WO2011078740A1 - Способ создания тяги для транспортного средства - Google Patents

Способ создания тяги для транспортного средства Download PDF

Info

Publication number
WO2011078740A1
WO2011078740A1 PCT/RU2010/000760 RU2010000760W WO2011078740A1 WO 2011078740 A1 WO2011078740 A1 WO 2011078740A1 RU 2010000760 W RU2010000760 W RU 2010000760W WO 2011078740 A1 WO2011078740 A1 WO 2011078740A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vortex
fluid
path
flow
mover
Prior art date
Application number
PCT/RU2010/000760
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Тарасович ШВЕДОВ
Original Assignee
Shvedov Vladimir Tarasovich
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 Shvedov Vladimir Tarasovich filed Critical Shvedov Vladimir Tarasovich
Priority to DE212010000200U priority Critical patent/DE212010000200U1/de
Publication of WO2011078740A1 publication Critical patent/WO2011078740A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F02K7/10—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof characterised by having ram-action compression, i.e. aero-thermo-dynamic-ducts or ram-jet engines
    • F02K7/16—Composite ram-jet/turbo-jet engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/36—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto having an ejector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F02K7/10—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof characterised by having ram-action compression, i.e. aero-thermo-dynamic-ducts or ram-jet engines
    • F02K7/12—Injection-induction jet engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H11/00—Marine propulsion by water jets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/127—Vortex generators, turbulators, or the like, for mixing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to mechanics, to engines, and more particularly, to jet engines without gas turbines, and can be used in the design of propulsors for vehicles moving in air, water and other fluids.
  • the invention may find application in aviation, water transport.
  • Double-circuit jet engines are known in which the thrust is created in two circuits: a gas turbine and a fan (second) circuit. If there is no afterburner in the secondary circuit, creating traction in it includes: sucking in air from the environment in the inlet device, compressing it with a fan (or compressor), pumping a second section through the air path of the annular section and realizing the traction by expanding the flow in the outlet nozzle. (See A.L. Lyachkin. Theory of jet engines. "Mechanical Engineering", Moscow, 1969, p. 17-19).
  • a fan circuit usually contains an inlet device (sometimes in common with a gas turbine circuit), a compressor (fan), and an exhaust nozzle.
  • the fan circuit also contains one or more crowns of straightening vanes located behind the fan and designed to straighten the flow swirling on the fan. (See V.A. Shulgin. Dual-circuit turbofan engines of low-noise aircraft., P. 150.).
  • This method is additional to the turbojet method of creating thrust, but could be used as an independent one.
  • the method is characterized by insufficient efficiency, since it uses only the outer annular area of the engine midship, while the inner area of the ring is occupied by the engine design, and environmental energy is not used.
  • There is a method of creating jet thrust implemented in the "Ejector jet thrust enhancer" according to the copyright certificate of the USSR JNe 1676310, IPC F02 K 1/36, 1995, and intended for use in water transport.
  • the method includes supplying a working fluid to the mixing chamber, made in the form of a diffuser, along its periphery, and the environment (water) enters the central part of the mixing chamber through its inlet, which is ejected by the working fluid.
  • the method is characterized in that a part of the working fluid enters the vortex chamber, made in the form of a hollow torus, mounted perpendicular to the axis of the engine at the entrance to the diffuser.
  • the working fluid creates a toroidal vortex with a circulation vector directed along the axis of the torus and located in the plane perpendicular to the axis of the motor.
  • a toroidal vortex through a slot on the inner surface of the vortex chamber interacts with the environment, entraining it and creating an additional water supply to the inlet of the mixing chamber, and increasing the thrust of the propulsion device.
  • a well-known aircraft gas turbine engine ⁇ in which inside the hollow rotor is made an air-jet ramjet engine.
  • the engine implements a method of obtaining additional thrust, which consists in the fact that the engine has a cylindrical hollow channel through which ambient air is pumped when the vehicle is moving and, when a certain supersonic speed is reached, fuel is supplied and burned. (See RF patent .Nb2162957, F 02 K 7/16? 2001).
  • the disadvantage of this method is its low efficiency due to high fuel consumption.
  • the objective of the invention is to develop such a method of creating traction, which would allow to increase vehicle transport efficiency, reduce energy consumption.
  • the problem is achieved in that in a method of creating traction for a vehicle designed to move in a fluid, including pumping a fluid through a circular section, a hollow path of the propulsion device containing an input and output device, communicating additional energy to it and implementing traction in the output device , in the pumped fluid in the hollow path of the mover create a vortex with a circulation vector directed along the flow along the axis of the mover, stabilize first vortex, whereupon the vortex flow of fluid is fed to the output device, wherein the rectification is carried out and flow acceleration.
  • a vortex by blowing into the engine path along its periphery high-energy jets, for example, a fluid directed at an angle of 12 - 60 ° to the axis of the propulsion path when viewed on the surface of the propulsion in the region of each jet, or by deflecting the fluid velocity vector along the periphery of the mover’s path using stationary radial guide vanes installed along the flow periphery at an angle to the axis of the mover’s path, and the pumping of the fluid is carried out by an additional mover of the vehicle Twa.
  • the pumping of the fluid and the creation of the vortex is carried out by rotating an annular conical scapular wheel containing peripheral blades and free space in its central part, and the flow is straightened using radial straightening walls mounted on the surface of the propulsion tract around the circumference.
  • Figure 1 - shows a schematic diagram of a mover with an annular cylindrical blade wheel (longitudinal section), made in accordance with the invention
  • Figure 2 - shows a schematic diagram of a mover with an annular conical impeller and diffuser (longitudinal section), made in accordance with the invention
  • Fig. 3 shows a schematic diagram of a propulsion device with a twisting device made in the form of fixed guide vanes (longitudinal section), made in accordance with the invention
  • Figure 4 - shows a schematic diagram of a thruster with the injection of high-energy jets (longitudinal section), made in accordance with the invention.
  • a method of creating traction for a vehicle intended for movement in a fluid medium includes:
  • the pumping of the fluid is carried out through the propulsion device, made with a long circular hollow path, consisting of an input device, a vortex chamber and an output device.
  • the tract is usually made with a circular inner surface and is equipped in its front with a fence made in the form of a confuser.
  • Pumping can be carried out using your own engine driven by combustible fuel, or due to the free flow created when moving a vehicle equipped with marching engines.
  • a vortex is created with a circulation vector directed along the axis of the mover.
  • a vortex is created in the input device.
  • the creation of a vortex can be carried out in various known ways: swirling the flow due to the deviation of the fluid velocity vector using various guiding devices such as blades, a rotating blade wheel, a screw, the presence of grooves, edges, etc. in the input device, initiating the appearance of a free vortex, by blowing high-energy jets of fluid, fuel, combustion products or other liquids or gases.
  • the pumping of the fluid through the path of the propulsion is carried out by an additional propulsion, for example, mid-flight engines of the vehicle.
  • a vortex is created in the input device of the mover, which is part of the hollow path of the mover. Moreover, the greatest effect of the method is achieved with the actual absence of any aggregates or parts in the path of the mover. However, the term hollow does not mean the complete absence of any details. Those. in the engine path in the stream may be some elements of the mover (for example, knitting needles, thin shafts, etc.), but they should not create significant clutter of the mover path, leading to a decrease in the efficiency of the method.
