способ реактивного движения и устройство для его осуществления в виде бескомпрессорного воздушно-реактивного двигателя

Формула изобретения

1. Способ реактивного движения путем сжатия воздуха в реактивном двигателе скоростным напором при полете летательного аппарата, создания из поступающего во входное отверстие двигателя воздуха со скоростью, соответствующей скорости полета летательного аппарата, встречных потоков воздуха, сжигания горючего в сжатом воздухе и направления продуктов сгорания в сопло для создания реактивной тяги, отличающийся тем, что встречные потоки сталкивают непосредственно в камере сгорания с взаимным погашением кинетической энергии и встречной скорости их движения, при этом осуществляют основное сжатие воздуха, в котором производят сжигание горючего.

2. Бескомпрессорный воздушно-реактивный двигатель, содержащий корпус с входным отверстием, установленный в передней части корпуса внутренний объемный элемент в виде вкладыша, выполненного в виде обтекаемого в передней части тела, вершина которого направлена к входному отверстию, кольцевой канал для прохода воздуха между внутренней поверхностью корпуса и вкладышем, камеру сгорания и обращенную в пределы камеры сгорания форсунку с возможностью распыления горючего непосредственно в пределы объема камеры сгорания, и сопло, отличающийся тем, что поверхность дна вкладыша обращена в сторону сопла, при этом площадь дна вкладыша сопоставима по величине с площадью выходного отверстия из камеры сгорания в сторону сопла, задняя часть корпуса двигателя выполнена в виде симметричной линии оси двигателя полусферической поверхности, внутренняя полость которой образует камеру сгорания между дном вкладыша и выходным отверстием из камеры сгорания, камера сгорания по внешней окружности сообщается с кольцевым каналом, кривизна внутренней полусферической поверхности задней части корпуса выполнена с возможностью равномерного отклонения потока воздуха из кольцевого канала в радиальных концентрических направлениях в сторону центральной части камеры сгорания, обеспечивая при этом взаимное торможение поступающих из кольцевого канала концентрических встречных потоков воздуха и его сжатие за счет погашения кинетической энергии при столкновении в камере сгорания.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что между кольцевым каналом и камерой сгорания установлены направляющие поверхности в виде концентрических одного или нескольких профилированных ободов, симметрично охватывающих камеру сгорания и обеспечивающих возможность более точного радиального направления потока воздуха из кольцевого канала в центральную часть камеры сгорания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к реактивным двигательным установкам и предназначено для использования при полетах летательных аппаратов в воздушном пространстве.

Известен способ реактивного движения, осуществляемый с применением прямоточного воздушно-реактивного двигателя, при котором предварительное сжатие воздуха перед подачей его в камеру сгорания осуществляют скоростным напором с использованием диффузора, который устанавливают у входного отверстия двигателя, сжатый воздух прямым потоком направляют в камеру сгорания, где в сжатом воздухе сжигают горючее, а продукты сгорания направляют в сопло, при этом прямоточное движение поступившего в двигатель воздуха и образуемого в пределах двигателя газа остается неизменным (см. "Политехнический словарь" под ред. А.Ю.Ишлинского, изд. "Советская энциклопедия", М. - 1980, стр.420-421). [1]

Недостатком этого способа реактивного движения является то, что только при скорости полета, равной 2-3,5 скорости звука, удельный расход топлива достигает минимума и прямоточный воздушно-реактивный двигатель становится экономичнее, чем турбореактивный двигатель (ТРД), являющийся разновидностью воздушно-реактивного двигателя (ВРД).

Наиболее близким по совокупности признаков с заявленным изобретением является способ реактивного движения, при котором сжатие воздуха в реактивном двигателе производят скоростным напором при полете летательного аппарата. Из поступающего во входное отверстие двигателя воздуха со скоростью, соответствующей скорости полета летательного аппарата, создают встречные потоки воздуха. Сжигание горючего производят в сжатом воздухе и направляют продукты сгорания в сопло для создания реактивной тяги (см. патент РФ 2127819, кл. F 02 К 7/10, 20.03.99). [2]

Недостатком этого способа реактивного движения является неполное использование при его осуществлении кинетической энергии поступающего в двигатель воздуха для его сжатия в камере сгорания с целью повышения экономичности и создаваемой двигателем реактивной тяги.

