RU2778959C1 - Nozzle with mass flow and forward flow - Google Patents
Nozzle with mass flow and forward flow Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778959C1 RU2778959C1 RU2022105440A RU2022105440A RU2778959C1 RU 2778959 C1 RU2778959 C1 RU 2778959C1 RU 2022105440 A RU2022105440 A RU 2022105440A RU 2022105440 A RU2022105440 A RU 2022105440A RU 2778959 C1 RU2778959 C1 RU 2778959C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- grooves
- angle
- inclination
- flow
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 230000003014 reinforcing Effects 0.000 description 3
- 230000036633 rest Effects 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способу работы и устройству сопел с истечением масс для различных двигателей.The invention relates to engine building, in particular to the method of operation and the device of nozzles with the expiration of masses for various engines.
Известно сопло Лаваля, представляющего собой газовый канал особого профиля (имеющий сужение при входе газов, а на выходе расширение) для изменения скорости проходящего по нему газового потока. Широко использовано на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных авиационных и водных двигателей. Эффективные сопла современных ракетных двигателей профилируются на основании газодинамических расчетов и цилиндрической части.A Laval nozzle is known, which is a gas channel of a special profile (having a narrowing at the inlet of gases, and an expansion at the outlet) to change the speed of the gas flow passing through it. It is widely used on some types of steam turbines and is an important part of modern rocket engines and supersonic jet aircraft and water engines. Efficient nozzles of modern rocket engines are profiled on the basis of gas-dynamic calculations and the cylindrical part.
(https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%9B%D 0%B0%D0%B2%D0%B0%D0%BB%D 1%8F#)(https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%9B%D 0%B0%D0%B2%D0%B0 %D0%BB%
Известно сопло ракетного двигателя, содержащее расширяющуюся сверхзвуковую часть, внутренняя теплозащита которой выполнена спиралевидной навивкой армирующей ленты. Внутренняя теплозащита сверхзвуковой части сопла содержит армирующее волокно, например углеродное или кремнеземное, и связующее, например, из фенолформальдегидной смолы. В процессе абляции связующего внутренняя теплозащита образует спиралевидную и выступающую в сверхзвуковой газовый поток шероховатость из армирующего волокна высотой не менее чем четвертая часть толщины ламинарного подслоя (RU 2211939, МПК F02K 9/97, опубл. 10.09.2003, бюл. №25).A rocket engine nozzle is known, containing an expanding supersonic part, the internal thermal protection of which is made by a spiral winding of a reinforcing tape. The internal thermal protection of the supersonic part of the nozzle contains a reinforcing fiber, such as carbon or silica, and a binder, such as phenol-formaldehyde resin. In the process of ablation of the binder, the internal thermal protection forms a helical and protruding into the supersonic gas flow roughness from the reinforcing fiber with a height of at least a quarter of the thickness of the laminar sublayer (RU 2211939, IPC F02K 9/97, publ. 10.09.2003, bull. No. 25).
Ближайшим аналогом является сопло двигателя с истечением масс, содержащее узкую и широкую часть. Сопло со стороны узкой части имеет входные отверстия, ведущие в каналы подачи потока жидкости или газа, которые ведут в спиралевидные канавки внутри сопла. При этом шаг витков спиралевидных канавок постоянно увеличивается, по мере увеличения диаметра сопла, для сохранения угла наклона канавок. Угол наклона витков относительно горизонта выполнен одинаковым, по всей длине канавок сопла (RU 2757789, МПК F02K 9/97, опубл. 21.10.2021 Бюл. №30).The closest analogue is the engine nozzle with the expiration of masses, containing a narrow and a wide part. The nozzle on the side of the narrow part has inlets leading to channels for supplying a liquid or gas flow, which lead to spiral grooves inside the nozzle. In this case, the pitch of the spiral groove turns is constantly increased, as the diameter of the nozzle increases, to maintain the angle of the grooves. The angle of inclination of the turns relative to the horizon is the same along the entire length of the nozzle grooves (RU 2757789, IPC F02K 9/97, publ. 21.10.2021 Bull. No. 30).
