RU2157907C2 - Jet engine - Google Patents
Jet engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2157907C2 RU2157907C2 RU97114758A RU97114758A RU2157907C2 RU 2157907 C2 RU2157907 C2 RU 2157907C2 RU 97114758 A RU97114758 A RU 97114758A RU 97114758 A RU97114758 A RU 97114758A RU 2157907 C2 RU2157907 C2 RU 2157907C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- combustion
- fuel
- engine
- chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области реактивных двигателей, а более конкретно к реактивным двигателям, обеспечивающим в одном агрегате создание подъемной силы для вертикального подъема и тяги для горизонтального движения. Областью применения являются: вертолеты, самолеты с вертикальным взлетом и посадкой, суда на воздушной подушке.FIELD OF THE INVENTION
The invention relates to the field of jet engines, and more particularly to jet engines, providing in one unit the creation of lifting force for vertical lifting and traction for horizontal movement. Areas of application are: helicopters, aircraft with vertical take-off and landing, hovercraft.
Уровень техники
Известны традиционные способы создания подъемной силы путем отбрасывания большой массы воздуха, но с малой скоростью - вертолеты с несущим винтом большого диаметра. Недостатки - громоздкость конструкции, низкий КПД.State of the art
Known traditional methods of creating lift by dropping a large mass of air, but at a low speed - helicopters with a rotor of large diameter. Disadvantages - cumbersome design, low efficiency.
Известны способы создания реактивной тяги: турбореактивные, пульсирующие, прямоточные и ракетные, отбрасывающие продукты сгорания с большой скоростью и небольшой массой. Недостатки - использование турбины, низкий КПД. Known methods for creating reactive thrust: turbojet, pulsating, ramjet and rocket, rejecting combustion products with high speed and low mass. Disadvantages - the use of a turbine, low efficiency.
Иным путем осуществляется создание подъемной силы по патенту США N 3206926 от 1965 г., в котором используется способ эжектирования продуктов сгорания турбореактивного двигателя через несколько каналов - камер смешения. Недостатками этой конструкции являются низкий КПД, не превышающий 9-12%, громоздкость схемы и большой вес аппарата. In another way, the creation of lifting force is carried out according to US patent N 3206926 from 1965, which uses a method of ejecting the combustion products of a turbojet engine through several channels - mixing chambers. The disadvantages of this design are low efficiency, not exceeding 9-12%, the bulkiness of the circuit and the large weight of the device.
Еще одним путем создания подъемной силы является электрокинетическое устройство, работающее на электрической энергии /см. И.Н.Колпакчиев. Транспортная авиация: взгляд в будущее, 7/80, Знание, Транспорт, стр. 47-63/. Недостаток устройства - отсутствие в настоящее время надежного двигателя с МГД генератором, отвечающего условиям авиации. Another way to create lifting force is an electrokinetic device operating on electrical energy / cm. I.N.Kolpakchiev. Transport Aviation: A Look into the Future, 7/80, Knowledge, Transport, pp. 47-63 /. The disadvantage of this device is the lack of a reliable engine with an MHD generator that meets aviation conditions.
Сущность изобретения
В целях устранения указанных недостатков для создания подъемной силы аппарата применяются рабочие каналы движителя по авторскому свидетельству N 1136543 от 22 сентября 1984 г. /автора/, расположенные параллельно друг другу, а реактивная тяга для движения аппарата осуществляется за счет устройства в каждом из рабочих каналов камер сгорания с запорными устройствами, форсунками и детонаторами, а также тягового /вых/ сопла, обеспечивающего изменение вектора тяги в вертикальной и горизонтальной плоскости, с размещением перед входом в него форсажной камеры сгорания с запорным устройством, форсунками и детонаторами.SUMMARY OF THE INVENTION
In order to eliminate these drawbacks, to create the lifting force of the apparatus, the propeller working channels are used according to the copyright certificate N 1136543 of September 22, 1984 / author /, located parallel to each other, and jet thrust for the apparatus’s movement is carried out due to the device in each of the working channels combustion with locking devices, nozzles and detonators, as well as traction / exit / nozzle, providing a change in the thrust vector in the vertical and horizontal plane, with the placement of an afterburner in front of it a combustion chamber with a closure device, nozzles and detonators.
Другое отличие состоит в установке камер сгорания перед рабочим каналом с запорными устройствами, выполненными в виде поворотных заслонок /вместо шнека с изменяющимся шагом лопастей по первому варианту/, поворот которых на 90o выполняется с помощью механического привода.Another difference is the installation of combustion chambers in front of the working channel with locking devices made in the form of rotary dampers / instead of a screw with a variable pitch of the blades according to the first embodiment /, which are rotated 90 ° by a mechanical drive.
В результате достигается совмещение в одном агрегате подъемного устройства для вертикального взлета аппарата и его полета за счет тяговых сопел. Вместе с тем каждый реактивный двигатель с рабочим каналом, путем включения форсажных камер сгорания перед тяговым соплом, имеет возможность резкого повышения или подъемной силы всего аппарата, при повороте тяговых сопел с направлением струи в сторону опорной поверхности, или тяги в горизонтальной плоскости при изменении вектора тяги поворотом сопла в сторону полета. The result is a combination in one unit of the lifting device for the vertical take-off of the apparatus and its flight due to traction nozzles. At the same time, each jet engine with a working channel, by turning on afterburner combustion chambers in front of the traction nozzle, has the possibility of a sharp increase or lifting force of the entire apparatus when turning the traction nozzles with the direction of the jet toward the supporting surface, or thrust in the horizontal plane when the thrust vector changes turning the nozzle in the direction of flight.
Иными словами, реактивный двигатель с рабочим каналом обеспечивает создание реактивного усилия в двух направлениях одновременно: в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а параллельное размещение их друг с другом в несущей плоскости аппарата обеспечивает возможность создания подъемной силы на большой площади конструкции и достижение подъемной силы в несколько сотен или несколько десятков сотен тонн, а это недостижимо для современных вертолетов или самолетов большой грузоподъемности. In other words, a jet engine with a working channel provides the creation of reactive forces in two directions simultaneously: in the vertical and horizontal planes, and their parallel placement with each other in the carrier plane of the apparatus makes it possible to create a lifting force over a large area of the structure and to achieve a lifting force of several hundred or several tens of hundreds of tons, and this is unattainable for modern helicopters or heavy-duty aircraft.
Другое отличие заключается в способе сжатия воздуха в камерах сгорания перед рабочими каналами двигателя, осуществляемого путем отбора сжатого воздуха из рабочих каналов, поступающего через клапанные решетки с самодействующими пластинчатыми клапанами в междустеночное пространство каналов-ресиверов и далее в камеры сгорания. Another difference lies in the method of compressing air in the combustion chambers in front of the working channels of the engine, carried out by taking compressed air from the working channels entering through the valve grilles with self-acting plate valves into the inter-wall space of the receiver channels and further into the combustion chambers.
Еще одним принципиальным отличием от всех существующих тепловых /в частности, реактивных/ двигателей является процесс сгорания топлива, осуществляемый по двум методам. Another fundamental difference from all existing thermal (in particular, jet) engines is the process of fuel combustion, carried out by two methods.
Детонационный метод сгорания топлива, наиболее близкий к изотермическому процессу
Сгорание рабочей смеси в камерах сгорания детонационным методом осуществляется с выполнением двух необходимых в этом случае мероприятий: впрыск топлива в камеру сгорания производится из специальной форсунки, обеспечивающей не впрыск струй жидкого горючего, а "выстрел" в камеру сгорания паров любого жидкого топлива. В результате до минимума снижается период задержки воспламенения или период индукции, что в конечном итоге при обычном сгорании рабочей смеси со скоростью до 30 м/с обеспечивает наибольшее тепловыделение за короткий отрезок времени и существенное повышение термического КПД - до 70% и более.The detonation method of fuel combustion closest to the isothermal process
The combustion of the working mixture in the combustion chambers by the detonation method is carried out with the implementation of two measures necessary in this case: the fuel is injected into the combustion chamber from a special nozzle that provides not injection of liquid fuel jets, but a “shot” into the combustion chamber of any liquid fuel vapor. As a result, the ignition delay period or induction period is reduced to a minimum, which ultimately during normal combustion of the working mixture at a speed of up to 30 m / s provides the greatest heat generation in a short period of time and a significant increase in thermal efficiency - up to 70% or more.
