комплекс для реактивного полета

Формула изобретения

1. Комплекс для реактивного полета, содержащий фюзеляж, блоки реактивных подъемно-тяговых двигателей с форсажными двигателями, прямоточные детонационные реактивные двигатели, дополнительный маршевый реактивный двигатель, несущие плоскости, включающие воздухозаборник, рули управления, систему транспортирования и нагнетания углеводородного топлива и электропроводной жидкости, а также систему возбуждения электрических разрядов, включающую генератор электрических импульсов,

при этом упомянутые блоки жестко скреплены между собой и фюзеляжем, размещены последовательно друг за другом в соответствующих плоскостях,

каждый подъемно-тяговый двигатель выполнен

с приемной камерой для атмосферного воздуха, включающей решетку с пластинчатыми клапанами, сообщающимися с диффузором демпфирующего устройства, включающего отражатель, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн,

с камерой сгорания, расширяющимся соплом и с комбинированными форсунками, последовательно размещенными друг за другом для впрыскивания смеси продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,

с расположенными смежно к ним форсунками для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,

с рабочим каналом, выполненным в виде прямоугольной трубы с шарнирным соплом для изменения вектора тяги,

с расположенным в упомянутом рабочем канале блоком выпускных клапанов для сжатого воздуха и отработавших газов, выполненных в виде решеток с соплами и с пластинчатыми клапанами,

каждый форсажный двигатель включает воздухозаборник, соединенный с демпфирующим устройством, включающим отражатель, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн,

и камеру сгорания с реактивным соплом и с комбинированными форсунками, последовательно размещенными друг за другом для впрыскивания смеси продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, расположенными смежно к ним форсунками для воспламенения смеси углеводородного топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,

при этом комбинированные форсунки содержат наружный корпус с патрубками и каналами для охлаждения жидкостью и патрубками для подачи электропроводной жидкости с установленными в них шнеками для отражения ударных волн, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала параллельно размещению топливной форсунки, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору электрических импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей днище с отверстиями для выхода газовых струй,

форсунки для воспламенения смеси содержат наружный корпус с патрубками, имеющими каналы для охлаждения жидкостью, и с патрубками для подачи электропроводной жидкости, с установленными в них шнеками для отражения ударных волн, соединенные с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору электрических импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло или днище с отверстиями,

при этом дополнительный маршевый реактивный двигатель содержит корпус, выполненный с диффузором и реактивным соплом, размещенным в нем компрессором с удлиненными патрубками, соединенными с камерами сгорания, расположенными равномерно по окружности,

камеры сгорания дополнительного маршевого реактивного двигателя выполнены с комбинированной форсункой, предназначенной для впрыскивания смеси продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,

с расположенной смежно к ней форсункой для воспламенения смеси углеводородного топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,

с расширяющимися соплами, соединенными с удлиненными цилиндрами волновых компрессоров, подсоединенных к газовой турбине, имеющей бандаж с размещенными на нем лопатками высоконапорного вентилятора, с форсажной камерой, выполненной в виде удлиненного сопла, расположенного коаксиально относительно сопла корпуса, с размещенными в форсажной камере комбинированными форсунками, расположенными равномерно по окружности для впрыскивания смеси продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, с форсунками-резонаторами, размещенными равномерно по окружности и предназначенными для впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,

детонационные реактивные двигатели, расположенные с нескольких сторон снаружи корпуса,

каждый прямоточный детонационный реактивный двигатель содержит корпус, выполненный

с диффузором, соединенным с демпфирующим устройством, включающим отражатель, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн, или с двумя демпфирующими устройствами и размещенной между ними цилиндрической переходной части,

с камерой сгорания и реактивным соплом,

с комбинированными форсунками, последовательно размещенными друг за другом для впрыскивания смеси продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,

с расположенными смежно к ним форсунками для воспламенения смеси углеводородного топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,

дополнительный маршевый детонационный реактивный двигатель содержит корпус, выполненный с диффузором и реактивным соплом, с размещенным в нем компрессором, соединенным с демпфирующим устройством, включающим отражатель, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн, подсоединенные к цилиндрическим переходным частям, с камерами сгорания, расположенными равномерно по окружности,

с комбинированными форсунками, последовательно размещенными друг за другом, для впрыскивания смеси продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермическое разложения электропроводной жидкости,

с расположенными смежно к ним форсунками для воспламенения смеси углеводородного топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,

с соплами, соединенными с удлиненными цилиндрами волновых компрессоров, имеющих на концах вогнутые отражатели, подсоединенные к газовой турбине, содержащей бандаж с размещенными на нем лопатками высоконапорного вентилятора,

с форсажной камерой, расположенной коаксиально относительно сопла корпуса, с размещенными в ней равномерно по окружности комбинированными форсунками для впрыскивания смеси продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,

с расположенными смежно к ним форсунками для воспламенения смеси углеводородного топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,

с форсунками-резонаторами, расположенными равномерно по окружности.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что воздухозаборник упомянутых блоков выполнен под прямым углом к приемным камерам для атмосферного воздуха,

при этом упомянутые блоки жестко скреплены между собой и фюзеляжем, размещены последовательно друг за другом в соответствующих плоскостях,

каждый подъемно-тяговый двигатель выполнен с приемной камерой для атмосферного воздуха, включающей решетку с пластинчатыми клапанами, соединенную с цилиндрической переходной частью,

с камерой сгорания, содержащей суживающееся сопло и комбинированную форсунку для впрыскивания смеси продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,

с рабочим каналом, выполненным в виде прямоугольной трубы с шарнирным соплом для изменения вектора тяги,

с расположенной в нем комбинированной форсункой для впрыскивания смеси продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,

при этом дополнительный маршевый реактивный двигатель содержит корпус с диффузором и реактивным соплом с размещенным в нем электродвигателем, вентилятором и компрессором, соединенным с демпфирующими устройствами, последовательно размещенными друг за другом, включающими отражатели, выполненные в виде тел, заостренных с одной стороны и вогнутых с другой для отражения ударных волн, подсоединенные к цилиндрическим переходным частям,

с камерами сгорания, расположенными равномерно по окружности,

с комбинированными форсунками, последовательно размещенными друг за другом, для впрыскивания смеси продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,

с расположенными смежно к ним форсунками для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,

с расширяющимися соплами, содержащими внешние магниты и электроды магнитогидродинамического генератора,

с реактивным соплом, расположенным коаксиально относительно сопла корпуса,

при этом электродвигатель для вращения вентилятора и компрессора подключен к магнитогидродинамическому генератору.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области авиации и предназначено для летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой, а также для магистральных самолетов среднего и дальнего действия. Известны аппараты с вертикальным взлетом и посадкой. К ним относятся винтовые вертолеты с одним или двумя соосными винтами, конвертопланы и реактивные самолеты, в основном палубные с вертикальным взлетом и посадкой. В них подъемная сила создается за счет отклонения реактивных сопел и изменения вектора тяги. Недостатки винтовых аппаратов: низкий КПД, не превышающий в зависимости от схемы 14-18% /см. И.Н.Колпакчиев Транспортная авиация: взгляд в будущее, Знание. М., Транспорт. 7/80, стр.61/1/, небольшая грузоподъемность, около 20-40 т, низкая скорость полета - до 250-300 км/час, небольшой потолок 2-6 км, большой собственный вес конструкции, особенно редуктора и винта, невозможность садиться на водную поверхность, высокий уровень шума.

Недостатки реактивных самолетов с вертикальным взлетом: низкий КПД, не превышающий 4-5% при взлете, меньшая скорость полета и дальность действия по сравнению с обычным реактивным самолетом. Дальнейшее повышение характеристик этих машин на современном уровне развития невозможно.

Известен пульсирующий воздушно-реактивный двигатель /см. Энциклопедия "Авиация", стр.461/, который служит в качестве аналога. К недостаткам ПуВРД в качестве маршевого двигателя следует, в первую очередь, отнести его небольшой срок службы, не превышающий 10-15 мин, и низкий КПД.

Целью изобретения является повышение КПД аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой магистральных самолетов, скорости и высоты полета, грузоподъемности, тяговооруженности, обеспечение многотопливности двигателей и высокой маневренности летательных аппаратов.

Поставленная цель достигается в изобретении за счет того, что каждый подъемно-тяговый детонационный двигатель снабжен приемной камерой для атмосферного воздуха, содержащей решетку с пластинчатыми самодействующими клапанами, сообщающейся с диффузором несущей плоскости, соединенной с демпфирующим устройством, содержащим отражатель, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн, подсоединенным к камере сгорания с расширяющимися соплом, соединенным с рабочим каналом, содержащим шарнирное сопло для изменения вектора тяги, с расположенными в нем блоком выпускных клапанов для сжатого воздуха, выполненных в виде решеток с соплами и пластинчатыми самодействующими клапанами, форсажным реактивным детонационным двигателем и форсунками-резонаторами, размещенными с двух сторон рабочих каналов, камеры сгорания снабжены комбинированными форсунками с взрывными камерами, последовательно размещенными друг за другом, для впрыскивания смеси продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, и смежно расположенными к ним форсунками-детонаторами для воспламенения рабочей горячей смеси в камерах сгорания за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, при этом комбинированные форсунки содержат наружный корпус с патрубками и каналами для охлаждения жидкостью, внутри которого в слое электроизоляционного материала размещены цилиндрические каналы, сообщающиеся с патрубками подачи электропроводной жидкости, внутри которых размещены шнеки для отражения ударных волн, в каналах с одной стороны выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, содержащей днище с отверстиями для выхода газовых струй, а с другой размещены электроды, подключенные к генератору электрических импульсов.

Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что форсунка-детонатор и форсунка-резонатор содержат наружный корпус с взрывной камерой, с патрубками и каналами для охлаждения жидкостью, внутри которого в слое электроизоляции размещены цилиндрические каналы, сообщающиеся с патрубками, содержащими шнеки, в каналах с одной стороны выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, а с другой размещены электроды. Кроме того поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что форсажный двигатель снабжен воздухозаборником, соединенным с демпфирующим устройством для отражения ударных волн, содержащим вогнутые отражатели, расположенные на заданном расстоянии друг от друга, сообщающиеся с камерой сгорания, содержащей расширяющееся сопло, камера сгорания снабжена комбинированными форсунками с взрывными камерами, последовательно размещенными друг за другом, для впрыскивания смеси газообразного топлива и электропроводной жидкости, и смежно расположенными к ним форсунками-детонаторами для впрыскивания газообразных струй электропроводной жидкости.

Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что рабочие каналы снабжены воздухозаборником, содержащим решетку с соплами и пластинчатыми самодействующими клапанами, рабочий канал содержит сопло с направляющей лопаткой.

Кроме того поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что подъемно-тяговые двигатели, размещенные последовательно друг за другом в несущей плоскости перпендикулярно фюзеляжу, содержат воздухозаборник и приемные камеры для атмосферного воздуха с установленными в них решетками с пластинчатыми самодействующими клапанами, приемная камера подъемно-тягового двигателя соединена с демпфирующим устройством для отражения ударных волн, соединенным с цилиндрической переходной частью, подсоединенной к камере сгорания, содержащей расширяющееся сопло, соединенное с рабочим каналом, комбинированные форсунки последовательно установлены друг за другом, и смежно расположенные к ним форсунки-детонаторы, рабочий канал содержит шарнирное сопло для изменения вектора тяги с расположенными в нем блоками выпускных клапанов для сжатого воздуха, выполненных в виде решеток с соплами и пластинчатыми самодействующими клапанами, размещенными на заданном расстоянии друг от друга и блоком впускных клапанов для входа атмосферного воздуха, и форсажный реактивный двигатель.

Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что в приемной камере размещены поворотные клапаны-заслонки с уплотняющими пластинами на торцах, при этом валы клапанов соединены с электромеханическим приводом для периодических поворотов их вокруг осей.

Кроме того поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что подъемно-тяговые двигатели, размещенные последовательно друг за другом в несущей плоскости перпендикулярно фюзеляжу, содержат приемные камеры с поворотными клапанами-заслонками, подсоединенные к выхлопному соплу турбореактивного двигателя с одной стороны и к расширяющемуся соплу, соединенному с рабочим каналом, с другой стороны, снабжены шарнирным соплом для изменения вектора тяги, с расположенными в нем на заданном расстоянии друг от друга блоками выпускных клапанов для сжатого воздуха, выполненных в виде решеток с соплами и пластинчатыми самодействующими клапанами, и блоком впускных клапанов для входа атмосферного воздуха и форсажный реактивный двигатель.

Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что реактивные двигатели, размещенные последовательно друг за другом в несущей плоскости перпендикулярно фюзеляжу, содержат воздухозаборник и приемные камеры, с установленными в них решетками с пластинчатыми самодействующими клапанами для входа атмосферного воздуха, приемная камера двигателя соединена с камерой сгорания, снабженной комбинированной форсункой и конической переходной частью, соединенной с длинной трубой, содержащей шарнирное сопло для изменения вектора тяги и комбинированную форсунку

Кроме того поставленная цель в изобретение достигается еще и за счет того, что в слое электроизоляционного материала размещена дополнительная пара цилиндрических каналов с соплами и электродами, подключенными к генератору электрических импульсов комбинированной форсунки.

Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что маршевый реактивный двигатель содержит корпус, снабженный соплом и диффузором, с размещенным в нем заостренным телом, примыкающим к компрессору, соединенному с камерами сгорания, с размешенными в них комбинированными форсунками для впрыскивания газообразной смеси продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и электротермического разложения электропроводной жидкости и смежно расположенными к ним форсунками для воспламенения рабочей смеси, снабженными расширяющимися соплами, соединенными с длинными цилиндрами волнового компрессора, подсоединенными к направляющему аппарату газовой турбины, содержащей бандаж с расположенными на нем лопатками высоконапорного вентилятора, турбина сообщается с удлиненным соплом, содержащим форсажную камеру, с размещенным в ней направляющим конусом, комбинированными форсунками, расположенными равномерно по окружности, для впрыскивания смеси газообразных струй углеводородного топлива с электропроводной жидкостью и воспламенения этой смеси с воздухом, и форсунками-резонаторами для снижения шума двигателя, на корпусе двигателя размещены прямоточные реактивные детонационные двигатели, содержащие корпус с камерой сгорания, снабженной комбинированными форсунками, последовательно установленными друг за другом, и противоположно им форсунками-детонаторами и соплом Лаваля с одной стороны и диффузором с размещенным в нем отражателем, выполненным с заостренным телом, с другой стороны.

Кроме того поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что прямоточный реактивный детонационный двигатель снабжен демпфирующим устройством, содержащим тело с отражающей вогнутой поверхностью, с одной стороны соединенное с камерой сгорания, а с другой - с цилиндрической переходной частью, подсоединенной к демпфирующему устройству, содержащему многоскачковый диффузор с отражателем, снабженным заостренным телом.

Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что взрывная камера форсунки содержит днище с отверстиями для выхода струй газообразных продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости и воспламенения рабочей смеси.

Кроме того поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что марлевый реактивный детонационный двигатель содержит корпус, снабженный соплом и диффузором, с размещенным в нем заостренным телом, примыкающим к компрессору, соединенному с демпфирующими устройствами, содержащими отражатель, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн, подсоединенные к цилиндрическим переходным частям и камерам сгорания, содержащим последовательно установленные друг за другом комбинированные форсунки и противоположно им размещенные форсунки-детонаторы, камеры сгорания соединены с коническими или расширяющимися соплами, подсоединенными к длинным цилиндрам волновых компрессоров, содержащим на концах глухие отражающие поверхности и соединенные с газовым коллектором продуктов сгорания и газовой турбиной, содержащей бандаж с расположенными на нем лопатками высоконапорного вентилятора, турбина сообщается с форсажной камерой с размещенными в ней, расположенными равномерно по окружности комбинированными форсунками, форсунками для воспламенения рабочей смеси и форсунками-резонаторами.

Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что маршевый реактивный детонационный двигатель содержит корпус, снабженный соплом и диффузором, с размещенным в нем заостренным телом, примыкающим к вентилятору, размещенному на одном валу с компрессором, соединенным с демпфирующими устройствами, подсоединенными к цилиндрическим переходным частям и камерам сгорания, содержащим комбинированные форсунки, последовательно установленные друг за другом, и противоположно им размещенные форсунки-детонаторы и конические или расширяющиеся сопла, подсоединенные к длинным цилиндрам волновых компрессоров, содержащих на концах глухие отражающие поверхности и соединенные с газовым коллектором продуктов сгорания и газовой турбиной, сообщающейся с соплом, с размещенным в нем конусом и форсунками-резонаторами, расположенными равномерно по окружности, в корпусе размещен прямоточный реактивный детонационный двигатель, содержащий камеры сгорания с установленными на них комбинированными форсунками, последовательно установленными друг за другом, и противоположно им размещенными форсунками-детонаторами и сопла Лаваля, камеры сгорания соединены с цилиндрическими переходными частями и демпфирующими устройствами, сообщающимися с диффузором, размещенными на корпусе двигателя равномерно по окружности.

Кроме того поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что маршевый реактивный детонационный двигатель содержит электродвигатель, размещенный в обтекателе, соединенный с вентилятором и компрессором, подсоединенным к последовательно установленным друг за другом демпфирующим устройствам, соединенным с цилиндрическими переходными частями и камерами сгорания, снабженными комбинированными форсунками, последовательно установленными друг за другом, и противоположно им форсунками-детонаторами и расширяющимися соплами, с расположенными на них внешними магнитами и электродами магнитогидродинамического генератора, расширяющиеся сопла сообщаются с тяговым соплом, с размещенными в нем форсунками-резонаторами, коаксиально расположенным с соплом корпуса, при этом электродвигатель подключен к магнитогидродинамическому генератору.

Изложенная выше совокупность существенных признаков при внедрении обеспечивает реализацию поставленной цели, при этом каждой из данной совокупности приведенных признаков необходим, а все вместе достаточны для получения положительного эффекта - осуществления реактивной подъемной силы и тяги с высоким КПД на вертолетах и самолетах с вертикальным вздетом и посадкой, достижения высокой грузоподъемности, скорости и высоты полета. Исходя из приведенных доводов, совершенно правомерен вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения - "изобретательский уровень".

Приведенная совокупность существенных признаков может быть реализована многократно на практике с получением одной и той же цели. Неоднократная возможность реализации /при изготовлении/ заявляемого технического решения с изложенной выше совокупностью существенных признаков отвечает также в полной мере другому главному критерию изобретения - "промышленная применимость".

Изложенная сущность технического решения поясняется чертежами, на которых:

на фиг.1 показан вид сверху на реактивный вертолет,

на фиг.2 приведена схема подъемно-тягового реактивного двигателя в продольном разрезе, размещенного в несущей плоскости, разрез по 8-8,

на фиг.3 показан узел Q-продольное сечение по решетке с клапанами,

на фиг.4 показан узел N-продольное сечение по решетке с выпускными клапанами,

на фиг.5 и 6 приведены поперечные сечения по 1-1 и 2-2,

на фиг.7 приведен поперечный разрез по комбинированной форсунке,

на фиг.8-разрез по 5-5,

на фиг.9 показан поперечный разрез по форсунке-резонатору, форсунке-резонатору,

на фиг.10 показана схема подъемно-тягового двигателя, в несущей плоскости по 9-9,

на фиг.11 показано продольное сечение по 4-4 с клапанами-заслонками,

на фиг.12 показано продольное сечение по 3-3 с клапанами-заслонками,

на фиг.13 приведена схема подъемно-тягового реактивного двигателя в продольном разрезе по 10-10 с перпендикулярным размещением их к фюзеляжу,

на фиг.14 приведена схема реактивных двигателей, перпендикулярно размещенных к фюзеляжу,

на фиг.15 приведена схема реактивного вертолета с двигателями по фиг.13 или 14, или на фиг.25,

на фиг.16 показана схема ранцевого вертолета,

на фиг.17 приведена схема воздушно-реактивного /турбореактивного/ двигателя в продольном разрезе, с прямоточными двигателями на его корпусе,

на фиг.18 показана схема прямоточного реактивного двигателя с двумя демпфирующими устройствами,

на фиг.19 приведен поперечный разрез по 6-6,

на фиг.20 показана схема детонационного воздушно-реактивного двигателя,

на фиг.21 показана схема детонационного воздушно-реактивного двигателя с размещенными в его корпусе прямоточным детонационным реактивным двигателем,

на фиг.23 показана схема воздушно-реактивного детонационного двигателя с магнитогидродинамическим генератором,

на фиг.22 приведен поперечный разрез по форсунке для воспламенения рабочих смесей в камерах сгорания двигателей в поперечном разрезе,

на фиг.24 приведен поперечный разрез по 7-7,

на фиг.25 показана схема подъемно-тягового двигателя с центральной силовой установкой, в продольном разреза.