Все существующие винтовые движители создают звуковые колебания. Звуковые колебания создаются самим винтом и конусом спиралеобразным движением воздуха или воды за ним. На винте они образуются за областью низкого давления, турбулентным течением потока воздуха. За винтом поток, спиральным конусом по ходу потока, расходится в разные стороны, создавая по периметру турбулентные завихрения. Они то и создают звук, частота которого зависит от частоты вращения винта. Тяга такого движителя создается самим винтом (подъемная сила крыла). Винтовые движители используются в самолетах, вертолетах, квадрокоптерах и других устройствах. Также к этому относятся реактивные и турбореактивные двигатели.All existing screw propellers create sound vibrations. Sound vibrations are created by the screw itself and the cone by the spiraling movement of air or water behind it. On a propeller, they form behind a low-pressure area, a turbulent flow of air. Behind the screw, the flow, a spiral cone along the flow, diverges in different directions, creating turbulent eddies along the perimeter. They then create a sound whose frequency depends on the speed of the screw. The thrust of such a propeller is created by the propeller itself (wing lift). Screw propellers are used in airplanes, helicopters, quadrocopters and other devices. This also includes jet and turbojet engines.
Шумность возникает от расхождения потока по коническому профилю, вращающихся потоков газов или воды, а так же от винта (приложение №1). Уменьшить шумность можно, организовав прямовыходящие потоки газа или жидкости, т.к. при этом выходящий поток не имеет вращательной составляющей скорости.Noise arises from the divergence of the flow along the conical profile, rotating flows of gases or water, as well as from the propeller (Appendix No. 1). Noise can be reduced by arranging direct outgoing gas or liquid flows, because in this case, the outgoing flow does not have a rotational velocity component.
Задачей изобретения является увеличение тяги двигателя и уменьшение его шумности.The objective of the invention is to increase the thrust of the engine and reduce its noise.
Предлагаемое изобретение позволяет увеличить тягу винтовых, турбовинтовых, реактивных движителей, за счет использования, силы вращения потока газа или жидкости и уменьшения звукового воздействия на окружающее пространство, за счет изменения траектории потока газа или жидкости от спирально расходящегося конуса до прямого движения.The present invention makes it possible to increase the thrust of propeller, turboprop, jet propulsion, due to the use of the force of rotation of the gas or liquid flow and to reduce the sound impact on the surrounding space, by changing the trajectory of the gas or liquid flow from a spirally diverging cone to direct movement.
Увеличение тяги, обеспечивается конической и цилиндрической частью сопла, со спиралевидными (полукруглыми в профиле) канавками внутри конической и цилиндрической части.The increase in thrust is provided by the conical and cylindrical parts of the nozzle, with helical (semicircular in profile) grooves inside the conical and cylindrical parts.
Сущностью изобретения является возможность увеличения тяги винтовых, турбовинтовых, реактивных движителей, за счет использования, силы вращения потока газа или жидкости и уменьшения звукового воздействия на окружающее пространство, благодаря устройству заявляемого сопла, позволяющему изменять траекторию движения потока газа или жидкости от спирально расходящегося конуса до прямого движения.The essence of the invention is the possibility of increasing the thrust of screw, turboprop, jet propulsion, due to the use of the force of rotation of the gas or liquid flow and reducing the sound impact on the environment, thanks to the device of the inventive nozzle, which allows changing the trajectory of the gas or liquid flow from a spirally divergent cone to a straight one. movement.