Вместе с тем быстрое перемешивание паров топлива с воздухом обеспечивает возможность осуществления детонационного сгорания в камерах путем инициирования в рабочей смеси /например, паров бензина, керосина, дизтоплива и др./ ударной волны, генерируемой из специального детонатора. Конструкции же форсунки и детонатора практически одинаковы и отличаются только устройством ввода для размещения устройства для впрыскивания жидкого горючего. At the same time, rapid mixing of fuel vapor with air makes it possible to carry out detonation combustion in the chambers by initiating a shock wave generated from a special detonator in the working mixture (for example, gasoline, kerosene, diesel fuel, etc.) vapors. The designs of the nozzle and detonator are almost the same and differ only in the input device for accommodating the device for injecting liquid fuel.
Детонационное сгорание топлива для реактивных двигателей позволяет реализовать следующие преимущества:
- быстрое сгорание рабочей смеси в течение около одной миллионной доли секунды /см. С. С.Бартенев. Детонационные покрытия в машиностроении. - Л.: Машиностроение, 1982 г., стр. 25-32/ и высокая температура процесса позволяют на 10-15% увеличить количество выделяемого тепла /см. А.И.Зверев [2]/ и существенно повысить КПД процесса сгорания, а следовательно, и эффективный КПД реактивного двигателя;
- резко упрощается механизм газораспределения, который в данном примере выполняется в виде шнека с переменным шагом лопастей;
- давление взрыва продуктов сгорания достигает 15-25 кг/см2 при нормальном атмосферном давлении воздуха в камере сгорания, т.е. на уровне давления газов в камерах сгорания существующих турбореактивных двигателей. В результате при расширении продуктов сгорания в рабочих каналах достигается более высокое давление сжатия атмосферного воздуха, большая скорость его разгона в каналах и соответственно более высокая скорость истечения сжатого воздуха из каналов с созданием более высокой подъемной силы аппарата и тяги в полете.Detonation fuel combustion for jet engines allows you to realize the following advantages:
- rapid combustion of the working mixture within about one millionth of a second / cm. S. S. Bartenev. Knock coatings in mechanical engineering. - L .: Engineering, 1982, pp. 25-32 / and the high temperature of the process can increase the amount of heat generated / 10-15%. A.I. Zverev [2] / and significantly increase the efficiency of the combustion process, and hence the effective efficiency of the jet engine;
- the gas distribution mechanism is greatly simplified, which in this example is performed in the form of a screw with a variable pitch of the blades;
- the explosion pressure of the combustion products reaches 15-25 kg / cm 2 at normal atmospheric air pressure in the combustion chamber, i.e. at the level of gas pressure in the combustion chambers of existing turbojet engines. As a result, with the expansion of the combustion products in the working channels, a higher compression pressure of atmospheric air, a higher acceleration rate in the channels and, correspondingly, a higher rate of outflow of compressed air from the channels with the creation of a higher lift and thrust in flight are achieved.
Реактивный вертолет на детонационном способе сгорания органического топлива в свою очередь приобретает также следующие преимущества: высокую скороподъемность, большую скорость полета, маневренность и большую грузоподъемность, с суммарным КПД силовой установки порядка 50-75%, что по крайней мере в 3 раза выше, чем у винтового вертолета. A jet helicopter using the detonation method of burning organic fuel also in turn acquires the following advantages: high rate of climb, high flight speed, maneuverability and high load capacity, with a total power plant efficiency of about 50-75%, which is at least 3 times higher than that of helicopter helicopter.
Испарение жидкого топлива, впрыскиваемого в виде струй во взрывную камеру форсунки, осуществляется за счет электрического взрыва струй концентрированных водных растворов сильных электролитов по техническому решению, разработанному в А.С. N 1284055 от 02.01.1984 г. /автора/. The evaporation of liquid fuel injected in the form of jets into the explosive chamber of the nozzle is carried out by electric explosion of jets of concentrated aqueous solutions of strong electrolytes according to the technical solution developed in A.S. N 1284055 from 01/02/1984 / author /.
Для электроснабжения силовой установки аппарата под частью тяговых сопел рабочих каналов размещена турбина, приводящая в движение электрогенератор, обеспечивающий энергией и весь комплекс потребителей летательного аппарата. For power supply of the apparatus’s power plant, a turbine is placed under a part of the traction nozzles of the working channels, which drives the electric generator, which provides energy and the whole complex of aircraft consumers.
Перечень фигур чертежей
На фиг. 1 показана в продольном разрезе схема реактивного двигателя с рабочим каналом по А.С. N 1136543, а на фиг. 2 - схема двигателя по I-I в плане. На фиг. 3-4 приведены узел Q рабочего канала в продольном и поперечном сечениях с показом всасывающих и выпускных клапанов. На фиг. 6 приведен узел размещения в канале камеры сгорания с тяговым соплом направленным к опорной поверхности.List of drawings
In FIG. 1 shows in longitudinal section a diagram of a jet engine with a working channel according to A.S. N 1136543, and in FIG. 2 is a diagram of an engine according to plan II. In FIG. 3-4 shows the node Q of the working channel in longitudinal and transverse sections showing the suction and exhaust valves. In FIG. 6 shows the placement unit in the channel of the combustion chamber with a traction nozzle directed to the supporting surface.
На фиг. 7 в продольном разрезе показана форсунка с электрической схемой генератора импульсов, а на фиг. 8 и 9 - узлы с показом в продольном сечении камер сгорания и газораспределительного механизма, выполненного в виде поворотных заслонок. На фиг. 10-11 в поперечном сечении приведены узлы двух вариантов уплотнения торцовых поверхностей заслонок со стенками камеры сгорания. In FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an injector with an electrical circuit of a pulse generator, and FIG. 8 and 9 are nodes with a longitudinal section showing combustion chambers and a gas distribution mechanism made in the form of rotary dampers. In FIG. 10-11 in cross section show the nodes of two options for sealing the end surfaces of the shutters with the walls of the combustion chamber.
На фиг. 12 показана газотурбинная силовая установка для привода электрического генератора в продольном разрезе, а на фиг. 13 - узел контакта струи электропроводной жидкости форсунки с поверхностью стенки взрывной камеры. На фиг. 14 /узел "A"/ в поперечном сечении показана в большом масштабе клапанная решетка в боковых стенках рабочих каналов, а на фиг. 15 - поперечное сечение по форсунке - по III-III, с показом в плане струй электропроводной жидкости. In FIG. 12 shows a gas turbine power plant for driving an electric generator in longitudinal section, and FIG. 13 - the contact node of the jet of electrically conductive liquid nozzle with the wall surface of the explosive chamber. In FIG. 14 / node “A” / in cross section shows a large scale valve grill in the side walls of the working channels, and in FIG. 15 is a cross section through the nozzle according to III-III, with a view in plan of jets of electrically conductive liquid.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Детонационный реактивный двигатель содержит камеру сгорания 1, коническую переходную часть 2, рабочий канал 3 прямоугольной формы, суживающееся сопло 4 с шарнирным звеном 5. В камере сгорания 1 размещен газораспределительный механизм 6 /запорное устройство/, форсунка 7 и детонатор 8, а в канале 3 установлены пластинчатые клапаны 9 /см. фиг. 2, 14/. Весь реактивный двигатель состоит из нескольких рабочих каналов и камер сгорания, расположенных параллельно друг другу со свободным пространством между его стенками для образования каналов с размещенными в них направляющими лопатками 9, 10 и 11. В междустеночном пространстве 12 поступающий воздух расширяется за счет уменьшения скорости /тот же эффект, который происходит в диффузорах/ с повышением давления и поступает в камеры сгорания. Газораспределительный механизм 6 выполнен в виде шнека с переменным шагом лопастей и центральным телом 13. В рабочих каналах 3 также размещены форсажные камеры сгорания 14 с газораспределительным механизмом 15 и центральным телом 16, форсунки 17 и детонатор 18. Рабочий /ие/ канал прямоугольной формы содержит воздухозаборник 19 и сопловые аппараты 20 и 21 для выпуска отработанных газов и сжатого воздуха, создающих подъемную силу. В свою очередь воздухозаборник рабочего канала состоит из нескольких отдельных клапанных решеток /см. фиг. 3-4/ 22, в каждой из которых выполнены диффузоры 23 с пластинчатыми клапанами 24, обеспечивающие периодическое поступление атмосферного воздуха в рабочие каналы. Позицией 25 показан пластинчатый клапан в момент его открытия /отгибания за счет разности давления воздуха/. В нижней части рабочего канала размещены в виде также отдельных решеток сопловые аппараты 20 и 21, содержащие суживающиеся сопла 26 и пластинчатые клапаны 27.Information confirming the possibility of carrying out the invention
The detonation jet engine contains a
Сама решетка поз.28. При отгибании клапана от давления сжатого воздуха он занимает положение поз.29
Размещение рабочих каналов с камерами сгорания, т.е. отдельных двигателей, параллелельно друг другу в несущей плоскости летательного аппарата может быть, как это показано на фиг. 5 или на фиг. 12, а также и по-другому в зависимости от конкретных требований, например, двигатели могут быть размещены с противоположным расположением сопел 4 или его смешанным размещением.The grille itself, pos. 28. When the valve is bent away from the compressed air pressure, it takes the position of pos. 29
Placement of working channels with combustion chambers, i.e. separate engines parallel to each other in the bearing plane of the aircraft may be, as shown in FIG. 5 or in FIG. 12, as well as differently depending on specific requirements, for example, engines can be placed with the opposite arrangement of nozzles 4 or its mixed placement.