  • a vortex ring is created having high peripheral and translational speeds, while rarefaction occurs on the axis of the propulsion path and in the inner space of the ring.
  • the progressive movement of the vortex ring creates an ejective effect for the environment.
  • the presence of rarefaction in the axial region leads to an increase in flow through the propulsion device due to the increased environmental pressure at the inlet to the propulsion device.
  • the ejection effect of the translational speed decreases with increasing vehicle speed, then the vacuum in the axial region from this increases, which increases the efficiency of the proposed method.
  • the diffuser is made with a solution angle of 5 - 20 ° , connected by the inlet section to the confuser or the input lip of the input device, and the output - with the cylindrical path of the mover.
  • the vortex created in this way converts the input fluid stream into a vortex.
  • the created vortex is stabilized until a stable vortex structure of the fluid flow is obtained. Stabilization is carried out in a vortex chamber, adjacent to the input device. For this, the camera must have a sufficient length equal to 1.5 -3 diameter.
  • the resulting stabilized vortex flow is rectified using rectifying devices.
  • Straightening the flow can be performed using straightening blades.
  • the known straightening vanes on existing engines clutter the drive path. Therefore, it is advisable to rectify the flow using radial straightening walls mounted on the surface of the propulsion path along its circumference in the area of the output device.
  • the straightening walls may have a curved surface along the path, however, the use of flat surfaces is preferred. Such walls do not clutter the path and have low resistance.
  • the straightened flow is additionally accelerated in the tapering nozzle, providing maximum use of its energy
  • the method can be implemented by various devices. Examples of implementation are given below.
  • the air propulsion device 1 includes a cylindrical body 2, carrying in its front part an input device 3 made in the form of a confuser, and an output device 5 made in the form of a tapering nozzle.
  • the middle part of the housing 2 is occupied by the vortex chamber 4.
  • the input device 3, the vortex chamber 4 and the output device 5 constitute the air path of the propulsion device.
  • An annular cylindrical blade wheel 6 is installed in the input device.
  • the wheel 6 is made of interconnected inner ring 7, outer ring 8 and vanes 9,
  • the wheel 6 is hollow, i.e. with free space in its central part.
  • the outer ring 8 in its front part is provided with an inlet confuser 10, and on the trailing edge is made with a seat 14 for installation in the bearing assembly of the housing 2 and the drive surface 15, interacting with the drive device 13 of the engine 12.
  • the drive device 13 can be made in any known manner for example, in the form of a pulley with a belt, interacting with the drive surface 15, also made in the form of a pulley.
  • the mover operates as follows.
  • the annular cylindrical vane wheel 6 rotates and with the help of blades 9 draws in ambient air 16, twists, accelerates and throws it into the vortex chamber 4 in the form of an annular flow 17.
  • the annular flow 17 creates a vortex 18, which stabilizes through the vortex chamber, and turns the flow in the hollow path of the mover into a vortex.
  • the vortex flow is straightened with the help of radial straightening walls 11 mounted on the surface of the propulsion tract around its circumference. The stream, straightened in its bulk, is accelerated in the nozzle, creating thrust.
  • the air propulsion device 32 includes a housing 20, which carries in its front part an input device 21 made in the form of a confuser, and an output device 23 ⁇ made in the form of a tapering nozzle.
  • the middle part of the housing 20 is occupied by the vortex chamber 22.
  • annular conical vane wheel 24 is installed in the input device.
  • the wheel 24 is made of interconnected inner ring 25, outer ring 28 and vanes 27 installed in the annular space between the rings 25 and 28, conical.
  • the wheel 24 is hollow, i.e. with free space in its central part. Also the paddle wheel
  • the vortex chamber 22 is made in the front part in the form of a diffuser, and the surface of the diffuser is made in its front part coinciding with the inner (conical) surface of the outer ring 25.
  • the rear part of the vortex chamber is cylindrical and connected to the nozzle.
  • the outer ring 25 in its front part is provided with an inlet confuser 28, and at the trailing edge is made with a seat for installation in the bearing assembly of the housing 20 and a drive surface that interacts with the drive device 31 of the engine 30.
  • the mover 32 works similarly to mover 1. Moreover, the implementation of the blade wheel conical allows to reduce losses at the entrance to the blade wheel. The presence of taper in the front of the vortex chamber allows more fully use the energy of the swirling flow.
  • the mover 33 (see Fig. 3) contains a housing 34 including an input device 35 made in the form of a confuser, a diffuser 36, a swirl chamber 37 and an output device 38.
  • the diffuser 36 is equipped with guide vanes 39 mounted perpendicular to the entire circumference of the output section surface and at an angle of 40 to the axis of the mover. Moreover, the angle of installation of the blades to the axis of the mover (when viewed on the surface of the diffuser) can be made equal to 5 - 45 °.
  • the incoming air stream 42 passes the guide vanes 39.
  • the guide vanes deflect the air flow on the surface of the diffuser in one predetermined direction 43, which leads to the appearance of a vortex 44.
  • a rotating layer of air captures the internal air, turning the incoming air stream into a vortex, creating a vacuum at the entrance to the mover.
  • the rarefaction leads to an additional influx of the environment due to its energy, i.e. to increase consumption and obtain additional traction.
  • the vortex flow is stabilized in the vortex chamber 37, and then straightens and accelerates in the output device.
  • the propulsion device 46 (See Fig. 4) comprises a housing 47 including an inlet device 47 made in the form of a confuser, a diffuser 49, a swirl chamber 50 and an output device 51.
  • the propulsion device is equipped with a device for supplying fluid at high speed and under high pressure.
  • the device is made in the form of a collector 53, equipped with exhaust nozzles 54, the exhaust windows of which are made on the surface of the diffuser in its rear part.
  • the collector 53 is connected by a pipeline to the source compressed fluid (to hell, not shown) equipped with a flow control device.
  • Outlet nozzles are designed in such a way that the axis of each nozzle makes an angle of 55 (when viewed from the surface of the mover path.).
  • Angle 55 may be equal to 10-60 ° for various propulsors.
  • the angle of inclination of 56 exhaust nozzles can be -5 - + 10 ° with the axis of the mover (to hell, line 57 is parallel to the axis).
  • the propulsion device When the propulsion device is used, it blows in high-energy jets of the environment (or other fluid) ejects the fluid from the outside and creates a pumping fluid through the path of the propulsion device. At the same time, each jet acts as a separate ejector, capturing the environment (when working on site) or accelerating the flow when the vehicle is moving. All together, the jets 58 blown around the circumference of the propulsion path accelerate and twist the input stream 59, thereby creating a vortex. The vortex is stabilized in the vortex chamber 50. The vortex flow is straightened and accelerated in the output device on the radial straightening walls 52 and in the nozzle 51, creating a thrust.
  • the presented method of creating traction for a vehicle intended for movement in a fluid allows to create more efficient propulsion devices for various vehicles: water transport, hovercraft, aviation.
  • Movers can be driven by various engines: electric, internal combustion engines, gas turbines, gas generators.
  • Movers are simple in design, have a small mass. Due to the use of the entire cross-sectional area of the tract and more efficient use of environmental energy, propulsors can reduce fuel costs and increase transport efficiency.
  • propulsors can reduce fuel costs and increase transport efficiency.
  • ejector traction enhancers with an increase in the speed of movement there is a decrease and disappearance of the effect then in the proposed method its effectiveness increases with increasing speed ..