Предлагаемое техническое решение состоит из группы изобретений.

В первую группу входят реактивные подъемно-тяговые системы для летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой.

Во вторую группу изобретений входят детонационные маршевые многотопливные реактивные двигатели для полета многорежимных самолетов.

На фиг.1 показан летательный аппарат, который состоит из блоков реактивных подъемно-тяговых двигателей 1 и 3, жестко скрепленных между собой, соединенных с фюзеляжем 2. Блоки размещены в несущих плоскостях 4, 6. Вертикальные рули 5. Дополнительный маршевый реактивный двигатель 7.

В каждый блок входят несколько реактивных подъемно-тяговых двигателей, один из которых показан на фиг.2. Он состоит из приемной камеры 8, содержащей клапанную решетку 9,демпфирующего устройства 10 с отражателем 11. Демпфирующее устройство с помощью конической переходной части 12 соединено с камерой сгорания 13, в которой последовательно друг за другом установлены комбинированные форсунки 14 и противоположно им форсунки-детонаторы 15. Расширяющееся сопло 16 соединяет камеру сгорания с рабочим каналом /прямоугольной, квадратной или иной нормы в поперечном разрезе/, содержащим блок выпускных клапанов 18 /в блок выпускных самодействующих пластинчатых клапанов входят несколько клапанных решеток/, форсажный двигатель 19 и реактивное сопло 20, имеющее возможность изменения направления газовой струи. Иными словами, реактивное сопло с изменяемым вектором тяги. Для глушения шума двигателя установлены форсунки-резонаторы 21.

Блок выпускных клапанов 18. Содержит клапанные решетки 22 /узел Н/, в которых установлены последовательно друг за другом и параллельно друг другу пластинчатые /полосовые/ самодействующие клапаны 23, закрывающие выход газов в сопла 24. При отгибании клапанов под действием давления сжатого воздуха и отработанных продуктов сгорания в рабочем канале 17 они занимают положение, поз.25 /фиг.4, 6/.

Форсажный реактивный двигатель 19. Содержит камеру сгорания 30, демпфирующее устройство 31 с отражателями 32 и 33, воздухозаборник 34, комбинированные форсунки 35 и форсунки-детонаторы 36. Реактивное сопло 37.

Комбинированные форсунки поз.14 и 35. Комбинированная форсунка с электрическим взрывом струй электропроводных жидкостей предназначена для термохимического разложения любых жидких и твердых топлив. Показана на фиг. 7. Форсунка состоит из наружного корпуса 38 и внутреннего 39, выполненного из электроизоляционного материала. В нем размещены цилиндрические каналы 40 и топливная форсунка 41. Каналы 40 с одной стороны содержат сопла 42, а с другой электроды 43. В наружном корпусе выполнены каналы 44 для циркуляции охлаждающей жидкости. Взрывная камера 45 форсунки содержит днища 46 с отверстиями 87 для входа газов. Патрубки 47 для входа в каналы 40 электропроводной жидкости. В патрубках установлены шнеки 48 для отражения ударных волн при электрическом взрыве струй электропроводной жидкости. Патрубки 49 служат для подачи охлаждающей жидкости. Фланец 50 для крепления форсунки на камере сгорания. Электроды 43 подключены к генератору электрических импульсов, принципиальная схема которого состоит из источника постоянного тока 52 /выпрямителя/, конденсатора 52 и включателя-выключателя 53. Струи электропроводной жидкости 54, зона контакта струй 55 и струи впрыскиваемого жидкого топлива 56.

Работает комбинированная форсунка следующим образом: в взрывную камеру 45 по патрубкам 17, обтекая шнеки 43, под давлением поступает электропроводная жидкость в виде струй 54,а из форсунки 41 - жидкое топливо в виде струй 56. Жидкость проходит по каналам 40 и вытекает из сопел 42 в виде струй диаметром 0,087 мм и более. Зa счет контакта струй 54 в зоне 55 замыкается цепь разрядного контура генератора электрических импульсов 51-53 и разрядный ток поступает на струи 54 по цепи: электроды 43, каналы 40 и сопла 42. Ток протекает по струям, которые нагреваются, испаряются и взрываются с одновременным, термохимическим разложенном электропроводной жидкости струй - концентрированного водного раствора сильного электролита на основе солей, оснований и кислот.

В нашем примере принимаем в качестве электропроводной жидкости концентрированный водный раствор электролита на основе хлористого натрия с концентрацией 10-25% /см. Б.А.Артамонов Размерная электрическая обработка металлов, М., Высшая школа, 1978 г., стр.230-231 /1/, с добавкой в раствор частиц металлов или графита концентрацией 10% и более /концентрация частиц в растворе устанавливается экспериментальным путем/. Размеры частиц 5-10 мкм, взвесь которых в воде, электролитах однородна и не расслаивается в течение длительного времени /см. Г.А.Либенсон Основы порошковой металлургии, М., Металлургия, 1987 г., стр.164/2/.

Добавка частиц металлов с высокой электропроводностью: железа, алюминия, меди и др. с заданной концентрацией позволяет на порядок и более увеличить электропроводность раствора электролита и регулировать этот показатель за счет изменения в растворе концентрации частиц металлов.

Параметры электрического взрыва прямолинейных жидких проводников-струй 54 определяются индуктивностью и емкостью разрядной цепи, начальным напряжением конденсаторов, длиной, диаметром и числом струй /см. Б.А.Артамонов Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов, том 2, М., Высшая школа, 1983 г., стр.91-103 /3/. Разрядный ток с мгновенной мощностью

Р=J²P_экв позволяет нагреть, испарить и мгновенно разложить воду раствора на газообразные водород, кислород и осколки электролита, а также испарить частицы металлов с образованием плазмы. Температура электрического взрыва струй в зависимости от силы разрядного тока изменяется в широких пределах - T=1-5/10 ⁴К более, с осуществлением электротермического разложения водного раствора электролита, мгновенным нагревом струй 56 жидкого топлива с осуществлением термохимического разложения жидкого топлива. В результате в взрывной камере 45 периодически с частотой f=100 Гц, и более образуются раскаленная газообразная смесь продуктов электротермической диссоциации водного раствора электролита и продуктов термохимического разложения жидкого топлива, например керосина, солярки, мазута, нефти или их различных смесей. Как известно, термохимическое разложение воды происходит при температуре Т>2500° С /см. Г.Мучник Новые методы преобразования энергии, Знание. Техника, М., 1984/4, стр.47 /4/, что позволяет простым путем получать газообразные водород и кислород методом электрического взрыва струй водных растворов электролитов, поз.54. Вытекая из отверстий 87 в днище 46 форсунки, газообразные струи /факелы/ с высокой температурой, превышающей T-2500-3000°C, смешиваются с воздухом в камерах сгорания 13, с образованием однородной рабочей смеси.

Форсунка-детонатор, поз.15, 36 /фиг. 9/, состоит из наружного корпуса 57 и внутреннего 58 из электроизоляционного материала. Каналы 59 служат для циркуляции охлаждающей воды. Сопла 60 цилиндрических каналов 61. Электроды 62. Патрубки 63 для входа электропроводной жидкости имеют шнеки 64. Фланец 65 для крепления форсунки. Генератор электрических импульсов /ГИ/ состоит из источника постоянного тока 66 /выпрямитель/, конденсатора 67 и включателя 68. Струи электропроводной жидкости 85, зона их контакта 86, взрывная камера 88. Патрубки 89 для входа в каналы 59 охлаждаемой жидкости.

Работает форсунка-детонатор следующим образом: электропроводная жидкость - концентрированный водный раствор электролита, хлористого натрия с концентрацией 10-25% в смеси с частицами металлов /жидкость та же, что и для комбинированных форсунок, рассмотренных выше/ под давлением поступает в каналы 61 через патрубки 63, обтекая шнеки 64. Вытекая через сопла 60, направленные под углом друг к другу, жидкость формируется в струи 85, которые сталкиваются в зоне контакта 86. За счет контакта струй замыкается цепь разрядного контура генератора электрических импульсом и ток разряда конденсатора 67 мощностью Р=J³R_экв нагревает жидкость струй 85, которые мгновенно испаряются с осуществлением электротермической диссоциации раствора струй и разложением их на водород, кислород и осколки электролита. Образовавшийся гремучий газ расширяется и выходит через сопло 90 форсунки с генерацией ударной волны, которая сжимает и нагревает рабочую смесь до температуры примерно Т=1700 К и скорости ударной волны около 1700 м/с. Такая температура значительно превосходит температуру воспламенения рабочей газовой смеси в камерах сгорания 13, что приводит к детонационному сгоранию /см. С.С.Бартенев Детонационные покрытия в машиностроении, Л., Машиностроение, 1982 г., стр.25-26 /5/.

Реактивный подъемно-тяговый двигатель на фиг.2 работает следующим образом.

Камеры сгорания, поз.13, условно содержат три зоны сгорания - 69, 70 и 71. Рабочий цикл двигателя начинается из зоны 69, в которую "впрыскиваются" газообразные струи топлива из комбинированных форсунок 14 в смеси с продуктами электротермического разложения струй 54 /фиг.7/. Образовавшаяся рабочая смесь воспламеняется форсункой-детонатором 15 с детонационным сгоранием топлива. Продукты сгорания расширяются и сжимают в обе стороны воздух в зонах 70-71 и рабочем канале 17.