Применение нового типа реактивного двигателя, обеспечивающего создание подъемной силы и реактивного усилия для движения аппарата в воздухе, создает возможности размещать их на большой площади несущей плоскости 30 летательного аппарата и реализовывать при полете возможности аэродинамического поддержания аппарата в воздухе за счет соответствующего профиля этой плоскости. На фиг. 5 первый ряд двигателей выполнен с соплами 31 /без поворота их в вертикальной плоскости/. The use of a new type of jet engine, which provides the creation of a lifting force and reactive force for the vehicle to move in air, makes it possible to place them on a large area of the
На фиг. 7 показан продольный разрез по форсунке комбинированного типа, содержащей в себе два устройства: форсунку 32 для подачи и впрыска жидкого топлива во врзывную камеру основной форсунки 7 /17/, имеющей корпус 33. In FIG. 7 shows a longitudinal section through a nozzle of a combined type comprising two devices: a
Внутри корпуса установлена камера 34 с кольцевым каналом 35, с одной стороны сообщающаяся с патрубком 36 и 37, а с другой - с соплами 38. Камера 34 выполняется из диэлектрического материала, например из оксида алюминия, меди и пр. A camera 34 is installed inside the housing with an annular channel 35, on the one hand communicating with the
В патрубке 36 размещено запорное устройство 39, выполненное в виде шнека с переменным шагом лопастей. Корпус 33 соединяется на резьбе с накидной гайкой 40, имеющей взрывную камеру 41 с соплом 42. In the
Корпус камеры сгорания 43 выполняется с принудительным охлаждением его стенок в месте установки форсунок и детонатора /8, 18/. The housing of the
Центральное тело шнека 39 служит еще и в качестве электрода 44, подключенное через соединительное устройство 45 к генератору электрических импульсов, которые могут быть: машинными, релаксационными и ГИ на электронных и полупроводниковых усилительных и переключающих приборах. В качестве простейшей схемы генератора на фиг. 7 показан: источник постоянного тока 46, конденсатор 47, переключающий прибор 48 /разрядник, ключ/. Струи электролита - поз. 49, струи топлива - поз.50, насос электропроводной жидкости 59, вентиль 60. The central body of the
Для получения на борту летательного аппарата электроэнергии служит двигатель, показанный на фиг. 12. To receive electricity on board the aircraft, the engine shown in FIG. 12.
Он состоит из турбины 51 с сопловым аппаратом 52 /направляющий аппарат/, конической передачи 53 и электрогенератора 54, закрытых в корпусе 55. Отработанные газы выходят через спрямляющий аппарат 56 и сопло 57 в атмосферу. На фиг. 13 показан узел контакта струй электролита, вытекающих из сопел камеры 34 и растекающихся в диски 58 при контакте с камерой 40 /см. Г.И.Покровский. Гидродинамические механизмы. - М.: Знание, 1972 г., стр. 18-19/. It consists of a
Детонационный реактивный двигатель работает следующим образом: форсункой 7 в камеру сгорания 1 "выстреливаются" пары топлива, например бензина, и перемешиваются с воздухом, находящимся при нормальном атмосферном давлении. Далее с помощью детонатора 8 в горючей смеси инициируется ударная волна, за счет которой смесь детонирует /взрывается/ с повышением давления до 15-25 кг/см2 /см. С. С. Бартенев. Детонационные покрытия в машиностроении. - Л.: Машиностроение, 1982 г. , стр. 25-32 [1]/. Продукты сгорания расширяются и сжимают перед собой столб воздуха, находящийся в конической переходной части 2 и рабочем канале 3.The detonation jet engine operates as follows: with a nozzle 7, fuel vapors, such as gasoline, are "shot" into the
Механизм сжатия и разгона столба воздуха следующий: продукты сгорания, как поршень, движутся в конической части 2 и в начале рабочего канала 3 со скоростью w и сжимают впереди себя воздух. Вместе с этим в столбе воздуха распространяется волна сжатия со скоростью распространения звука. При этом воздух, находящийся между фронтом волны сжатия и газовым поршнем, адиабатически сжат на величину "P" и имеет скорость w /см. А.И.Зверев. Детонационное напыление покрытий. - Л., 1979 г., стр. 18-19 [2]/. The mechanism of compression and acceleration of the air column is as follows: the combustion products, like a piston, move in the
Поэтому длина рабочего канала определяется из условия скорости движения газового поршня, при расширении продуктов сгорания, частоты циклов рабочего процесса двигателя и скорости звука в воздухе = 340 м/с. Therefore, the length of the working channel is determined from the condition of the speed of the gas piston, with the expansion of the combustion products, the frequency of the engine work cycles and the speed of sound in air = 340 m / s.
При продолжительном расширении газового поршня /продуктов сгорания/, захватывающего зону поз.20 рабочего канала, и достижении максимального давления в нем клапаны 27 под действием этого давления отгибаются, обеспечивая истечение сжатого воздуха через сопла 26 в атмосферу с образованием подъемной силы и сопло 4, создающее тягу в горизонтальной плоскости. Отработанные газы одновременно с истечением сжатого воздуха выходят в атмосферу через сопловой аппарат 20. Температура выхлопных газов на клапанах 27 не превышает 350-450oC из-за полного и продолжительного расширения "газового поршня", созданного продуктами сгорания, что обеспечивает надежную и продолжительную работу пластинчатых клапанов", являющихся единственными в двигателе движущимися элементами.With prolonged expansion of the gas piston / combustion products /, capturing the area pos.20 of the working channel, and reaching maximum pressure in it, the
Современные жаропрочные материалы из хромоникелиевых сталей обеспечивают срок службы клапанов в несколько десятков тысяч часов при температурах до 700-1000oC.Modern heat-resistant materials made of chromium-nickel steels provide a valve service life of several tens of thousands of hours at temperatures up to 700-1000 o C.
В свою очередь продолжительное расширение газов на 5-7% повышает эффективный КПД двигателя /см. С.Н.Григорьев. Тепловые двигатели и компрессоры. - М. , Трансжелдориздат, 1959 г., стр. 112-137 [3] /, а детонационное сгорание топлива за счет более высокой температуры рабочего процесса, приближающейся к 3000oC, еще способствует повышению КПД не менее чем на 10-15% /см. [2], стр. 28-32/.In turn, the continued expansion of gases by 5-7% increases the effective engine efficiency / cm. S.N. Grigoriev. Thermal engines and compressors. - M., Transzheldorizdat, 1959, pp. 112-137 [3] /, and the detonation combustion of fuel due to the higher temperature of the working process, approaching 3000 o C, still contributes to an increase in efficiency by at least 10-15% /cm. [2], pp. 28-32 /.