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Abstract

Способ создания тяги для транспортного средства, предназначенного для передвижения в текучей среде, включает покачивание текучей среды через круговое сечение, пустотелый тракт движителя, содержащий входное и выходное устройство, сообщение ей дополнительной энергии и реализацию тяги в выходном устройстве. В прокачиваемой текучей среде в пустотелом тракте движителя создают вихрь с вектором циркуляции, направленным вдоль потока по оси движителя, стабилизируют полученный вихрь, после чего вихревой поток текучей среды, направляют в выходное устройство, где осуществляют выпрямление и ускорение потока. Вихрь создают посредством вращения кольцевого лопаточного колеса, либо неподвижных направляющих лопаток, либо посредством вдува, направленных под углом к оси двигателя высокоэнергетических струй. Изобретение направлено на увеличение эффективности транспортных средств.

Description

Способ создания тяги для транспортного средства
Область техники.
Изобретение относится к механике, к двигателям, более конкретно, к реактивным двигателям без газовых турбин, и может быть использовано в конструкции движителей для транспортных средств, передвигающихся в воздухе, воде и других текучих средах.
Изобретение может найти применение в авиации, водном транспорте.
Предшествующий уровень техники.
Известны двухконтурные реактивные двигатели (ТРДД), у которых тяга создаётся в двух контурах: газотурбинном и вентиляторном (втором) контуре. При отсутствии во втором контуре форсажной камеры, создание тяги в нём включает : засасывание воздуха из окружающей среды во входном устройстве, сжатие его вентилятором (или компрессором) , прокачивание через воздушный тракт кольцевого сечения второго контура и реализацию тяги путём расширения потока в выходном сопле. (См. А.Л. лячкин. Теория воздушно-реактивных двигателей. »Машиностроение», М., 1969г., стр. 17-19).
Вентиляторный контур обычно содержит входное устройство (иногда -общее с газотурбинным контуром) , компрессор (вентилятор) и выхлопное сопло. Вентиляторный контур содержит также один или несколько венцов спрямляющих лопаток, расположенных за вентилятором и предназначенных для выпрямления закрученного на вентиляторе потока. (См. В.А.Шульгин. Двухконтурные ТРД малошумных самолётов. , стр.150.).
Такой способ является дополнительным к турбореактивному способу создания тяги , но мог бы использоваться и в качестве самостоятельного. Однако, в существующем виде способ характеризуется недостаточной эффективностью, поскольку он использует только наружную кольцевую площадь миделя двигателя, в то время как внутренняя площадь кольца занята конструкцией двигателя, и при этом не используется энергия окружающей среды. Известен способ создания реактивной тяги, реализованный в «Эжекторном увеличителе реактивной тяги» по авторскому свидетельству СССР JNe 1676310, МПК F02 К 1/36, 1995г., и предназначенный для использования на водном транспорте. Способ включает подачу рабочего тела в камеру смешения , выполненную в виде диффузора, по его переферии, а в центральную часть камеры смешения через её вход поступает окружающая среда (вода), которая эжектируется рабочим телом . Способ отличается тем, что часть рабочего тела поступает в вихревую камеру, выполненную в виде пустотелого тора , установленную перпендикулярно оси двигателя на входе в диффузор. В торе рабочее тело создаёт торообразный вихрь с вектором циркуляции, направленным по оси тора и расположенным в плоскости перпендикулярной оси двигателя. Торообразный вихрь через прорезь на внутренней поверхности вихревой камеры взаимодействует с окружающей средой, увлекая её и создавая дополнительную подачу воды на вход камеры смешения, и увеличивая тягу движителя.
Недостатком способа является то, что вихревая камера создаёт значительное гидродинамическое сопротивление самого двигателя, что снижает его эффективность.
Известен авиационный газотурбинный двигатель ^ в котором внутри полого ротора выполнен воздушно- реактивный прямоточный двигатель. Двигатель помимо тяги развиваемой ГТД реализует способ получения дополнительной тяги, заключающийся в том, что в двигателе выполнен цилиндрический пустотелый канал, через который при движении транспортного средства прокачивается окружающий воздух и при достижении определённой сверхзвуковой скорости, подаче и сгорании топлива создаётся дополнительная тяга. (См. патент РФ .Nb2162957, F 02 К 7/16? 2001г.)
Недостатком такого способа является его низкая экономичность из-за больших расходов топлива.
Таким образом, существующие способы получения реактивной тяги характеризуются большими затратами на топливо и не используют энергию окружающей среды.
Раскрытие изобретения.
Задачей изобретения является разработка такого способа создания тяги, который позволил бы увеличить транспортную эффективность транспортных средств, снизить энергопотребление.
Согласно изобретению поставленная задача достигается тем, что в способе создания тяги для транспортного средства, предназначенного для передвижения в текучей среде, включающем прокачивание текучей среды через кругового сечения пустотелый тракт движителя, содержащий входное и выходное устройство, сообщение ей дополнительной энергии и реализацию тяги в выходном устройстве, в прокачиваемой текучей среде в пустотелом тракте движителя создают вихрь с вектором циркуляции, направленным вдоль потока по оси движителя, стабилизируют полученный вихрь, после чего вихревой поток текучей среды, направляют в выходное устройство, где осуществляют выпрямление и ускорение потока. При этом целесообразно создание вихря производить во входном устройстве движителя выполненным с диффузором, сопряжённым с пустотелым трактом движителя, а прокачивание текучей среды и создание вихря осуществлять вращением кольцевого лопаточного колеса, содержащего лопатки по переферии и свободное пространство в центральной своей части.