Известен прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), содержащий корпус, диффузор, камеру сгорания и реактивное сопло, в котором сжатие воздуха осуществляют скоростным напором (см. [1], стр.420-421).

Недостатком этого ПВРД является то, что его экономичное использование обеспечивается только при скорости полета, равной 2-3,5 скорости звука.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному изобретению является концевой воздушно-реактивный двигатель, используемый преимущественно для приведения во вращение несущего винта вертолета. Двигатель содержит корпус с входным отверстием, установленный в передней части корпуса внутренний объемный элемент в виде вкладыша, выполненного в виде обтекаемого в передней части тела, вершина которого направлена к входному отверстию, кольцевой канал для прохода воздуха между внутренней поверхностью корпуса и вкладышем, камеру сгорания, обращенную в пределы камеры сгорания форсунку с возможностью распыления горючего непосредственно в пределы объема камеры сгорания и сопло [2].

Указанный двигатель не обеспечивает возможность использования кинетической энергии воздушного потока для дополнительного сжатия воздуха непосредственно в камере сгорания и содержит три размещенные последовательно одна в другой круговые поверхности (корпус, кожух, камера сгорания), что увеличивает габаритные размеры двигателя.

Предлагаемое изобретение по способу реактивного движения и устройству по его осуществлению в виде бескомпрессорного воздушно-реактивного двигателя позволяет получить технический результат, заключающийся в существенном уменьшении скорости полета летательного аппарата с обеспечением при этом эффективной работы указанного двигателя с высокой экономичностью, сравнимой с известными ТРД и ВРД. Это достигается достаточной степенью сжатия воздуха в камере сгорания при умеренных скоростях полета. Вместе с тем, обеспечивается возможность уменьшения габаритных размеров двигателя с соответствующим повышением его габаритной мощности.

Указанный технический результат по способу реактивного движения достигается тем, что сжатие воздуха в реактивном двигателе производят скоростным напором при полете летательного аппарата. Из поступающего во входное отверстие двигателя воздуха со скоростью, соответствующей скорости полета летательного аппарата, создают встречные потоки воздуха. Сжигание горючего производят в сжатом воздухе и направляют продукты сгорания в сопло для создания реактивной тяги. Согласно изобретению встречные потоки сталкивают непосредственно в камере сгорания с взаимным погашением кинетической энергии и встречной скорости их движения, где при этом осуществляют основное сжатие воздуха, в котором производят сжигание горючего.

Бескомпрессорный воздушно-реактивный двигатель, обеспечивающий осуществление указанного выше способа реактивного движения, содержит корпус с входным отверстием, установленный в передней части корпуса внутренний объемный элемент в виде вкладыша, выполненного в виде обтекаемого в передней части тела, вершина которого направлена к входному отверстию, кольцевой канал для прохода воздуха между внутренней поверхностью корпуса и вкладышем, камеру сгорания и обращенную в пределы камеры сгорания форсунку с возможностью распыления горючего непосредственно в пределы объема камеры сгорания. Согласно изобретению поверхность дна вкладыша обращена в сторону сопла, при этом площадь дна вкладыша сопоставима по величине с площадью выходного отверстия из камеры сгорания в сторону сопла. Задняя часть корпуса двигателя выполнена в виде симметричной линии оси двигателя полусферической поверхности, внутренняя полость которой образует камеру сгорания между дном вкладыша и выходным отверстием из камеры сгорания. Камера сгорания по внешней окружности сообщается с кольцевым каналом. Кривизна внутренней полусферической поверхности задней части корпуса выполнена с возможностью равномерного отклонения потока воздуха из кольцевого канала в радиальных концентрических направлениях в сторону центральной части камеры сгорания, обеспечивая при этом взаимное торможение поступающих из кольцевого канала концентрических встречных потоков воздуха и его сжатие за счет погашения кинетической энергии при столкновении в камере сгорания.

Между кольцевым каналом и камерой сгорания установлены направляющие поверхности в виде концентрических одного или нескольких профилированных ободов, симметрично охватывающих камеру сгорания и обеспечивающих возможность более точного радиального направления потока воздуха из кольцевого канала в центральную часть камеры сгорания.

