RU2827275C1 - Method of operating aircraft power plant - Google Patents
Method of operating aircraft power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2827275C1 RU2827275C1 RU2023126324A RU2023126324A RU2827275C1 RU 2827275 C1 RU2827275 C1 RU 2827275C1 RU 2023126324 A RU2023126324 A RU 2023126324A RU 2023126324 A RU2023126324 A RU 2023126324A RU 2827275 C1 RU2827275 C1 RU 2827275C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- propeller
- compressor
- additional
- piston
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к авиационному двигателестроению и может быть использовано, например, для беспилотного летательного аппарата.The invention relates to aircraft engine building and can be used, for example, for an unmanned aerial vehicle.
Прототипом является турбовинтовой двигатель, содержащий винт, воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину, реактивное сопло, при этом двигатель выполнен по двухвальной схеме, за турбиной установлен двигатель Стерлинга, соединенный внутренним валом через редуктор или мультипликатор с винтом [Пат. РФ 2334892, МПК F02K 3/04, 2008].The prototype is a turboprop engine containing a propeller, an air intake, a compressor, a combustion chamber, a turbine, a jet nozzle, and the engine is made according to a two-shaft design, with a Stirling engine installed behind the turbine, connected by an internal shaft through a gearbox or multiplier to the propeller [Patent RF 2334892, IPC F02K 3/04, 2008].
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- относительно сложная конструкция двигателя, обусловленная наличием стартера для его запуска, а также применением для вращения воздушного винта редуктора или мультипликатора, которым необходима в процессе работы система смазки;- a relatively complex engine design, due to the presence of a starter for starting it, as well as the use of a gearbox or multiplier for rotating the propeller, which requires a lubrication system during operation;
- относительно низкая надежность, поскольку, несмотря на наличие в силовой установке двух двигателей, они оба перестают работать в случае выхода из строя турбореактивного двигателя;- relatively low reliability, since, despite the presence of two engines in the power plant, they both stop working in the event of failure of the turbojet engine;
- большое время вывода силовой установки в рабочий режим.- long time to bring the power plant into operating mode.
Задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение ее надежности и улучшение эксплуатационных характеристик.The objective of the invention is to simplify the design, increase its reliability and improve operational characteristics.
Задача решается тем, что в способе работы силовой установки летательного аппарата, включающем создание реактивной и отбрасываемой воздушным винтом сил тяги посредством двигателей с вращающимися валами соответственно основного и дополнительного, причем последний кинематически связан с воздушным винтом, обеспечивают автономную, независимую друг от друга работу двигателей, при этом их валы соединяют в кинематическую цепь с изменяющимся числом степеней свободы.The problem is solved by the fact that in the method of operation of the power plant of an aircraft, including the creation of reactive and propeller-thrown thrust forces by means of engines with rotating shafts, respectively, the main and additional, the latter being kinematically connected to the propeller, autonomous, independent operation of the engines is ensured, while their shafts are connected in a kinematic chain with a changing number of degrees of freedom.
Число степеней свободы кинематической цепи изменяют путем обгонной муфты, полумуфты которой жестко соединяют с валами двигателей. Муфта выполнена заодно с предохранительным элементом. Запуск основного двигателя осуществляют с помощью дополнительного двигателя. Дополнительный двигатель используют и в качестве компрессора. Компрессор используют для подачи топлива, по крайней мере в основной двигатель. Запуск дополнительного двигателя осуществляют путем вращения воздушного винта. Запуск дополнительного двигателя осуществляют путем вращения воздушного винта в горизонтальной плоскости. В качестве дополнительного двигателя используют двигатель внутреннего сгорания.The number of degrees of freedom of the kinematic chain is changed by means of an overrunning clutch, the half-clutch of which is rigidly connected to the engine shafts. The clutch is made integral with the safety element. The main engine is started by means of an additional engine. The additional engine is also used as a compressor. The compressor is used to supply fuel, at least to the main engine. The additional engine is started by rotating the propeller. The additional engine is started by rotating the propeller in a horizontal plane. An internal combustion engine is used as an additional engine.
Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.The specified distinctive features allow achieving the following advantages in comparison with the prototype.