Кроме того, возможно создание вихря путём вдува в тракт двигателя по его переферии высокоэнергетичных струй , например, текучей среды, направленных под углом 12 - 60° к оси тракта движителя при виде на поверхность движителя в области каждой струи, или отклонением вектора скорости текучей среды по переферии тракта движителя с помощью неподвижных радиальных направляющих лопаток, установленных по переферии потока под углом к оси тракта движителя, а прокачивание текучей среды осуществляют за счёт дополнительного движителя транспортного средства.
Более того, прокачивание текучей среды и создание вихря осуществляют вращением кольцевого конусного лопаточного колеса, содержащего лопатки по переферии и свободное пространство в центральной своей части, а выпрямление потока производят с помощью радиальных спрямляющих стенок , установленных на поверхности тракта движителя по окружности.
Такое выполнение способа позволяет повысить его эффективность. Краткое описание фигур на чертежах.
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
Фиг.1 - показывает принципиальную схему движителя с кольцевым цилиндрическим лопаточным колесом ( продольный разрез), выполненного в соответствии с изобретением;
Фиг.2 - показывает принципиальную схему движителя с кольцевым конусным лопаточным колесом и диффузором ( продольный разрез), выполненного в соответствии с изобретением;
Фиг.З - показывает принципиальную схему движителя с закручивающим устройством, выполненным в виде неподвижных направляющих лопаток ( продольный разрез), выполненную в соответствии с изобретением;
Фиг.4 - показывает принципиальную схему движителя с вдувом высокоэнергетичных струй ( продольный разрез), выполненную в соответствии с изобретением.
Варианты осуществления изобретения.
В соответствии с изобретением способ создания тяги для транспортного средства, предназначенного для передвижения в текучей среде, включает:
- прокачивание текучей среды через кругового сечения пустотелый в области оси тракт движителя;
- создание в прокачиваемой текучей среде вихря с вектором циркуляции, направленным вдоль оси движителя, преобразующего входной поток в вихревой;
стабилизацию вихря до получения устойчивой вихревой структуры потока текучей среды;
- сообщение текучей среде дополнительной энергии ;
- выпрямление закрученного потока;
реализацию тяги в выходном устройстве.
Прокачивание текучей среды осуществляют через движитель , выполненный с круговым протяжённым пустотелым трактом, состоящим из входного устройства, вихревой камеры и выходного устройства. Тракт как правило, выполнен с круговой внутренней поверхностью и снабжён в передней своей части заборником , выполненным в виде конфузора . Прокачивание может быть осуществлено с помощью собственного двигателя, приводимого за счёт сжигаемого топлива, или за счёт набегающего потока создаваемого при перемещении транспортного средства, снабжённого маршевыми двигателями. Вихрь создают с вектором циркуляции, направленным вдоль оси движителя. Вихрь создают во входном устройстве. Создание вихря может быть осуществлено различными известными способами: закруткой потока за счёт отклонения вектора скорости текучей среды с помощью различных направляющих аппаратов типа лопаток, вращающимся лопаточным колесом, винтом, наличием во входном устройстве канавок, рёбер и т.п., инициирующих возникновение свободного вихря, путём вдува высокоэнергетичных струй текучей среды, топлива, продуктов сгорания либо других жидкостей или газов.
Целесообразно создавать вихрь во входном устройстве движителя выполненным с диффузором, сопряжённым с пустотелым трактом движителя.
Целесообразно прокачивание текучей среды и создание вихря ос ществлять вращением кольцевого лопаточного колеса, содержащего лопатки по переферии и открытое пространство в центральной своей части. При этом, вращение кольцевого лопаточного колеса производят с помощью привода от вспомогательного двигателя.
Возможно создание вихря производить закруткой потока с помощью направляющих лопаток, установленных по переферии тракта движителя под углом к оси тракта равным 5 - 45°. При этом происходит отклонение вектора скорости потока на угол установки лопаток, приводящее за счёт вязкости к вращению потока по всему сечению. Большие углы установки лопаток выбирают для меньшей скорости потока, а меньшие - при высоких скоростях. Кроме того, при увеличении угла установки направляющих лопаток более 45° резко увеличиваются потери из-за увеличения сопротивления.
В этом случае прокачивание текучей среды через тракт движителя осуществляют за счёт дополнительного движителя, например маршевых двигателей транспортного средства.