Иными словами, детонационное сгорание топлива - наиболее эффективный процесс преобразования тепловой энергии в механическую, соответствующее изотермическому процессу, с наиболее высоким термодинамическим КПД. In other words, detonation fuel combustion is the most efficient process of converting thermal energy into mechanical energy, corresponding to an isothermal process, with the highest thermodynamic efficiency.
Еще более высокое давление в камерах сгорания двигателя создается после первого же рабочего цикла в связи со следующим: при сжатии столба воздуха в рабочем канале и достижении волной сжатия области расположения клапанов 9, размещенных в клапанной решетке 61, они под действием повышенного давления отгибаются /открываются/, пропуская сжатый воздух в канал 12. Как только давление сжатого воздуха в рабочем канале 3 превысит упругость пластинчатых клапанов 27, они откроются, пропуская сжатый воздух в атмосферу с образованием подъемной силы, а дальнейшее понижение давления в канале 3 в связи с продолжающимся движением столба воздуха через сопла 4 и 26 по инерции обеспечит закрытие клапанов 9. В результате сжатый до давления P = 1,2-1,8 кг/см2 воздух поступит в камеры сгорания 1, способствуя более высокому значению КПД рабочих циклов при дальнейшей работе двигателя.An even higher pressure in the combustion chambers of the engine is created after the first working cycle in connection with the following: when the air column is compressed in the working channel and the compression wave reaches the location of the
Таким образом, размещение клапанных решеток 61 на боковых стенках рабочих каналов позволяет сжимать воздух в камерах сгорания, обеспечивая более эффективную и экономичную работу двигателя и более высокое давление продуктов сгорания. Thus, the placement of the valve grilles 61 on the side walls of the working channels allows you to compress the air in the combustion chambers, providing more efficient and economical operation of the engine and higher pressure of the combustion products.
Рабочие каналы в этом двигателе становятся еще и компрессорами кинетического сжатия воздуха, подобно осевому компрессору турбореактивного двигателя, но с периодической подачей сжатого воздуха. The working channels in this engine also become compressors of kinetic compression of air, similar to the axial compressor of a turbojet engine, but with a periodic supply of compressed air.
Клапанные решетки 61 и сопловые аппараты 20, 21 клапана воздухозаборника 19 работают при невысоких температурах, что обеспечивает длительный срок службы пластинчатых самодействующих клапанов 9, 24, 27, подобные конструкции которых применяются в настоящее время в поршневых компрессорных машинах /см. К.И.Страхович. Компрессорные машины. - М.: Госторгиздат, стр. 147-167 [4]/. The valve grids 61 and nozzle apparatuses 20, 21 of the
Работа форсунок, детонаторов и форсажных камер сгорания
В форсунке 7, имеющей корпус 33 и камеру 34, используется метод электрического взрыва струй из электропроводных жидкостей по A.C. N 1284055 с приоритетом от 02.01.1984 г., для мгновенного испарения струй жидкого топлива, впрыскиваемого во взрывную камеру 41 форсунки. Эта же конструкция без установки форсунки 32 используется в качестве детонатора или генератора ударных волн, а также в качестве реактора для электротермического разложения воды и электролитов.Work nozzles, detonators and afterburners combustion
In the nozzle 7, having a
Работает форсунка следующим образом. Через внутреннюю форсунку 32 впрыскивается жидкое топливо в виде струй 50, а через сопла 38 впрыскиваются струи чистой электропроводной жидкости 49 от насоса 59 через регулирующий вентиль 60, которые при касании с поверхностью взрывной камеры 41 растекаются в диски 58, образуя плотный электрический контакт с корпусом форсунки /накидная гайка 40/. Одновременно включаются автоматически разрядник 48 генератора электрических импульсов - поз.46, 47, обеспечивая подачу импульсного тока с напряжением в несколько киловольт через центральное тело 44, кольцевой канал 35 на струи 49 и замыкание тока на поверхности взрывной камеры 41. Электрический разряд с заданной энергией и длительностью импульса, пропускаемый по струям, обеспечивает их нагрев и испарение до заданной температуры, передачу теплоты теплопроводностью и излучением на струи 50 жидкого топлива и их мгновенное испарение. В результате в камеру сгорания двигателя через сопло 42 форсунки "выстреливается" смесь паров топлива и водного раствора электролита, испарившегося при электровзрыве струй 49, которая хорошо перемешивается в камере сгорания, чему способствует и наличие газораспределительного устройства, выполненного в виде шнека 6. Воспламенение рабочей смеси топлива с воздухом создается за счет нагрева ее при сжатии ударной волной, исходящей из детонатора 8 /та же форсунка 7, только без размещения форсунки 32/. Электрический взрыв струй 49 в детонаторе 7 создает мощную ударную волну с регулируемой энергией и длительностью импульса, которая из взрывной камеры через сопло 42 "выстреливается" в камеру сгорания со взрывом всей рабочей смеси. В качестве рабочих электропроводных жидкостей применяются концентрированные водные растворы сильных электролитов, например азотная, соляная и серные кислоты с концентрацией соответственно до 31, 20 и 30% с высокой удельной электропроводностью. Кроме кислот могут также применяться и другие электролиты, в частности соли и основания, вплоть до жидких металлов. The nozzle works as follows. Liquid fuel in the form of
Однако на практике концентрация в растворе кислот может находиться в интервале от 2,4 до 5,2-6,0% /см. Б.А.Артамонов. Размерная электрическая обработка металлов. - М.: Высшая школа, 1978 г., стр. 229-233/, что обеспечивает достаточно высокую удельную электропроводность /от 17,0 до 21-22 См•м-1/.However, in practice, the concentration in the acid solution may be in the range from 2.4 to 5.2-6.0% / cm. B.A. Artamonov. Dimensional electrical processing of metals. - M .: Higher school, 1978, pp. 229-233 /, which provides a sufficiently high electrical conductivity / from 17.0 to 21-22 cm • m -1 /.
Количество струй электролита, впрыскиваемых во взрывную камеру 41, их диаметр и длина выбираются в зависимости от мощности реактивного двигателя с рабочими каналами. Например, диаметр струй может быть от 0,1 до 1-2 мм /или более/, длина от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, количество от двух и более. The number of electrolyte jets injected into the
Применение в качестве рабочих жидкостей растворов электролитов, например азотной кислоты, обеспечивает чистоту стенок камер сгорания двигателя и выхлоп газов без какого-либо загрязнения атмосферы. The use of electrolyte solutions as working fluids, for example nitric acid, ensures the cleanliness of the walls of the combustion chambers of the engine and exhaust gases without any pollution of the atmosphere.
Ввод в камеры сгорания вместе с органическим топливом воды, основной составляющей растворов для струй поз.49, позволяет существенно сократить расход топлива, тем самым повысить экономичность двигателя, снизить температуру стенок камер сгорания и выброс вредных веществ /токсичных/ в атмосферу. The introduction of water into the combustion chambers together with fossil fuel, the main component of the solutions for the jets pos. 49, can significantly reduce fuel consumption, thereby increasing engine efficiency, lowering the temperature of the walls of the combustion chambers and the emission of harmful substances / toxic / into the atmosphere.
По существу в рабочем процессе при детонационном способе сгорания используется новый вид топлива, например вода и бензин. "Точно установлено, что вода позволяет: экономить топливо, снизить концентрацию особо токсичных составляющих в выхлопных газах, повысить надежность и долговечность двигателя" /см. К.Чириков. Завтра - ДВС. М.: Знание, Техника, 1983/2, стр. 40-46/. Essentially, in the work process with the detonation method of combustion, a new type of fuel is used, for example, water and gasoline. "It is well established that water allows you to: save fuel, reduce the concentration of particularly toxic components in exhaust gases, increase the reliability and durability of the engine" / cm. K. Chirikov. Tomorrow - ICE. M.: Knowledge, Technique, 1983/2, pp. 40-46 /.
