Cтраница 1
Турбинные двигатели бывают активные и реактивные. В первых достигается полное расширение сжатого воздуха в соплах ( от начального давления до атмосферного), во вторых - частичное. [2]
Турбинные двигатели применяют в основном в высокооборотных и шлифовальных машинах небольших мощностей. [3]
Турбинные двигатели бывают активные и реактивные. В первых достигается полное расширение сжатого воздуха в соплах ( от начального давления до атмосферного), во вторых - частичное. [4]
Паровые турбинные двигатели широко используются в атомных электростанциях, где источником тепловой энергии является ядерный реактор. [5]
Турбинные двигатели подобного типа обладают рядом ценных преимуществ [ 10J: простотой конструкции, малым весом. [7]
Особенность турбинных двигателей заключается в том, что механическая энергия вращения вала создается за счет кинетической энергии рабочего тела. [8]
Преимуществами турбинного двигателя являются простота конструкции и большой межремонтный срок службы. [9]
Из отечественных турбинных двигателей наибольший интерес представляет двигатель ПК ИСТ, используемый в газовой промышленности для компоновки газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-63. [10]
В турбинных двигателях единичная мощность зависит от различных факторов для паровых и газовых турбин. Водяной пар, обладая большой газовой постоянной [ ( Дн2о 196 кДж / ( кг - К) против Лсо2 н2о 100 - 120 кДжДкг - К) ], большей теплоемкостью и лучшими теплопередаточными свойствами, чем продукты сгорания горючего в воздухе, является и более выгодным РТ. [11]
В паровых турбинных двигателях рабочим телом является перегретый пар, образуемый в специальных котлах. [12]
На турбинных двигателях малой мощности лопатки заменяют обыкновенными отверстиями ( рис. 79, г), что упрощает конструкцию рабочего колеса. [13]
Турбина или турбинный двигатель ( фиг. [14]
Страницы: 1 2 3 4 5
www.ngpedia.ru
Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, вал, турбину в виде диска, расположенные на турбине радиальные лопатки, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему, при этом, по меньшей мере, одна камера сбора газов соединена каналом с по меньшей мере одним соплом, направленным на радиальные лопатки турбины и воздействующим на них потоком газов. Сечения каналов, соединяющих камеры сбора газа с соплами, увеличиваются по ходу движения турбины. Сечения сопел увеличиваются по ходу движения турбины. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать две турбины, соединенные между собой через блок шестерен и имеющие разные обороты вращения. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать три и более турбины.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям силовых установок, включающим, турбинные двигатели внутреннего сгорания.
Известен газотурбинный двигатель (патент RU №2096639), состоящий из корпуса с рабочими камерами, вала, ротора турбины с лопатками, центробежного компрессора, систем приготовления, подачи и зажигания горючей смеси, в его корпусе, имеющем цилиндрическую форму, равномерно по окружности расположены рабочие камеры в количестве, кратном четырем, площади сечения которых имеют форму, соответственно, в плоскостях, совпадающих с осью корпуса, прямоугольников, а в плоскостях, перпендикулярных этой оси, круговых секторов, дисковая часть ротора турбины выполнена из равномерно чередующихся радиальных глухих выступов и впадин, в которых крепятся лопатки ротора, также в виде круговых секторов и при этом количество каждых из них равно одной второй от количества камер, а сумма их по окружности диска равна и составляет ее половину (180), в глухих же выступах, для обеспечения эффективного охлаждения ротора турбины, выполнены сквозные радиальные полости, а гладкие рабочие поверхности этих глухих выступов, находящихся в одной плоскости с боковыми поверхностями лопаток ротора двигателя и непосредственно прилегающих к его торцу со стороны открытых его рабочих камер, обеспечивают в процессе работы двигателя последовательное закрывание тех двух смежных камер, в которые подается и сгорает горючая смесь.
К недостаткам этого газотурбинного двигателя следует отнести сложность в изготовлении и низкий КПД.
Известен компрессорно-роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания (патент RU №2109969, 27.04.98, F 02 C 3/04). В предлагаемом двигателе на передней стороне диска размещены лопасти центробежного компрессора, устроенные внутри кольцевого ротора, наружная поверхность которого имеет камеру сгорания, форма которой с направляющим отверстием кольца крышки и отверстием рабочего кольца диска оптимально близка форме реактивного сопла, ось которого проходит по касательной к кольцевому ротору, а с обратной стороны диска устроена полая конусная турбина, задняя часть которой переходит в цилиндрическое выхлопное сопло, а наружная поверхность
снабжена газовыми каналами, боковые стенки которых образованы винтообразными ребрами, берущими начало с отверстия кольца диска и нисходящими по перфорированной части цилиндрического выхлопного сопла, внутри которого расположен шнековый лабиринт с переменным шагом свивки.