Вдув высокоэнергетичных струй текучей среды целесообразно производить струями, направленными под углом 12 -ь 60° к оси тракта двигателя при виде на поверхность движителя в области каждой струи. При этом, большие углы выбираются для получения наибольшего разрежения на оси тракта двигателя и при малых скоростях потока, а меньшие - при высоких скоростях. Увеличение углов наклона струй свыше 60° увеличивает потерю импульса струй и приводит к увеличению потерь потока от увеличения сопротивления. Наклон струй в диаметральной плоскости, роходящей через ось струи выбирают близким к касательной к окружности тракта в месте впрыска струи из условия минимальных потерь от сопротивления струям и получения максимальной закрутки потока. В этом случае и прокачивание производится за счёт энергии струй.
Вихрь создают во входном устройстве движителя , составляющего часть пустотелого тракта движителя. При этом, наибольший эффект способа достигается при фактическом отсутствии каких-либо агрегатов или деталей в тракте движителя. Однако, термин пустотелый не означает полного отсутствия каких либо деталей. Т.е. в тракте двигателя в потоке могут находиться некоторые элементы движителя (например, спицы, тонкие валы и т.п.), но они не должны создавать значительного загромождения тракта движителя, приводящему к снижению эффективности способа.
При работе движителя на переферии вихревого потока создаётся вихревое кольцо, имеющее высокие окружную и поступательную скорости, в то время как на оси тракта движителя и во внутреннем пространстве кольца возникает разрежение . Поступательное движение вихревого кольца создаёт эжектирующий эффект для окружающей среды. В сою очередь наличие разрежения в осевой области приводит к увеличению расхода через движитель из-за повышенного давления окружающей среды на входе в движитель. И если эжектирующий эффект от поступательной скорости снижается с увеличением скорости передвижения транспортного средства, то разрежение в осевой области от этого растёт, что обеспечивает повышение эффективности заявляемого способа.
Целесообразно вихрь создавать во входном устройстве движителя выполненным с диффузором, сопряжённым с пустотелым трактом движителя. Диффузор выполняют с углом раствора 5 - 20°, связанным входным сечением с конфузором или входной губой входного устройства, а выходным - с цилиндрическим трактом движителя. Созданный таким образом вихрь преобразует входной поток текучей среды в вихревой.
Созданный вихрь стабилизируют до получения устойчивой вихревой структуры потока текучей среды. Стабилизацию осуществляют в вихревой камере, примыкающей к входному устройству. Для этого камера должна иметь достаточную длину, равную 1,5 -3 диаметра.
Полученный стабилизированный вихревой поток, выпрямляют с помощью выпрямляющих устройств. Выпрямление потока может быть выполнено с помощью спрямляющих лопаток. Однако известные спрямляющие лопатки на существующих двигателях загромождают тракт движителя. Поэтому целесообразно выполнять выпрямление потока с помощью радиальных спрямляющих стенок , установленных на поверхности тракта движителя по его окружности в области выходного устройства. Спрямляющие стенки могут иметь криволинейную поверхность вдоль тракта, однако предпочтительно использование плоских поверхностей. Такие стенки не загромождают тракт и имеют низкое сопротивление.
Выпрямленный поток дополнительно ускоряется в сужающемся сопле, обеспечивающем максимальное использование его энергии
Способ может быть осуществлён различными устройствами. Примеры реализации приведены ниже.
1. Реализация способа с применением кольцевого цилиндрического лопаточного колеса приведена на Фиг.1.
Воздушный движитель 1 включает цилиндрический корпус 2, несущий в передней своей части входное устройство 3, выполненное в виде конфузора, и выходное устройство 5, выполненное в виде сужающегося сопла. Среднюю часть корпуса 2 занимает вихревая камера 4. Входное устройство 3, вихревая камера 4 и выходное устройство 5 составляют воздушный тракт движителя. Во входном устройстве установлено кольцевое цилиндрическое лопаточное колесо 6. Колесо 6 выполнено из связанных между собой внутреннего кольца 7, наружного кольца 8 и лопаток 9,
установленных в кольцевом пространстве между кольцами 7 и 8 . При этом колесо 6 выполнено пустотелым , т.е. со свободным пространством в центральной своей части.
Наружное кольцо 8 в передней своей части снабжено входным конфузором 10, а на задней кромке выполнено с посадочным местом 14 для установки в подшипниковом узле корпуса 2 и приводной поверхностью 15 , взаимодействующей с приводным устройством 13 двигателя 12. Приводное устройство 13 может быть выполнено любым известным способом, например, в виде шкива с ремнём, взаимодействующим с приводной поверхностью 15, выполненной также в виде шкива.
Движитель работает следующим образом.
При включении двигателя 12 кольцевое цилиндрическое лопаточное колесо 6 вращается и с помощью лопаток 9 засасывает окружающий воздух 16 , закручивает , ускоряет и выбрасывает его в вихревую камеру 4 в виде кольцевого потока 17. Кольцевой поток 17 создаёт вихрь 18, который проходя по вихревой камере стабилизируется, и превращает поток в пустотелом тракте движителя в вихревой . В выходном устройстве вихревой поток выпрямляется с помощью радиальных спрямляющих стенок 11 , установленных на поверхности тракта движителя по его окружности. Выпрямленный в основной своей массе поток ускоряется в сопле, создавая тягу.
2. Реализация способа с применением кольцевого конусного лопаточного колеса приведена на Фиг.2.
