

Состав свободнопоршневого генератора газов (см. чертеж): 1 - камера сгорания, 2 - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 12 - газораспределительные клапаны, 5, 8 - поршни привода компрессора, 6 - шток, 7 - поршень компрессора, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16, 17 - воздухораспределительные клапаны, 18 - заслонка, 19 - распределительный коллектор.The composition of the free-piston gas generator (see drawing): 1 - combustion chamber, 2 - nozzle, 3 - spark plug, 4, 12 - gas distribution valves, 5, 8 - compressor drive pistons, 6 - rod, 7 - compressor piston, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16, 17 - air distribution valves, 18 - damper, 19 - distribution manifold.

Принцип действия свободнопоршневого генератора газовThe principle of operation of the free-piston gas generator

При пуске двигателя в камеру сгорания 1 форсункой 2 подается топливо и воспламеняется свечой 3. Продукты сгорания через открытый клапан 4 поступают в левую полость поршня привода компрессора 5, в результате чего поршень 5 и соединенные с ним штоком 6 поршень компрессора 7 и поршень привода компрессора 8 начинают движение слева направо. Воздух из правой полости поршня 5 вытекает в атмосферу через клапан 9, в левую полость поршня 7 через клапан 10 засасывается воздух из атмосферы, а из правой полости через клапан 11 воздух подается в камеру сгорания 1, пополняя расход кислорода в процессе горения топлива. Открытый клапан 12 позволяет воздуху свободно вытекать из правой полости поршня 8, не оказывая сопротивления движению поршней. В левую полость поршня 8 через клапан 13 засасывается воздух из атмосферы. При достижении поршнями окрестностей крайнего правого положения система управления (не показана) переводит клапаны 4 и 12 в правое положение и газы из камеры сгорания через открывшийся клапан 12 поступают в правую полость поршня 8, в результате чего поршни останавливаются, а затем начинают движение справа налево. Все остальные воздухораспределительные клапаны переходят в противоположное положение. Отработавшие газы из левой полости поршня 5 через открывшийся клапан 4 вытекают в атмосферу, воздух из атмосферы через клапан 14 засасывается в правую полость поршня 5, воздух из левой полости поршня 7 через клапан 15 подается в камеру сгорания 1, воздух из атмосферы через клапан 16 засасывается в правую полость поршня 7, воздух из левой полости поршня 8 через клапан 17 выбрасывается в атмосферу. одновременно вынося тепло от поршня 8. В дальнейшем система управления, переводя клапаны 4 и 12 из одного крайнего положения в другое, обеспечивает подачу воздуха в камеру сгорания. Пульсации подаваемого в камеру сгорания воздуха сглаживаются воздушным ресивером (не показан). При достижении рабочего давления газов в камере сгорания открывается заслонка 18 и генерируемые газы через распределительный коллектор 19 поступают в тяговую расширительную машину. Управление текущей мощностью двигателя осуществляется изменением интенсивности подачи топлива в камеру сгорания. Вибрация, возникающая в результате реакции от движения поршней, компенсируется применением двух генераторов газов, располагаемых таким образом, что оси симметрии поршней находятся на одной прямой, а поршни двигаются в противофазе.When the engine is started, fuel is injected into the combustion chamber 1 by the nozzle 2 and ignited by a candle 3. The combustion products through an open valve 4 enter the left cavity of the compressor drive piston 5, as a result of which the piston 5 and the compressor piston 7 and the compressor drive piston 8 connected to it by the piston 6 start moving from left to right. Air flows from the right-hand cavity of the piston 5 into the atmosphere through valve 9, the air from the atmosphere is sucked into the left-hand cavity of the piston 7 through the valve 10, and air is supplied from the right-hand cavity through the valve 11 to the combustion chamber 1, replenishing the oxygen flow rate during fuel combustion. An open valve 12 allows air to flow freely from the right cavity of the piston 8 without resisting the movement of the pistons. Air from the atmosphere is sucked into the left cavity of the piston 8 through the valve 13. When the pistons reach the neighborhoods of the extreme right position, the control system (not shown) puts the valves 4 and 12 to the right position and the gases from the combustion chamber through the opened valve 12 enter the right cavity of the piston 8, as a result of which the pistons stop and then begin to move from right to left. All other air distribution valves are in the opposite position. Exhaust gases from the left cavity of the piston 5 through the valve 4 open to the atmosphere, air from the atmosphere through the valve 14 is sucked into the right cavity of the piston 5, air from the left cavity of the piston 7 through valve 15 is fed into the combustion chamber 1, air from the atmosphere through the valve 16 is sucked into the right cavity of the piston 7, air from the left cavity of the piston 8 through the valve 17 is released into the atmosphere. simultaneously transferring heat from the piston 8. In the future, the control system, moving valves 4 and 12 from one extreme position to another, provides air to the combustion chamber. The pulsations of the air supplied to the combustion chamber are smoothed out by an air receiver (not shown). When the working pressure of the gases in the combustion chamber is reached, the shutter 18 opens and the generated gases through the distribution manifold 19 enter the traction expansion machine. The control of the current engine power is carried out by changing the intensity of fuel supply to the combustion chamber. The vibration resulting from the reaction from the movement of the pistons is compensated by the use of two gas generators arranged so that the axis of symmetry of the pistons are on one straight line, and the pistons move in antiphase.