Устройство представляет собой сопло которое, условно, разделено на две части (определяющие его геометрическую форму): коническая 1 часть, с углом наклона стенок 45°, переходящая в цилиндрическую 2. Внутри сопла, по всей его длине, идут спиралевидные канавки 3, на входе сопла имеющие угол наклона от 95° до 130° по отношению к оси сопла (сверху оси), при этом угол наклона канавок 3 постоянен по всей длине сопла. Количество спиралевидных канавок 3 кратно двум; количество и объем канавок 3 может увеличиваться по мере увеличения диаметра входного отверстия сопла. Спиралевидные канавки 3 из конической 1 части переходят в цилиндрическую 2 часть сопла, при этом канавки 3, в цилиндрической 2 части, на выходе сопла, имеют наклон 0°, относительно оси сопла. Количество канавок 3 в цилиндрической 2 части сопла, должно быть кратно четырем.The device is a nozzle which is conditionally divided into two parts (determining its geometric shape): 1 conical part, with a wall inclination angle of 45°, turning into a cylindrical 2. Inside the nozzle, along its entire length, there are
На фиг. 1 показано изображение спирали в 3-х координатах.In FIG. 1 shows the image of a spiral in 3 coordinates.
На фиг. 2 показано направление движение потоков газа или жидкости в конической части сопла.In FIG. 2 shows the direction of movement of gas or liquid flows in the conical part of the nozzle.
На фиг. 3 показана развертка внутренней стороны цилиндрической части сопла.In FIG. 3 shows the development of the inner side of the cylindrical part of the nozzle.
На фиг. 4 показано сопло для реактивного двигателя (направление потока газа, схематично показано стрелочками).In FIG. 4 shows a nozzle for a jet engine (direction of gas flow, shown schematically by arrows).
На фиг. 5 показано сопло для винтового движителя (направление потока воды или воздуха, схематично показано стрелочками).In FIG. 5 shows a nozzle for a screw propeller (the direction of the flow of water or air, schematically shown by arrows).
Работу заявляемого сопла можно показать на примере использования на реактивном двигателе (фиг. 4):The operation of the inventive nozzle can be shown on the example of use on a jet engine (Fig. 4):
В процессе работы реактивного двигателя, в камере сгорания «к» образуются продукты горения (газы), которые подаются непосредственно в канавки 3 конической 1 части сопла. На канавки 3 внутри сопла, действует центробежная сила потоков, направленная на стенки сопла, с углом наклона от 95° до 130° по отношению к оси сопла (сверху оси). Вихревые потоки газов двигаются по спиралевидным канавкам 3, создавая давление внутри сопла своей центробежной силой. От взаимодействия с внутренними стенками сопла, газовый поток закручивается по направлению навивки спиралевидных канавок 3 (сверху вниз). В результате, корпус сопла приобретает силу в сторону меньшего диаметра (в рамках второго закона Ньютона), которая может выражаться в увеличении тяги реактивного двигателя, к которому прикреплено сопло. Таким образом, коническая 1 часть сопла получит центробежную силу потока F направленную под 45° относительно оси конической 1 части сопла. Так как сила F упирается в коническую 1 часть изнутри под углом «ϕ», то в формуле это «sin(ϕ)», а сама стенка образующая конус, тоже находится к вертикали под углом, это cos(ϕp).During the operation of a jet engine, combustion products (gases) are formed in the combustion chamber "k", which are fed directly into the
На выходе из конической 1 части сопла, потоки газа переходят в цилиндрическую 2 часть, в которой происходит изменение траектории движения потока газа от спирального расходящегося конуса до прямого движения, при этом вихревые потоки газов, так же продолжают движение по спиралевидным канавкам 3, создавая давление внутри сопла своей центробежной силой. От взаимодействия с внутренними стенками сопла, газовый поток продолжает закручиваться по направлению навивки спиралевидных канавок 3 (от камеры сгорания «к» к выходу сопла). Причем спиралевидные канавки 3 меняют угол направления потока от угла наклона в конической 1 части до 0°, относительно оси сопла. При таком движении, поток представляет собой массу, которая движется по 1/4 верхней части круга, и центробежная сила от этого, направлена под 45°,относительно оси сопла. В результате, корпус сопла приобретает силу в сторону камеры сгорания «к» под углом 45°, поэтому в формуле «sin(ϕ)» (в рамках второго закона Ньютона), которая может выражаться в увеличении тяги реактивного двигателя, к которому прикреплено сопло.At the outlet of the conical 1 part of the nozzle, the gas flows pass into the
Заявляемое сопло может работать не только от газового потока, образуемого в результате работы реактивного или турбореактивного двигателя, но и от потока жидкости (воды) или воздуха, принудительно подаваемого, например, винтами «в» плавучего или воздушного судна (фиг. 5). При этом винт «в» должен располагаться внутри конической 1 части сопла, вблизи его узкой части, которая выполняет функцию водозаборника (воздухозаборника).The inventive nozzle can operate not only from the gas flow generated as a result of the operation of a jet or turbojet engine, but also from the flow of liquid (water) or air forcibly supplied, for example, by propellers "in" a floating or aircraft (Fig. 5). In this case, the screw "c" should be located inside the conical 1 part of the nozzle, near its narrow part, which performs the function of a water intake (air intake).