Скорость детонационной волны при сгорании рабочей смеси в зоне 69 камеры сгорания 13 обычно имеет величину от 1500 до 3500 м/с /с.5, стр.26/. Волновой принцип сжатия одного газа другим позволяет увеличить давление воздуха в зонах 70-71 камер сгорания, при этом происходит последовательные впрыскивания газообразного топлива из форсунок 14 в зоны 70 и 71, с воспламенением от форсунок-детонаторов 15 и последовательное повышение давления сжатого воздуха в камерах сгорания. В результате существенно повышается средняя степень сжатия _с и, как следствие этому, термический КПД цикла.

Как известно, КПД- _t=/1-1/ _с ^K-1 /см. В.В.Сушков Техническая термодинамика, М.-Л.: Госэнергоиздат. 1960 г., стр.178 /6/.

Вместе с тем, при детонационном сгорании тепловыделение увеличивается на 10-12% /см. А.И.Зверев Детонационные покрытия в судостроении. М., Судостроение, 1979 г. стр.7-26 /7/.

Продукты детонационного сгорания расширяются в обе стороны со сверхзвуковой скоростью, сжимая воздух в воздухозаборнике 8 и демпфирующем устройстве 10, при этом в рабочем канале 17 длинный столб воздуха сжимается до давления Р₁ и разгоняется до скорости w. Ударная волна при детонационном сгорании отражается от отражателя 11 и выходит через сопло 20. Продукты детонационного сгорания расширяются в зоне 72 рабочего канала. Степень расширения продуктов сгорания и длина зоны 72 может быть различной. Однако при продолжительном расширении сгоревших газов сильно увеличивается полезная работа расширения газов и вместе с этим масса воздуха, заключенного в рабочем канале при одной и той же скорости его разгона и давлении сжатия столба воздуха. Иными словами, существенно повышается КПД прямого преобразования энергии его продуктов сгорания в кинетическую энергии струй воздуха, выходящих из сопла 20 и сопел 24 блока выпускных клапанов 18. Открытие клапанов 23 и выпуск сжатого воздуха ив сопел 24 происходит за счет давления Р₁ в рабочем канале, а из сопла 20 - за счет давления Р₁ в канале с и скорости его разгона W.

Скорость разгона столба воздуха в рабочем канале зависит от скорости движения газового поршня, т.е. расширяющихся продуктов сгорания в зоне 72 с выходом их через клапаны 23. При этом воздух сжимается в канале 17 между движущимся газовым поршнем и сначала ударной, а потом звуковой волной. При частоте рабочих циклов в камерах сгорания 100 ц/с и более /один рабочий цикл равен сумме циклов сгорания в зонах 69-71/ длина рабочих каналов 17 превышает 3 м, а при частоте циклов 50 ц/с превышает 6 м. От частоты рабочих циклов зависит мощность и подъемная сила реактивного подъемно-тягового двигателя. При этом струи сжатого воздуха и отработавших газов, вытекая из сопел 24, создают подъемную силу, а из сопла 20 - тягу двигателя. Объединяя реактивные двигатели в блоки 1, мы тем самым создаем возможность соединять их между собой на требуемую мощность и подъемную силу. Например, от 100 до 500 т и более. За счет поворота сопла 20 вниз при взлете летательного аппарата обеспечивается резкое увеличении подъемной силы и полет его с различной скоростью при заданном отклонении сопел 20.

Работает форсажный двигатель 19 с камерой сгорания 30, условно разделенной на две зоны сгорания 73 и 74, так же как и основной с камерой сгорания 13. Однако в отличие от основного рабочий процесс в камере сгорания 30 осуществляется при повышенном давлении воздуха за счет повышенного давления воздуха в рабочем канале 17, при работе камеры сгорания 13, что способствует увеличении КВД цикла. Форсажный детонационный двигатель 19 в рабочем канале 17 обеспечивает резкий рост подъемной силы при отклоненном сопле 20, а следовательно, большую скороподъемность летательного аппарата, показанного на фиг.1, или резкое нарастание маршевой скорости, что является ценнейшим качеством для боевых машин.

Для глушения шума двигателя установлены форсунки 21, выполненные на фиг.9. Они выполняет роль резонаторов, работая в противофазе с колебаниями газов в сопле 20. Ударные волны или мощные звуковые, генерируемые в взрывных камерах 88 за счет электрических взрывов струй 85, направляются в поток вытекавших газов, снижая акустическую энергии этого потока за счет работы строго в противофазе. Здесь основным инструментом, регулирующим частоту электрических взрывов струй 85, является работа насоса /не показанного на чертеже/, с помощью которого струи под давлением поступают в взрывную камеру и сходятся в зоне 86. Поршень плунжерного насоса приводится в движение с помощью соленоида, который управляется электронной системой двигателя. При контакте струй в зоне 86 происходит замыкание разрядного контура генератора электрических импульсов, с разрядом конденсатора 67 на струи, которые мгновенно испаряются. Повторный процесс впрыскивания струй 85 осуществляется за счет работы насоса, нагнетающего электропроводную жидкость. Путем изменения давления, развиваемого насосом, регулируется скорость струй и частота их контактов и электрических взрывов, а за счет ввода в схему генератора электрических импульсов /ГИ/ блока /не показанного на чертеже/ изменения силы и мощности Р=J²R_экв разрядного тока регулируется интенсивность акустических колебаний, генерируемых форсунками 21.

Подъемно-тяговые двигатели на фиг. 2 имеют обтекаемый корпус 82 с диффузором 83, отклоняющие пластины 79 для набегающего воздуха.

Физика процесса разряда на струях 54, 85.

Струи электропроводной жидкости с взвешенными в них частицами металлов или графита размером 5-10 мкм и концентрацией от нескольких и более процентов /устанавливается экспериментальным путем/ имеют различную электропроводность, зависящую от расстояния между частицами /от концентрации частиц в жидкости/. Электрический разряд через частицы подобен разряду через твердые проводники /см.3, стр.100-103/, а через перемычки между частицами из концентрированного водного раствора сильного электролита подобен пробою в электролитах /см.1, стр.329-332/. В результате взвесь из жидкости и частиц на порядок и более превышает электропроводность самого сильного электролита на основе азотной кислоты с максимальной концентрацией более 30%. Поэтому электропроводной жидкостью струй могут являться электролиты с невысокой электропроводностью, например, на основе хлористого натрия концентрацией 10-25%, с добавкой частиц металлов или графита.

Особо отметим, что в подъемно-тяговых двигателях используются различные жидкие топлива /при необходимости используются твердые/, а рабочий процесс, осуществляемый в камерах сгорания, происходит как в газовых двигателях, со всеми преимуществами, присущими только газовым двигателям /см. В.П.Алексеев Двигатели внутреннего сгорания, М., Машгиз, 1960 г., стр.351-353 /8/. На фиг.14 показан подъемно-тяговый двигатель без устройства решеток с выпускными клапанами в трубе 118. Труба снабжена регулируемым соплом 119 с изменяемым вектором тяги.

Труба соединена с камерой сгорания 120 посредством конической переходной части 121. Камера сгорания содержит комбинированную форсунку 122, отличающуюся от комбинированной форсунки 14.

Она соединена с помощью цилиндрической переходной части 123 с приемной камерой 124, содержащей клапанную решетку 125 с воздухозаборником 126. В несущей плоскости 127 содержится несколько подъемно-тяговых двигателей и она прикреплена к фюзеляжу 128.

Таким образом мы имеем летательный аппарат, содержащий только регулируемые сопла 119, с помощью которых путем изменения направления создается подъемная сила и тяга двигателя в полете. Двигатель упрощается, однако полный КПД его существенно снижается за счет значительно большей скорости истечения сжатого воздуха и отработанных газов через сопло 119. Работает двигатель следующим образом: с помощью комбинированной форсунки 122, которая дополнительно содержит вторую пару каналов 129 с электродами 130, осуществляется не только термохимическое разложение жидкого топлива, впрыскиваемого в виде струй 56 /см. фиг.7-8/ в взрывную камеру 45, с последующим истечением смеси газообразного топлива и продуктов электротермического разложения струй 54 электропроводной жидкости, но и воспламенение рабочей смеси в камере сгорания 120 за счет электрического взрыва струй /не показанных на чертеже/, вытекающих из сопел /не показанных на чертеже/ дополнительных каналов 129 с патрубками 131, через которые нагнетается та же электропроводная жидкость, что и в струях 54.

Электрический взрыв этих струй в взрывной камере 45 обеспечивает образование в ней раскаленных продуктов электротермической диссоциации струй жидкости с температурой Т-2500 °С, которые выходят через отверстия 87 форсунки и как мощные раскаленные факелы воспламеняют рабочую смесь в камере сгорания 120. При этом достигается воспламенение обедненной рабочей смеси, что позволяет подобно форкамерным двигателям с факельным зажиганием снизить расход топлива на 10-12% /см. Е.Б.Пасхин Современные тенденции в конструкции легковых автомобилей, Знание. Транспорт, М., 1985/4, стр.16 /9//. Электроды второй пары каналов 130 подсоединены к генератору электрических импульсов, принципиальная схема которого состоит из источника постоянного тока 132, конденсатора 133 и включателя 134. Первый ГИ, состоящий поз.51-53 и второй поз.132-134, выполняется в одном блоке. Сгорание топлива в двигателе обычное. Рассмотрим более подробно механизм работы реактивных подъемно-тяговых двигателей.

Двигатель на фиг.2 работает с детонационным процессом сгорания рабочей смеси, что повышает на 10-12% тепловыделение при сгорании, а также обеспечивает сильное повышение давления сгорания в безкомпрессорном двигателе и температуру.

По данным источника /5/, стр.3, детонационное сгорание приводит к повышению давления до 20-30 кг/см² и температуре до 3000 К. Такое большое повышение давления при обычном медленном сгорании со скоростью 20-40 м/с получить невозможно.

Второе. Продукты детонационного сгорания расширяются и сжимают воздух во второй зоне камеры сгорания, а также в приемной камере и рабочем канале в соответствии с принципом работы волновых машин /см. редактор Эммонс, пер. с англ., Основы газовой динамики /10/. Повышение давления воздуха во второй зоне камеры сгорания приводит к повышению КПД двигателя, что является вторым важнейшим преимуществом работы нового реактивного подъемно-тягового двигателя, без применения механического компрессора.

