RU91599U1

RU91599U1 - POWER REACTIVE PISTON INSTALLATION

Info

Publication number: RU91599U1
Application number: RU2009137955/22U
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Бодров; Виктор Николаевич Лапушкин
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2010-02-20

Abstract

1. Энергетическая реактивно-поршневая установка, включающая поршневой двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, рабочий поршень, камеру сгорания, размещенный на валу поршневого двигателя центробежный компрессор, выход которого соединен с впускным коллектором поршневого двигателя, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена камерой ионизации, вход которой соединен с выхлопом поршневого двигателя, а также пульсирующей реактивной камерой, вход которой соединен с выходом камеры ионизации, при этом пульсирующая реактивная камера снабжена выходным каналом, на внешней поверхности которого размещен МГД-генератор, и эжекторным увеличителем тяги, установленным на выходе из выходного канала пульсирующей реактивной камеры. ! 2. Энергетическая реактивно-поршневая установка по п.1, отличающаяся тем, что внутренние стенки пульсирующей реактивной камеры выполнены из непроводящего карбида бора и на них размещены обкладки электродов МГД-генератора. ! 3. Энергетическая реактивно-поршневая установка по п.1, отличающаяся тем, что канал пульсирующей реактивной камеры имеет в сечении прямоугольник, одна сторона которого, по крайней мере, в три раза больше другой.1. Energy reactive piston installation, including a piston two-stroke internal combustion engine, comprising a cylinder, a working piston, a combustion chamber located on the shaft of the piston engine, a centrifugal compressor, the output of which is connected to the intake manifold of the piston engine, characterized in that the installation is additionally equipped with an ionization chamber the input of which is connected to the exhaust of the piston engine, as well as a pulsating jet chamber, the input of which is connected to the output of the ionization chamber, while the pulse ruyuschaya reactive chamber is provided with an output channel on the outer surface of which is placed an MHD generator and magnifier ejector rods mounted on the outlet of a pulsating jet outlet chamber. ! 2. Energy reactive piston installation according to claim 1, characterized in that the inner walls of the pulsating reactive chamber are made of non-conductive boron carbide and electrode covers of the MHD generator are placed on them. ! 3. Energy reactive piston installation according to claim 1, characterized in that the channel of the pulsating jet chamber has a section in cross-section, one side of which is at least three times larger than the other.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к энергетическим установкам, в частности к авиационным энергетическим установкам и может быть использована, например, в качестве энергетической установки малоразмерного беспилотного летательного аппарата.The proposed utility model relates to power plants, in particular to aircraft power plants and can be used, for example, as a power plant of a small unmanned aerial vehicle.

Известна энергетическая установка [1], включающая поршневой двигатель, содержащий центробежный компрессор, приводимый во вращение от вала двигателя, обеспечивающий повышение плотности воздуха на впуске, а следовательно весового заряда цилиндров, и мощности, развиваемой установки. Недостатком такой схемы является резкое повышение температуры на выходе компрессора при значительных степенях повышения давления. Применение центробежного компрессора для наддува двухтактного двигателя без дополнительного клапана приводит к неизбежной потере части свежей смеси во время продувки. Недостатком такого двигателя является также снижение его мощности при снижении давления и температуры окружающей среды, соответствующих, например, высоте 4000-5000 м над землей.Known power plant [1], including a piston engine containing a centrifugal compressor, driven into rotation from the motor shaft, providing an increase in air density at the inlet, and therefore the weight charge of the cylinders, and the power developed by the installation. The disadvantage of this scheme is a sharp increase in temperature at the compressor outlet with significant degrees of pressure increase. The use of a centrifugal compressor to pressurize a two-stroke engine without an additional valve leads to the inevitable loss of part of the fresh mixture during purging. A disadvantage of such an engine is also a decrease in its power with a decrease in pressure and ambient temperature, corresponding, for example, to an altitude of 4000-5000 m above the ground.

