автомобиль с газотурбоионным двигателем

Формула изобретения

Автомобиль с газотурбоионным двигателем, содержащий раму с ходовой частью и подвеской, кабину, кузов, энергетическую установку с силовой передачей, механизмы управления, отличающийся тем, что энергетическая установка выполнена в форме газотурбоионного двигателя, содержащего пусковой электродвигатель с центробежной соединительной муфтой, понижающий редуктор, несколько газовых турбин, размещенных в отдельных корпусах, закрытых крышками и установленных на общем валу, один конец которого связан с центробежной соединительной муфтой, а другой соединен с ведущим валом понижающего редуктора, причем впускной и выпускной каналы каждой из газовых турбин соединены между собой трубопроводом, имеющим снаружи охладитель и штуцер с запорным краном, соединенный с баллоном сжатого водорода, а внутри содержащим ионизатор газа, ускоряющую систему и нейтрализатор, кроме того, внутренние полости газовых турбин и трубопроводов заполнены водородом под давлением, который является рабочим телом, причем ионизаторы газа, ускоряющие системы и нейтрализаторы газовых турбин электрически соединены с ядерными (изотопными) высоковольтными батареями через коммутирующее устройство, соединенное кинематически с педалью акселератора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автомобилестроения и может найти применение в качестве транспортного средства.

Известен автомобиль ГАЗ-51а (42), содержащий раму, на которой размещены кабина, кузов, ходовую часть с подвеской, двигатель, который посредством силовой передачи соединен с задними колесами, механизмы управления. Масса автомобиля 2500 кг, грузоподъемность 2000-2500 кг, максимальная скорость 70 км/час, мощность двигателя 70 л.с. при 2800 об/мин, расход топлива 20 л на 100 км при скорости движения 40 км/час (Краткий автомобильный справочник НИИАТ. Изд. 8-е. М.: Транспорт, 1979, с.116-118).

Недостатками известного автомобиля ГАЗ-51а являются: большой расход топлива, небольшой пробег между заправками, загрязнение окружающей среды выхлопными газами, большие тепловые потери двигателя.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией автомобиля.

Известен также автомобиль ЗИЛ-130 (42), содержащий раму с ходовой частью и подвеской, на которой размещены кабина, кузов, двигатель, который посредством силовой передачи соединен с задними колесами, механизмы управления. Масса автомобиля 4500 кг, грузоподъемность 5000 кг, максимальная скорость 90 км/час, мощность двигателя 150 л.с. при 3200 об/мин, расход топлива 28 л на 100 км при скорости 30-40 км/час (Там же, с.125-130).

Известный автомобиль ЗИЛ-130, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатки известного автомобиля ЗИЛ-130, принятого за прототип, те же.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией автомобиля.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств автомобиля.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что двигатель и топливные баки заменены газотурбоионным двигателем, содержащим пусковой электродвигатель с центробежной соединительной муфтой, понижающий редуктор, несколько газовых турбин, размещенных в отдельных корпусах, закрытых крышками и установленных на общем валу, один конец которого связан с центробежной соединительной муфтой, а другой конец соединен с ведущим валом понижающего редуктора, причем впускной и выпускной каналы каждой из газовых турбин соединены между собой трубопроводом, имеющим снаружи охладитель и штуцер с запорным краном, соединенный с баллоном сжатого водорода, а внутри ионизатор газа, ускоряющую систему и нейтрализатор, кроме того, внутренние полости газовых турбин и трубопроводов заполнены водородом под давлением, который является рабочим телом, ядерными высоковольтными батареями, каждая из которых содержит корпус, внутри которого установлен эмиттер, содержащий радиоактивные соли стронция, разделенные между собой вакуумом или диэлектриком, системой регулирования частоты вращения вала газотурбинного двигателя, представляющей собой включатели, разбитые на несколько групп и в группах связанные единым приводом, включенные в цепь ядерных батарей, ионизаторов газа, ускоряющих систем и нейтрализаторов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид автомобиля с газотурбоионным двигателем, на фигуре 2 - схема силовой передачи автомобиля с газотурбоионным двигателем, на фигуре 3 - общий вид газотурбоионного двигателя, на фигуре 4 - вид слева на газотурбоионный двигатель, на фигуре 5 - вид справа на газотурбоионный двигатель, на фигуре 6 - продольный разрез газотурбоионного двигателя, на фигуре 7 - схема газотурбоионного двигателя, на фигуре 8 - схема регулирования частоты вращения вала газотурбоионного двигателя, на фигуре 9 - схема понижающего редуктора, на фигуре 10 - устройство центробежной соединительной муфты, на фигуре 11 - устройство ядерной высоковольтной батареи.

Предлагаемый автомобиль с газотурбоионным двигателем содержит раму 1 с прикрепленной к ней ходовой частью и подвеской, на которой установлены кабина водителя 2, кузов 3, высоковольтный батарейный отсек 4, баллон 5 со сжатым водородом. Силовая передача автомобиля содержит газотурбоионный двигатель 6, который через муфту оцепления 7 и коробку передач 8 посредством карданного вала 9 и главной передачи 10 соединен с задними ведущими колесами 11.