Расширявшиеся продукты сгорания с высоким давлением и температурой сжимают столб воздуха, заключенный в рабочем канале, давление воздуха сильно повышается до Р₁, а столб сжатого воздуха разгоняется до скорости W.

Под давлением сжатого воздуха открываются пластинчатые клапаны 23 /см. фиг. 4/ и сжатый воздух вместе с отработавшими продуктами сгорания вытекает через сопла 24, с образованием реактивного усилия. Вместе с тем, сжатый воздух вытекает через сопло 20 с образованием реактивной тяги.

По мере расширения в рабочем канале продуктов сгорания давление газов становится ниже атмосферного. Иными словами, по всей длине двигателя-движителя создается разрежение. Тотчас пластинчатые клапаны 27 /см. фиг.3, 5/ в клапанной решетке 9 отгибаются под напором атмосферного воздуха и через сопла 28 решеток в двигатель-движитель врывается свежий воздух. Одновременно пластинчатые клапаны 23 перекрывают сопла 24 с входом воздуха через сопло 20.

Чем больше длина рабочего канала, тем больше масса сжимаемого и разгоняемого столба воздуха. Однако она ограничена конечной скоростью звуковой волны /340 м/с/, требуемой мощностью и частотой рабочих циклов. При частоте f=100 Гц длина рабочего канала несколько больше 3 м, а при f=50 Гц длина канала превышает 6 м.

За счет прямого преобразования химической энергии углеводородного топлива в камере сгорания в энергию сжатого воздуха в рабочем канале и разгона его до заданной скорости, с истечением струй сжатого воздуха и отработавших газов через сопла 24 и 20 скорость отбрасывания воздуха из сопел приближается к скорости отбрасывания воздуха воздушным винтом большого диаметра современного вертолета, что обеспечивает низкие потери кинетической энергии с отбрасываемыми струями и высокий полетный КПД /см. O.K.Югов Согласование характеристик самолета и двигателя, М., Машиностроение, 1980 г., стр.47-48 /11/.

Эффективный КПД двигателя-движителя за счет прямого преобразования энергии топлива в кинетическую энергия отбрасываемых струй из сопел 24, 20, а также детонационного процесса сгорания наиболее высокий из всех существующих винтовых вентиляторов и компрессоров и превышает 80-85%. Здесь тепловые потери через стенки камер сгорания и примыкающих к ней частей сводятся к минимуму за счет применения жаропрочных сплавов. Потери же тепла с выхлопными газами также небольшие за счет продолжительного расширения продуктов сгорания в рабочем канале. Таким образом, если полный КПД современного винтового вертолета не превышает 14-18% /см. И.Н.Колпакчиев Транспортная авиация: взгляд в будущее, М., Транспорт. Знание, 1980 /7, стр.61/12/, то здесь полный КПД =0,8×9,7=0,56 или примерно 56% /где 0,7-потери кинетической энергии, как у винта/.

Подъемная сила современного винтового вертолета достигает всего 20-40 т, тогда как за счет многорядного размещения подъемно-тяговых двигателей обеспечивается подъемная сила в сотни тонн. Наличие форсажного двигателя в каждом из двигателей-движителей позволяет резко изменять как подъемную силу, так и скорость полета. На фиг.14 выше рассмотрен двигатель-движитель, в котором применен цикл сгорания рабочей смеси с обычным, медленным сгоранием со скоростью 20-40 м/с. Однако этот же двигатель также может работать с детонационным процессом сгорания с одной, двумя и более зонами сгорания. Двигатель-движитель значительно проще по конструкции, чем двигатель-движитель на фиг.2, и может применяться для легких летательных аппаратов с большой скоростью полета или для самолетов с вертикальным взлетом и посадкой.

В этом двигателе на фиг.14 продукты сгорания расширяются и сжимают столб воздуха в длинной относительно узкой трубе 118, что обеспечивает повышение давления сгоревших газов в камере сгорания 120. Сгоревшие газы вместе со столбом воздуха в трубе 118 выходят через одно регулируемое сопло 119 с большой скоростью и создают подъемную силу и тягу для полета летательного аппарата.

За выходящими газами в трубе 118, как за поршнем, создается разрежение, что обеспечивает отгибание пластинчатых клапанов 27 в решетке 125 и вход свежего воздуха.

Вместе с тем, атмосферный воздух проходит в трубу 118 и через сопло 119, что повышает давление.

Двигатель может строиться с форсированием путем установки комбинированной форсунки на фиг.7-8 в самой трубе 118. Форсунка, поз.139.

Раздел 2

Детонационные турбореактивные двигатели

1. Турбореактивный двигатель с прямоточными детонационными двигателями

Состоит из компрессора 140, камер сгорания 141, соединенных посредством расширяющихся сопел 142 с длинными цилиндрами 143, которые подсоединены к направлявшему аппарату 144 газовой турбины 145, на наружном венце которой установлены лопатки высоконапорного вентилятора 146. Удлиненное реактивное сопло 147 содержит конус 148, комбинированные форсунки 149, расположенные равномерно по окружности на равном расстоянии друг от друга, и форсунки-резонаторы 150, также расположенные равномерно по окружности сопла 147. Корпус двигателя 151, с одной стороны, содержит диффузор 152 с заостренным телом 153, а с другое - сопло 154. Камеры сгорания содержат, с одной стороны, комбинированные форсунки 155 на фиг.7-8, а с другой - факельные форсунки 156, выполненные на фиг.22.

Форсунка 156 на фиг.22 состоит из корпуса 157 с каналами 158 для циркуляции охлаждающей жидкости и патрубками 159. Внутри корпуса в слое электроизоляции 160 размещены каналы 161, с одной стороны содержащие сопла 162, направленные под углом друг к другу, а с другой - электроны 163. Патрубки 164, сообщающиеся с каналами 161, содержат шнеки 165. Взрывная камера 169 выполнена с отверстиями 167 в днище 168. Струи электропроводной жидкости 169, зона их контакта 170. Электроды подключены к генератору электрических импульсов /ГИ/, принципиальная схема которого состоит из источника постоянного тока /выпрямителя/ 171 конденсатора 172 и включателя 173.

Для полета многорежимных самолетов во всем возможном диапазоне чисел М полета турбореактивный двигатель снабжен несколькими прямоточными реактивными двигателями 174.

Прямоточный реактивный двигателя состоит из корпуса 174, в котором размещена камера сгорания 175 с реактивным соплом 176 и диффузором 177, в котором установлено демпфирующее устройство 178 с отражателем 179, имеющим заостренную часть 180. В камере сгорания последовательно друг за другом установлены комбинированные форсунки 181 и 182, размещенные в зонах 183 и 184 камеры сгорания 175. Противоположно установлены форсунки-детонаторы 185 и 186.

Турбореактивный двигатель прерывистого горения 140-173 двухконтурный, с форсажной камерой в удлиненном реактивном сопле 147 и форсунками-резонаторами 150 /ТРДДФР/ работает следующим образом: пусковым двигателем /не показанным на чертеже/ приводится во вращение компрессор 140 с подачей сжатого воздуха в камеры сгорания 141 и далее. Из комбинированных форсунок 155, выполненных с одним генератором электрических импульсов 51-53 на фиг.7-8, впрыскиваются струи газообразного топлива в смеси с продуктами электротермического разложения струй 54 /жидкое топливо, впрыскиваемое в виде струй 56 в взрывные камеры форсунок, может применяться любое: керосин, солярка, мазут, нефть и их смеси в различных составах/, которые смешиваются с сжатым воздухом с образованием однородной рабочей смеси в камерах сгорания 141. Следом из форсунок 156 выходят раскаленные струи электротермического разложения электропроводной жидкости, в которых, как и в форсунках 155, в качестве жидкостей работают концентрированные водные растворы хлористого натрия с концентрацией 10-25, в смеси с частицами металлов или графита размером 10-5 мкм и концентрацией от нескольких процентов и более /устанавливается экспериментальным путем/. Форсунки на фиг.22/. Работает эта форсунка так же как и форсунка-детонатор на фиг.9. Отличия лишь в том, что из сопла 90 в процессе электрического взрыва струй 85 выходят не только раскаленные продукты взрыва, но и ударная волна, формируемая взрывом, а из отверстий 167 днища форсунки на фиг.22 выходят только раскаленные струи за счет дросселирования продуктов электрического взрыва через узкие отверстия 167 в днище 168 /о которое также происходит гашение энергии электрического взрыва. Этому же способствует подбор параметров электрического взрыва струй за счет ввода в разрядный контур генератора электрических импульсов дополнительных сопротивлений. Иными словами, путем увеличения длительности импульса/. Раскаленные струи газов, выходящие из отверстий 167, активно воспламеняют рабочую смесь в камерах сгорания, причем обедненную подобно воспламенению горячих смесей в форкамерном поршневом двигателе /см. 9, стр.16/. Применение обедненных рабочих смесей позволяет снизить расход топлива на 10-12%. Продукты сгорания расширяются /частично/ в соплах 142 и длинных относительно узких цилиндрах /трубах/ 143, являющихся волновыми компрессорами, в которых происходит сжатие оставшихся от предыдущих циклов сгоревших газов /а в начале работы - сжатого воздуха, нагнетаемого компрессором 140/ до давления Р₁ и разгон длинного столба сжатого воздуха, который является как бы поршнем, до скорости W. За счет как угодно большого расширения в цилиндрах /трубах/ 143 продуктов сгорания температура газов многократно понижается до заданной температуры на лопатках турбины 145. Она может понижаться до температуры: 1300, 1100, 900, 700°С в зависимости от применяемых сплавов для изготовления турбины и направляющего аппарата 144, что обеспечивает работу турбины при высоких параметрах температуры сгоревших газов в цилиндрах 143 волновых компрессоров, которые также изготовляются вместе с соплами и камерами сгорания из жаропрочных сплавов. Охлаждение стенок этих устройств может быть воздушное или жидкостное. Таким образом в рассматриваемой конструкции турбинного двигателя лопатки турбины 145 вначале омываются только сжатым воздухом, а далее сгоревшими газами от предыдущих циклов с низкой температурой. При этом на турбине вначале обрабатывают сжатый столб воздуха /газов/ с давлением Р₁ и скоростью W, с совершением полезной работы и мощности на валу, при температуре, например, 900°, а далее продукты сгорания окончательно расширяются на лопатках турбины с температурой Т=900°С, до конечной температуры рабочего цикла, и выходят в сопло 147, с образованием тяги реактивного двигателя. Применение волновых компрессоров - длинных цилиндров /труб/ 143, установленных между камерами сгорания и турбиной, позволяет перейти к полному использованию производительности осевого компрессора, так как не требуется резко снижать температуру сгоревших газов в камерах сгорания сжатым воздухом и работать с обедненными рабочими смесями с коэффициентом избытка воздуха =1,15-1,2. В результате многократно повышается мощность двигателя, в 4-7 раз /см. И.И.Кириллов Газовые турбины и газотурбинные установки, ч.2, М., Машгиз, 1956 г., стр.76/. Для современных ТРД 3-4,что обеспечивает повышение мощности в три раза. Первое преимущество нового турбореактивного двигателя. Вторым главным преимуществом двигателя по сравнению с известными является высокий КПД и низкий расход топлива.