Обеспечение автономной, независимой друг от друга работы двигателей, и соединение их валов в кинематическую цепь с изменяющимся числом степеней свободы позволяют повысить надежность двигателя, так как в случае выхода одного двигателя силовая установка продолжает работать. Кроме того, изменяющееся число степеней свободы кинематической цепи дает возможность отказаться от редуктора и изменять частоту вращения вала основного двигателя независимо от частоты вращения вала дополнительного двигателя, что повышает эксплуатационные характеристики.Providing autonomous, independent operation of engines, and connecting their shafts into a kinematic chain with a variable number of degrees of freedom allows increasing the reliability of the engine, since in the event of one engine failure, the power plant continues to operate. In addition, the variable number of degrees of freedom of the kinematic chain makes it possible to abandon the gearbox and change the rotation frequency of the main engine shaft independently of the rotation frequency of the additional engine shaft, which improves operational characteristics.
Изменение числа степеней свободы кинематической цепи путем обгонной муфты, полумуфты которой жестко соединяют с валами двигателей, способствует упрощению конструкции, поскольку в процессе своей работы обгонная муфта не требует системы смазки.Changing the number of degrees of freedom of the kinematic chain by means of an overrunning clutch, the half-clutch of which is rigidly connected to the engine shafts, helps to simplify the design, since during its operation the overrunning clutch does not require a lubrication system.
Выполнение муфты заодно с предохранительным элементом повышает надежность силовой установки, так как в случае заклинивания вала основного двигателя, дополнительный продолжает работать в обычном для себя режиме.The implementation of the coupling together with the safety element increases the reliability of the power plant, since in the event of a jamming of the main engine shaft, the additional one continues to operate in its normal mode.
Осуществление запуска основного двигателя с помощью дополнительного двигателя позволяет отказаться от стартера, что упрощает конструкцию, повышает ее надежность и улучшает эксплуатационные характеристики.Starting the main engine using an additional engine eliminates the need for a starter, which simplifies the design, increases its reliability and improves performance characteristics.
Использование дополнительного двигателя и в качестве компрессора способствует сохранению мощности основного двигателя, так как в этом случае не требуется отведение сжатого воздуха на собственные нужды силовой установки, например на работу газовых опор вала.The use of an additional engine as a compressor helps to maintain the power of the main engine, since in this case there is no need to divert compressed air for the power plant’s own needs, for example, for the operation of the gas shaft supports.
Использование компрессора для подачи топлива, по крайней мере в основной двигатель также способствует сохранению мощности основного двигателя, часть которой не будет отбираться для подачи топлива, что повышает эксплуатационные характеристики.Using a compressor to supply fuel, at least to the main engine, also helps to conserve power from the main engine, some of which will not be taken to supply fuel, which improves performance.
Осуществление запуска дополнительного двигателя путем вращения воздушного винта упрощает конструкцию силовой установки, повышает ее надежность и улучшает эксплуатационные характеристики.The implementation of starting an additional engine by rotating the propeller simplifies the design of the power plant, increases its reliability and improves operational characteristics.
Осуществление запуска дополнительного двигателя путем вращения воздушного винта в горизонтальной плоскости позволяет с такой силовой установкой производить летательному аппарату вертикальный взлет, что улучшает эксплуатационные характеристики.The launch of an additional engine by rotating the propeller in a horizontal plane allows the aircraft to take off vertically with such a power plant, which improves operational characteristics.