Газотурбоионный двигатель содержит корпуса 12, 13, 14, закрытые крышками 15, 16, 17, соединенные болтами между собой, внутри которых установлены турбины 18, 19, 20, закрепленные на общем валу 21. К крайним корпусам прикреплены корпус 22 центробежной соединительной муфты, связанной с пусковым электродвигателем 23 и корпус 24 понижающего редуктора. Центробежная соединительная муфта содержит ведущий вал 25, соединенный с валом пускового электродвигателя, на котором закреплена вилка 26, на концах которой с возможностью продольного перемещения установлены грузики 27, 28 с колодками 29, 30, нагруженные пружиной 31. На общем валу закреплен диск 32 с фрикционной накладкой. Понижающий редуктор содержит ведущую шестерню 33, закрепленную на общем валу и входящую в зацепление с большой шестерней 34 каретки, закрепленной на водиле 35, установленном на валу 36 газотурбоионного двигателя. Малая шестерня 37 каретки входит в зацепление с неподвижной шестерней 38, закрепленной на корпусе понижающего редуктора. Впускной и выпускной каналы каждой из турбин соединены между собой трубопроводами 39, 40, 41, снаружи которых установлены охладители 42, 43, 44 и штуцера с запорными кранами 45. Внутри каждого из трубопроводов размещены ионизатор газа, ускоряющая система и нейтрализатор. Ионизатор газа содержит круглый цилиндр 46, подключенный к положительному выводу высоковольтной батареи, источник электронов 47 в форме круглого стержня, вставленного внутрь круглого цилиндра и соединенного с ускоряющей сеткой 48, подключенных к высоковольтной батарее. Там же с противоположной стороны установлены замедляющая сетка 49 и нейтрализатор 50 в форме сетки, подключенные к высоковольтным батареям. Ионизатор газа, ускоряющая система и нейтрализатор расположены в трубопроводе, внутренняя поверхность которого выполнена из изоляционного материала, внутрь которого входят лопасти турбины, выполненные из прочного изоляционного материала или покрытые им. Снаружи на ионизаторе газа установлен соленоид 51. Все соленоиды соединены последовательно и подключены к высоковольтным батареям. Система регулирования частоты вращения вала газотурбоионного двигателя содержит три группы высоковольтных батарей и включателей. Первая группа содержит высоковольтные батареи 52, 53, 54, 55, 56 и включатели 57, 58, 59, 60, 61. Вторая группа содержит высоковольтные батареи 62, 63, 64, 65, 66 и включатели 67, 68, 69, 70, 71. Третья группа содержит высоковольтные батареи 72, 73, 74, 75, 76 и включатели 77, 78, 79, 80, 81. Все три группы высоковольтных батарей и включателей подключены в цепь питания ионизаторов газа, ускорительных систем, нейтрализаторов и соленоидов, причем каждая группа включателей (коммутирующее устройство) имеет общий привод (на чертежах не показано) и кинематически соединена с педалью акселератора, а одни и те же элементы разных газовых турбин соединены между собой проводниками, как показано на фигуре 8. Внутренние полости газовых турбин и трубопроводов заполнены водородом под давлением, который является рабочим телом газотурбоионного двигателя. Ядерные (изотопные) высоковольтные батареи размещены в высоковольтном батарейном отсеке, одинаковы по конструкции и каждая из них содержит корпус 82, внутрь которого вставлен изолированный от корпуса вакуумом или диэлектриком 83 эмиттер 84, являющийся носителем или частиц радиоактивного изотопа стронция, заряжается отрицательно или положительно по отношению к корпусу. Необходимая величина напряжения высоковольтной батареи обеспечивается процентным содержанием радиоизотопа в эмиттере и может находиться в пределах 25-150 мккюри. Ядерные высоковольтные батареи безопасны, имеют небольшие размеры и срок службы порядка 15-25 лет.

(О ядерных источниках тока см.: В.Фильштих. Топливные элементы. Пер. с нем. М. : Мир, 1968, с.339, рис.72 и С.И.Венецкий. О редких и рассеянных. Рассказы о металлах. М.: Металлургия, 1980, с.29-50).

Работа автомобиля.

Перед началом движения необходимо проверить давление водорода в трубопроводах 39, 40, 41 газотурбоионного двигателя 6 по манометру, не показанному на чертежах и, если оно недостаточно, то, открыв тот или иной запорный кран 45, добавить в соответствующий корпус газовой турбины необходимое количество водорода из баллона 5. Далее необходимо проверить исправность ядерных высоковольтных батарей, аккумулятора и генератора электрического тока, не показанных на чертежах. После этого производится запуск газотурбоионного двигателя 6. Для этого необходимо поставить рычаг переключения передач в нейтральное положение и включить пусковой электродвигатель 23, который станет вращать вилку 26 центробежной соединительной муфты. Грузики 27, 28 под действием центробежной силы станут удаляться от центра вращения, перемещаясь вперед и сжимая пружину 31. Колодки 29, 30 прижмутся к диску 32 и станут его вращать, а вместе с ним и общий вал 21 с газовыми турбинами 18, 19, 20. При этом водород станет перекачиваться по трубопроводам 39, 40, 41. Как только газовые турбины наберут достаточную скорость вращения, необходимо подключить посредством включателей 57, 58, 59, 60, 61 первую группу ядерных высоковольтных батарей 52, 53, 54, 55, 56 к соленоидам, ионизаторам газа, ускоряющим системам и нейтрализаторам. Водород поступает в ионизаторы газа, где происходит его объемная ударная ионизация. Заряженные положительно полые цилиндры 46 ионизируют атомы водорода, а круглые стержни 47 являются источниками электронов, которые, двигаясь в сторону полых цилиндров 46, ионизируют встречающиеся на их пути атомы водорода.