В процессе работы винта «в», будут создаваться потоки воды или воздуха, выходящие со стороны цилиндрической 2 части сопла, при этом сопло, дополнительно, выполняет функцию кожуха, прикрепленного, например, к корпусу судна. В этом случае сопло может состоять из двух частей (т.е. разрезанное пополам, вдоль оси сопла) стягиваться и совмещаться в единое целое.During the operation of the propeller "c", streams of water or air will be created, coming out from the side of the cylindrical 2 part of the nozzle, while the nozzle, in addition, performs the function of a casing attached, for example, to the ship's hull. In this case, the nozzle may consist of two parts (i.e., cut in half, along the axis of the nozzle), be pulled together and combined into a single whole.
Как и в описании предыдущего примера с потоками газа, в данном случае, на канавки внутри сопла, будет действовать центробежная сила потоков воды или воздуха, направленная на стенки сопла, с углом наклона от 95° до 130° по отношению к оси сопла (сверху оси). Вихревые потоки воды или воздуха движутся по спиралевидным канавкам, создавая давление внутри сопла своей центробежной силой. От взаимодействия с внутренними стенками сопла, водяной или воздушный поток закручивается по направлению навивки спиралевидных канавок, которые имеют направленность в сторону потока, создаваемого движением винта. В результате, корпус сопла приобретает силу в сторону меньшего диаметра (в рамках второго закона Ньютона), которая может выражаться в увеличении тяги винтового движителя. И так конусная часть сопла получит центробежную силу потока F направленную под 45° относительно оси конуса сопла. Так как сила F упирается в конус изнутри под углом «ϕ», то в формуле это «sin(ϕ)», а сама стенка образующая конус, тоже находится к вертикали под углом, это cos(ϕ).As in the description of the previous example with gas flows, in this case, the grooves inside the nozzle will be affected by the centrifugal force of water or air flows directed to the walls of the nozzle, with an angle of inclination from 95° to 130° with respect to the nozzle axis (above the axis ). Vortex flows of water or air move along spiral grooves, creating pressure inside the nozzle with their centrifugal force. From the interaction with the inner walls of the nozzle, the water or air flow twists in the direction of the winding of the spiral grooves, which are directed towards the flow created by the movement of the screw. As a result, the nozzle body acquires a force towards a smaller diameter (in the framework of Newton's second law), which can be expressed in an increase in the propeller thrust. And so the conical part of the nozzle will receive the centrifugal flow force F directed at 45 ° relative to the axis of the nozzle cone. Since the force F rests against the cone from the inside at an angle "ϕ", then in the formula it is "sin (ϕ)", and the wall forming the cone itself is also at an angle to the vertical, this is cos (ϕ).
