гидрореактивный двигатель stm

Формула изобретения

Гидрореактивный двигатель, в котором применяется жидкостный поршень для сжатия горючей смеси в рабочей камере и утилизации энергии, выделившейся в результате воспламенения сжатой горючей смеси, отличающийся тем, что содержит внешний ротор, предназначенный для создания внешнего жидкостного кольца со свободной поверхностью в окружающей газовой среде при помощи непрерывного вращения сосуда, снабженного каналом для отвода жидкости и парогазовой смеси с целью поддержания постоянного уровня свободной поверхности жидкостного кольца и утилизации запаса энергии отводимых продуктов; внутренний ротор, размещенный с эксцентриситетом во внешнем жидкостном кольце, предназначенный для создания внутреннего жидкостного кольца со свободной поверхностью в окружающей газовой среде, содержащий рабочие камеры, каждая из которых представляет собой сосуд, разделенный перегородкой с нагнетательным клапаном на полость всасывания свежей горючей смеси и полость сгорания, снабженную каналом с выхлопным клапаном, а также не имеющим клапана каналом, столб рабочей жидкости в котором удерживает свежую горючую смесь в сжатом состоянии и после ее воспламенения преобразуется в реактивную струю, создающую вращающий момент на валу внутреннего ротора; гидрозатвор, с помощью которого изолируется от внешней газовой среды связанная каналом с системой питания замкнутая область всасывания, в которую при вращении внутреннего ротора перемещается из внешнего жидкостного кольца открытая полость всасывания рабочей камеры для всасывания порции свежей горючей смеси; турбомашину с соосным валу внутреннего ротора валом и рабочим колесом с лопастной системой для утилизации кинетической энергии реактивной струи жидкости и газообразных продуктов сгорания; соосный валу внутреннего ротора кулачковый вал для управления клапанами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к классу гидрореактивных двигателей, областью применения которых является водный транспорт. В качестве рабочей жидкости для указанных двигателей используется забортная вода, ограниченный объем которой поступает в рабочую камеру двигателя, а затем под воздействием импульса давления газовой либо парогазовой среды вытекает в окружающее пространство, создавая реактивную тягу.

Известен ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОРЕАКТИВНЫЙ СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (авторское свидетельство СССР № 1068337, кл. В63Н 11/02, 30.01.81), содержащий коммутационную камеру с подпружиненной заслонкой, что позволяет направлять набегающий поток забортной воды попеременно в каждую из двух рабочих камер, создавая в них условия для сжатия и воспламенения горючей смеси с последующим истечением реактивной струи из диффузора двигателя. К недостаткам этого двигателя следует отнести сравнительно невысокую степень сжатия горючей смеси.

Известен также (авторское свидетельство СССР № 1720927 А1, кл. В63Н 11/02, 11/14, 14.03.90) ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОРЕАКТИВНЫЙ СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ В.В.ФИЛИМОНОВА, содержащий устройство для заполнения рабочих цилиндров забортной водой в виде центробежного насоса с электроприводом, устройство для заполнения камер сгорания сжатым воздухом в виде поршневого компрессора, топливный насос высокого давления, а также устройство подачи искры, кинематически связанные с валом электропривода. К недостаткам этого двигателя следует отнести необходимость включения в рабочий процесс дополнительных агрегатов, питающихся от посторонних источников энергии и не использующих кинетическую энергию реактивной струи.

Предлагаемое техническое решение имеет целью устранение указанных недостатков прототипов и расширение области применения гидрореактивных двигателей. Для достижения поставленной цели предлагается такое устройство рабочих органов двигателя, которое позволяет изменять в широком диапазоне степень сжатия горючей смеси, что увеличивает возможности выбора энергоносителей, и предоставляет разнообразные варианты применения двигателей с жидкостным поршнем.

На фиг.1, 2 и 3 представлено схематическое изображение устройства гидрореактивного двигателя. Внешний ротор 1 вращается под воздействием привода 9 вокруг оси 14 в подшипниках 30 на неподвижной цапфе корпуса 35 двигателя, создавая жидкостное кольцо 26 при помощи боковых стенок 2 сосуда, форма и размеры которого обеспечивают неизменность величины радиуса цилиндрической свободной поверхности 10 жидкости в окружающей газовой среде, а также обеспечивают возможность размещения внутреннего ротора 34 вместе с дисками 3, 7 гидрозатвора во внешнем жидкостном кольце. Привод 9 включен постоянно.