Недостатками данного технического решения является сложность в изготовлении и низкий КПД.
В качестве прототипа выбран газотурбинный двигатель (патент RU №2161714), содержащий корпус, камеры сгорания с соплами, вал, ротор турбины с лопатками, центробежный компрессор с по меньшей мере двумя ступенями, системы подачи и зажигания горючей смеси и теплообменник с выхлопными патрубками, при этом количество камер сгорания кратно трем, одна ступень компрессора расположена по всей окружности, а вторая выполнена в виде двух симметрично расположенных друг относительно друга секторов с центральным углом по 90° каждый, при4ем ротор выполнен с глухим выступом, расположенным с возможностью перекрытия сопел камер сгорания.
Недостатком данного технического решения является низкий КПД.
Задачей изобретения является повышение КПД двигателя.
Технический результат достигается тем, что, турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, вал, турбину в виде диска, расположенные на турбине радиальные лопатки, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему, при этом, по меньшей мере, одна камера сбора газов соединена каналом с по меньшей мере одним соплом, направленным на радиальные лопатки турбины и воздействующим на них потоком газов. Сечения каналов, соединяющих камеры сбора газа с соплами, увеличиваются по ходу движения турбины. Сечения сопел увеличиваются по ходу движения турбины. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать две турбины, соединенные между собой через блок шестерен и имеющие разные обороты вращения. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать три и более турбины.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан разрез описываемого турбинного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - разрез А-А турбинного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.3 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего две турбины в виде дисков, соединенные между собой через блок шестерен.
Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, вал 2, турбину 3 с радиальными лопатками 4, компрессор 5, камеру сгорания 6, канал подачи воздуха 7,
канал подачи топлива 8 и свечу зажигания 9, выхлопную систему, состоящую из камер сбора газов 10, каналов 11, сопел 12 и окна для выброса отработанных газов 13. Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит шестерни 14.
Турбинный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При запуске двигателя и начале вращения вала 2, компрессор 5 нагнетает воздух через канал подачи воздуха 7 в пространство между радиальными лопатками 4 турбины 3, образующими камеру сгорания 6. Далее при вращении турбины 3, камера сгорания 6 перемещается к каналу подачи топлива 8, где происходит подача топлива, в результате чего образуется горючая смесь. Горючая смесь, находясь в камере сгорания 6, перемещается к свече зажигания 9 и воспламеняется, в этот момент происходит резкое увеличение давления газов в камере сгорания 6. В момент совмещения камеры сгорания 6 с камерой сбора газов 10, последняя заполняется рабочими газами. Под действием давления рабочие газы проходят через канал 11 и сопло 12, воздействуя на радиальные лопатки 4 турбины 3. Далее рабочие газы попадают в следующую камеру сбора газов и проходят через канал и сопло больших размеров, придавая турбине дополнительное ускорение, что способствует дальнейшему увеличению оборотов и мощности двигателя. Рабочие газы, израсходовавшие свою энергию на вращение, выбрасываются через окно 13 выхлопной системы.
Заявляемое устройство с многократным использованием рабочих газов позволяет значительно увеличить КПД турбинного двигателя внутреннего сгорания.
1. Турбинный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, вал, турбину в виде диска, расположенные на турбине радиальные лопатки, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну камеру сбора газа, соединенную каналом с по меньшей мере одним соплом, направленным на радиальные лопатки турбины.
2. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что сечения каналов, соединяющих камеры сбора газа с соплами, увеличиваются по ходу движения турбины.
3. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что сечения сопел увеличиваются по ходу движения турбины.
4. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну дополнительную турбину.
5. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбины соединены между собой через блок шестерен и имеют разные обороты вращения.
poleznayamodel.ru
Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, вал, турбину с радиальными лопатками, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему. По меньшей мере, на одной боковой поверхности турбины находится, по меньшей мере, один ряд дополнительных лопаток. В поверхности корпуса, примыкающей к данной боковой поверхности турбины, выполнены каналы-сопла, направляющие рабочие газы при совмещении с камерой сгорания из пространства, образованного радиальными лопатками, в пространство, образованное дополнительными лопатками. Изобретение направлено на повышение кпд. 15 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям силовых установок, включающим турбинные двигатели внутреннего сгорания.