На выходе из конической 1 части сопла, потоки переходят в цилиндрическую 2 часть, в которой происходит изменение траектории движения потока от спирального расходящегося конуса до прямого движения, при этом вихревые потоки воды или воздуха, так же продолжают движение по спиралевидным канавкам 3, создавая давление внутри сопла своей центробежной силой. От взаимодействия с внутренними стенками сопла, поток продолжает закручиваться по направлению навивки спиралевидных канавок 3 к выходу сопла. Причем спиралевидные канавки меняют угол направления потока от угла наклона в конической части до 0°, относительно оси сопла. При таком движении, поток представляет собой массу, которая движется по 1/4 верхней части круга, и центробежная сила от этого, направлена под 45°, относительно оси сопла. В результате, корпус сопла приобретает силу в сторону винта «в» под углом 45°, поэтому в формуле «sin(ϕ)» (в рамках второго закона Ньютона), которая может выражаться в увеличении тяги движителя, к которому прикреплено сопло.At the outlet of the conical 1 part of the nozzle, the flows pass into the cylindrical 2 part, in which the flow trajectory changes from a spiral diverging cone to a direct movement, while the vortex flows of water or air also continue to move along the
Полученная сила сопла, увеличивает скорость выходящих потоков, следовательно и количество массы в единицу времени.The resulting force of the nozzle increases the speed of the outgoing streams, and hence the amount of mass per unit time.
Стенки конической 1 части сопла, выполнены с углом наклона 45°. Так как центробежная сила потока упирается и воздействует на сопло под 45°, а наклон сопла, по отношению к его оси тоже 45°. Поэтому в формуле расчета тяги сопла появляется sin(ϕ)*cos(ϕ), угол 45° является оптимальным.The walls of the conical 1 part of the nozzle are made with an inclination angle of 45°. Since the centrifugal force of the flow rests and acts on the nozzle at 45°, and the inclination of the nozzle, with respect to its axis, is also 45°. Therefore, sin(ϕ)*cos(ϕ) appears in the nozzle thrust calculation formula, an angle of 45° is optimal.
Формулы для расчетовFormulas for calculations
Формула для расчета тяги заявляемого сопла:The formula for calculating the thrust of the proposed nozzle:
Τ1 = (m*v2* sin(ϕ)*cos(ϕ)/(Ra+Rb)/2/ gΤ1 = (m*v 2 * sin(ϕ)*cos(ϕ)/(Ra+Rb)/2/ g
T1 - тяга заявляемого соплаT1 - thrust of the inventive nozzle
m - масса газов постоянно находящихся в соплеm - mass of gases permanently located in the nozzle
v - скорость потока газов или жидкостей (м/сек.)v - flow rate of gases or liquids (m/s)
g - ускорение свободного падения для Землиg is the free fall acceleration for the Earth
R - изменяющийся радиус центра витков сопла от Ra до RbR - changing radius of the center of the turns of the nozzle from Ra to Rb
ϕ - угол наклона витков спирали канавокϕ - the angle of inclination of the turns of the spiral grooves
Центробежную силу потоков газов или жидкости, можно вычислить по формуле:The centrifugal force of gas or liquid flows can be calculated by the formula:
F = m*(v2/(Ra+Rb)/2)*sin(ϕ)*cos(ϕ)F = m*(v 2 /(Ra+Rb)/2)*sin(ϕ)*cos(ϕ)
m - масса газов или жидкостей постоянно находящихся в соплеm - mass of gases or liquids permanently located in the nozzle
v - скорость потока газов или жидкостей (м/сек.)v - flow rate of gases or liquids (m/s)
R - изменяющийся радиус сопла от Ra до RbR - changing nozzle radius from Ra to Rb
ϕ - угол наклона витков спирали канавокϕ - the angle of inclination of the turns of the spiral grooves
Математическую модель спирали (фиг. 1) можно описать уравнением в параметрической форме, заданное по трем координатам Χ, Υ, Ζ:The mathematical model of the spiral (Fig. 1) can be described by an equation in parametric form, given in three coordinates Χ, Υ, Ζ:
X = R*cos(w*t);X = R*cos(w*t);
Υ = R*sin(w*t);Υ = R*sin(w*t);
Ζ = A*t;Z = A*t;
R - радиус спирали;R is the radius of the spiral;
w - частота;w - frequency;
t - время;t - time;
А - шаг спирали;A - spiral pitch;