Использование двигателя внутреннего сгорания в качестве дополнительного двигателя делает независимым его работу от основного двигателя, что повышает надежность силовой установки.The use of an internal combustion engine as an additional engine makes its operation independent from the main engine, which increases the reliability of the power plant.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 изображен двигатель внутреннего сгорания в момент положения поршня на отметке 0,7 хода. На фиг.2 изображен двигатель в момент положения поршня на отметке 0,96. На фиг.3 изображен двигатель в момент положения поршня на отметке 0,96 при обратном ходе поршня от крайнего положения. На фиг.4 изображен двигатель в момент положения поршня около середины. На фиг.5 изображен двигатель в момент положения поршня на отметке 0,03. На фиг.6 изображен двигатель в момент положения поршня на отметке 0,03 при обратном ходе поршня от крайнего положения. На фиг.7 изображен цилиндр двигателя с поршнем, имеющим два штока. На фиг.8 изображен двигатель в режиме работы компрессором. На фиг.9 изображена силовая установка летательного аппарата. На фиг.10 изображено сечение обгонной муфты с предохранительным элементом.Fig. 1 shows the internal combustion engine at the moment when the piston is at the 0.7 mark of the stroke. Fig. 2 shows the engine at the moment when the piston is at the 0.96 mark. Fig. 3 shows the engine at the moment when the piston is at the 0.96 mark during the return stroke of the piston from the extreme position. Fig. 4 shows the engine at the moment when the piston is near the middle. Fig. 5 shows the engine at the moment when the piston is at the 0.03 mark. Fig. 6 shows the engine at the moment when the piston is at the 0.03 mark during the return stroke of the piston from the extreme position. Fig. 7 shows the engine cylinder with a piston having two rods. Fig. 8 shows the engine in the compressor mode. Fig. 9 shows the power plant of the aircraft. Fig. 10 shows a section of the overrunning clutch with a safety element.
Силовая установка летательного аппарата содержит дополнительный двигатель кривошипно-ползунный механизм, кривошип 1 которого жестко закреплен на валу 2 и соединен через шатун 3 со штоком 4 поршня 5, размещенного с возможностью перемещения в цилиндре 6, в центре полости которого выполнено окно 7, соединяющее эту полость с атмосферой, а на крышках цилиндра размещено устройство 8 впрыска топлива. Цилиндр может иметь клапаны 9, 10, соединенные воздуховодами с аналогичными клапанами, расположенными на противоположных концах (крышках) другого цилиндра. Пропеллер 11 закреплен на валу, который через муфту 12 кинематически связан с компрессором 13 основного двигателя, нагнетающим воздух 14 в имеющую свечу 15 и топливные форсунки 16 камеру сгорания 17, продукты горения которой через турбину 18, кинематически связанную с валом компрессора, и сопло 19 поступают в атмосферу. Муфта может быть выполнена в виде кольца (одна полумуфта) 20, в котором выполнен паз с консольной балкой 21, контактирующей с телом 22 качения, поджатым пружиной 23 к ее заклинивающей поверхности 24 и к валу 25 (другая полумуфта).The power plant of the aircraft comprises an additional engine - a crank-slider mechanism, the crank 1 of which is rigidly fixed on the shaft 2 and connected via the connecting rod 3 to the rod 4 of the piston 5, located with the possibility of movement in the cylinder 6, in the center of the cavity of which a window 7 is made, connecting this cavity with the atmosphere, and on the cylinder covers a fuel injection device 8 is located. The cylinder can have valves 9, 10, connected by air ducts with similar valves located at the opposite ends (covers) of another cylinder. The propeller 11 is fixed on the shaft, which is kinematically connected via the clutch 12 to the compressor 13 of the main engine, forcing air 14 into the combustion chamber 17 having a spark plug 15 and fuel injectors 16, the combustion products of which enter the atmosphere via the turbine 18, kinematically connected to the compressor shaft, and the nozzle 19. The coupling can be made in the form of a ring (one half coupling) 20, in which a groove is made with a cantilever beam 21, contacting the rolling body 22, pressed by a spring 23 to its wedging surface 24 and to the shaft 25 (the other half coupling).
Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.