Воздушный движитель 32 включает корпус 20, несущий в передней своей части входное устройство 21, выполненное в виде конфузора, и выходное устройство 23^ выполненное в виде сужающегося сопла. Среднюю часть корпуса 20 занимает вихревая камера 22. Входное устройство 21, вихревая камера 22 и выходное устройство
23 составляют воздушный тракт движителя. Во входном устройстве установлено кольцевое конусное лопаточное колесо 24. Колесо 24 выполнено из связанных между собой внутреннего кольца 25, наружного кольца 28 и лопаток 27, установленных в кольцевом пространстве между кольцами 25 и 28, конусными. При этом колесо 24 выполнено пустотелым , т.е. со свободным пространством в центральной своей части. Кроме того, лопаточное колесо
24 выполнено конусным, т.е. внутренняя поверхность наружного кольца 25, обращенная внутрь лопаточного канала, выполнена в виде усечённого конуса, обращенного большим основанием по потоку, в сторону вихревой камеры.
Вихревая камера 22 выполнена в передней части в виде диффузора, а поверхность диффузора выполнена в передней своей части совпадающей с внутренней (конусной) поверхностью наружного кольца 25. Задняя часть вихревой камеры выполнена цилиндрической и состыкована с соплом. Наружное кольцо 25 в передней своей части снабжено входным конфузором 28, а на задней кромке выполнено с посадочным местом для установки в подшипниковом узле корпуса 20 и приводной поверхностью, взаимодействующей с приводным устройством 31 двигателя 30.
Движитель 32 работает аналогично движителю 1. При этом, выполнение лопаточного колеса конусным позволяет уменьшить потери на входе в лопаточное колесо. Наличие конусности в передней части вихревой камеры позволяет более полно использовать энергию закрученного потока.
3. Движитель с закручивающим устройством, выполненным в виде неподвижных направляющих лопаток.
Движитель 33 (см. Фиг. 3) содержит корпус 34, включающий входное устройство 35, выполненное в виде конфузора, диффузор 36, вихревую камеру 37 и выходное устройство 38. Диффузор 36 снабжён направляющими лопатками 39^ установленными по всей окружности выходного сечения перпендикул рно к поверхности и под углом 40 к оси движителя. При этом, угол установки лопатки к оси движителя (при виде на поверхность диффузора ) может быть выполнен равным 5 - 45° .
При работе движителя поступающий воздушный поток 42 проходит направляющие лопатки 39. Направляющие лопатки отклоняют воздушный поток на поверхности диффузора в одном , заданном направлении 43, что приводит к возникновению вихря 44. Вращающийся слой воздуха захватывает внутренний воздух, превращая поток входящего воздуха в вихревой, создающий разрежение на входе в движитель. Разрежение приводит к дополнительному притоку окружающей среды за счёт её энергии, т.е. к увеличению расхода и получению дополнительной тяги. Вихревой поток стабилизируется в вихревой камере 37, а затем выпрямляется и ускоряется в выходном устройстве.
4. Движитель со вдувом высокоэнергетических струй. Движитель 46 (См. Фиг. 4 ) содержит корпус 47, включающий входное устройство 47, выполненное в виде конфузора, диффузор 49, вихревую камеру 50 и выходное устройство 51. Движитель снабжён устройством для подачи текучей среды с высокой скоростью и под большим давлением. Устройство выполнено в виде коллектора 53 , снабжённого выпускными соплами 54, выпускные окна которых выполнены на поверхности диффузора в задней его части. Коллектор 53 связан трубопроводом с источником сжатой текучей среды (на черт, не показано), снабжённым устройством регулирования подачи. Выпускные сопла выполнены таким образом, что ось каждого сопла составляет угол 55 (при виде на поверхность тракта движителя.). Угол 55 может для различных движителей быть равным 10 - 60°. В диаметральнойплоскости угол наклона 56 выпускных сопел может составлять -5 - +10° с осью движителя ( на черт, линия 57- параллельная оси).
При работе движителя вдув высокоэнергетических струй окружающей среды (или другой текучей среды) эжектирует текучую среду извне и создаёт прокачку текучей среды через тракт движителя. При этом каждая струя действует как отдельный эжектор, увлекая окружающую среду (при работе на месте) или ускоряя поток при движении транспортного средства. Все вместе вдуваемые по окружности тракта движителя струи 58 ускоряют и закручивают входной поток 59, создавая тем самым вихрь. Вихрь стабилизируют в вихревой камере 50. Вихревой поток выпрямляется и ускоряется в выходном устройстве на радиальных спрямляющих стенках 52 и в сопле 51, создавая тягу.
Промышленная применимость
Представленный способ создания тяги для транспортного средства, предназначенного для передвижения в текучей среде, позволяет создать более эффективные движители для различных транспортных средств: водного транспорта, судов на воздушной подушке, авиации. Движители могут приводиться различными двигателями: электрическими, двигателями внутреннего сгорания, газотурбинными, газогенераторами. Движители просты по конструкции, имеют малую массу. За счёт использования всей площади поперечного сечения тракта и более эффективного использования энергии окружающей среды движители позволяют снизить топливные затраты, повысить эффективность транспорта. При этом, если в эжекторных увеличителях тяги при увеличение скорости передвижения происходит снижение и исчезновение эффекта, то в предложенном способе его эффективность с ростом скорости повышается..
Движители могут быть выполнены из металла или , что предпочтительнее, из полимерных композиционных материалов по существующим технологиям.