Ось Ζ является осью спирали. Первая производная по Ζ, является скоростью ΔZ/dt = А, вторая производная по Ζ, является ускорением ΔΔΖ/dt = 0. Для того, чтобы ΔΔΖ/dt не было равно нулю, нужно, чтобы скорость точки двигающейся по спирали была функцией А = F(t). Если эта функция положительна, интервал [0; ∞],то шаг спирали увеличивается, соответственно и угол наклона спирали изменяется. Если А = 0, то у нас есть круг и угол наклона витка будет перпендикулярен оси Z, то есть 90°. А если А = ∞, то у нас прямая и наклон витков спирали 0° к оси Z. Или углы наоборот, если рассматривать по отношению основанию сопла.The z axis is the helix axis. The first derivative with respect to Z is the speed ΔZ/dt = A, the second derivative with respect to Z is the acceleration ΔΔZ/dt = 0. In order for ΔΔZ/dt not to be equal to zero, it is necessary that the velocity of a point moving in a spiral be a function of A = F(t). If this function is positive, the interval [0; ∞], then the pitch of the helix increases, respectively, and the angle of inclination of the helix changes. If A \u003d 0, then we have a circle and the angle of inclination of the coil will be perpendicular to the Z axis, that is, 90 °. And if A \u003d ∞, then we have a straight line and the inclination of the spiral turns is 0 ° to the Z axis. Or the angles are vice versa, if considered in relation to the base of the nozzle.
Решение и получение причинно-следственной связи между предлагаемой конструкцией и техническим результатом (приложение №2).Decision and obtaining a causal relationship between the proposed design and the technical result (Appendix No. 2).
Согласно математической модели спирали, чтобы спираль имела ускорение надо менять угол наклона спирали от 90° до 0° по отношению к оси спирали (верхняя часть).According to the mathematical model of the spiral, in order for the spiral to have acceleration, it is necessary to change the angle of inclination of the spiral from 90 ° to 0 ° with respect to the axis of the spiral (upper part).
Было предложено, что только часть окружности меняет угол касательной к ней, в таком интервале. Соответственно была взята часть траектории по окружности и свернута в цилиндр по левому и правому краю развертки, при этом траектория витков совпадает с разных сторон (лево и право).It has been suggested that only part of the circle changes the angle of the tangent to it, in such an interval. Accordingly, it was taken part of the trajectory is circular and rolled into a cylinder along the left and right edges of the development, while the trajectory of the turns coincides on different sides (left and right).
Для расчетов достаточно использовать общеизвестный расчет центробежной силы возникающей при движении массы по окружности (приложение №3).For calculations, it is enough to use the well-known calculation of the centrifugal force that occurs when a mass moves along circles (Appendix No. 3).
Канавки, направляющие поток, идут строго по траектории окружности. При таком движении, поток представляет собой массу, которая движется по 1/4 верхней части круга, и центробежная сила от этого, направлена под 45°,относительно оси сопла.The grooves that direct the flow follow a strictly trajectory circles. With this movement, the flow is a mass that moves along the top 1/4 of the circle, and the centrifugal force from this is directed at 45°, relative to the axis of the nozzle.
F = m*v2/R* sin(45°), гдеF \u003d m * v 2 / R * sin (45 °), where
m - Масса потока, постоянно находящегося на участке;m - The mass of the flow, constantly located on the site;
v - Скорость потока;v - flow rate;
R - Радиус окружности траектории (пути) участка движения потока;R - The radius of the circle of the trajectory (path) of the section of the flow;
На входе сопла угол наклона канавок такой же как на выходе из конической части сопла, а на выходе 0° к оси сопла. Если взять за основу развертку сопла и рассчитывать сопло по формуле, то видно, что угол наклона канавок, направляющих поток, должен меняться, как в окружности. Только при изменении угла наклона канавок, направляющих поток, возможен технический результат, рассчитываемый по формуле.At the nozzle inlet, the angle of inclination of the grooves is the same as at the outlet of the conical part of the nozzle, and at the outlet it is 0° to the nozzle axis. If we take the nozzle sweep as a basis and calculate the nozzle according to the formula, then it is clear that the angle of inclination of the grooves that direct the flow should change, as in a circle. Only by changing the angle of inclination of the grooves guiding the flow is the technical result calculated by the formula possible.