Внутренний ротор 34, предназначенный для создания при помощи боковых стенок 21 внутреннего жидкостного кольца 27 со свободной поверхностью 11 жидкости в окружающей газовой среде, вращается вокруг оси 13 в подшипниках 31 эксцентрической расточки в неподвижной цапфе корпуса 35. При запуске двигателя неподвижный ротор 34 приводится во вращение стартером с помощью привода 33, который, в свою очередь, воздействуя на привод 9, вызывает вращение внешнего ротора 1. После запуска двигателя стартер отключается, получаемая от двигателя механическая энергия с помощью привода 33 передается потребителю, а также расходуется на собственные нужды.

На периферии ротора 34 расположены рабочие камеры, каждая из которых представляет собой сосуд, разделенный перегородкой с нагнетательным клапаном 5 на полость всасывания 4 и полость сгорания 25. Полость всасывания 4 при вращении ротора 34 циклически перемещается из жидкостного кольца 26 в заполненную свежей горючей смесью замкнутую область 29, связанную каналом 32 с системой питания двигателя, захватывает порцию свежей горючей смеси и переносит ее для сжатия в зону высокого давления жидкостного кольца 26. В полости сгорания 25 имеется формирующий реактивную струю канал без клапана 8, в который может свободно поступать рабочая жидкость из внутреннего жидкостного кольца 27, а также выхлопной клапан 6, при открытии которого газообразные остатки продуктов сгорания поступают в выхлопной канал 24.

Величина эксцентриситета и габаритные радиальные размеры внутреннего ротора 34 обеспечивают ему такое размещение в наружном жидкостном кольце, чтобы периферийные участки дисков 3 и 7 гидрозатвора не выходили за пределы объема кольца 26 и создавали надежную изоляцию области 29 от внешней газовой среды.

Для поддержания при работе двигателя в жидкостных кольцах постоянного уровня свободной поверхности жидкости применяется устройство подвода 12. Избыток рабочей жидкости и газообразные продукты сгорания отводятся по каналу 28 на внешнем роторе 1, при этом запас энергии, которым они располагают, преобразуется в кинетическую энергию реактивной струи, формируемой выходным участком канала так, чтобы реактивное усилие способствовало вращению ротора 1.

Направления вращения роторов 1 и 34 совпадают. Рабочий цикл двигателя начинается с поступления из области 29 в полость всасывания 4 порции свежей горючей смеси и последующего перемещения ее в жидкостном кольце 26 с одновременным сжатием. При достаточно высоком давлении сжатия открывается нагнетательный клапан 5 и начинается перемещение смеси в полость сгорания 25 до момента ее полного вытеснения из полости всасывания 4. Нагнетательный клапан 5 закрывается, смесь удерживается в сжатом состоянии давлением столба жидкости в канале 8. После закрытия клапана 5 происходит воспламенение сжатой смеси, сопровождаемое резким повышением давления и температуры с последующим вытеснением рабочей жидкости и парогазовой смеси в канал 8 к соплу 22, формирующему реактивную струю, которая вызывает вращение ротора 34. Из сопла 22 струя рабочей жидкости и парогазовой смеси попадает на лопатки рабочего колеса 20 турбомашины, где происходит преобразование остатков энергии струи в механическую энергию, передаваемую потребителю с помощью привода 16, после чего рабочая жидкость возвращается в кольцо 26 либо в кольцо 27, а парогазовая смесь попадает в канал 28 либо в выхлопной патрубок 15. Вал 18 турбомашины соосен валу ротора 34 и вращается в подшипниках 17 эксцентрической расточки в неподвижной цапфе корпуса 35. Истечение рабочей жидкости и газообразных продуктов сгорания из полости 25 приводит к падению давления в ней, что дает возможность открыть выхлопной клапан 6 при помощи кулачкового вала 19, соосного валу внутреннего ротора 34. Остатки продуктов сгорания перемещаются к соплу 23 выхлопного канала 24 рабочей жидкостью, перетекающей из жидкостного кольца 27 по каналу 8 в полость сгорания 25 до момента полного вытеснения газов, после чего выхлопной клапан 6 закрывается и начинается новый рабочий цикл.

Предлагаемое устройство позволяет изменять степень сжатия горючей смеси в достаточно широких пределах за счет изменения частоты вращения роторов и применения рабочих жидкостей с различными величинами плотности. Замкнутый кругооборот рабочей жидкости дает возможность расширить область применения гидрореактивных двигателей.