В описываемом способе детонационного сгорания за счет высокой температуры электрического взрыва струй электролита, достигающей от 200-300oC до 1•104-5•104 градусов /см. Б.А.Артамонов, том 2. - М.: Высшая школа, 1983 г., стр. 72-73, 102-103/, обеспечивается электротермическое разложение воды на атомарные водород и кислород с последующим процессом выделения "теплоты образования воды", как известно, равной 285,8 кДж/моль /Общая химия Н.Л. Глинки/.In the described method of detonation combustion due to the high temperature of the electric explosion of jets of electrolyte, reaching from 200-300 o C to 1 • 10 4 -5 • 10 4 degrees / see B.A. Artamonov,
Электротермическое разложение воды на водород и кислород осуществляется "всего" при температуре более 2500oC /см. Г.Мучник. ЭХИ, ЭХГ и далее . Знание, Техника, 1984/4, стр. 47-49/ и реализуется на практике с помощью описанной выше форсунки по фиг. 7. В ней при электрическом разряде и взрыве струй поз. 49 взрывная камера 41 станет реактором, в котором перемешиваются пары топлива и продукты электротермического разложения воды: водорода и кислорода, являющиеся сами по себе отличным топливом. По теплотворной способности обычная вода находится, практически на уровне плотной древесины и равна: 285,800/4, 1868•18 = 3792,34 ккал/кг воды /см. Н.Л.Глинка. Общая химия. - Л.: Химия, 1980 г., стр. 167 и 211-212/.The electrothermal decomposition of water into hydrogen and oxygen is carried out "only" at a temperature of more than 2500 o C / cm G.Muchnik. ECH, ECG and beyond. Knowledge, Technique, 1984/4, pp. 47-49 / and is implemented in practice using the nozzle of FIG. 7. In it during electric discharge and explosion of jets pos. 49, the
При электрическом взрыве струй электролита поз.49 в форсунке каждая струя в этом случае представляет собой плазмогазовый реактор, в котором выделяется теплота за счет пропускания по струям электрических разрядов с температурой более 2500oC, обеспечивающая термическую диссоциацию образовавшихся паров воды, при разряде с разложением их на водород и кислород. Вместе с водой происходит и термическая диссоциация кислот, солей или оснований, которые могут служить в качестве сильных электролитов. В нашем примере термической диссоциации подвергаются молекулы азотной кислоты HNO3, в свою очередь разлагающиеся на водород, азот, кислород, являющиеся также химически активной средой, выделяющие теплоту при их дальнейшем соединении в процессе расширения газов в камере сгорания и понижения температуры.In an electric explosion of electrolyte jets, pos. 49 in the nozzle, each jet in this case is a plasma-gas reactor in which heat is released due to the passage of electric discharges along the jets with a temperature of more than 2500 o C, which provides thermal dissociation of the generated water vapor during discharge with their decomposition on hydrogen and oxygen. Together with water, thermal dissociation of acids, salts or bases occurs, which can serve as strong electrolytes. In our example of thermal dissociation, the molecules of nitric acid HNO 3 are exposed, which in turn decompose into hydrogen, nitrogen, oxygen, which are also a chemically active medium, which produce heat during their further combination during the expansion of gases in the combustion chamber and lowering the temperature.
В результате общая теплотворная способность "нового вида топлива" с учетом процентной концентрации раствора электролита становится больше "теплоты образования воды". Примем ее для дальнейшего упрощения изложения равной 3800 ккал/кг воды. As a result, the total calorific value of the “new type of fuel”, taking into account the percentage concentration of the electrolyte solution, becomes greater than the “heat of formation of water”. We will take it to further simplify the statement of 3800 kcal / kg of water.
Эффективный КПД двигателя с учетом потерь на охлаждение стенок камер сгорания и с выхлопными газами, имеющими более низкую температуру, за счет периодического рабочего процесса и продолжительного расширения продуктов сгорания достигающих не более 350-450oC, что существенно меньше, чем у ТРД, может стать равным более 70-80% с учетом более высокой температуры детонационного процесса сгорания топлива, а взрыв водорода с кислородом, образующихся при термической диссоциации воды, также детонационный, причем с температурой более высокой, чем у углеводородного топлива. Охлаждение стенок камер сгорания позволит на современном уровне материаловедения поддерживать температуру их до 1330oC /что имеет место у современных ТРД или ТРДДФ/, а температуру продуктов сгорания до 2700-2800oC.The effective engine efficiency, taking into account losses on cooling the walls of the combustion chambers and with exhaust gases having a lower temperature, due to the periodic working process and the continuous expansion of the combustion products reaching no more than 350-450 o C, which is significantly less than that of the turbojet engine, can become equal to more than 70-80%, taking into account the higher temperature of the detonation process of fuel combustion, and the explosion of hydrogen with oxygen generated during thermal dissociation of water is also detonation, and with a temperature higher than that of coal hydrogen fuel. Cooling the walls of the combustion chambers will allow them to maintain their temperature up to 1330 o C / which is the case with modern turbojet engines or turbojet engines / and the temperature of the combustion products up to 2700-2800 o C.
Тогда КПД рабочего процесса:
или около 76%.Then the efficiency of the workflow:
or about 76%.
С учетом гидравлических потерь в рабочих каналах и самодействующих пластинчатых клапанах 27 и соплах 4, равных не менее 15-25%, общий КПД реактивного вертолета с детонационным способом сгорания, находится на уровне:
ξ = 0,76•0,75 = 0,57,
или 57%, что превосходит современные вертолеты /КПД 14-18%/ в три с лишним раза, а существующие турбореактивные двигатели с наилучшим КПД в 30% - почти в два раза.Given the hydraulic losses in the working channels and self-acting
ξ = 0.76 • 0.75 = 0.57,
or 57%, which exceeds modern helicopters / efficiency of 14-18% / by more than three times, and existing turbojet engines with the best efficiency of 30% - almost twice.
Возвращаясь к вышеизложенному и принимая во внимание электротермическую диссоциацию воды с разложением на водород и кислород, мы можем определить эффективность применения нового вида топлива: углеводородного и водородокислородного, т.е. воды, или комплексного вида топлива, последний из которых в конечном итоге вытеснит из процесса сжигания углеводородное топливо. Returning to the foregoing and taking into account the electrothermal dissociation of water with decomposition into hydrogen and oxygen, we can determine the effectiveness of the use of a new type of fuel: hydrocarbon and hydrogen-oxygen, i.e. water, or a complex type of fuel, the last of which will eventually displace hydrocarbon fuel from the combustion process.
Этого можно добиться только при создании нового класса двигателей с КПД, превышающим 55%. Иными словами, реальный КПД при преобразовании теплоты топлива в электрическую = 55%. This can only be achieved by creating a new class of engines with an efficiency exceeding 55%. In other words, the real efficiency in converting the heat of fuel to electrical = 55%.
Тогда отдача полезной работы, выраженная в виде дополнительно полученной теплоты, станет равной:
3800 ккал/кг - энергия, затраченная на электротермическое разложение воды в струях 49 форсунки 8 и внесенная в камеру сгорания двигателя вместе с продуктами разложения воды: водородом и кислородом, нагретыми в струях до температуры выше 2500oC.Then the return of useful work, expressed in the form of additionally received heat, will become equal:
3800 kcal / kg - the energy spent on the electrothermal decomposition of water in
При понижении температуры в камере сгорания в процессе расширения продуктов реакции ниже 2500oC происходит химическая реакция соединения /обратная реакция/ водорода с кислородом с выделением в камере сгорания той же энергии, которая была затрачена на разложение воды, т.е. 3800 ккал/кг.When the temperature in the combustion chamber decreases during the expansion of the reaction products below 2500 o C, a chemical reaction of the compound / reverse reaction / hydrogen with oxygen occurs with the release of the same energy in the combustion chamber that was spent on the decomposition of water, i.e. 3800 kcal / kg.
В результате общая энергия, выраженная в виде теплоты, равна:
E = 3800 + 3800 = 7600 ккал/кг.As a result, the total energy, expressed as heat, is:
E = 3800 + 3800 = 7600 kcal / kg.
КПД процесса 55%, тогда реально полученная энергия от смешанного рабочего процесса
E1 = 7600 • 0,55 = 4180 ккал/кг.
E 1 = 7600 • 0.55 = 4180 kcal / kg.