Известно параметрическое уравнение спирали: The parametric equation of the spiral is known:
x = cos(x*t);x = cos(x*t);
у = sin(y*t);y = sin(y*t);
z = z*tz = z*t
Первая производная от «z» по «t», дает нам скорость, вторая ускорение, z - это шаг спирали (от витка к витку), скорость рассчитывается тоже от витка к витку.The first derivative from "z" to "t" gives us the speed, the second acceleration, z is the pitch of the spiral (from coil to coil), the speed is also calculated from coil to coil.
Угол наклона витков спирали рассчитывается как tg(α) = c/(b/4), гдеThe angle of inclination of the helix turns is calculated as tg(α) = c/(b/4), where
α - угол наклона витков спиралиα - the angle of inclination of the spiral turns
с - радиус спиралиc - spiral radius
b - шаг спиралиb - helix pitch
Отсюда видно, что если не меняется шаг или радиус спирали, то угол наклона спирали не меняется.This shows that if the pitch or radius of the spiral does not change, then the angle of inclination of the spiral does not change.
Ускорение спирали, при не меняющемся шаге, равно нулю. Согласно второму закону Ньютона F(сила) = m*a, гдеThe acceleration of the spiral, with a constant pitch, is zero. According to Newton's second law F(force) = m*a, where
m - масса потока, находящегося в цилиндре;m is the mass of the flow in the cylinder;
а - ускорение системы;a - acceleration of the system;
Если а = 0, то и F = 0.If a = 0, then F = 0.
Мы меняем угол наклона спирали до 0°, по отношению к оси сопла.We change the helix angle to 0°, relative to the nozzle axis.
Видно, что z переменная и ускорение системы не равно нулю, соответственно и сила не равна нулю.It can be seen that z is a variable and the acceleration of the system is not equal to zero, respectively, and the force is not equal to zero.
Пусть v - скорость потока, v1 - конечная скорость потока, v0 -начальная скорость потока, L - длина пути потока L = 2*π*h/4 = π*h/2, где h - высота цилиндрической части, тогда время t пройденное потоком по пути t = L/(v1-v0), а ускорение будет равно а = (v1-v0)/t, так как у нас скорость прохождения по спирали меняется от v0 до v1.Let v - flow rate, v1 - final flow rate, v0 - initial flow rate, L - length of the flow path L = 2*π*h/4 = π*h/2, where h is the height of the cylindrical part, then the time t passed flow along the path t \u003d L / (v1-v0), and the acceleration will be equal to a \u003d (v1-v0) / t, since our speed along the spiral changes from v0 to v1.
Согласно второму закону Ньютона F(сила) = m*а,According to Newton's second law F (force) \u003d m * a,
Конечная формула для математической модели:The final formula for the mathematical model:
F(сила) = 2*m* (v1-v0)2/π*hF(force)
В обычной спирали начальная скорость и конечная одинаковы, и v1-v0 = 0, v1 = v*cos(ϕ1), v0 = v*cos(ϕ0), но определяется скоростью потока из конической части и углом наклона канавок ϕ1 = ϕ0, т.к. угол наклона канавок такой же как угол наклона канавок конической части и такой же на выходе цилиндрической части. Соответственно и ускорение и сила будут равны нулю. В нашей спирали ϕ0 > ϕ1, где ϕ - угол наклона канавок относительно оси сопла. ϕ0 - от 95° до 130°, ϕ1 - 0°, относительно оси сопла.In an ordinary spiral, the initial and final speeds are the same, and v1-v0 = 0, v1 = v*cos(ϕ1), v0 = v*cos(ϕ0), but is determined by the flow rate from the conical part and the groove angle ϕ1 = ϕ0, t .to. the angle of the grooves is the same as the angle of the grooves of the conical part and the same at the outlet of the cylindrical part. Accordingly, both acceleration and force will be equal to zero. In our helix ϕ0 > ϕ1, where ϕ is the angle of inclination of the grooves relative to the nozzle axis. ϕ0 - from 95° to 130°, ϕ1 - 0°, relative to the nozzle axis.