Высокий КПД двигателя обусловлен применением нового устройства - новых компрессоров, выполненных в виде длинных относительно узких цилиндров 143, работа которых обеспечивает использование высокой температуры, точнее энергии продуктов сгорания с высокой температурой, превышающей 2600-2800°С, вместо 800-1300°С на лопатках турбины /см.11, стр.48-49/ современного турбореактивного двигателя. Поэтому КПД двигателя

вместо .

Разница в КПД для рассматриваемых турбореактивных двигателей практически в два раза. При этом в новом двигателе используется обедненная рабочая смесь за счет «впрыскивания» в камере сгорания не струй жидкого топлива, а струй раскаленных продуктов термохимического разложения жидкого топлива. Иными словами, в камерах сгорания сгорает газ, что обеспечивает более широкие пределы воспламеняемости, а поджигание рабочей смеси раскаленными факелами продуктов электротермического разложения струй 169 из электропроводной жидкости, которые выходят из отверстий 167 форсунки на фиг.22, позволяет интенсифицировать процесс сгорания за счет большой энергии раскаленных факелов, воспламеняющих рабочую смесь, и большим фронтом контакта их с рабочей /горючей/ смесью в камерах сгорания 141. Применение газообразного топлива из жидкого /а при необходимости и из твердого/ при сгорании и факельное воспламенение смеси обеспечивает снижение расхода топлива на 10-12% /см.9, стр.16/. За счет этого еще больше снижается расход жидкого топлива, а самолеты с новым двигателем более чем в два раза имеют большую дальность полета, что крайне важно как для магистральных, так и другого назначения самолетов.

Мощность же нового реактивного двигателя, как это выше доказано, по крайней мере в три раза превышает мощность современных самых лучших турбореактивных двигателей, что снижает стоимость самих самолетов за счет снижения числа реактивных двигателей.

Прямоточный реактивный двигатель на фиг.17 работает следующим образом: при скорости полета более 700 км/час можно использовать эти двигатели, как наиболее экономичные за счет детонационного сгорания топлива, однако наибольший полетный КПД с прямоточными детонационными реактивными двигателями 174 достигается при сверхзвуковой скорости полета самолета. Из комбинированных форсунок 181 в зону 175 впрыскиваются раскаленные струи газообразного топлива /работа форсунки описана выше при рассмотрении конструкций реактивных подъемно-тяговых двигателей/, которые с сжатым воздухом /за счет динамического напора/ образую рабочую смесь. Следом включаются форсунка-детонатор 185, которая за счет сжатия смеси ударной волной воспламеняет рабочую смесь с образованием детонационного сгорания, и скоростью детонационной волны, превышающей 2000 м/с.

Расширяющиеся продукты сгорания сжимают воздух в следующей зоне 184, включаются комбинированная форсунка 182 и следом форсунка-детонатор 186. Расширяющиеся продукты детонационного сгорания вытекают из сопла 176 в атмосферу с образованием реактивного усилия, а ударные волны отражаются от отражателя 179. Детонационное сгорание топлива обеспечивает повышенное тепловыделение на 10-12% больше, чем при обычном медленном сгорании со скоростью 20-40 м/с. /см.7, стр.7-27/. На фиг.2, 10, 13 рассматривался новый рабочий процесс двигателя, в котором сгорание рабочей смеси происходит по отдельным зонам камеры сгорания, в данной конструкции в зонах 183, 184. В результате этого обеспечивается дополнительное сжатие воздуха в камере сгорания и повышение термического КПД. Кроме того здесь также применяются комбинированные форсунки на фиг.7-8, 9, в которых жидкое топливо за счет термохимического разложения электрическим взрывом струй 54 становится газообразным, со всеми преимуществами использования в двигателях газового топлива /см.8, стр./.

Применение в новом прямоточном детонационном реактивном двигателе трех новых систем: сгорание рабочей смеси по отдельным зонам камеры сгорания, что повышает давление воздуха и КПД, впрыскивание в камеры сгорания газообразного топлива и использование обедненных рабочих смесей, а также детонационного сгорания позволяет в сильнейшей степени увеличить КПД реактивного двигателя, даже при малом значении числа М.

На фиг.18 показан прямоточный двигатель с двумя демпфирующими устройствами 178 и 187, между которыми установлена цилиндрическая переходная часть 188. Отражатель 189. За счет выполнения длинной переходной части 188 прямоточный детонационный реактивный двигатель служит как самостоятельная силовая установка на самолетах и вертолетах, не имеющая ни одной движущейся части. Мгновенный характер детонационного сгорания рабочих смесей позволяет ему работать даже на стоянке самолета и развивать тягу, а применение отражающих-демпфирующих устройств 178, 187 и переходной части 188 однозначно обеспечивают его работу и тягу на стоянке.

Работа турбореактивного двигателя на фиг.17 на форсажом режиме. На этом режиме происходит перераспределение мощностей. Мощность газотурбинной установки, включающей компрессор и турбину 145, понижается за счет снижения частоты включения комбинированных форсунок 155 и форсунок 156, что позволяют использовать ту или иную часть сжатого воздуха, нагнетаемого компрессором 140, для работы форсажной камеры в удлиненном сопле 147 путем включения комбинированных форсунок на фиг.7-8 с двумя генераторами электрических импульсов, поз.51-53 и 132-134, форсунок 149. Или использовать те же форсунки 156 для воспламенения рабочей смеси в форсажной камере сопла 147, расположив их на месте форсунок-резонаторов 150. В свою очередь форсунки-резонаторы 150 перемещаются ближе к срезу сопла 190.

Теперь в форсажной камере сопла 147 горит рабочая смесь чистого воздуха и газообразного топлива с резким увеличением температуры продуктов сгорания по сравнению с обычной форсажной камерой известных турбореактивных двигателей, полным и бездымным сгоранием и сильным увеличением скорости истечения газов и тяги двигателя. При этом периодический процесс сгорания с частотой 100 циклов в секунду и более еще больше повышает импульс реактивного усилия за счет более высокой температуры сгорания.

Таким образом путем регулирования частоты включения форсунок 155 и 156 мы перепускаем часть свежего сжатого воздуха в длинные цилиндры 143 волновых компрессоров для работы форсажной камеры реактивного двигателя и используем также весь сжатый воздух для горения топлива /только некоторая его часть идет на охлаждение стенок камер сгорания, цилиндров 143 и других узлов двигателя/. Здесь описана работа турбореактивного двигателя без применения прямоточных двигателей 174, что сильно снижает мощность силовой установки.

В целях существенного увеличения мощности и достижения сверхзвуковой скорости самолета во всем возможном диапазон чисел М необходимо применение описанных выше прямоточных реактивных двигателей 174, смонтированных или на корпусе 151 двигателя или вынесенных отдельно, например, под крылья самолета.

Детонационный прямоточный реактивный двигатель с впрыскиванием в камеру сгорания 175 раскаленных струй газообразного топлива и поджиганием рабочей газовой смеси ударными волнами, генерируемыми с помощью работы форсунок-детонаторов 185, 186, коренным образом отличается от известных прямоточных двигателей /см. 10, стр.106-158/. Во-первых, не только значительно большей экономичностью при различных числах М, но и способностью работы двигателя на тех высотах, которые недоступны для современных прямоточных двигателей. В них на больших высотах не удается вообще воспламенить топливовоздушную смесь из-за резкого уменьшения скорости сгорания топлива, обусловленной низким давлением и температурой воздуха в камере сгорания.

В новом двигателе условия сгорания совершенно иные.

В камеру сгорания «впрыскивается» раскаленная газовая горючая смесь, а воспламенение происходит ударными волнами. Впрыскивание раскаленных струй газообразного топлива обеспечивает быстрое и полноценное смешение его с воздухом в камере сгорания. Воспламенение газовой смеси обусловлено нагревом ее при сжатии ударной волной, имеющей еще и высокую температуру. Расчеты показывают, что при скорости ударной волны около 1700 м/с в газе с молекулярной массой 29 кг/кмоль температура достигает 1700 К. Такие температуры значительно превосходят температуру воспламенения взрывчатых газовых смесей /см.5, стр.26/. В нашем случае на большей высоте полета рабочая смесь имеет меньшую плотность и температуру, однако раскаленные струи электротермического разложения электропроводной жидкости, выходящие из сопла 90 форсунки на фиг.9, несут с собой не только ударную волну, но и большую энергию самих струй, температура которых может изменяться от 2800-3000 К до 1-5×10⁴ К в зависимости от мощности разрядного тока Р = J² Р_экв, протекающего через струи 85 /см. фиг.9/. Совместное действие этих двух эффектов обеспечивает воспламенение рабочей газовой смеси на значительно больших высотах и скоростях полета реактивного самолета.