Известна энергетическая установка [2], включающая поршневой двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, в стенках которого расположены впускное, выпускное и продувочные окна, последние из которых сообщены с кривошипной камерой, образованной герметичным картером и внутренними поверхностями цилиндра и поршня, расположенного в цилиндре и связанного посредством шатуна с коленчатым валом двигателя. Впускное окно в стенке цилиндра расположено с возможностью его перекрытия боковой стенкой поршня, в нижней части которого со стороны впускного окна цилиндра выполнено впускное окно поршня, и лепестковый клапан. Внутренняя сторона впускного окна поршня выполнена в виде седла лепесткового клапана, который частично предотвращает выброс несгоревшей части свежей продувочной смеси.A known power plant [2], including a piston two-stroke internal combustion engine containing a cylinder, in the walls of which are the inlet, outlet and blowdown windows, the latter of which are in communication with the crank chamber formed by a sealed crankcase and the inner surfaces of the cylinder and piston located in the cylinder and connected by a connecting rod with a crankshaft of the engine. The inlet window in the cylinder wall is located so that it can be blocked by the side wall of the piston, in the lower part of which on the side of the inlet window of the cylinder there is a piston inlet window, and a flap valve. The inner side of the piston inlet window is in the form of a flap valve seat, which partially prevents the unburnt portion of the fresh purge mixture from being ejected.

Недостатками такого двигателя являются сложность конструкции, обусловленная сложностью деталей лепесткового клапана и внутренней стороны впускного окна поршня, выполненной в виде седла лепесткового клапана. Кроме того, наличие лепесткового клапана приводит к снижению ресурса двигателя.The disadvantages of this engine are the complexity of the design, due to the complexity of the details of the flap valve and the inner side of the inlet window of the piston, made in the form of a saddle flap valve. In addition, the presence of a flap valve reduces the life of the engine.

Известны выхлопные системы поршневых авиационных двигателей [3] создающие реактивную тягу за счет использования продуктов сгорания.Known exhaust systems of piston aircraft engines [3] creating jet propulsion through the use of combustion products.

Недостатком известных выхлопных систем является содержание в продуктах сгорания части не вступивших в реакцию горения компонентов топлива, а так же экологически грязных соединений.A disadvantage of the known exhaust systems is the content in the combustion products of a part of the unreacted fuel components of the fuel, as well as environmentally dirty compounds.

Известен пульсирующий двигатель детонационного горения [4], содержащий реактивное сопло с детонационной камерой, систему подачи и смесеобразования рабочей смеси и систему возбуждения детонации.Known pulsating detonation combustion engine [4], containing a jet nozzle with a detonation chamber, a supply system and mixture formation of the working mixture and a detonation excitation system.

Недостатком известного пульсирующего двигателя является большой удельный расход топлива и небольшой удельный импульс, что связано с низкой степенью сжатия топливно-воздушной смеси перед сгоранием.A disadvantage of the known pulsating engine is a large specific fuel consumption and a small specific impulse, which is associated with a low degree of compression of the fuel-air mixture before combustion.

Целью данного изобретения является повышение высотности работы энергетической реактивно-поршневой силовой установки, повышение полноты сгорания топлива, снижение удельного расхода горючего.The aim of this invention is to increase the altitude of the power of a reactive piston power plant, increasing the completeness of combustion of fuel, reducing specific fuel consumption.

Поставленная цель достигается тем, что энергетическая реактивно-поршневая установка, включающая двухтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, рабочий поршень, камеру сгорания, размещенный на валу поршневого двигателя центробежный компрессор, выход которого соединен с впускным коллектором поршневого двигателя, дополнительно снабжена камерой ионизации, вход которой соединен с выхлопом поршневого двигателя, а выход со входом пульсирующей реактивной камерой. Пульсирующая реактивная камера снабжена выходным каналом, на котором размещен МГД-генератор, а также эжекторным увеличителем тяги, установленным на выходе из выходного канала пульсирующей реактивной камеры. Внутренние стенки пульсирующей реактивной камеры выполнены из непроводящего карбида бора и на них размещены обкладки электродов МГД-генератора. Канал пульсирующей реактивной камеры имеет в сечении прямоугольник, одна сторона которого, по крайней мере, в три раза больше другой.This goal is achieved by the fact that the power reactive piston installation, including a push-pull piston internal combustion engine, comprising a cylinder, a working piston, a combustion chamber located on the shaft of the piston engine, a centrifugal compressor, the output of which is connected to the intake manifold of the piston engine, is additionally equipped with an ionization chamber, the input of which is connected to the exhaust of the piston engine, and the output with the input of a pulsating jet chamber. The pulsating reactive chamber is equipped with an output channel on which the MHD generator is located, as well as an ejector traction enhancer installed at the outlet of the output channel of the pulsating reactive chamber. The inner walls of the pulsating reactive chamber are made of non-conductive boron carbide and the electrode plates of the MHD generator are placed on them. The channel of the pulsating reactive chamber has a rectangle in cross section, one side of which is at least three times larger than the other.