Claims

Формула изобретения.
1. Способ создания тяги для транспортного средства, предназначенного для передвижения в текучей среде, включающий прокачивание текучей среды через кругового сечения пустотелый тракт движителя, содержащий входное и выходное устройство, сообщение ей дополнительной энергии и реализацию тяги в выходном устройстве,
Отличающийся тем, что в прокачиваемой текучей среде в пустотелом тракте движителя создают вихрь с вектором циркуляции, направленным вдоль потока по оси движителя, стабилизируют полученный вихрь, после чего вихревой поток текучей среды, направляют в выходное устройство, где осуществляют выпрямление и ускорение потока.
2. Способ создания тяги для транспортного средства, предназначенного для передвижения в текучей среде, по п.1 , отличающийся тем, что вихрь создают во входном устройстве движителя выполненным с диффузором, сопряжённым с пустотелым трактом движителя.
3. Способ создания тяги для транспортного средства, предназначенного для передвижения . в текучей среде, по п.1 , 2, отличающийся тем, что прокачивание текучей среды и создание вихря осуществляют вращением кольцевого лопаточного колеса, содержащего лопатки по переферии и свободное пространство в центральной своей части.
4. Способ создания тяги для транспортного средства, предназначенного для передвижения в текучей среде, по п.1 , 2, отличающийся тем, что вихрь создают путём вдува в тракт двигателя по его переферии высокоэнергетичных струй , например, текучей среды, направленных под углом 12 -г- 60° к оси тракта движителя.
5. Способ создания тяги для транспортного средства, предназначенного для передвижения в текучей среде по п.1,2, отличающийся тем, что вихрь создают отклонением вектора скорости текучей среды по переферии тракта движителя с помощью неподвижных радиальных направляющих лопаток, установленных по переферии потока под углом к оси тракта движителя, а прокачивание текучей среды осуществляют за счёт дополнительного движителя транспортного средства.
6. Способ создания тяги для транспортного средства, предназначенного для передвижения в текучей среде по π.1, 2, отличающийся тем, что выпрямление потока производят с помощью радиальных спрямляющих стенок , установленных на поверхности тракта движителя по окружности.
7. Способ создания тяги для транспортного средства, предназначенного для передвижения . в текучей среде, по п.З , отличающийся тем, что прокачивание текучей среды и создание вихря осуществляют вращением кольцевого конусного лопаточного колеса, содержащего лопатки по переферии и свободное пространство в центральной своей части.
PCT/RU2010/000760 2009-12-24 2010-12-16 Способ создания тяги для транспортного средства WO2011078740A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE212010000200U DE212010000200U1 (de) 2009-12-24 2010-12-16 Vorrichtung zur Schubleistungserzeugung für Fahrzeuge

