RU94634U1

RU94634U1 - AIR-REACTIVE ENGINE WITH PISTON-FREE PISTON MEMBRANE COMPRESSOR

Info

Publication number: RU94634U1
Application number: RU2009139454/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Лапушкин; Николай Владимирович Минин
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2010-05-27

Abstract

Воздушно-реактивный свободнопоршневой двигатель с мембранным компрессором, содержащий компрессор, свободнопоршневой привод, камеру сгорания, реактивное сопло, отличающийся тем, что компрессор выполнен в виде двух подвижных мембран, установленных на верхней и нижней сторонах корпуса свободнопоршневого привода, соединенных с помощью тяг механизма синхронизации с поршневыми группами свободнопоршневого привода, двигатель дополнительно снабжен двумя пульсирующими реактивными камерами сгорания, входные устройства которых соединены с выпускными окнами мембранного компрессора, на выходе каждой из камер сгорания воздушно-реактивного двигателя установлены эжекторные увеличители тяги. An air-propelled free piston engine with a diaphragm compressor, comprising a compressor, a free piston drive, a combustion chamber, a jet nozzle, characterized in that the compressor is made in the form of two movable membranes mounted on the upper and lower sides of the free piston drive housing, connected by means of synchronization rods with piston groups of a free piston drive, the engine is additionally equipped with two pulsating reactive combustion chambers, the input devices of which are connected to The exhaust windows of the membrane compressor, at the outlet of each of the combustion chambers of the jet engine, ejector thrust enhancers are installed.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к малоразмерным двигателям, и может быть использована в качестве двигательной установки малоразмерного беспилотного летательного аппарата.The proposed utility model relates to the field of mechanical engineering, namely to small engines, and can be used as a propulsion system for a small unmanned aerial vehicle.

Известен воздушно-реактивный двигатель, содержащий лопаточный компрессор, камеру сгорания, турбину, реактивное сопло [1].Known jet engine containing a blade compressor, a combustion chamber, a turbine, a jet nozzle [1].

Недостатком такого двигателя является большой вес компрессора и турбины, невозможность изготовления в малом размере эффективного турбокомпрессорного агрегата (по причине больших потерь при перетекании на лопатках турбокомпрессорного агрегата и низкой лобовой тяги в случае использовании центробежных компрессоров и центростремительных турбин), невозможность использования такого двигателя в качестве эффективной и экономичной двигательной установки малоразмерного летательного аппарата так как дополнительная ступень преобразования энергии (компрессор-турбина) увеличивают вес и снижают КПД установки.The disadvantage of such an engine is the large weight of the compressor and turbine, the impossibility of manufacturing a small size efficient turbocompressor unit (due to large losses when flowing over the blades of the turbocompressor unit and low frontal thrust when using centrifugal compressors and centripetal turbines), the impossibility of using such an engine as an effective and an economical propulsion system of a small aircraft as an additional conversion stage energy (compressor-turbine) increase the weight and reduce the efficiency of the installation.

Известен свободнопоршневой двигатель (генератор газа), содержащий уравновешенные поршневые группы, расположенные внутри неподвижного корпуса, соединенные механизмом синхронизации [2].Known free-piston engine (gas generator) containing balanced piston groups located inside a fixed housing connected by a synchronization mechanism [2].

Недостатком такого двигателя являются сложность конструкции, обусловленная сложностью и массивностью деталей механизма синхронизации и общая неуравновешенность системы и больший вес по сравнению с предлагаемой конструкцией, неполнота сгорания топливной смеси, малая экономичность.The disadvantage of this engine is the complexity of the design, due to the complexity and massiveness of the parts of the synchronization mechanism and the overall imbalance of the system and more weight compared to the proposed design, incomplete combustion of the fuel mixture, low efficiency.

Задачей данной полезной модели является создание эффективного воздушно-реактивный двигателя для малоразмерных летательных аппаратов, уменьшение его веса, увеличение удельной мощности и повышение экономичности, а также повышение полноты сгорания компонентов топливной смеси.The objective of this utility model is to create an efficient jet engine for small aircraft, reduce its weight, increase specific power and increase efficiency, as well as increase the completeness of combustion of the components of the fuel mixture.

Решение указанной задачи достигается тем, что в воздушно-реактивном свободнопоршневом двигателе, содержащем компрессор, свободнопоршневой привод, камеру сгорания, реактивное сопло, компрессор выполнен в виде двух подвижных мембран, установленных, на верхней и нижней сторонах корпуса свободнопоршневого привода, соединенных с помощью тяг механизма синхронизации с поршневыми группами свободнопоршневого привода, двигатель дополнительно снабжен двумя пульсирующими реактивными камерами сгорания, входные устройства которых соединены с выпускными окнами мембранного компрессора, на выходе каждой из камер сгорания воздушно-реактивного двигателя установлены эжекторные увеличители тяги.The solution to this problem is achieved by the fact that in an air-reactive free-piston engine containing a compressor, a free-piston drive, a combustion chamber, a jet nozzle, a compressor is made in the form of two movable membranes mounted on the upper and lower sides of the free-piston drive housing, connected by mechanism rods synchronization with piston groups of a free piston drive, the engine is additionally equipped with two pulsating reactive combustion chambers, the input devices of which are connected to The exhaust windows of the membrane compressor, at the outlet of each of the combustion chambers of the jet engine, ejector thrust enhancers are installed.