Кроме того весьма существенную роль оказывают в этом процессе сами продукты электротермического разложения струй 85, которые состоят из раскаленных газообразных водорода, кислорода, осколков электролита и металлического пара испарившихся частей металлов, вводимых в рабочую жидкость струй - водные растворы хлористого натрия для повышения электропроводности этого раствора электролита /см. по этому вопросу выше/. При резком снижении температуры в камере сгорания впрыскиваемые газы - водород и кислород /гремучий газ/- мгновенно снова соединяются с выделением химической энергии, которая равна затраченной энергии на разложение водного раствора электролита. Иными словами, струя газов, выходящая из сопла 90 форсунки на фиг.8, несет с собой энергию электрического разряда и химическую энергию гремучего газа, что достаточно для воспламенения рабочей смеси на очень больших высотах.

На фиг.20 показан детонационный двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель /ДТРДДФ/. Он состоит из осевого компрессора 191, демпфирующих устройств 192 с отражателями 193, соединенных с помощью цилиндрической переходной части 194 с камерами сгорания 195. В свою очередь камеры сгорания с помощью конических или расширяющихся сопел 196 соединены с длинными относительно узкими цилиндрами 197 волновых компрессоров, имеющими на концах отражатели 198. Цилиндры подсоединены к коллектору газа 199, содержащему направляющий аппарат 200 газовой турбины 201. Форсажная камера 202, конус 203. В форсажной камере размещены комбинированные форсунки 204 на фиг.7-8 для «впрыскивания» раскаленных струй газообразного топлива и форсунки 205 на фиг.22 для воспламенения рабочей смеси топлива. Ряд форсунок-резонаторов 206 на фиг.9 служит для генерации акустических колебаний в форсажной камере в противофазе с основным шумом двигателя. Камеры сгорания 195 условно разделены на две зоны сгорания 207 и 208, в каждой из которых содержат комбинированные форсунки 209 и 210 и противоположно им форсунки-детонаторы 211 и 212. Корпус двигателя 213, лопатки вентилятора 214, установленные на бандаже лопаток турбины 201, диффузор 215 с заостренным телом 216, второй контур 217. Вал турбины и осевого компрессора 218.

Работает двигатель следующим образом: сжатый воздух из компрессора 191 поступает в камеры сгорания 195, где в зону 207 с помощью комбинированных форсунок 209 «впрыскиваются раскаленные струи смеси газообразного топлива и продуктов электротермического разложения струй электропроводной жидкости 54. Воспламенение рабочей смеси производится за счет включения форсунок-детонаторов 211. Образовавшиеся продукты сгорания расширяются и сжимают воздух в зонах 208 камер сгорания 195 и в прилегающих устройствах, с одной стороны, в цилиндрических частях 194, демпфирующих устройствах 192, а с другой - в длинных цилиндрах 197 сжатого воздуха вначале, а в следующих рабочих циклах остаточных продуктов сгорания. Давление в зонах 208 повышается и включаются комбинированные форсунки 210 и следом форсунки-детонаторы 212. Продукты сгорания с высокими параметрами температуры и давления расширяются в обе стороны. Расширение сгоревших газов приводит к образованию ударных волн, которые отражаются от вогнутых поверхностей отражателей 193, с одной стороны, и отражателей 198 - с другой стороны и гасятся. При этом в узкой области ударной волны появляются скачки уплотнения сжатого воздуха с переходом в звуковую зону, которая со скоростью 340 м/с достигает конца длинных цилиндров 197. Воздух, а в следующих рабочих циклах остаточные продукты сгорания в длинных цилиндрах 197 сильно сжимаются сгоревшими газами, подобно поршню, до давления Р₁, с последующим его разгоном до скорости W. Работа расширения сгоревших газов в длинных цилиндрах 197 волновых компрессоров реализуется на лопатках турбины 201 до температуры примерно 900°С, с последующим окончательным расширением газов на турбине до заданной температуры. Газы выходят через сопло 219 с образованием тяги турбореактивного двигателя.

Для форсирования двигателя на режимах валета самолета и режиме сверхзвуковой скорости полета в этом двигателе, как и в рассмотренных выше, уменьшается частота рабочих циклов камер сгорания 195, с перепуском сжатого воздуха в форсажную камеру 202, в которой включается комбинированные форсунки 204 с впрыскиванием в камеру газообразного топлива /газообразное топливо получается из жидкого в взрывных камерах форсунок на фиг.7-8/. Образовавшаяся рабочая смесь воспламеняется с помощью включения форсунок 205, выполненных на фиг.22. Мощный шум двигателя гасится за счет периодического включения форсунок 206, выполненных на фиг.9, работающих в противогазе с акустическими колебаниями потока газов, движущихся через форсажную камеру. Тот же принцип глушения шума в двигателе на фиг.17 с помощью форсунок 150.

Для уменьшения потерь кинетической энергии газов на режиме дозвуковой скорости полета двигатель снабжен вторым контуром 217 с высоконапорным вентилятором 214, лопатки которого смонтированы на венце лопаток турбины 201, как это выполняется в известных ТРД. Поток воздуха, движущийся через второй контур, способствует повышению полетного КПД. Высокий эффективный КПД двигателя за счет детонационного сгорания топлива - повышение тепловыделения при сгорании 10-12%, использование обедненных рабочих смесей за счет сжигания в камерах сгорания газообразного топлива - снижение расхода топлива на 10-12% /см.7, стр.7-27 и 9, стр.16/, волновой принцип сжатия воздуха - дополнительного сжатия уже сжатого воздуха компрессором 192 в зонах 208 камер сгорания 195 позволяют сильно сжать воздух в зонах 208 и увеличить термический КПД цикла. Совместное использование этих трех эффектов обеспечивает существенное повышение полного КПД двигателя, превышающего в 2-3 раза самые лучшие современные турбореактивные двигатели.

На фиг.21 показан турбореактивный детонационный двигатедь с встроенными камерами сгорания прямоточного двигателя /ДТРДДФ/. Он состоит из корпуса 220, в котором размещены вентилятор 221, осевой компрессор 222, демпфирующее устройство 223 с отражателями 224, которые соединены посредством переходных частей 225 с камерами сгорания 226, условно разделенной на две зоны сгорания - 227 и 228. Камеры сгорания с помощью конических или расширяющихся сопел 229 соединены с длинными относительно узкими цилиндрами 230 волновых компрессоров, которые имеют отражающие поверхности /отражатели/ 231 и подсоединены к газовому коллектору 232. Коллектор содержит направляющий аппарат 233 газовой турбины 234. Отходящие газы из турбины обтекают конус 235 и выходят в атмосферу через сопло 236, в котором размещены форсунки-резонаторы 237, выполненные на фиг.9.

Корпус двигателя снабжен деффузором 238 с заостренным телом 239. Второй контур 240. Камеры сгорания снабжены комбинированными форсунками 241 и 242, расположенными в зонах 227 и 228 камеры сгорания 226, и противоположно им установленными форсунками-детонаторами на фиг.9, поз.243 и 244.

Прямоточный встроенный двигатель состоит из камер сгорания 245, с одной стороны соединенной с соплами Лаваля 246, а с другой - с диффузорами 247. Камеры сгорания условно имеют две зоны сгорания 248 и 249, в которых установлены комбинированные форсунки 250 и 251, выполненные на фиг.7-8, и противоположно им установлены форсунки-детонаторы 252 и 253, выполненные на фиг.9. Между диффузорами и камерами сгорания размещены демпфирующие устройства 254 с отражателям 255. Вал турбины и осевого компрессора 256.

Работает двигатель следующим образом: из комбинированных форсунок 241 в зоны 227 камер сгорания 226 «впрыскиваются» струи раскаленной смеси газообразного топлива с продуктами электротермической диссоциации жидкости струй 54 /см. фиг.7/, которые смешиваются с сжатым воздухом, поступившим из компрессора 222, и воспламеняются за счет включения форсунок-детонаторов 243. Продукты сгорания сжимают воздух в зонах 228 с еще большим повышением давления, и следом включаются комбинированные форсунки 242 и форсунки-детонаторы 244. Образовавшиеся продукты сгорания с высокими параметрами температуры и давления расширяются в обе стороны и сжимают воздух, а в следующих циклах сгоревшие газы с пониженным давлением в длинных относительно узких цилиндрах 230 волновых компрессоров с совершением при расширении в этих цилиндрах работы расширения, обеспечивающей сжатие и разгон столба воздуха, а в последующих циклах сгоревших газов. Иными словами, продукты сгорания, как поршни, сжимают и разгоняют столб воздуха /газов/ в цилиндрах 230 до давления Р₁ и скорости W. Реализация работы расширения продуктов сгорания в цилиндрах 230 обеспечивается на газовой турбине 234 путем срабатывания давления Р₁ и скорости W. Ha фиг.23 показан дополнительный маршевый реактивный двигатель. Он состоит из корпуса 258, в котором размещены компрессор 259 /осевой или центробежный/, соединенный с последовательно установленными друг за другом демфирующими устройствами 260 и 261 с отражателями 262 и 263. За ними установлены цилиндрические переходные части 264, соединенные с камерами сгорания 265. Камеры сгорания условно разделены на три зоны сгорания - 266, 267, 268, в которых установлены комбинированные форсунки 269, 270, 271, выполненные на фиг.7-8, и противоположно им форсунки-детонаторы 272, 273 и 274, выполненные на фиг.9.

Камеры сгорания имеют расширяющиеся сопла 275 с размещенными на них внешними магнитами 276. Съем электрического тока производится с помощью электродов 277. Сгоревшие газы с высокой температурой, превышающей 2000 К, из сопел 275 поступают в реактивное сопло 278 с образованием тяги двигателя. Ток из МГД-генератора поступает на электродвигатель 279, который приводит во вращение компрессор 259 и вентилятор 280. Корпус двигателя снабжен диффузором 281 с заостренным телом 282 и соплом 283. Второй контур 284, форсунки-резонаторы 235, выполненные на фиг.9 и установленные равномерно по окружности сопла 278.