На фиг.1 изображена принципиальная схема реактивно-поршневой энергетической установки.Figure 1 shows a schematic diagram of a reactive piston power plant.

Энергетическая реактивно-поршневая установка состоит из поршневого двухтактного двигателя внутреннего сгорания 1 с установленным на его валу 2 центробежным компрессором 3. Впускной коллектор 4 двигателя 1 соединен с выходом центробежного компрессора, а выхлоп поршневого двигателя соединен с входом пульсирующей реактивной камеры 6 через камеру ионизации 7. Пульсирующая реактивная камера 6 снабжена калильной свечой 8. На внешней поверхности выходного канала 9 пульсирующей реактивной камеры 6 установлен МГД-генератор 10, а на выходе выходного канала 9 пульсирующей реактивной камеры 6 установлен эжекторный увеличитель тяги 11.An energy reactive piston installation consists of a reciprocating two-stroke internal combustion engine 1 with a centrifugal compressor 3 installed on its shaft 2. The intake manifold 4 of engine 1 is connected to the output of the centrifugal compressor, and the exhaust of the piston engine is connected to the input of the pulsating reactive chamber 6 through the ionization chamber 7. The pulsating reaction chamber 6 is equipped with a glow plug 8. An MHD generator 10 is installed on the outer surface of the output channel 9 of the pulsating reaction chamber 6, and the output Channel 9 pulsating jet ejector chamber 6 is an enlarger rod 11.

Установка работает следующим образом. При запуске поршневого двухтактного двигателя 1 от внешнего источника, центробежный компрессор 3, установленный на валу 2 двигателя 1, создает давление воздуха, который подается на вход поршневого двигателя 1.Installation works as follows. When starting the piston push-pull engine 1 from an external source, the centrifugal compressor 3 mounted on the shaft 2 of the engine 1 creates air pressure, which is supplied to the input of the piston engine 1.

Далее компрессор 3 работает от поршневого двигателя 1. В поршневом двигателе 1 осуществляется двухтактный рабочий цикл. Продукты сгорания вместе с неиспользованной частью свежей продувочной смеси, попадают в камеру ионизации 7, куда одновременно подается раствор гидроксида калия (КОН). При этом выходящие из двигателя продукты обогащаются ионами К⁺. Обогащенная ионами К⁺ смесь продуктов сгорания и неиспользованной части свежей продувочной смеси подается в пульсирующую реактивную камеру 6. В камере 6 смесь поджигается с помощью калильной свечи 8, при этом происходит догорание оставшихся в смеси горючих компонентов. Далее продукты сгорания поступают в выходной канал 9 пульсирующей реактивной камеры 6. Ионы К+, содержащиеся в продуктах сгорания, проходя по выходному каналу 9, на внутреннюю стенку которой выведены стальные обкладки электродов МГД-генератора (на фиг. не показаны), обеспечивают возникновение напряжения на клеммах МГД-генератора 10. Из выходного канала продукты сгорания поступают далее в эжекторный увеличитель тяги 11, где к ним добавляется эжектируемый (засаываемый) атмосферный воздух, за счет чего увеличивается масса рабочего тела, а, следовательно, сила тяги, и снижается температура продуктов сгорания, выходящих из установки.Next, the compressor 3 runs on a piston engine 1. In a piston engine 1, a two-stroke duty cycle is performed. Combustion products, together with the unused portion of the fresh purge mixture, enter the ionization chamber 7, where potassium hydroxide (KOH) solution is simultaneously supplied. At the same time, products leaving the engine are enriched with K ⁺ ions. Enriched with K ⁺ ions, the mixture of the combustion products and the unused portion of the fresh purge mixture is fed into the pulsating reaction chamber 6. In the chamber 6, the mixture is ignited using a glow plug 8, and the remaining combustible components in the mixture are burned out. Further, the combustion products enter the output channel 9 of the pulsating reactive chamber 6. The K + ions contained in the combustion products passing through the output channel 9, onto the inner wall of which the steel plates of the electrodes of the MHD generator (not shown) are exposed, provide voltage at the terminals of the MHD generator 10. From the output channel, the combustion products go further into the ejector traction enlarger 11, where ejected (filled) air is added to them, thereby increasing the mass of the working fluid, and, consequently traction force, and the temperature of the combustion products leaving the installation is reduced.