Заявляемая полезная модель иллюстрируется следующими чертежами фиг.1, фиг.2. На фиг.1 изображен общий вид воздушно-реактивного свободнопоршневого двигателя с мембранным компрессором, на фиг.2 показан вид сверху воздушно-реактивного свободнопоршневого двигателя с мембранным компрессором.The inventive utility model is illustrated by the following drawings of figure 1, figure 2. Figure 1 shows a General view of an air-reactive free-piston engine with a membrane compressor, Figure 2 shows a top view of an air-reactive free-piston engine with a membrane compressor.

Воздушно-реактивный двигатель (фиг.1) содержит корпус свободнопоршневого привода 1, две тонкостенные мембраны 2, каждая мембрана снабжена механизмом синхронизации 3, соединенным с поршневыми группами 4, и впускными клапанами 5, расположенными на вершине каждой из мембран. Двигатель содержит буферные поршни 6, соединенные с рабочими поршнями 7, таким образом, образуя поршневые группы 4 и буферные цилиндры 8, а также пусковые клапана 9 размещенные в торцах корпуса, впускные окна 10, расположенные по окружности рабочего цилиндра, выпускные окна 11, подмембранное пространство 12, образованное подвижной мембраной 2 и ее основанием 13.The jet engine (Fig. 1) contains a free piston drive housing 1, two thin-walled membranes 2, each membrane is equipped with a synchronization mechanism 3 connected to the piston groups 4, and intake valves 5 located on top of each of the membranes. The engine contains buffer pistons 6 connected to working pistons 7, thus forming piston groups 4 and buffer cylinders 8, as well as starting valves 9 located at the ends of the housing, inlet windows 10 located around the circumference of the working cylinder, outlet windows 11, and a submembrane space 12 formed by a movable membrane 2 and its base 13.

Двигатель так же содержит (см. фиг.2) два патрубка 14, по которым продукты сгорания с избыточным окислителем из камеры сгорания свободнопоршневого привода 15 подводятся к двум реактивным пульсирующим камерам сгорания воздушно-реактивного двигателя 16 на каждой из которых установлены эжекторные увеличители тяги (на фиг. не показаны).The engine also contains (see Fig. 2) two nozzles 14, through which the products of combustion with excess oxidizer from the combustion chamber of the free piston drive 15 are fed to two reactive pulsating combustion chambers of an air-jet engine 16, on each of which ejector traction enhancers (on Fig. not shown).

Предлагаемый воздушно-реактивный свободнопоршневой двигатель с мембранным компрессором работает следующим образом.The proposed air-jet free piston engine with a membrane compressor operates as follows.

Сжатый воздух от внешнего источника, например из баллона, подается через пусковые клапана 9 в буферные цилиндры 8 и перемещает поршневые группы 4 навстречу друг другу. При максимальном сближении рабочих поршней 7 происходит самовоспламенение топливной смеси в камере сгорания свободнопоршневого привода компрессора (коэффициент избытка окислителя принимается α=(1÷3) за счет повышения температуры при сжатии (принцип дизеля), коэффициент избытка окислителя принимается α=1÷3. Далее поршни 7 совершают рабочий ход, при котором с помощью механизма синхронизации 3 происходит уменьшение объема под мембранами 2 и повышение давления топливовоздушной смеси в подмембранном пространстве 12. Затем открываются впускные окна 10 через которые происходит заполнение камеры сгорания 15 свободнопоршневого привода компрессора сжатой топливной смесью. При максимальном расхождении поршней 7, давление в буферных цилиндрах 8 становится больше чем давление в камере сгорания 15 и происходит обратный ход поршней 7. При обратном ходе поршней 7 (навстречу друг другу) мембраны 2 возвращаются в исходное положение, и одновременно открываются впускные клапаны 5. Подмембранное пространства 12 заполняется новой порцией топливовоздушной смеси. При этом продукты сгорания с избыточным окислителем выходят из камеры сгорания 15 свободнопоршневого привода через выпускные окна 11 по патрубкам 14 в пульсирующую камеру сгорания 16 воздушно-реактивного двигателя, где дожигаются и, истекая через реактивное сопло, создают реактивную тягу. Затем цикл повторяется вновь.Compressed air from an external source, for example from a cylinder, is supplied through the start valves 9 to the buffer cylinders 8 and moves the piston groups 4 towards each other. When the working pistons 7 are brought closer together, the fuel mixture spontaneously ignites in the combustion chamber of the free piston compressor drive (the oxidizer excess coefficient is taken α = (1 ÷ 3) due to the temperature increase during compression (diesel principle), the oxidizer excess coefficient is taken α = 1 ÷ 3. Next the pistons 7 make a working stroke, in which, using the synchronization mechanism 3, the volume under the membranes 2 decreases and the air-fuel mixture pressure increases in the submembrane space 12. Then the inlets open windows 10 through which the combustion chamber 15 of the free piston drive of the compressor is filled with compressed fuel mixture.With the maximum divergence of the pistons 7, the pressure in the buffer cylinders 8 becomes greater than the pressure in the combustion chamber 15 and the pistons move back 7. When the pistons 7 return (towards each other to another) the membranes 2 return to their original position, and the inlet valves 5. open simultaneously. The submembrane space 12 is filled with a new portion of the air-fuel mixture. In this case, the products of combustion with an excess oxidizer exit the combustion chamber 15 of the free piston drive through the exhaust windows 11 through the nozzles 14 into the pulsating combustion chamber 16 of the jet engine, where they are burned and flowing out through the jet nozzle create jet thrust. Then the cycle repeats again.