Применение заявляемого устройства, позволяет увеличить тягу и уменьшить шумность реактивного, турбореактивного двигателя, а также винтового водного или воздушного движителя.The use of the proposed device allows to increase the thrust and reduce the noise of a jet, turbojet engine, as well as a propeller water or air propulsion.
Задача, поставленная перед авторами, выполнена.The task assigned to the authors has been completed.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2023/050011 WO2023163616A1 (en) | 2022-02-28 | 2023-01-26 | Mass expulsion nozzle with straight outlet flow |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2778959C1 true RU2778959C1 (en) | 2022-08-29 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4652476A (en) * | 1985-02-05 | 1987-03-24 | United Technologies Corporation | Reinforced ablative thermal barriers |
RU2278292C2 (en) * | 2001-01-11 | 2006-06-20 | Вольво Аэро Корпорейшн | Rocket engine member and method of its manufacture |
RU2278294C2 (en) * | 2001-01-11 | 2006-06-20 | Вольво Аэро Корпорейшн | Exhaust nozzle and method of its manufacture |
RU2757798C1 (en) * | 2020-12-26 | 2021-10-21 | Владимир Александрович Вьюрков | Engine nozzle with mass expiration |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4652476A (en) * | 1985-02-05 | 1987-03-24 | United Technologies Corporation | Reinforced ablative thermal barriers |
RU2278292C2 (en) * | 2001-01-11 | 2006-06-20 | Вольво Аэро Корпорейшн | Rocket engine member and method of its manufacture |
RU2278294C2 (en) * | 2001-01-11 | 2006-06-20 | Вольво Аэро Корпорейшн | Exhaust nozzle and method of its manufacture |
RU2757798C1 (en) * | 2020-12-26 | 2021-10-21 | Владимир Александрович Вьюрков | Engine nozzle with mass expiration |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4565490A (en) | Integrated gas/steam nozzle | |
US10385708B2 (en) | Guide assembly with optimised aerodynamic performance | |
US2017043A (en) | Device for conveying gaseous streams | |
RU2731142C2 (en) | Axial machine operating on fluid medium and method of energy generation | |
JP2016509651A (en) | Energy efficiency improvement device for turbomachinery | |
JP2002180903A (en) | Rectangular vane-shaped part exhaust nozzle | |
EP3483395B1 (en) | Inter-turbine ducts with flow control mechanisms | |
Phanindra et al. | Corrugated tabs for supersonic jet control | |
US4545197A (en) | Process for directing a combustion gas stream onto rotatable blades of a gas turbine | |
CN112728585A (en) | System for rotary detonation combustion | |
RU2605869C2 (en) | Tail cone for rotary gas turbine engine with micro-jets | |
Lovaraju et al. | Subsonic and transonic jet control with cross-wire | |
EP2865874B1 (en) | Turbofan engine with passive thrust vectoring | |
US20160090174A1 (en) | Reaction drive blade tip with turning vanes | |
RU2778959C1 (en) | Nozzle with mass flow and forward flow | |
RU2757798C1 (en) | Engine nozzle with mass expiration | |
Srinivasarao et al. | Characteristics of co-flow jets from orifices | |
CN105464838A (en) | Methods and apparatus for passive thrust vectoring and plume deflection | |
WO2023163616A1 (en) | Mass expulsion nozzle with straight outlet flow | |
EP3683401A1 (en) | Blades with recessed surfaces | |
EP2818637B1 (en) | Gas turbine component for releasing a coolant flow into an environment subject to periodic fluctuations in pressure | |
US20160272311A1 (en) | Deflection cone in a reaction drive helicopter | |
KR20210080625A (en) | Acoustic device, and gas turbine | |
Gounko et al. | On the question of starting conditions for frontal axisymmetric inlets tested in hot-shot wind tunnels | |
US3599431A (en) | Fluid-dynamic engine |