Для вышеприведенного КПД = 57% E2 = 4382 ккал/кг, или полезно полученная теплота равна:
Q = 4382 - 3800 = 532 ккал/кг.For the above efficiency = 57% E 2 = 4382 kcal / kg, or useful heat obtained is equal to:
Q = 4382 - 3800 = 532 kcal / kg.
При таком количестве теплоты КПД обычного двигателя составил бы
η1 = 532/3800 = 0,14.With so much heat, the efficiency of a conventional engine would be
η 1 = 532/3800 = 0.14.
Иными словами, водные растворы электролитов могут использоваться в качестве топлива при электротермическом разложении воды в форсунке 8 по фиг. 7. In other words, aqueous electrolyte solutions can be used as fuel in the electrothermal decomposition of water in the nozzle 8 of FIG. 7.
Чтобы получить ту же отдачу энергии, которая, например, достигается в турбореактивном двигателе с КПД = 30% /при этом 75% мощности двигателя затрачивается на привод турбокомпрессорного агрегата/, необходимо ввести в камеру сгорания 1 из форсунки 32 /см. фиг. 7/ 6% углеводородного топлива. Если же реальный КПД преобразования теплоты в электрическую энергию уменьшается, то соответственно увеличивается количество дополнительно вводимого в камеры сгорания углеводородного топлива. Но во всех случаях применение электротермического разложения воды способствует снижению расхода углеводородного топлива, что изложено выше. In order to get the same energy output, which, for example, is achieved in a turbojet engine with an efficiency = 30% / while 75% of the engine power is spent on the drive of the turbocompressor unit /, it is necessary to introduce 32 from the
Полезность применения способа электротермического разложения воды с помощью форсунки по фиг. 7, основанного на техническом решении по А.С. N 1284055 от 02.01.84 г., обуславливает ее применение и в существующих двигателях: турбореактивных или двигателях внутреннего сгорания, в связи с тем, что достигается:
- ввод в камеры сгорания топлива в парообразном состоянии, а не как в существующих в виде струй жидкого топлива, требующих на подготовку горения определенного времени с растягиванием процесса сгорания, что существенно снижает экономичность двигателя. Особенно это касается поршневых двигателей и работы форсажных камер в ТРД или ТРДДФ, в которых в этом случае исчезает дымный след, тем самым увеличивается эффективный КПД турбореактивного двигателя на форсажном режиме, являющемся основным при околозвуковой и сверхзвуковой скорости полета /см. О.К.Югов. Согласование характеристик самолета и двигателя. -М. : Машиностроение, 1980 г., стр. 47-50/. В этом случае в наибольшей степени используется изотермический процесс;
- электротермическое разложение водного раствора электролита в реакторе 41 форсунки способствует снижению расхода углеводородного топлива: керосина, бензина, солярки и пр.;
- все тепловые двигатели с помощью описанной форсунки могут работать на любом виде топлива, в частности на нефти, являющейся первоисточником всех современных жидких топлив.The usefulness of applying the method of electrothermal decomposition of water using the nozzle of FIG. 7, based on a technical solution according to A.S. N 1284055 from 02.01.84, determines its use in existing engines: turbojet or internal combustion engines, due to the fact that it is achieved:
- input into the combustion chamber of the fuel in a vapor state, and not as existing in the form of jets of liquid fuel, requiring the preparation of combustion for a certain time with stretching the combustion process, which significantly reduces the efficiency of the engine. This is especially true for piston engines and the operation of afterburners in turbofan engines or turbofan engines, in which the smoky trail disappears in this case, thereby increasing the effective efficiency of the turbojet engine in afterburner mode, which is the main one at transonic and supersonic flight speeds / cm. O.K. Yugov. Coordination of aircraft and engine characteristics. -M. : Engineering, 1980, pp. 47-50 /. In this case, the isothermal process is used to the greatest extent;
- electrothermal decomposition of an aqueous electrolyte solution in the
- all heat engines using the nozzle described can operate on any type of fuel, in particular oil, which is the primary source of all modern liquid fuels.
Работа двигателей непосредственно на природной нефти обеспечивает снижение расхода самой нефти в 14-16 раз, если рассматривать цепочку, например, при движении автомобиля: нефть-бензин-автомобиль, что составляет лишь 4,2%, т. е. 93-96 кг ее растрачивается по сути дела впустую /см. вышеупомянутую брошюру К.Чирикова "Завтра - ДВС"/. The operation of engines directly on natural oil reduces the consumption of oil by 14-16 times, if we consider the chain, for example, when driving a car: oil-gasoline-car, which is only 4.2%, i.e. 93-96 kg of it essentially wasted / cm. K. Chirikov's aforementioned brochure "Tomorrow - ICE".
Применение форсунки на поршневых ДВС в основном необходимо на двигателях с внутренним смесеобразованием. The use of nozzles on reciprocating internal combustion engines is mainly necessary on engines with internal mixture formation.
В ДВС с внешним смесеобразованием форсунка может использоваться как поджигающее устройство при электрическом взрыве струй электролита, поз.49, во взрывной камере 41 и выстрел в камеру сгорания только паров электролита, нагретых до температуры более 600-700oC, обеспечивающих поджигание "бедной" рабочей смеси. При этом обеспечивается интенсивный нагрев и поджигание рабочей смеси вместо сложного форкамерного процесса, примененного, например, на автомобилях фирмы "Хонда".In an internal combustion engine with external mixture formation, the nozzle can be used as an ignition device for an electric explosion of electrolyte jets, pos. 49, in the
Обеспечивается добавка, и весомая, паров воды, способствующих снижению расхода горючего, октанового числа, более чистого выхлопа без создания водотопливных эмульсий, загрязняющих атмосферу и снижающую эффективность цепочки преобразования энергии: бензин-автомобиль /см. ту же брошюру К.Чирикова, Знание, Техника, 1983/2, стр. 40-46/. Во всех типах ДВС применение форсунки обеспечивает легкий пуск ДВС зимой. It provides an additive, and significant, of water vapor, which helps to reduce fuel consumption, octane number, cleaner exhaust without creating water-fuel emulsions that pollute the atmosphere and reduce the efficiency of the energy conversion chain: gasoline-car / cm. the same pamphlet by K. Chirikov, Knowledge, Technique, 1983/2, pp. 40-46 /. In all types of internal combustion engines, the use of a nozzle ensures easy start-up of the internal combustion engine in winter.
Использование форсунки по фиг. 7 на прямоточных воздушно-реактивных двигателях
В этих типах двигателей, предназначенных для полета с большими скоростями, превышающими скорость звука, и на больших высотах при разреженной воздушной среде и низких температурах для устойчивого сгорания углеводородного топлива необходимо, чтобы скорость поджигания рабочей смеси: паров топлива и воздуха - превышала скорость течения потока воздуха через камеру сгорания двигателя. В этих целях необходимо применение зажигания смеси с помощью ударной волны из детонатора 8 /см. фиг. 1/, скорость распространения которого и высокая температура на фронте ударной волны обеспечивает устойчивое горение топлива, а возможность осуществления детонации рабочей смеси позволяет поднять все технико-экономические показатели двигателя при полете с большой скоростью и на большой высоте.Using the nozzle of FIG. 7 on ramjet engines
In these types of engines intended for flying at high speeds exceeding the speed of sound and at high altitudes with a rarefied air environment and low temperatures, for stable combustion of hydrocarbon fuel, it is necessary that the rate of ignition of the working mixture: fuel vapor and air exceed the speed of the air flow through the combustion chamber of the engine. For this purpose, it is necessary to use ignition of the mixture using a shock wave from an 8 / cm detonator. FIG. 1 /, the propagation velocity of which and the high temperature at the front of the shock wave provide stable combustion of fuel, and the possibility of detonation of the working mixture allows you to raise all the technical and economic indicators of the engine when flying at high speed and at high altitude.