Достоинства схемы согласно полезной модели, показанной на фиг.1, фиг.2 следующие:The advantages of the circuit according to the utility model shown in figure 1, figure 2 are as follows:

1) Мембранный компрессор в комплексе со свободнопоршневым приводом является уравновешенной системой, поршни свободнопоршневого привода не испытывают боковых нагрузок связанных с перекосом штока как в обычном двигателе внутреннего сгорания.1) The diaphragm compressor in combination with the free piston drive is a balanced system, the pistons of the free piston drive do not experience lateral loads associated with the misalignment of the rod as in a conventional internal combustion engine.

2) Механизм синхронизации выполняет как функцию синхронизации, так и приводит в движение мембрану компрессора. Таким образом, отпадает необходимость в отдельном приводе компрессора, следовательно, масса двигательной установки не увеличивается.2) The synchronization mechanism performs both the synchronization function and drives the compressor membrane. Thus, there is no need for a separate compressor drive, therefore, the mass of the propulsion system does not increase.

3) Максимальное усилие в тяге механизма синхронизации имеет место при прямом ходе поршней, т.е. тяга работает на растяжение при сжатии воздуха. При обратном же ходе нагрузка на тягу намного меньше, следовательно, она может быть выполнена в виде тонкой спицы малого веса.3) The maximum force in the thrust of the synchronization mechanism occurs during the forward stroke of the pistons, i.e. traction works in tension while compressing air. With the reverse stroke, the load on the traction is much less, therefore, it can be made in the form of a thin spoke of small weight.

4) Мембранный компрессор намного легче компрессоров других типов при получении того же давления. Он может быть выполнен из ткани с пропиткой, что благоприятно влияет на общий вес системы.4) A membrane compressor is much lighter than other types of compressors when receiving the same pressure. It can be made of impregnated fabric, which favorably affects the overall weight of the system.

5) Пуск свободнопоршневого привода компрессора может осуществляться с помощью баллона сжатого воздуха, отпадает необходимость в стартере и дополнительных устройствах пуска.5) The start-up of the free-piston compressor drive can be carried out using a can of compressed air, eliminating the need for a starter and additional starting devices.

6) За счет дожигания продуктов сгорания, образующихся в результате работы свободнопоршневого привода мембранного компрессора, в пульсирующей реактивной камере, увеличивается эффективность и экономичность двигательной установки, улучшается экологичность выхлопа, а также уменьшаются демаскирующие признаки.6) Due to the afterburning of the combustion products resulting from the operation of the free-piston drive of the membrane compressor in a pulsating reaction chamber, the efficiency and efficiency of the propulsion system are increased, the environmental friendliness of the exhaust is improved, and the unmasking signs are reduced.

Источники информации:Information sources:

1. Кулагин В.В. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. Изд. 2-е. М. Машиностроение. 20031. Kulagin V.V. Theory, calculation and design of aircraft engines and power plants. Ed. 2nd. M. Engineering. 2003

2. Патент №2996632. Patent No. 299663

Claims

An air-propelled free piston engine with a diaphragm compressor, comprising a compressor, a free piston drive, a combustion chamber, a jet nozzle, characterized in that the compressor is made in the form of two movable membranes mounted on the upper and lower sides of the free piston drive housing, connected by means of synchronization rods with piston groups of a free piston drive, the engine is additionally equipped with two pulsating reactive combustion chambers, the input devices of which are connected to The exhaust windows of the membrane compressor, at the outlet of each of the combustion chambers of the jet engine, ejector thrust enhancers are installed.