Предположим, что дополнительный двигатель запускают известным способом, например с помощью поворота воздушного винта (рукой или дерганьем конца намотанной на вал веревки) вращают вал 2, например по часовой стрелке, при этом отсчет угла поворота осуществляется от горизонтали. Для определенности будем полагать, что в начальный момент (в момент пуска) вал 2 занимает положение, например соответствующее углу его поворота α=30° (фиг.1). В это время поршень 5 находится на расстоянии 0,7 хода. При этом в правой части полости цилиндра 6 воздух будет сжиматься поршнем 5, и давление воздуха, по мере приближения поршня к мертвой точке, будет возрастать. При достижении валом 2 угла α=70° поршень 5 окажется на расстоянии 0,96 хода, при этом окно 7 начнет освобождаться от прилегающей цилиндрической поверхности поршня (открываться), в результате чего воздух (или продукты горения) из левой части полсти цилиндра 6 будет истекать наружу (в атмосферу), при этом давление в этой части полости упадет, после чего она будет продуваться и заполняться свежим воздухом (фиг.2). На данной фигуре условно показано одно окно 7, однако окон может быть больше, причем все они должны быть расположены по окружности цилиндра.Let us assume that the additional engine is started in a known manner, for example by turning the propeller (by hand or by tugging the end of a rope wound on the shaft) and rotating shaft 2, for example clockwise, with the angle of rotation being counted from the horizontal. For the sake of certainty, we will assume that at the initial moment (at the moment of starting) shaft 2 occupies a position corresponding, for example, to its angle of rotation α=30° (Fig. 1). At this time, piston 5 is at a distance of 0.7 of the stroke. In this case, in the right part of the cavity of cylinder 6, air will be compressed by piston 5, and the air pressure will increase as the piston approaches the dead point. When shaft 2 reaches angle α=70°, piston 5 will be at a distance of 0.96 of the stroke, and window 7 will begin to be released from the adjacent cylindrical surface of the piston (open), as a result of which air (or combustion products) from the left part of the cavity of cylinder 6 will flow out (into the atmosphere), and the pressure in this part of the cavity will drop, after which it will be blown out and filled with fresh air (Fig. 2). This figure shows one window 7 conditionally, but there may be more windows, and all of them should be located around the circumference of the cylinder.
Затем производят впрыск через устройство 8 (форсунку) топлива, которое соприкасаясь с горячим сжатым воздухом, воспламеняется и начинает гореть. (Если данный двигатель работает с техническим зажиганием, то после впрыска топлива смесь поджигают, например с помощью свечи). Поршень 5 по инерции продолжает двигаться к мертвой точке, еще больше освобождая окно 7. Образующиеся продукты сгорания давят на указанный поршень, заставляя его двигаться после прохождения мертвой точки в противоположном направлении. При прохождении валом 2 угла 110°, поршень 5 снова окажется на отметке 0,96 хода, двигаясь уже в обратную сторону, и окно 7 начнет окончательно закрываться, а продувка и наполнение цилиндра свежим воздухом - заканчиваться (фиг.3). При движении поршня вдоль окон происходит его охлаждение потоком наружного воздуха, благодаря чему он не перегревается во время работы двигателя.Then fuel is injected through device 8 (injector), which, when in contact with hot compressed air, ignites and begins to burn. (If this engine operates with technical ignition, then after fuel injection the mixture is ignited, for example, using a spark plug). Piston 5 continues to move by inertia toward the dead point, further freeing window 7. The resulting combustion products press on the said piston, forcing it to move after passing the dead point in the opposite direction. When shaft 2 passes an angle of 110°, piston 5 will again be at the 0.96 mark of the stroke, moving in the opposite direction, and window 7 will begin to finally close, and purging and filling the cylinder with fresh air will end (Fig. 3). When the piston moves along the windows, it is cooled by the flow of outside air, due to which it does not overheat during engine operation.
Далее свежий воздух в левой части полости цилиндра 6 начнет сжиматься поршнем 5 (фиг.4). Как только поршень окажется около отметки ~ 0,03, окно 7 начнет приоткрываться, выпуская продукты горения из правой части полости цилиндра, давление в ней упадет, и она станет продуваться и наполняться свежим наружным воздухом (фиг.5). Одновременно левой форсункой 8 производят впрыск топлива, которое воспламеняется и начинает гореть. После прохождения валом угла 290° поршень 5 окажется на отметке 0,03 хода. Окно 7 начнет окончательно закрываться, поршень станет сжимать воздух в правой части полости цилиндра 6 (фиг.6). При повороте вала 2 на 390° описанный цикл повторится. При этом двигатель не имеет газораспределительного механизма, что значительно упрощает его конструкцию и снижает его массу.Next, fresh air in the left part of the cylinder cavity 6 will begin to be compressed by piston 5 (Fig. 4). As soon as the piston is near the ~ 0.03 mark, window 7 will begin to open slightly, releasing combustion products from the right part of the cylinder cavity, the pressure in it will drop, and it will be blown through and filled with fresh outside air (Fig. 5). At the same time, left injector 8 injects fuel, which ignites and begins to burn. After the shaft has passed an angle of 290°, piston 5 will be at the 0.03 mark of the stroke. Window 7 will begin to finally close, the piston will begin to compress the air in the right part of the cylinder cavity 6 (Fig. 6). When shaft 2 turns 390°, the described cycle will be repeated. In this case, the engine does not have a valve timing mechanism, which significantly simplifies its design and reduces its weight.