Соединение в единую энергетическую установку поршневого двигателя внутреннего сгорания, компрессора, пульсирующей реактивной камеры, эжекторного увеличителя тяги позволяет обеспечить работу поршневого двигателя в условиях, соответствующих высоте 4000-5000 м над землей.The connection in a single power plant of a reciprocating internal combustion engine, a compressor, a pulsating jet chamber, an ejector traction enhancer allows the piston engine to operate under conditions corresponding to an altitude of 4000-5000 m above the ground.

Применение пульсирующей реактивной камеры позволяет осуществить дожигание несгоревших в поршневом двигателе горючих компонентов свежей продувочной смеси (т.е. повысить полноту сгорания топлива), что снижает удельный расход топлива, а вместе с использованием МГД-генератора повышает суммарный КПД энергетической реактивно-поршневой установки.The use of a pulsating reactive chamber allows the afterburning of combustible components of a fresh purge mixture unburnt in a piston engine (i.e., to increase the completeness of fuel combustion), which reduces specific fuel consumption, and, together with the use of an MHD generator, increases the total efficiency of an energy reactive piston unit.

Выполнение выходного канала пульсирующей реактивной камеры с прямоугольным сечением обеспечивает наименьшее расстояние между обкладками МГД-генератора, увеличивая эффективность его работы.The execution of the output channel of the pulsating reactive chamber with a rectangular cross section provides the smallest distance between the plates of the MHD generator, increasing its efficiency.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей (Б.П.Алексеев, В.Ф.Воронин, Л.В.Грехов и др., Под общ. ред. А.С.Орлина и М.Г.Круглова 4-е изд. М, Машиностроение, 1990, с.106-1091. Internal combustion engines: Design and operation of reciprocating and combined engines (B.P. Alekseev, V.F. Voronin, L.V. Grekhov, etc., Under the general editorship of A.S. Orlin and M.G. Kruglova 4th ed. M, Mechanical Engineering, 1990, pp. 106-109

2. Патент RU 2061885, МПК F02B 33/00, F02B 33/02, F02B 33/04.2. Patent RU 2061885, IPC F02B 33/00, F02B 33/02, F02B 33/04.

3. Силовые и авиационные установки. Жовинский Н.Е. М 1948 г с 344-3493. Power and aircraft installations. Zhovinsky N.E. M 1948 g from 344-349

4. Патент США N 3727409, кл. F02К 7/08, 1973 г.4. US Patent N 3,727,409, cl. F02K 7/08, 1973

Claims

1. Energy reactive piston installation, including a piston two-stroke internal combustion engine, comprising a cylinder, a working piston, a combustion chamber located on the shaft of the piston engine, a centrifugal compressor, the output of which is connected to the intake manifold of the piston engine, characterized in that the installation is additionally equipped with an ionization chamber the input of which is connected to the exhaust of the piston engine, as well as a pulsating jet chamber, the input of which is connected to the output of the ionization chamber, while the pulse ruyuschaya reactive chamber is provided with an output channel on the outer surface of which is placed an MHD generator and magnifier ejector rods mounted on the outlet of a pulsating jet outlet chamber.

2. Energy reactive piston installation according to claim 1, characterized in that the inner walls of the pulsating reactive chamber are made of non-conductive boron carbide and the electrode plates of the MHD generator are placed on them.

3. Energy reactive piston installation according to claim 1, characterized in that the channel of the pulsating jet chamber has a section in cross-section, one side of which is at least three times larger than the other.