SK8725Y1 - Reaktívny dvojprúdový motor so zadným obtokom vzduchu - Google Patents

Abstract

Reaktívny dvojprúdový motor so zadným obtokom vzduchu je tvorený reaktívnym motorom (1) a obtokovým prstencom (2). Ten je spojený s reaktívnym motorom (1) pomocou úchytov (4) obtokového prstenca. Prúd plynov vystupujúcich z reaktívneho dvojprúdového motora so zadným obtokom vzduchu tvorí zmes (6) spalín (5) reaktívného motora (1) a obtokového vzduchu (7).

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka riešenia reaktívneho dvojprúdového motora so zadným obtokom vzduchu tvoreného pôsobenímaerodynamického obtokového prstenca.

Doterajší stav techniky

Reaktívne motory tvoria skupiny raketových a prúdových motorov. Raketové motory sú druhomreaktívneho motora, ktorého činnosť nezávisí od prostredia. Palivo aj oxidačnú látku čerpajú zo zásobníka, preto fungujú aj vo vákuu (kozmický priestor). Pracujú na princípe akcie a reakcie. Spaľovaním paliva vznikajú spaliny, ktoré pri vysokej rýchlosti opúšťajú výtokovú dýzu motora. Ich reakčný účinok pôsobí silou v opačnom smere na motor, a tým aj na dopravný prostriedok s motorom spojený. Účinok vytekajúcich spalin (ťah raketového motora) je úmerný súčinu hmotnosti spalín a ich výtokovej rýchlosti. Na základe skupenstva paliva sa môžu raketové motory rozdeliť na motory s kvapalným palivom a na motory s tuhým palivom

Raketový motor má špeciálne postavenie medzi spaľovacími motormi:

• pracovnú látku nečerpá počas činnosti z atmosféry, ale okrem paliva musí mať v zásobe aj dostatočnú zásobu okysličovadla, • užitočným výstupommotora nie je mechanická práca, ale reakčný účinok spalin, • okrem pomocných systémov (napr. čerpadlá, natáčanie dýz) neobsahuje v hlavnom systéme premeny energie pohyblivé súčasti.

Druhú skupinu reaktívnych motorov tvoria prúdové motory, ktorých hlavným predstaviteľomje dvojprúdový motor. Dvojprúdový motor (tiež turbodúchadlový, turboventilátorový) je druh leteckého motora, ktorý pracuje na podobnom princípe ako prúdový motor, teda na princípe zákona akcie a reakcie. Oproti prúdovému motoru obsahuje navyše dúchadlo (ventilátor, angl. fan) a nízkotlakový kompresor, poháňaný ďalšou turbínou. Vzduch, vstupujúci do motora, je najprv stlačený ventilátorom Jeho časť (určená obtokovým pomerom) prúdi do vysokotlakovej časti motora, zvyšok ju však obteká tzv. obtokovým kanálom Ťah motora je vyvolaný účinkom obidvoch prúdov plynov. Na vstupe sa nachádza vysokotlakový a nízkotlakový kompresor (s oddelenými súosovými rotormi), ktorý stlačí vzduch a zvýši tým jeho teplotu na hodnotu k čo najúčinnejšiemu efektívnemu zážihu. Smeruje teda do tzv. difúzora, ktorý vzduch spomalí, ale zachová teplotu. Ďalej nasledujú spaľovacie komory, v ktorých dochádza k pridaniu paliva a následnému jeho zažnutiu, čo spôsobí obrovský nárast objemu plynov. Spaliny prechádzajú cez turbíny vysokotlakového kompresora a ventilátora, ktorým odovzdajú väčšiu časť svojej energie. Potom opúšťajú vysokotlakovú časť motora a miesia sa s obtokovým vzduchom. Väčšina ťahu motora s veľkým obtokovým pomerom pochádza z obtokového kanála a je vyvolaná ventilátorom Cez dvojprúdový motor prúdi výrazne viac vzduchu ako cez prúdový motor. Rýchlosť výstupných plynov je preto pri rovnakom výkone nižšia. Dvojprúdové motory sú preto obvykle menej hlučné a majú nižšiu spotrebu. To je tiež dôvod, prečo sú dnes takmer všetky dopravné a vojenské lietadlá vybavené týmito motormi. Dvojprúdové motory vojenských lietadiel majú väčšinou malý obtokový pomer a bývajú vybavené prídavným spaľovaním Dvojprúdové motory sú najúčinnejšie predovšetkým pri rýchlosti od 500 do 1 000 km/h, teda pri rýchlosti, v ktorej je prevádzkovaná väčšina komerčných lietadiel. Dvojprúdové motory udržujú efektivitu nad obyčajnými prúdovými motormi pri nízkych nadzvukových rýchlostiach (do približne Mach 1,6), ale tiež môžu byť efektívne pri plynulom použití prídavného spaľovania pri rýchlosti Mach 3 a viac. Cez dvojprúdový motor prúdi výrazne viac vzduchu než cez prúdové motory. Rýchlosť výstupných plynov je preto pri rovnakom výkone nižšia. Dvojprúdové motory sú preto obvykle menej hlučné a majú nižšiu spotrebu (pri nižšej rýchlosti možno dosiahnuť na výstupe lepší pomer medzi hybnosťou a energiou, od ktorej je závislá spotreba energie na vyvolanie jednotkového ťahu). To je tiež dôvod, prečo sú dnes takmer všetky dopravné lietadla (i vojenské), vybavené týmito motormi. Problematiky týchto motorov sa týkajú aj nasledujúce patenty a literatúra:

• EP0459816B1 European Patent Office, Gas turbíne engine powered aircraft environmental control systemand boundary layer bleed, George Albert Coffinberry, Generál Electric Co, 06-01, 1990 • US7614210B2 United States, Double bypass turbofan, B. F. Powell, J. J. Decker, Current Assignee: Generál Electric Co, Feb. 13, 2006 • US3340689 A United States,Turbojetbypass engine, Attomey,Kueng, Feb. 10, 1966 • US Patent 3 390 527, High Bypass Ratio Turbofan, July 2, 1968.

Literatúra:

• Michael Hacker; Dávid Burghardt; Linnea Fletcher; Anthony Gordon; William Pemzzi (March 18, 2009).

Engineering and Technology. Cengage Leaming. p. 319. ISBN 978-1-285-95643-5. Retrieved October 25, 2015. All modem jet-powered commercial aircraft usehigh bypass turbofanengines [...]

S K 8725 Υ1 • https://en.wikipedia.org/wiki/Turbofan • Decher, S., Rauch, D., „Potential of the High Bypass Turbofan“, Američan Society of Mechanical Engineers páper 64-GTP-15, presented at the Gas Turbíne Conference and Products Show, Houston, Texas, March 1 -5, 1964.

• Ulrich Wenger (March 20, 2014), Rolls-Royce technology f or future aircraft engines (PDF), Rolls-Royce Deutschland

Uvedené riešenia reaktívnych motorov majú nesporne veľa predností, a preto sú využívané v čoraz širšom rozsahu. Ich nedostatkom je potreba ventilátorov s pomerne veľkým priemerom To je náročné na výrobu, použité materiály a náročné vyvažovanie. Priemer ventilátorov je podstatne väčší ako turbíny a spaľovacie komory. Spolu s potrebou obtokového prstenca dochádza k značnému zväčšeniu priemeru motora a z toho plynúcim nárokom na konštrukciu ďalších častí lietadla (napr. podvozka). Dvojprúdové motory majú oproti pôvodnému riešeniu väčšie množstvo pohyblivých a rotujúcich súčastí, čo má vplyv na ich výrobné náklady, poruchovosť a životnosť.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky odstraňuje navrhované technické riešenie. Jeho podstata spočíva v tom, že za dýzou reaktívneho motora je umiestnený obtokový prstenec (napr. v tvare Lavalovej dýzy), cez ktorý prechádzajú spaliny z dýzy reaktívneho motora, ktoré v dôsledku Bemoulliho javu strhávajú častice obtokového v zduchu v smere pohybu spalín reaktívneho motora. Reaktívny dvojprúdový motor so zadným obtokom vzduchu je tvorený reaktívnym motorom, s obtokovým prstencom, ktorý je spojený s reaktívnym motorom pomocou úchytov obtokového prstenca. Prúd plynov vystupujúcich z reaktívneho dvojprúdového motora so zadným obtokom vzduchu tvorí zmes pozostávajúcu zo spalin reaktívneho motora a obtokového vzduchu. Obtokový vzduch je nasávaný do obtokového prstenca cez jeho prednú časť, do ktorej je zasunutá zadná časť reaktívneho motora spolu s jeho dýzou. Obtokový prstenec je pripevnený k reaktívnemu motoru (napr. pomocou úchytov obtokového prstenca). Tvoria tak spolu pevne spojený celok. Obtokový vzduch je nasávaný do obtokového prstenca štrbinou v tvare medzikružia tvoreného vonkajším priemerom daným priemerom prednej časti obtokového prstenca. Vnútorný priemer je daný priemerom reaktívneho motora. Stredná a zadná časť obtokového prstenca je tvarovaná podľa výsledkov výpočtov a aerodynamických skúšok tak, aby prúdenie obtokového vzduchu a spalín reaktívneho motora poskytovalo maximálnu účinnosť navrhovaného celku. Ten tvorí reaktívny dvojprúdový motor so zadným obtokom vzduchu a jeho prednosti sú skoro totožné s reaktívnym dvojprúdovým motorom s predným obtokom vzduchu. Prúdenie obtokového vzduchu spôsobuje nápor vzduchu v dôsledku jeho pohybu reaktívneho motora vpred. Zároveň vo vnútornom priestore obtokového prstenca vzniká (v súlade s Bemoulliho javom) pohyb vzduchu obtokového prstenca smerom k zadnej zúženej časti. Tento pohyb je spôsobený rozdielom tlakov vzduchu medzi prednou a zadnou časťou obtokového prstenca. V obtokovom prstenci dochádza k mieseniu sa častíc spalín s časticami obtokového vzduchu obtokového prstenca. Tak sú tieto častice vzduchu unášané časticami spalin, čímdochádza k ich rýchlejšiemu pohybu. Značná časť dovtedy nevyužitej kinetickej energie spalín je prenášaná do obtokového vzduchu v obtokovom prstenci. V dôsledku toho z takejto sústavy vyteká väčšie množstvo plynov, a tým je zväčšený ťah motora.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Technické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou výkresu, na obr. 1 je znázornené celkové usporiadanie funkčných častí zariadenia.