Если поршень 5 соединить с другой стороны вторым штоком 4 и кинематически связать последний через кривошип 1 со вторым валом отбора мощности (фиг.7), то к двигателю может быть подключен еще один потребитель, в качестве которого можно использовать также пропеллер 11 (воздушный винт), который одновременно может стать маховиком двигателя. Поскольку данная система имеет одну степень свободы, то пропеллеры можно закрепить взаимно перпендикулярно и сблизить так, что их траектории вращения будут пересекаться, но при этом они не будут соударяться. В этом случае при запуске двигателя необходимо осуществить вращение валов 2 (пропеллеров 11) в разных направлениях, причем пропеллеры должны быть установлены так, чтобы создаваемые ими воздушные потоки были однонаправленными. Такое сближение пропеллеров увеличивает воздушный поток у широкой части крыльев (ближе к фюзеляжу) и сохраняет достаточно большой поток на краю крыльев, что повышает подъемную силу летательного аппарата. Если пропеллер работает в горизонтальной плоскости, то летательный аппарат может осуществлять вертикальный подъем, стоя, например на хвостовом оперении. Аналогичным образом можно осуществлять вертикальный спуск летательного аппарата, делая для этого силу тяги, создаваемую пропеллером, чуть меньше силы тяжести, действующей на указанный летательный аппарат.If piston 5 is connected on the other side by a second rod 4 and the latter is kinematically connected via crank 1 to the second power take-off shaft (Fig. 7), then another consumer can be connected to the engine, which can also be propeller 11 (air screw), which can simultaneously become the engine flywheel. Since this system has one degree of freedom, the propellers can be fixed mutually perpendicularly and brought closer together so that their rotation trajectories intersect, but they will not collide. In this case, when starting the engine, it is necessary to rotate shafts 2 (propellers 11) in different directions, and the propellers must be installed so that the air flows they create are unidirectional. Such a convergence of the propellers increases the air flow at the wide part of the wings (closer to the fuselage) and maintains a sufficiently large flow at the edge of the wings, which increases the lifting force of the aircraft. If the propeller operates in a horizontal plane, the aircraft can perform a vertical lift, standing, for example, on its tail. Similarly, it is possible to perform a vertical descent of the aircraft, making the thrust force created by the propeller slightly less than the force of gravity acting on the said aircraft.
Если цилиндры двигателя снабдить клапанами 9, 10, то можно периодически поочередно использовать цилиндропоршневую группу каждого цилиндра в качестве нагнетателя воздуха (компрессора), например для подачи топлива (фиг.8). Предположим, что поршень верхнего цилиндра движется влево и сжимает воздух, а поршень нижнего цилиндра идет вправо и находится на отметке 0,03 хода и начинает закрывать окно 7 цилиндра. После полного закрывания этого окна открывают клапаны 9, 10 соответственно у верхнего и нижнего цилиндров. Поскольку давление воздуха в полости верхнего цилиндра больше, чем в полости нижнего, то воздух из верхнего цилиндра устремляется в нижний, поршни продолжают движение. При достижении верхнем поршнем левой мертвой точки, указанные клапаны закрывают, нижний поршень в этот момент окажется около середины и будет продолжать движение, далее сжимая воздух. В верхнем цилиндре поршень начнет обратное движение, закончатся продувка и заполнение воздухом его правой части полости, и поршень станет сжимать в ней воздух. Заметим, что оставшийся в левой крышке верхнего цилиндра сжатый воздух (воздушная подушка) облегчит движение верхнего поршня в обратную сторону. Более того, можно произвести впрыск небольшого количества топлива левой верхней форсункой, чтобы увеличить давление посредством продуктов горения и организовать, тем самым, маломощный рабочий ход, который еще больше облегчит обратный ход верхнего поршня. При подходе нижнего поршня к правой мертвой точке производят впрыск форсункой 8 топлива, в результате чего горючая смесь сгорает, формируя рабочий ход поршня нижнего цилиндра, при этом будут заканчиваться продувка и наполнение воздухом левой его части. После закрывания нижним поршнем окна 7 открывают клапаны 9 и 10 соответственно нижнего и верхнего цилиндров, в результате чего воздух из правой части верхнего цилиндра устремится в левую часть полости правого цилиндра. При достижении верхним поршнем правой мертвой точки закрывают указанные клапаны, поршень нижнего цилиндра будет продолжать сжимать воздух в левой части, и при достижении им угла опережения зажигания производят впрыск топлива левой форсункой 8, организуя, тем самым, рабочий ход поршня. Далее описанный процесс повторяется. Нижний цилиндр будет работать в режиме двигателя, а верхний - в режиме нагнетателя (компрессора). В результате этого в полости нижнего цилиндра будет поступать по объему в два раза больше воздуха, чем обычно. Благодаря этому двигатель сможет также работать в более разреженном воздушном пространстве, чтобы сохранить тепловой режим цилиндров их режим работы периодически можно изменять, т.