Основные достоинства прямоточного двигателя со свободнопоршневым генератором газов:The main advantages of a ram engine with a free-piston gas generator:

- благоприятная для использования в качестве автомобильного двигателя тяговая характеристика - при постоянных параметрах газа крутящий момент обратно пропорционален числу оборотов вала, что позволяет обходиться без механизма перемены передач;- traction characteristic favorable for use as an automobile engine - with constant gas parameters, the torque is inversely proportional to the number of shaft revolutions, which allows dispensing with the gear changing mechanism;

- развиваемая мощность прямо пропорциональна расходу топлива, то есть КПД постоянен во всем диапазоне нагрузок на двигатель;- the developed power is directly proportional to fuel consumption, that is, the efficiency is constant in the entire range of engine loads;

- прямоточность и непрерывность рабочего процесса обеспечивает резкое улучшение удельных массовых и габаритных показателей;- straightforwardness and continuity of the workflow provides a sharp improvement in specific mass and overall indicators;

- в отличие от классического ДВС меньшая требовательность к физико-химическим характеристикам топлива, многотопливность;- in contrast to the classical ICE, less exactingness to the physicochemical characteristics of the fuel, multi-fuel;

- свободнопоршневой генератор газов позволяет реализовывать высокую степень сжатия в камере сгорания и предельно высокую степень расширения газов в тяговой машине;- free-piston gas generator allows to realize a high degree of compression in the combustion chamber and an extremely high degree of expansion of gases in the traction machine;

- применение жаропрочных материалов позволит добиться рабочего процесса при коэффициенте избытка воздуха, близком к единице - чем он ближе к этому значению, тем ниже относительные затраты энергии на привод компрессора, тем выше КПД двигателя в целом;- the use of heat-resistant materials will allow you to achieve a workflow with an excess air ratio close to unity - the closer it is to this value, the lower the relative energy consumption for compressor drive, the higher the efficiency of the engine as a whole;

- охлаждение стенок всех цилиндров, распределительного коллектора и камеры сгорания потоком воздуха от компрессора до камеры сгорания позволит реализовать высокотемпературное охлаждение и исключить необходимость жидкостного охлаждения;- cooling of the walls of all cylinders, the distribution manifold and the combustion chamber by air flow from the compressor to the combustion chamber will allow for high-temperature cooling and eliminate the need for liquid cooling;

- отсутствие жидкостного охлаждения обеспечивает высокие пусковые качества и быстрый выход на любой режим мощности.- the lack of liquid cooling provides high starting qualities and quick access to any power mode.

Claims (1)

Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя, отличающийся тем, что подача воздуха из атмосферы в камеру сгорания генератора газов осуществляется свободнопоршневым компрессором, поршень которого размещается посредине штока с расположенными на концах штока поршнями привода компрессора, приводимыми в действие продуктами сгорания из камеры сгорания генератора газов.A free-piston ram engine gas generator, characterized in that the air from the atmosphere is supplied to the gas generator combustion chamber by a free-piston compressor, the piston of which is located in the middle of the rod with compressor pistons located at the ends of the rod, driven by the combustion products from the combustion chamber of the gas generator.
RU2006126208/06A 2006-07-19 2006-07-19 Free-piston gas generator of ducted jet engine with two compressor-drive pistons RU2324060C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006126208/06A RU2324060C1 (en) 2006-07-19 2006-07-19 Free-piston gas generator of ducted jet engine with two compressor-drive pistons

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006126208/06A RU2324060C1 (en) 2006-07-19 2006-07-19 Free-piston gas generator of ducted jet engine with two compressor-drive pistons

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006126208A RU2006126208A (en) 2008-01-27
RU2324060C1 true RU2324060C1 (en) 2008-05-10

Family

ID=39109540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006126208/06A RU2324060C1 (en) 2006-07-19 2006-07-19 Free-piston gas generator of ducted jet engine with two compressor-drive pistons