(О ионизации см.: В.А.Батушев. Электронные приборы. Изд. 2-е. М.: Высшая школа, 1980, с.298-299).

При пропускании электрического тока через соленоиды 51 происходит перемешивание водорода и его более полная ионизация. Под действием электростатического поля каждой ускоряющей системы ионы водорода выбрасываются из ионизаторов газа через ускоряющие сетки 48 и двигаются в направлении нейтрализаторов 50. Ионы водорода встречают на своем пути лопасти газовых турбин 18, 19, 20, ударяют в них, передавая им часть своей энергии, заставляя газовые турбины вращаться, после чего они двигаются в стороны замедляющих сеток 49, где происходит торможение ионов водорода. Двигаясь с небольшой скоростью, ионы водорода достигают нейтрализаторов 50, приобретают недостающие электроны и превращаются в нейтральные атомы водорода. Затем водород движется через охладители 42, 43, 44, где отдает им тепло, полученное при ионизации и затем по трубопроводам 39, 40, 41 возвращается в ионизаторы газа и все повторяется сначала. Как только газовые турбины 18, 19, 20 наберут достаточную скорость вращения, пусковой электродвигатель 23 отключается, грузики 27, 28 под действием пружины 31 отходят назад и отводят колодки 29, 30 от диска 32, и дальнейшее поддержание вращения газовых турбин 18, 19, 20 осуществляется под действием электростатических сил. Скорость движения ионов водорода зависит от напряженности электрических полей ускоряющих систем и, следовательно, изменение частоты вращения газовых турбин может осуществляться путем изменения напряжения, подаваемого на ионизаторы газа, ускоряющие системы и нейтрализаторы каждой из газовых турбин. Перевод газотурбоионного двигателя 6 на вторую ступень частоты вращения осуществляется подключением второй группы ядерных высоковольтных батарей 62, 63, 64, 65, 66 посредством включателей 67, 68, 69, 70, 71 дополнительно к ядерным высоковольтным батареям первой группы путем нажатия на педаль акселератора. Для перевода газотурбоионного двигателя 6 на третью ступень частоты вращения необходимо к уже включенным первым двум ступеням подключить ядерные высоковольтные батареи третьей группы 72, 73, 74, 75, 76 посредством включателей 77, 78, 79, 80, 81, и наоборот. Таким образом ионизаторы газа, ускоряющие системы и нейтрализаторы выполняют роль насосов, заставляющих рабочее тело двигаться по трубопроводам и приводить во вращение газовые турбины 18, 19, 20. Аналогичное действие происходит в ионном ракетном двигателе (см.: Машиностроение. Терминологический словарь / Под общей ред. М.К.Ускова, Э.Ф.Богданова. М.: Машиностроение, 1995, с.151, рис.13 И б) и с.179, рис.12 К).

Вращающийся момент от общего вала 21 передается на ведущую шестерню 33 понижающего редуктора, которая приводит во вращение большую шестерню 34 подвижной каретки, а малая шестерня 37 этой же каретки обкатывается по зубьям неподвижной шестерни 38, увлекая за собой водило 35 и вращая вал 36, подводя к нему более высокую мощность. При работе газотурбоионного двигателя 6 возможна утечка водорода, которая может быть восполнена из баллона 5 через штуцеры путем открытия запорных кранов 45. После того, как газотурбоионный двигатель стал устойчиво работать, можно начинать движение. Для этого необходимо выключить муфту сцепления 7, включить одну из низших передач и далее плавно включить муфту сцепления и нажатием на педаль акселератора увеличить частоту вращения вала двигателя 36, подключив вторую, а затем и третью группы ядерных высоковольтных батарей 62, 63, 64, 65, 66, 72, 73, 74, 75, 76. Далее управление автомобилем ничем не отличается от управления обычным автомобилем. По прибытии к месту назначения газотурбоионный двигатель может быть остановлен. Для этого необходимо отключить ионизаторы газа, ускоряющие системы, нейтрализаторы и соленоиды от ядерных высоковольтных батарей. Движение водорода в трубопроводах 39, 40, 41 прекратится и газовые турбины 18, 19, 20 остановятся. Для работы газотурбоионного двигателя на холостом ходу путем соответствующего переключения может использоваться одна газовая турбина (на чертежах не показано).

Положительный эффект: меньшая пожароопасность, более прост в обслуживании, не загрязняет атмосферу вредными выхлопами, не требует органического топлива, не тратит время на заправку.