е. сначала один работает в режиме компрессора, а другой в режиме двигателя, а потом наоборот. Заметим, что режим компрессора можно осуществлять и при наличии только одного цилиндра. Для этого в одну из половин не следует впрыскивать топливо, а использовать сжатый в этой половине воздух в качестве компрессионного, который после открывания дополнительного клапана (не показан) будет истекать из указанной половины. Кроме того, при определенных условиях полета компрессор может работать от вращающегося вследствие авторотации пропеллера от набегающего воздушного потока, что позволит сократить расход топлива.If the engine cylinders are equipped with valves 9, 10, then it is possible to periodically alternately use the cylinder-piston group of each cylinder as an air blower (compressor), for example, to supply fuel (Fig. 8). Let us assume that the piston of the upper cylinder moves to the left and compresses air, and the piston of the lower cylinder goes to the right and is at the 0.03 stroke mark and begins to close the window of the 7th cylinder. After this window is completely closed, valves 9, 10 are opened, respectively, at the upper and lower cylinders. Since the air pressure in the cavity of the upper cylinder is greater than in the cavity of the lower one, the air from the upper cylinder rushes into the lower one, the pistons continue to move. When the upper piston reaches the left dead center, these valves are closed, the lower piston at this moment will be near the middle and will continue to move, further compressing air. In the upper cylinder, the piston will start moving backwards, the blowdown and filling of the right part of the cavity with air will be completed, and the piston will begin to compress the air in it. Note that the compressed air remaining in the left cover of the upper cylinder (air cushion) will facilitate the movement of the upper piston in the opposite direction. Moreover, it is possible to inject a small amount of fuel with the left upper nozzle to increase the pressure by means of combustion products and, thus, organize a low-power working stroke, which will further facilitate the return stroke of the upper piston. When the lower piston approaches the right dead center, fuel is injected by nozzle 8, as a result of which the combustible mixture burns, forming the working stroke of the piston of the lower cylinder, and the blowdown and filling of its left part with air will be completed. After the lower piston closes the window 7, valves 9 and 10 of the lower and upper cylinders, respectively, open, as a result of which the air from the right part of the upper cylinder will rush into the left part of the cavity of the right cylinder. When the upper piston reaches the right dead center, the said valves are closed, the piston of the lower cylinder will continue to compress the air in the left part, and when it reaches the ignition advance angle, fuel is injected by the left injector 8, thereby organizing the working stroke of the piston. Then the described process is repeated. The lower cylinder will operate in the engine mode, and the upper one - in the supercharger (compressor) mode. As a result, the cavity of the lower cylinder will receive twice as much air as usual. Due to this, the engine will also be able to operate in a more rarefied air space, in order to maintain the thermal mode of the cylinders, their operating mode can be periodically changed, i.e. first one works in the compressor mode, and the other in the engine mode, and then vice versa. Note that the compressor mode can be implemented with only one cylinder. To do this, do not inject fuel into one of the halves, but use the air compressed in this half as compression air, which will flow out of the specified half after opening an additional valve (not shown). In addition, under certain flight conditions, the compressor can operate from a propeller rotating due to autorotation from the oncoming air flow, which will reduce fuel consumption.