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009148052 2009-12-24
RU2009148052/06A RU2009148052A (ru) 2009-12-24 2009-12-24 Способ создания тяги для транспортного средства, предназначенного для передвижения в текучей среде

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011078740A1 true WO2011078740A1 (ru) 2011-06-30

Family

ID=44196003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2010/000760 WO2011078740A1 (ru) 2009-12-24 2010-12-16 Способ создания тяги для транспортного средства

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE212010000200U1 (ru)
RU (1) RU2009148052A (ru)
WO (1) WO2011078740A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11396888B1 (en) 2017-11-09 2022-07-26 Williams International Co., L.L.C. System and method for guiding compressible gas flowing through a duct

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468234C1 (ru) * 2011-07-15 2012-11-27 Сергей Нестерович Белоглазов Турборазгонное устройство
RU2497004C2 (ru) * 2012-01-24 2013-10-27 Сергей Нестерович Белоглазов Гибридный двойной газотурбинный двигатель

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB777694A (en) * 1952-04-16 1957-06-26 Devendra Nath Sharma Improvements relating to internal combustion turbines in combination with ram-jet engines
RU2148529C1 (ru) * 1997-12-11 2000-05-10 Шведов Владимир Тарасович Концевой генератор вихря для аэродинамической несущей поверхности
US6151882A (en) * 1999-06-22 2000-11-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Turbofan engine construction
RU2212003C1 (ru) * 2002-09-25 2003-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" Способ и устройство для сжигания топлива
RU2300652C2 (ru) * 2004-12-09 2007-06-10 Виктор Борисович Лужинский Газотурбинный двигатель
GB2447291A (en) * 2007-03-08 2008-09-10 John Edward Randell A turbojet engine having a bypass flow through the engine core

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2162957C2 (ru) 1998-01-06 2001-02-10 Орловский государственный технический университет Авиационный газотурбинный двигатель

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB777694A (en) * 1952-04-16 1957-06-26 Devendra Nath Sharma Improvements relating to internal combustion turbines in combination with ram-jet engines
RU2148529C1 (ru) * 1997-12-11 2000-05-10 Шведов Владимир Тарасович Концевой генератор вихря для аэродинамической несущей поверхности
US6151882A (en) * 1999-06-22 2000-11-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Turbofan engine construction
RU2212003C1 (ru) * 2002-09-25 2003-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" Способ и устройство для сжигания топлива
RU2300652C2 (ru) * 2004-12-09 2007-06-10 Виктор Борисович Лужинский Газотурбинный двигатель
GB2447291A (en) * 2007-03-08 2008-09-10 John Edward Randell A turbojet engine having a bypass flow through the engine core

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G.S. SKUBACHEVSKY.: "Aviatsionye gazo-turbinnye dvigateli. Konstruktsiya i raschet detalei.", MASHINOSTROENIE, 1981, MOSCOW, pages 429 - 430 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11396888B1 (en) 2017-11-09 2022-07-26 Williams International Co., L.L.C. System and method for guiding compressible gas flowing through a duct

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009148052A (ru) 2011-06-27
DE212010000200U1 (de) 2012-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7497666B2 (en) Pressure exchange ejector
US7334990B2 (en) Supersonic compressor
US9033668B2 (en) Impeller
US3546880A (en) Compressors for gas turbine engines
JP6378736B2 (ja) ジェットエンジン排気用圧縮カウル
US9309893B2 (en) Supersonic compressor
US9644537B2 (en) Free stream intake with particle separator for reverse core engine
JP2019163727A (ja) 遠心圧縮機のパイプディフューザ
US11131205B2 (en) Inter-turbine ducts with flow control mechanisms
US3241316A (en) Exhaust pressure depression apparatus for increasing the power generating efficiencyof heat engines
WO2011078740A1 (ru) Способ создания тяги для транспортного средства
US20140356128A1 (en) Method and device for stabilizing a compressor current
US10823197B2 (en) Vane diffuser and method for controlling a compressor having same
US20030210980A1 (en) Supersonic compressor
JP3955844B2 (ja) 放出排気を用いる噴射推進機関
US20090178386A1 (en) Aircraft Propulsion System
RU2465481C2 (ru) Вихревой движитель
US2945670A (en) Active-reactive energy applications for prime movers
CN105927421A (zh) 文丘里喷气发动机
JPH0582795U (ja) ブースター付ウォータジェット推進機
KR100521393B1 (ko) 방출배기를 이용한 분사추진기관
US4843814A (en) Assembly for producing a propulsive force
US20170306843A1 (en) Method and apparatus for increasing useful energy/thrust of a gas turbine engine by one or more rotating fluid moving (agitator) pieces due to formation of a defined steam region
US20220056842A1 (en) Method and apparatus for increasing useful energy/thrust of a gas turbine engine by one or more rotating fluid moving (agitator) pieces due to formation of a defined steam region
Sureshkumar et al. Design and Analysis of Bladeless Thruster for an UAV Applications at Three Different Profile Configurations

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10839872

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2120100002000

Country of ref document: DE

Ref document number: 212010000200

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10839872

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1