Работает двигатель следующим образом:

- в этом двигателе, так же как и в двигателях на фиг.20-21, каждая камера сгорания 265 одновременно является волновым компрессором, в котором осуществляется дополнительное сжатие воздуха, от одной зоны сгорания к другой. Осевой компрессор 250 обеспечивает повышение давления воздуха 5-6/7/, а с помощью сжатия воздуха продуктами сгорания степень сжатия возрастает и в зависимости от числа зон сгорания в камерах сгорания она может достигать значений, превышающих =10-12. В результате повышается КИЛ двигателя в соответствии с формулой

_t=1-1/ ^К-1 /см.6, стр.178/.

В нашем двигателе 3 зоны сгорания, в которые из комбинированных форсунок 269,270 и 271 происходит последовательное "впрыскивание" газообразных струй топлива, с образованием в этих зонах последовательного сжатия воздуха и сгорание топлива за счет последовательного воспламенения рабочих смесей форсунками-детонаторами в зонах 266, 267, 263. При этом воздух дополнительно сжимается только в зонах 267-268 и зоне 268, за счет чего существенно повышается термический КПД двигателя. Образовавшиеся продукты детонационного сгорания рабочих смесей с высокими параметрами температуры и давления с большой скоростью проходят через расширяющиеся сопла 275. Температура газовых струй за счет детонационного сгорания превышает 3000 К /см. 5, стр.33/ и раскаленный газ является слабоионизованной плазмой. Впрыскивание в камеры сгорания одновременно с топливом из комбинированных форсунок 269-271 продуктов электротермического разложения струй 54, из концентрированных водных растворов сильного электролита на основе хлористого натрия, а также и из форсунок-детонаторов струй 85 обеспечивает в продуктах сгорания появление натрия, что резко до заданных значений повышает электропроводность плазмы - раскаленных газовых струй, проходящих через сопла 275 /см. В.И.Крутов Техническая термодинамика М., Высшая школа, 1971 г., стр.447-448 /14/. При пересечении магнитных силовых линий внешнего магнита 276 в плазменных струях появляется индуцированная ЭДС, величина которой пропорциональна скорости струй газа и напряженности магнитного поля. Под действием этой ЭДС, в плазме происходит разделение зарядов и возникает электрический ток, который замыкается на внешнюю нагрузку через электроды 277 и 286, омываемыми плазменными струями. Выходящие из сопел 275 сгоревшие газы с высокой температурой расширяются в сопле 278, создавая реактивное усилие-тягу двигателя. С помощью вентилятора 280 происходит охлаждение двигателя и небольшое реактивное усилие, реализуемое в сопле 283. Электрический ток с помощью электродвигателя 279 обеспечивает его работу и работу компрессора 259 и вентилятора 280, а также всех вспомогательных механизмов как самого двигателя, так и летательного аппарата на фиг.1. Таким образом основным назначением двигателя на фиг.23 является его работа на летательных аппаратах в качестве источника электрической энергии с небольшим реактивным усилием.

Кроме того двигатель может служить в качестве стационарной силовой установки, в которой часть энергии топлива реализуется в МГД-генераторе, а остальная часть энергии продуктов сгорания используется или на газовой турбине с применением перед турбиной длинных относительно узких цилиндров типа 143, 197 или для работы паровой турбины, если требуется еще и большое количество горячей воды на отопление и пр.

Технико-экономическая часть

1. Летательные аппараты с вертикальным взлетом и посадкой. Осуществление в подъемно-тяговых двигателях прямого преобразования химической энергии топлива в кинетическую энергию отбрасываемых струй сжатого воздуха и газов, вытекающих через сопла рабочих каналов с созданием подъемной силы и тяги, обеспечивает достижение высокого КПД летательного аппарата.

Второе. Подъемно-тяговые двигатели многотопливные, способные работать на всех видах продуктов перегонки нефти. В связи с чем обеспечивается снижение стоимости эксплуатации машин за счет снижения стоимости топлива.

Третье. Скорость летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой такая же, как и у современных реактивных самолетов.

Четвертое. Скороподъемность нового летательного аппарата намного превышает винтовые аппараты с вертикальным взлетом и посадкой.

Пятое. Эксплуатационная надежность обусловлена за счет многорядного расположения рабочих каналов с камерами сгорания. Отсутствие же винта позволяет новому летательному аппарату быть неуязвимым в сложных условиях местности.

Шестое. Грузоподъемность нового летательного аппарата за счет многорядного расположения в несущей плоскости подъемно-тяговых двигателей, а также возможности их форсирования для повышения подъемной силы намного превышает вертолеты.

2. Воздушно-реактивные двигатели новой конструкции.

В отличии от известных схем турбореактивных двигателей они имеют следующие преимущества:

- высокий эффективный КПД, превышающий в 2-3 раза известные ТРД;

- за счет низкого расхода топлива в 2-3 раза снижается выброс в атмосферу углекислого газа, паров воды и токсических веществ СО, СН, С;

- за счет применения комбинированных форсунок и сгорания газообразного топлива новый двигатель не имеет сажного следа на режиме форсажа;

- мощность нового двигателя за счет использования всей производительности осевых компрессоров для сгорания топлива превышает в несколько раз известные ТРД.

По двигателю на фиг.17-компрессор 140 соединяется с камерами сгорания 141 с помощью патрубков 289 заданной длины, воздух в которых при взрывах в камерах сгорания обладает инерцией, способствующей снижению резких повышений давления на лопатках компрессора. Второй контур 290 двигателя. Меры по снижения помпажа в компрессоре одинаковы с обычным ТРД.

Шестое. Грузоподъемность реактивного вертолета за счет многорядного расположения в несущей плоскости /корпусе/ подъемно-тяговых двигателей, а также возможности их форсирования для повышения подъемной силы превышает 500-700 тонн вместо 20-40 тонн у современного винтового вертолета. Иными словами, максимальная грузоподъемность реактивного вертолета достигает по этому значению дирижабли. Расположение подъемно-тяговых двигателей в несущей плоскости, выполненной в виде крыла самолета, обеспечивает вертолету дополнительную подъемною силу при полете, с возможностью экономии топлива за счет отключения в полете ряда подъемно-тяговых двигателей.

Вторым вариантом конструктивного выполнения реактивного вертолета является вышеописанная схема с центральной силовое установкой, обеспечивающая выработку газа с высокими параметрами температуры и давления на фиг.23 или на фиг.20 и 21, для работы рабочих каналов с образованием подъемной силы и тяги для полета машины.

Третьим конструктивным выполнением являются ранцевые подъемно-тяговые двигатели на фиг.16.

2. Детонационные воздушно-реактивные двигатели новой конструкции для применения на многорежимных самолетах с большей долей дозвукового и сверхзвукового полета. В отличие от известных схем турбореактивных двигателей они имеют следующие преимущества:

- работа камер сгорания на газообразном топливе, прошедшем термохимическое разложение в комбинированных форсунках, воспламенение рабочей смеси со скоростью детонационного сгорания, превышающего 2000 м/с, дополнительное сжатие воздуха в камерах сгорания приводит к существенному повышению термического КПД двигателя, а система камеры сгорания - длинные, относительно узкие цилиндры между турбиной, являющиеся также волновыми компрессорами, обеспечивают высокий эффективный КПД газотурбинной установки двигателя. В результате турбореактивные двигатель является высокоэкономичной тепловой силовой установкой, с эффективным КПД, превышающим известные ТРД от 2 до 3 раз, в зависимости от температуры сгоревших газов на турбине современного турбореактивного двигателя. Иными словами, расход топлива в 2-3 раза меньше, чем у существующих ТРД, во столько же раз меньше выбросов в атмосферу углекислого газа, паров золы и токсических веществ СО, СН, С, NО_х.

За счет применения комбинированных форсунок и сгорания газообразного топлива на режиме форсажа турбореактивный двигатель не имеет сажного следа. Применение форсунок-резонаторов обеспечивает существенное снижение шума нового двигателя.

Электрические взрывы струй 85 в форсунках на фиг.9 с образованием газообразных продуктов, с высокими параметрами температуры и давлений, выходящих из сопел 90 в сопла 147, или форсажные камеры 202 реактивных двигателей обеспечивают сильные акустические колебания в движущемся потоке газов, в противофазе с шумом двигателя, что позволяет снизить шум силу /интенсивность/ звуковых колебаний. При этом мощность электрических взрывов Р=J²R _экв легко поддается регулировке, как и частота взрывов, в результате чего форсунки-резонаторы при своей работе способствуют снижению уровня шума, который для пассажирских самолетов по важности и сложности решения стоит непосредственно за проблемой обеспечения высокой безопасности полетов. Мощность новых реактивных двигателей с обычным /см. фиг.17/ и детонационным способом сгорания топлива за счет использования всей производительности осевых компрессоров для сгорания топлива достигается:

- производительность компрессора 10-12 тыс. м³/мин /см. К.И.Страхович Компрессорные машины М., Госторгиздательство, 1961 г., стр.6 /15/ или весовой расход Q=200×1,25=250 кг/сек. При сгорании горючего, с учетом известного отношения =1:14 теоретически расход его составит: д=50:14=17,86 кг/сек, с выделением теплоты Q₁=17,86×10000=178571 ккал/сек. Мощность

.

С учетом отбора сжатого воздуха из компрессора на охлаждение отдельных узлов и деталей двигателя, примерно 1/3, мощность N=559821 кВт, а с учетом КПД=0,7. Эффективная мощность нового реактивного двигателя на фиг.17 /без использования прямоточных двигателей, поз.174/ равна N=391875 кВт. Огромная мощность в одной силовой установке реактивного вертолета или самолета позволяет отказаться от применения летательных аппаратов с несколькими маломощными современными реактивными двигателями и существенно снизить стоимость машины. Как известно, одной из основных характеристик, однозначно определяющих эксплуатационные и экономические показатели любого самолета, является тяговооруженность, которая с новым двигателем обеспечивает перевод всех магистральных самолетов на самолеты короткого взлета, с решением основных задач гражданской авиации /см. 12, стр.17-18/.

По двигателю на фиг. 17 компрессор 140 соединяется с камерами сгорания 141 с помощью патрубков 289 заданной длины, воздух в которых при взрывах в камерах сгорания обладает инерцией, способствующей снижению резких повышений давлений на лопатки компрессора. Второй контур 290 двигателя. Меры по снижению помпажа в компрессоре одинаковы с обычным ТРД.