Описанный выше детонационный реактивный двигатель по фиг. 1-2 относится к бескомпрессорным двигателям, а более точно к не имеющим вращающегося турбокомпрессора, так как сжатие воздуха в нем осуществляется с помощью установки клапанных решеток, поз.61, с клапанами 9 в рабочих каналах 3. The detonation engine described above in FIG. 1-2 relates to non-compressor engines, and more precisely to those that do not have a rotating turbocharger, since air compression in it is carried out by installing valve grilles, pos. 61, with
Высокий КПД двигателя, простота конструкции и, как следствие, более низкая стоимость обеспечивают его применение на вертолетах большой грузоподъемности, самолетах с вертикальным взлетом и посадкой, транспортных самолетах короткого взлета и на судах на воздушной подушке /СВП/. High engine efficiency, simplicity of design and, as a consequence, lower cost are ensured by its use on large-capacity helicopters, vertical take-off and landing airplanes, short take-off transport aircraft and on hovercraft / SVP /.
Размещение в конце рабочего канала 3 форсажной камеры сгорания 14 позволяет существенно увеличить тягу двигателя, причем форсажный режим на средних и больших скоростях полета в данном двигателе является основным, так как скорость движения сжатого воздуха в рабочих каналах не превышает 50-100 м/с, обеспечивая низкие потери кинетической энергии при отбрасывании большой массы воздуха из всех рабочих каналов. Метод отбрасывания воздуха, т.е. с большой массой, но с небольшой скоростью, сходен с методом отбрасывания воздуха несущим винтом вертолета, и в этом основное преимущество этого метода реактивного движения, не имеющего громоздкого механического преобразователя энергии, каким является винт на современных вертолетах, являющихся в то же время барьером для движения аппаратов с большой скоростью, с большой грузоподъемностью и достижением высокой маневренности и надежности аппарата в воздухе. The placement at the end of the working
Форсажная камера сгорания 14 работает в среде чистого сжатого воздуха /в ТРД форсаж осуществляется в потоке продуктов сгорания, затрудняющих процесс быстрого горения топлива, из-за чего за самолетом движется шлейф черного дыма, содержащего частицы сажи разм. 0,01-1,0 мкм/ и обеспечивает не только повышение скорости летательного аппарата, но и достижение большой мощности вспомогательного двигателя по фиг. 12. The afterburner of
Турбина 51 с парциальным подводом смеси продуктов сгорания и воздуха из рабочих каналов обеспечивает работу электрогенератора 54 через коническую передачу 53, а спрямляющий аппарат 56 выравнивает выходящие из лопаток турбины газы, которые через сопло 57 выбрасываются в атмосферу с образованием дополнительного реактивного усилия. A
Наличие в форсажной и основной 1 камерах сгорания газораспределительных механизмов, выполненных в виде шнека с переменным шагом лопастей, уменьшающимся в сторону рабочего канала, обеспечивает отражение ударной волны при детонационном взрыве топлива в камерах сгорания от наклонных поверхностей /лопастей/ шнека 6,15. The presence in the afterburner and main 1 combustion chambers of gas distribution mechanisms, made in the form of a screw with a variable pitch of the blades, decreasing towards the working channel, provides reflection of the shock wave during a detonation explosion of fuel in the combustion chambers from inclined surfaces / blades / screw 6.15.
Детонаторы 8, 18 те же, что и форсунка по фиг. 7, без установки форсунки 32 для впрыска жидкого топлива работают только за счет впрыска от насоса периодического действия 59 через вентиль 60 струй 49 раствора сильных электролитов, которые при пропускании по ним электрических разрядов от генератора 46, 47 и разрядника 48 с заданной энергией и длительностью импульса нагреваются и испаряются, а продукты взрыва /пары электролита/ в виде ударной волны выстреливаются через сопло 42 в камеры сгорания и воспламеняют рабочую смесь за счет нагрева ее до высокой температуры при сжатии ударной волной и, за счет высокой температуры паров продуктов электрического взрыва раствора электролита в струях /см. [1], стр. 26/. Взрыв струй с температурой нагрева их выше 1800-2000oC создает условия для испарения струй и перегрева паров воды раствора с образованием мощной ударной волны. Напомним, что объем, занимаемый паром, в 1730 раз больше объема испарившейся жидкости /воды/ /см. справочник или В. В.Сушков. Техническая термодинамика. - М. - Л.: Госэнергоиздательство, 1969 г., стр. 350/.The
Второй вариант реактивного двигателя
Отличается от первого способом сгорания топлива и устройством газораспределительных механизмов в камерах сгорания.The second version of the jet engine
It differs from the first in the way of fuel combustion and the arrangement of gas distribution mechanisms in the combustion chambers.
На фиг. 8-11 показано устройство камеры сгорания 1 с размещенным в ней газораспределительным механизмом, выполненным в виде поворотных заслонок 62, разделенных друг от друга перемычкой 11. In FIG. 8-11 shows the device of the
В камерах сгорания устанавливаются форсунки 7 и электросвечи 63. Поворот заслонок 62 на угол в 90o производится приводным механизмом, который может быть электромеханическим, гидравлическим, пневматическим и др. На фиг. 8 показан в качестве примера пневматический механизм для привода заслонок, которые при своем открытии занимают положение поз.64. На оси заслонки укреплена шестерня 65, связанная с рейкой 66, которая в свою очередь соединена с поршнем 67, движущимся в цилиндре 68, воздухораспределительный механизм или золотниковое устройство установлено, поз.69. Принцип работы поршневой машины двойного действия с попеременным пуском сжатого воздуха с одной и с другой стороны поршня 67, что обеспечивает периодический поворот одной рейкой 66 двух заслонок 62, с попеременным закрытием или открытием камеры сгорания и сообщения их с междустеночным пространством рабочих каналов, поз.12, являющимся в этом случае еще и ресивером, обеспечивающим накопление сжатого воздуха при работе рабочих каналов за счет клапанных решеток 61 с клапанами 9.In the combustion chambers, nozzles 7 and
Для охлаждения поворотных заслонок они выполняются пустотелыми, поз.70, обеспечивающими сквозное движение охлаждающего воздуха или жидкости от компрессора /насоса/ 71 через полую ось заслонок. Принцип работы этого варианта двигателя тот же, что и первого - детонационного, только поджигание горючей смеси осуществляется электрической искрой от свечи 63 с организацией медленного /обычного/ сгорания топлива со скоростью до 30 м/с, вместо детонационного со скоростью свыше 2000 м/с. To cool the rotary dampers, they are made hollow, pos. 70, providing a through movement of cooling air or liquid from the compressor / pump / 71 through the hollow axis of the dampers. The principle of operation of this version of the engine is the same as the first - detonation, only the ignition of the combustible mixture is carried out by an electric spark from
В этом устройстве газораспределительного механизма состоит основное отличие от первого варианта реактивного двигателя. This device of the gas distribution mechanism is the main difference from the first version of the jet engine.
Уплотнение заслонок по их торцовым поверхностям осуществляется с помощью пластинок 72, прижатых к верхней и нижней стенкам камер сгорания пружинами 73 /в виде полос/. В другом варианте вместо пластинок используется устройство лабиринтного уплотнения в виде прорезей 74 на торцах клапанов. The sealing of the dampers along their end surfaces is carried out using
В этом варианте двигателя впрыск топлива в камеры сгорания с помощью форсунок 7 по фиг. 7 осуществляется в виде паров топлива, как и в первом варианте /форсунка одна и та же/, а сгорание - с обычной скоростью, в связи с чем скорость движения газового поршня, образуемого продуктами сгорания, значительно меньше, чем в первом детонационном способе, и соответственно меньше давление и скорость движения воздуха в рабочих каналах, что в некоторых областях техники оправдывает использование двигателя по второму варианту. Например, для летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой с небольшой скоростью полета и меньшим шумом, особенно при использовании реактивных вертолетов с этими двигателями с посадкой на крышах зданий или на небольших площадках в городе. In this embodiment of the engine, fuel is injected into the combustion chambers using the nozzles 7 of FIG. 7 is carried out in the form of fuel vapor, as in the first embodiment / the nozzle is the same /, and the combustion is performed at the usual speed, and therefore the speed of the gas piston formed by the combustion products is much lower than in the first detonation method, and accordingly, there is less pressure and air velocity in the working channels, which in some areas of technology justifies the use of an engine according to the second embodiment. For example, for aircraft with vertical take-off and landing with a low flight speed and less noise, especially when using jet helicopters with these engines landing on the roofs of buildings or on small areas in the city.