На приведенном чертеже в разрезе по осевой фронтальной плоскости показано в общем виде осуществление способа реактивного движения на примере соответствующего устройства в виде бескомпрессорного воздушно-реактивного двигателя. Стрелками на чертеже показано направление движения воздуха и продуктов сгорания.

Предложенный способ реактивного движения характеризуется применением устройства для его осуществления в виде приведенного ниже бескомпрессорного воздушно-реактивного двигателя, на примере работы которого будет дано описание этого способа.

Бескомпрессорный воздушно-реактивный двигатель содержит корпус 1 с входным отверстием 2, установленный в передней части корпуса внутренний объемный элемент в виде вкладыша 3, выполненного в виде обтекаемого в передней части тела, вершина которого направлена к входному отверстию, кольцевой канал 4 для прохода воздуха между внутренней поверхностью корпуса и вкладышем, камеру сгорания 5 и обращенную в пределы камеры сгорания форсунку 6 с возможностью распыления горючего непосредственно в пределы объема камеры сгорания, и сопло 7. Поверхность дна 8 вкладыша 3 обращена в сторону сопла 7, при этом площадь дна вкладыша сопоставима по величине площади с площадью выходного отверстия 9 из камеры сгорания в сторону сопла. Задняя часть корпуса 1 двигателя выполнена в виде симметричной линии оси О-О двигателя полусферической поверхности 10, внутренняя полость которой образует камеру сгорания между дном 8 вкладыша 3 и выходным отверстием 9 из камеры сгорания 5. Камера сгорания по внешней окружности сообщается с кольцевым каналом 4, кривизна внутренней полусферической поверхности 10 задней части корпуса 1 выполнена с возможностью равномерного отклонения потока воздуха из кольцевого канала 4 в радиальных концентрических направлениях в сторону центральной части камеры сгорания 5, обеспечивая при этом взаимное торможение поступающих из кольцевого канала концентрических встречных потоков воздуха и его сжатие за счет погашения кинетической энергии при столкновении в камере сгорания.

Между кольцевым каналом 4 и камерой сгорания 5 установлены направляющие поверхности 11 в виде концентрических одного или нескольких профилированных ободов, симметрично охватывающих камеру сгорания и обеспечивающих возможность более точного радиального направления потока воздуха из кольцевого канала в центральную часть камеры сгорания.

Приведенное устройство в виде бескомпрессорного воздушно-реактивного двигателя осуществляет предложенный способ реактивного движения следующим образом.

При полете летательного аппарата встречный воздух попадает во входное отверстие 2 двигателя и далее в кольцевой канал 4. При этом скорость воздуха относительно входного отверстия будет равна скорости полета летательного аппарата относительно окружающего воздуха. При движении в кольцевом канале 4 воздух равномерно охватывает со всех сторон боковые поверхности вкладыша 3, сжимается за счет частичной потери скорости движения и попадает на внутренние полусферические поверхности 10 задней части корпуса 1 двигателя и профилированные ободы 11 направляющих поверхностей, которые совместно изменяют направление движения одинакового со всех сторон потока воздуха из кольцевого канала 4 в радиальных направлениях в сторону центральной части камеры сгорания 5, где осуществляется взаимное полное торможение поступающих концентрично встречных потоков воздуха и его максимальное сжатие за счет взаимного погашения кинетической энергии потоков воздуха с противоположными направлениями движения. В пределы камеры сгорания из форсунки 6 производят распыление горючего и обеспечивают его сгорание в сжатом воздухе с созданием максимального давления продуктов сгорания на окружающие поверхности камеры сгорания. Давление продуктов сгорания на дно 8 вкладыша 3 и их истечение с ускорением через сопло 7 создает реактивную тягу и осуществляет реактивное движение.

В камеру сгорания 5 потоки воздуха равномерно поступают во встречных направлениях и сжатие воздуха в камере сгорания при указанных условиях происходит при скоростном напоре, примерно в два раза превышающем аналогичный показатель, достижимый при реальной скорости полета летательного аппарата, снабженного известными прямоточными воздушно-реактивными двигателями. Исходя из этого следует, что предложенный бескомпрессорный воздушно-реактивный двигатель будет работать с высокой эффективностью при скоростях полета, существенно меньших по сравнению с известными прямоточными воздушно-реактивными двигателями, и с меньшим удельным расходом горючего.