Для лучшего продувания и заполнения полости цилиндра свежим наружным воздухом нижнюю часть окон размещают в зоне повышенного давления, например под крылом летательного аппарата, их верхнюю часть - в зоне пониженного давления, например над этим крылом.For better blowing and filling the cylinder cavity with fresh outside air, the lower part of the windows is placed in a zone of high pressure, for example under the wing of an aircraft, and their upper part is placed in a zone of low pressure, for example above this wing.
После включения в работу дополнительного двигателя появляется возможность запуска основного двигателя. Поскольку вал компрессора 13 вращается через муфту 12 (например обгонную), то поступающий в компрессор воздух 14 будет сжиматься и поступать в камеру сгорания 17, в которую одновременно впрыскивают через форсунки 16 топливо и поджигают свечой 15 получившуюся горючую смесь. Продукты горения через турбину 18 будут поступать в сопло 19 и истекать из него, создавая реактивную силу. Обороты турбины (компрессора) будут увеличиваться и, как только, частота ее вращения превысит частоту вращения пропеллера, произойдет изменение числа степени свободы с единицы (когда полумуфты вращались заодно) на два (когда полумуфты будут вращаться с разной угловой скоростью). В результате этого пропеллер будет продолжать вращаться от дополнительного двигателя на относительно низкой частоте, а компрессор (турбина) - на высокой. При этом возможно независимое управление обоими двигателями. Заметим, что при выходе из строя одного из двигателя, другой независимо от него будет продолжать работу. Однако, если вал компрессора по какой-либо причине заклинит, и он перестанет вращаться, то остановится и дополнительный двигатель. Для исключения возможности такой остановки в обгонной муфте предусмотрен предохранительный элемент в виде консольной балки 21 (фиг.10). При разных частотах вращения полумуфт тело 22 качения отходит от заклинивающей поверхности 24, преодолевая усилие пружины 23, позволяя кольцу 20 и валу 25 вращаться относительно друг друга. При срабатывании обгонной муфты тело 22 качения переходит на заклинивающую поверхность 24, и кольцо 20 вращается заодно с валом 25. В случае возрастания передаваемого муфтой крутящего момента больше допустимой величины тело 22 качения продвинется по заклинивающей поверхности 24 консольной балки 21 и, пройдя всю заклинивающую поверхность, и начнет проворачиваться, не препятствуя уже вращению вала 25 относительно кольца 20. Поэтому в случае заклинивания вала компрессора дополнительный двигатель будет продолжать работать.After the additional engine is switched on, it becomes possible to start the main engine. Since the compressor shaft 13 rotates through the clutch 12 (for example, the overrunning clutch), the air 14 entering the compressor will be compressed and enter the combustion chamber 17, into which fuel is simultaneously injected through the nozzles 16 and the resulting combustible mixture is ignited by the spark plug 15. The combustion products will enter the nozzle 19 through the turbine 18 and flow out of it, creating a reactive force. The turbine (compressor) revolutions will increase and, as soon as its rotation frequency exceeds the propeller rotation frequency, the number of degrees of freedom will change from one (when the half clutches rotated together) to two (when the half clutches rotate with different angular velocities). As a result, the propeller will continue to rotate from the additional engine at a relatively low frequency, and the compressor (turbine) - at a high frequency. In this case, independent control of both engines is possible. Note that if one of the engines fails, the other will continue to operate independently of it. However, if the compressor shaft jams for some reason and stops rotating, the additional engine will also stop. To eliminate the possibility of such a stop, the overrunning clutch is equipped with a safety element in the form of a cantilever beam 21 (Fig. 10). At different rotation speeds of the half couplings, the rolling element 22 moves away from the jamming surface 24, overcoming the force of the spring 23, allowing the ring 20 and the shaft 25 to rotate relative to each other. When the overrunning clutch is activated, the rolling element 22 moves to the jamming surface 24, and the ring 20 rotates together with the shaft 25. In the event of an increase in the torque transmitted by the clutch greater than the permissible value, the rolling element 22 will move along the jamming surface 24 of the cantilever beam 21 and, having passed the entire jamming surface, will begin to rotate, no longer preventing the rotation of the shaft 25 relative to the ring 20. Therefore, in the event of jamming of the compressor shaft, the additional engine will continue to operate.