Иными словами, реактивные вертолеты и самолеты с детонационным способом сгорания топлива - это машины, предназначенные для вертикального взлета с резким ускорением и горизонтального полета с большой скоростью, вплоть до 2-3 скоростей звука и более. Машины второго варианта - в основном дозвуковые и могут применяться также для судов на воздушной подушке с достижением большой грузоподъемности и скорости движения, а также /оба варианта двигателей/ в качестве компрессоров с большим объемом нагнетаемого воздуха с низким средним давлением, достигающим 1,3-1,8 и до 10 и более атмосфер. In other words, jet helicopters and aircraft with a detonation method of fuel combustion are machines designed for vertical take-off with sharp acceleration and horizontal flight at high speed, up to 2-3 sound speeds and more. The cars of the second option are mainly subsonic and can also be used for hovercraft with a high load capacity and speed, as well as / both engine versions / as compressors with a large volume of pumped air with a low average pressure reaching 1.3-1 , 8 and up to 10 or more atmospheres.
Отметим различия /не принципиальные/ при установке двигателей в несущей плоскости аппаратов, показанных на фиг. 12. Воздухозаборник второго ряда двигателей с камерами сгорания, направленными в противоположную сторону от направления движения, выполняется с соплами в виде лопаток поз.61, показанных в клапанной решетке на фиг. 14, с тем чтобы набегающий встречный поток воздуха получал направление движения в сторону тягового сопла 4. Note the differences (not fundamental) when installing the engines in the bearing plane of the apparatus shown in FIG. 12. The air intake of the second row of engines with combustion chambers directed in the opposite direction from the direction of movement is performed with nozzles in the form of blades pos.61, shown in the valve grill of FIG. 14, so that the oncoming oncoming air stream receives the direction of movement towards the traction nozzle 4.
Отметим также, что диффузоры 23 выполняются расширяющимися в сторону рабочего канала для снижения скорости поступающего воздуха и повышения давления в рабочих каналах. We also note that the
Некоторой особенностью является также то, что при полете аппарат, поз. 30, наклоняется под заданным углом к горизонтальной плоскости, что обеспечивает использование скоростного напора встречного воздуха, как и в любых турбореактивных двигателях, и повышение давления воздуха в рабочих каналах. Вместе с тем изменяется направление истечения сжатого воздуха из сопел 26 с созданием дополнительной тяги в горизонтальной плоскости. Some feature is also the fact that during the flight the device, pos. 30, tilts at a given angle to the horizontal plane, which ensures the use of high-speed head of oncoming air, as in any turbojet engines, and an increase in air pressure in the working channels. At the same time, the direction of the flow of compressed air from the
Для второго варианта двигателя на обычном способе сгорания топлива отпадает необходимость в устройстве газораспределительного механизма, поз.15 /который необходим только при детонационном способе осуществления рабочего процесса/ в форсажных камерах, так как форсажные камеры 14 размещены в рабочих каналах, которые одновременно являются и компрессорами, обеспечивающими сжатие воздуха в форсажных камерах, за счет работы основных камер сгорания 1. Точно в таких же условиях работают камеры сгорания в известных ТРД. For the second version of the engine, the usual method of burning fuel eliminates the need for a gas distribution mechanism, pos.15 / which is only necessary for the detonation method of the working process / in afterburners, since
Особенности работы турбины, поз.51
Она работает только от рабочих каналов 3, в которых происходит обычное сгорание топлива /без детонации/, причем может работать как число воздушная турбина при отключенных форсажных камерах 14 с отдачей небольшой мощности. В тех случаях, когда требуется избыток мощности на борту летательного аппарата, включаются форсажные камеры 14, а на лопатки турбины поступает газовоздушный поток с температурой 700-800oC.Features of the turbine, pos. 51
It works only from the working
Газотурбинная установка относится к ГТУ с прерывистым горением, которые развивают большую полезную мощность, чем ГТУ непрерывного горения /см. И.И. Кириллов. Газовые турбины и газотурбинные установки, т. 2. - М.: Машгиз, 1956 г., стр. 66-71/. A gas turbine installation refers to gas turbines with intermittent combustion, which develop greater net power than gas turbines with continuous combustion / cm. I.I. Kirillov. Gas turbines and gas turbine units, t. 2. - M .: Mashgiz, 1956, pp. 66-71 /.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97114758A RU2157907C2 (en) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | Jet engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97114758A RU2157907C2 (en) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | Jet engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97114758A RU97114758A (en) | 1999-06-27 |
| RU2157907C2 true RU2157907C2 (en) | 2000-10-20 |
Family
ID=20196840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97114758A RU2157907C2 (en) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | Jet engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2157907C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446310C1 (en) * | 2010-07-20 | 2012-03-27 | Александр Сергеевич Артамонов | Wind-driven thermal power plant |
| RU2642712C1 (en) * | 2016-11-08 | 2018-01-25 | Эмель Борисович Ахметов | Afterburner combustion chamber of turbojet engine |
| RU2680214C1 (en) * | 2017-04-17 | 2019-02-18 | Евгений Петрович Юриков | Method of creating a trail and power installation for its implementation |
| RU2693353C1 (en) * | 2018-10-22 | 2019-07-02 | Анатолий Михайлович Криштоп | Electric detonation turbine unit and universal combined-cycle plant (embodiments) |
-
1997
- 1997-09-02 RU RU97114758A patent/RU2157907C2/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446310C1 (en) * | 2010-07-20 | 2012-03-27 | Александр Сергеевич Артамонов | Wind-driven thermal power plant |
| RU2642712C1 (en) * | 2016-11-08 | 2018-01-25 | Эмель Борисович Ахметов | Afterburner combustion chamber of turbojet engine |
| RU2680214C1 (en) * | 2017-04-17 | 2019-02-18 | Евгений Петрович Юриков | Method of creating a trail and power installation for its implementation |
| RU2693353C1 (en) * | 2018-10-22 | 2019-07-02 | Анатолий Михайлович Криштоп | Electric detonation turbine unit and universal combined-cycle plant (embodiments) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1185763B1 (en) | An enhanced method of closed vessel combustion | |
| CA1243848A (en) | Gas compressor for jet engine | |
| CN108138570B (en) | Rotary pulse detonation engine, power generation system including the same, and methods of making and using the same | |
| RU164690U1 (en) | PENDULUM-SLIDER DEVICE FOR REACTIVE DETONATION BURNING | |
| Matveev et al. | Non-equilibrium plasma igniters and pilots for aerospace application | |
| CN101871393A (en) | Engine based on vane-type metal-water reaction propulsion unit | |
| US20020119412A1 (en) | Multi-fueled multi-use combustion chamber | |
| CN111305972A (en) | Pulse detonation combustion chamber and air turbine rocket engine based on pulse detonation | |
| RU2157907C2 (en) | Jet engine | |
| RU2386825C2 (en) | Method to operate multi-fuel thermal engine and compressor and device to this effect (versions) | |
| US3382679A (en) | Jet engine with vaporized liquid feedback | |
| RU2387582C2 (en) | Complex for reactive flight | |
| CN108343765A (en) | A kind of explosive valve and its application and the method for promoting energy conversion efficiency | |
| US3365880A (en) | Combustion apparatus for producing a high kinetic energy working gas stream and method of its use | |
| CN107218155B (en) | A kind of pulse ignite in advance can steady operation detonation engine | |
| RU2096644C1 (en) | Hybrid ramjet engine | |
| US7690191B2 (en) | Fuel preconditioning for detonation combustion | |
| CN204877714U (en) | Aviation, space flight, navigation in mixed engine of an organic whole | |
| RU2546385C1 (en) | Vtol aircraft | |
| US5305608A (en) | Liquid fuel power plant and method | |
| RU2490173C1 (en) | Vtol aircraft | |
| WO2021146779A1 (en) | Pulse detonation jet engine (propulsor) vujin | |
| JP2022520878A (en) | Rotary internal combustion engine | |
| RU2154738C2 (en) | Energy conversion process and device (design versions) | |
| RU2263799C2 (en) | Method of operation of heat internal combustion engine and device for implementing the method |