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2324060C1 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450137C1 (en) * 2011-03-11 2012-05-10 Анатолий Александрович Рыбаков Piston engine with external combustion chamber fed from free-piston gas generator
RU2451802C1 (en) * 2011-03-11 2012-05-27 Анатолий Александрович Рыбаков Optimising combustion product expansion in piston engine cylinder with working medium feed from free-piston gas generator with external combustion chamber
RU2474706C1 (en) * 2012-01-16 2013-02-10 Анатолий Александрович Рыбаков Combined free piston electric gas generator
RU2503838C1 (en) * 2012-07-19 2014-01-10 Анатолий Александрович Рыбаков Method of increasing torque at power takeoff shaft of piston engine with working medium feed from plunger-free gas generator with common combustion chamber
RU2538231C1 (en) * 2014-01-09 2015-01-10 Анатолий Александрович Рыбаков Cycling of exhaust gases in single-stroke engine with external combustion engine
RU2538429C1 (en) * 2014-01-09 2015-01-10 Анатолий Александрович Рыбаков Reversing crankshaft of single-stroke engine with external combustion chamber
RU2543908C1 (en) * 2014-01-09 2015-03-10 Анатолий Александрович Рыбаков Procedure for optimisation of process of combustion products expansion in cylinder of single-cycle engine with external combustion chamber
RU2548528C1 (en) * 2014-02-11 2015-04-20 Анатолий Александрович Рыбаков Method to optimise combustion product expansion process in pistons of free piston power unit with opposite piston movement connected to pistons of gas compressor with help of gas distribution valves
RU2641998C1 (en) * 2016-11-23 2018-01-23 Анатолий Александрович Рыбаков Method of controlling the level of charging the pneumatic accumulator of a two-motor engine with external combustion chamber
RU2712327C1 (en) * 2019-04-18 2020-01-28 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Supercharging system for two-stroke internal combustion engines
RU2764613C1 (en) * 2020-12-28 2022-01-18 Виолен Макарович Любченко Method for operation of free-piston gas generator and apparatus for implementation thereof

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450137C1 (en) * 2011-03-11 2012-05-10 Анатолий Александрович Рыбаков Piston engine with external combustion chamber fed from free-piston gas generator
RU2451802C1 (en) * 2011-03-11 2012-05-27 Анатолий Александрович Рыбаков Optimising combustion product expansion in piston engine cylinder with working medium feed from free-piston gas generator with external combustion chamber
RU2474706C1 (en) * 2012-01-16 2013-02-10 Анатолий Александрович Рыбаков Combined free piston electric gas generator
RU2503838C1 (en) * 2012-07-19 2014-01-10 Анатолий Александрович Рыбаков Method of increasing torque at power takeoff shaft of piston engine with working medium feed from plunger-free gas generator with common combustion chamber
RU2538231C1 (en) * 2014-01-09 2015-01-10 Анатолий Александрович Рыбаков Cycling of exhaust gases in single-stroke engine with external combustion engine
RU2538429C1 (en) * 2014-01-09 2015-01-10 Анатолий Александрович Рыбаков Reversing crankshaft of single-stroke engine with external combustion chamber
RU2543908C1 (en) * 2014-01-09 2015-03-10 Анатолий Александрович Рыбаков Procedure for optimisation of process of combustion products expansion in cylinder of single-cycle engine with external combustion chamber
RU2548528C1 (en) * 2014-02-11 2015-04-20 Анатолий Александрович Рыбаков Method to optimise combustion product expansion process in pistons of free piston power unit with opposite piston movement connected to pistons of gas compressor with help of gas distribution valves
RU2641998C1 (en) * 2016-11-23 2018-01-23 Анатолий Александрович Рыбаков Method of controlling the level of charging the pneumatic accumulator of a two-motor engine with external combustion chamber
RU2712327C1 (en) * 2019-04-18 2020-01-28 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Supercharging system for two-stroke internal combustion engines
RU2764613C1 (en) * 2020-12-28 2022-01-18 Виолен Макарович Любченко Method for operation of free-piston gas generator and apparatus for implementation thereof

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006126208A (en) 2008-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2324060C1 (en) Free-piston gas generator of ducted jet engine with two compressor-drive pistons
EP2379861B1 (en) Split cycle reciprocating piston engine
RU2516769C2 (en) Intermittent internal combustion gas turbine
RU2008148123A (en) AIR-FUEL MIXTURE INTERNAL COMBUSTION ENGINE
RU2622457C1 (en) Internal combustion engine based on isothermal compression, its operating and management methods
US4873825A (en) Positive displacement engine compounded with a gas turbine engine
RU2342546C2 (en) Electric generator based on piston-free engine with remote combustion chamber
JP2015531455A (en) Heat engine for driving the drive shaft
RU2324830C1 (en) Free-piston gas generator of self-propelling engine with one compressor drive cylinder
EP1992811B1 (en) Aircraft combination engines exhaust thrust recovery
US9062601B1 (en) Free piston engine using exhaust gas for providing increased thrust to an aircraft turbine engine
CN103890343B (en) Systems and methods for improved engine cooling and energy generation
CN109139234A (en) Engine pack with intercooler
RU2550234C2 (en) Internal combustion engine
KR101414161B1 (en) Method for braking an internal combustion engine
CN113167172A (en) Rotor type internal combustion engine and method of operating the same
RU2729311C1 (en) Hybrid turbofan plant with built-in rotor ice
EP0240850A1 (en) An internal-combustion turbine engine, particularly for driving vehicles
RU2160844C1 (en) Internal combustion engine with turbine
RU2162952C1 (en) Internal combustion engine with turbine
RU2659905C2 (en) Ducted rotary air injection internal combustion engine
EA034899B1 (en) Modular complex for transformation of energy through combustion of liquid and gaseous fuels
RU2383762C1 (en) Combined nuclear afterburner aircraft engine
GB2468143A (en) Gas generator comprising a positive displacement gas motor with a controlled outlet valve
RU2268376C2 (en) Internal combustion engine