Внедрение изобретения позволит создать простую, надежную и удобную силовую установку, позволяющую, например беспилотному летательному аппарату при необходимости взлетать и садиться в вертикальном положении, поскольку основной двигатель, создающий реактивную силу тяги, может быть отключен, а поэтому он не будет препятствовать удержанию на земле в вертикальном положении летательного аппарата. Возможность начала полета на дополнительном двигателе сокращает время предполетной подготовки.The implementation of the invention will allow the creation of a simple, reliable and convenient power plant, allowing, for example, an unmanned aerial vehicle to take off and land in a vertical position if necessary, since the main engine, which creates the jet thrust force, can be switched off, and therefore it will not interfere with keeping the aircraft in a vertical position on the ground. The ability to start a flight on an additional engine reduces the time of pre-flight preparation.
Claims (9)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2827275C1 true RU2827275C1 (en) | 2024-09-23 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4446696A (en) * | 1981-06-29 | 1984-05-08 | General Electric Company | Compound propulsor |
US4996839A (en) * | 1987-02-24 | 1991-03-05 | Teledyne Industries, Inc. | Turbocharged compound cycle ducted fan engine system |
RU2334892C1 (en) * | 2007-01-10 | 2008-09-27 | Николай Борисович Болотин | Turboprop gas turbine engine |
EP2270326A3 (en) * | 2009-06-29 | 2015-02-18 | Rolls-Royce plc | Turbofan engine |
FR3029172B1 (en) * | 2014-11-27 | 2018-05-25 | Safran Helicopter Engines | PROPULSE GROUP WITH SELECTIVE COUPLING MEANS |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4446696A (en) * | 1981-06-29 | 1984-05-08 | General Electric Company | Compound propulsor |
US4996839A (en) * | 1987-02-24 | 1991-03-05 | Teledyne Industries, Inc. | Turbocharged compound cycle ducted fan engine system |
RU2334892C1 (en) * | 2007-01-10 | 2008-09-27 | Николай Борисович Болотин | Turboprop gas turbine engine |
EP2270326A3 (en) * | 2009-06-29 | 2015-02-18 | Rolls-Royce plc | Turbofan engine |
FR3029172B1 (en) * | 2014-11-27 | 2018-05-25 | Safran Helicopter Engines | PROPULSE GROUP WITH SELECTIVE COUPLING MEANS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5005766B2 (en) | Split-cycle aircraft engine | |
KR101598875B1 (en) | Internal combustion engines | |
USRE35172E (en) | Pulsed piston-compressor jet engine | |
KR101598874B1 (en) | Internal combustion engines | |
US4838214A (en) | Internal combustion engine assembly | |
US4873825A (en) | Positive displacement engine compounded with a gas turbine engine | |
US6449940B2 (en) | Internal combustion engine | |
US20100122684A1 (en) | Split-chamber rotary engine | |
RU2827275C1 (en) | Method of operating aircraft power plant | |
EP2805016B1 (en) | Internal combustion engines | |
US5050384A (en) | Two-stroke cycle internal combustion engine | |
KR20040098629A (en) | Rotating positive displacement engine | |
RU2715952C1 (en) | Internal combustion engine | |
WO2005083246A1 (en) | A novel internal combustion torroidal engine | |
CN113167172A (en) | Rotor type internal combustion engine and method of operating the same | |
RU2243386C2 (en) | Internal combustion engine (versions) | |
GB2369859A (en) | I.c. engine with opposed pistons and cam surfaces to transmit the piston movements | |
US2508582A (en) | Combustion engine | |
US2957305A (en) | Free piston injection engine | |
US3712276A (en) | Engine and gas generator | |
RU2168644C1 (en) | Engine | |
PL145453B2 (en) | Turbine combustion engine in particular for powering vehicles | |
RU2243387C2 (en) | Internal combustion engine (versions) | |
WO2002023025A1 (en) | Diesel internal combustion engine | |
JPH0235841B2 (en) |