Príklady uskutočnenia

Na obr. 1 je znázornený príklad uskutočnenia predmetného zariadenia. Znázorňuje celkové usporiadanie jeho funkčných častí. Reaktívny dvojprúdový motor so zadnýmobtokomvzduchu je tvorený reaktŕvnymmotorom 1 s obtokovým prstencom 2 spojeným s reaktívnym motorom 1 pomocou úchytov 4 obtokového prstenca 2. Prúd spalín 5 reaktívneho motora 1 vystupujúci z t\<7\ 3 reaktívneho motora 1 tvorí zmes 6 spalín 5 reaktívneho motora 1 a obtokového vzduchu 7. Obtokový vzduch 7 je nasávaný do obtokového prstenca 2 cez jeho prednú časť, do ktorej je zasunutá zadná časť reaktívneho motora 1 spolu s jeho dýzou 3. Obtokový prstenec 2 je pripevnený k reaktívnemu motoru 1 (napr. pomocou úchytov 4 obtokového prstenca 2). Tvoria tak spolu pevne spojený celok. Obtokový vzduch 7 je nasávaný do obtokového prstenca štrbinou v tvare me

S K 8725 Υ1 dzikružia tvoreného vonkajším priemerom daným priemerom prednej časti obtokového prstenca 2. Vnútorný priemer medzikružia je daný priemerom reaktívneho motora 1. Stredná a zadná časť obtokového prstenca 2 je tvarovaná podľa výsledkov výpočtov a aerodynamických skúšok tak, aby prúdenie obtokového vzduchu 7 a spalín 5 reaktívneho motora 1 poskytovalo maximálnu účinnosť navrhovaného celku. Ten takto tvorí reaktívny dvojprúdový motor so zadným obtokom vzduchu a jeho prednosti sú skoro totožné s reaktívnym dvojprúdovým motorom s predným obtokom vzduchu (s ventilátorom, angl. turbofan). Prúdenie obtokového vzduchu 7 spôsobuje nápor vzduchu v dôsledku pohybu reaktívneho motora vpred. Zároveň vo vnútornom priestore obtokového prstenca 2 vzniká (v súlade s Bemoulliho javom) pohyb vzduchu 7 obtokového prstenca 2 smerom k zadnej zúženej časti. Tento pohyb je spôsobený rozdielom tlakov vzduchu medzi prednou a zadnou časťou obtokového prstenca 2. V obtokovom prstenci 2 dochádza k mieseniu sa častíc spalín 5 s časticami obtokového vzduchu 7 obtokového prstenca 2, a tak sú tieto častice vzduchu strhávané časticami spalín k lýchlejšiemu pohybu. Značná časť dovtedy nevyužitej kinetickej energie spalín 5 je prenášaná do obtokového vzduchu 7 v obtokovomprstenci2.

Priemyselná využiteľnosť

Zariadenie podľa navrhovaného riešenia je možno využiť v civilnom i vojenskom letectve, vo všetkých lietadlách a raketách, ktoré sa výlučne alebo čiastočne pohybujú v zemskej atmosfére.

S K 8725 Υ1

Zoznam vzťahových značiek reaktívny motor obtokový prstenec

3 dýza úchy t obtokového prstenca prúd spalín zmes spalín a obtokového vzduchu obtokový vzduch

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   Reaktívny dvojprúdový motor so zadným obtokom vzduchu, vyznačujúci sa tým, že je tvorený reaktívnym motorom (1) s obtokovým prstencom (2) spojeným s reaktívnym motorom (1) pomocou 5 úchytov (4) obtokového prstenca (2).