Известен газотурбинный двигатель (патент RU №2096639), состоящий из корпуса с рабочими камерами, вала, ротора турбины с лопатками, центробежного компрессора, систем приготовления, подачи и зажигания горючей смеси в его корпусе, имеющем цилиндрическую форму, равномерно по окружности расположены рабочие камеры в количестве, кратном четырем, площади сечения которых имеют форму, соответственно в плоскостях совпадающих с осью корпуса, прямоугольников, а в плоскостях, перпендикулярных этой оси, круговых секторов, дисковая часть ротора турбины выполнена из равномерно чередующихся радиальных глухих выступов и впадин, в которых крепятся лопатки ротора также в виде круговых секторов, и при этом количество каждого из них равно одной второй от количества камер, а сумма их по окружности диска равна и составляет ее половину (180), в глухих же выступах, для обеспечения эффективного охлаждения ротора турбины, выполнены сквозные радиальные полости, а гладкие рабочие поверхности этих глухих выступов, находящихся в одной плоскости с боковыми поверхностями лопаток ротора двигателя и непосредственно прилегающих к его торцу со стороны открытых его рабочих камер, обеспечивают в процессе работы двигателя последовательное закрывание тех двух смежных камер, в которые подается и сгорает горючая смесь.
К недостаткам этого газотурбинного двигателя следует отнести сложность в изготовлении и низкий кпд.
Известен компрессорно-роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания (патент RU №2109969, 27.04.98, F 02 C 3/04). В предлагаемом двигателе на передней стороне диска размещены лопасти центробежного компрессора, устроенные внутри кольцевого ротора, наружная поверхность которого имеет камеру сгорания, форма которой с направляющим отверстием кольца крышки и отверстием рабочего кольца диска оптимально близка форме реактивного сопла, ось которого проходит по касательной к кольцевому ротору, а с обратной стороны диска устроена полая конусная турбина, задняя часть которой переходит в цилиндрическое выхлопное сопло, а наружная поверхность снабжена газовыми каналами, боковые стенки которых образованы винтообразными ребрами, берущими начало с отверстия кольца диска и нисходящими по перфорированной части цилиндрического выхлопного сопла, внутри которого расположен шнековый лабиринт с переменным шагом свивки.
Недостатками данного технического решения является сложность в изготовлении и низкий кпд.
В качестве прототипа выбран газотурбинный двигатель (патент RU №2161714), содержащий корпус, камеры сгорания с соплами, вал, ротор турбины с лопатками, центробежный компрессор с по меньшей мере двумя ступенями, системы подачи и зажигания горючей смеси и теплообменник с выхлопными патрубками, при этом количество камер сгорания кратно трем, одна ступень компрессора расположена по всей окружности, а вторая выполнена в виде двух симметрично расположенных относительно друг друга секторов с центральным углом по 90° каждый, причем ротор выполнен с глухим выступом, расположенным с возможностью перекрытия сопел камер сгорания.
Недостатком данного технического решения является низкий кпд.
Задачей изобретения является повышение кпд двигателя.
Технический результат достигается тем, что турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, вал, турбину с радиальными лопатками, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему, при этом, по меньшей мере, на одной поверхности турбины находится, по меньшей мере, один ряд дополнительных лопаток, а в поверхности корпуса, примыкающей к данной поверхности турбины, выполнены каналы-сопла, направляющие рабочие газы при совмещении с камерой сгорания из пространства, образованного радиальными лопатками, в пространство, образованное дополнительными лопатками. Причем ряды дополнительных лопаток выполнены в турбине и не выступают за пределы ее поверхностей. Каналы-сопла соединяют между собой смежные ряды дополнительных лопаток. Площадь сечения или количество каналов-сопел увеличивается для каждого последующего ряда дополнительных лопаток. В корпусе выполнен канал для отвода газов, соединяющий ближний к валу ряд дополнительных лопаток с выхлопной системой. В выхлопной системе установлено, по меньшей мере, одно сопло, подающее выхлопные газы на радиальные лопатки турбины. Камерой сгорания служит пространство, ограниченное двумя соседними радиальными лопатками. Турбина может иметь вид диска, на боковых поверхностях которого выполнены ряды дополнительных лопаток. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать несколько турбин в виде дисков, которые могут быть соединены между собой через блок шестерен и иметь разные обороты вращения. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать турбину в виде барабана, на котором установлены, по меньшей мере, одно основное кольцо с радиальными лопатками и, по меньшей мере, с одним рядом дополнительных лопаток, по меньшей мере, два дополнительных кольца, по меньшей мере, с одним рядом дополнительных лопаток, причем ряды дополнительных лопаток выполнены на боковых поверхностях основного кольца и на боковых и тангенциальных поверхностях дополнительных колец. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать турбину в виде цилиндра, на котором выполнены радиальные лопатки. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать турбину в виде конусного барабана, на котором выполнены радиальные лопатки. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать турбину в виде усеченного с двух сторон шара, на котором выполнены радиальные лопатки. При выполнении турбины в виде цилиндра, конусного барабана, усеченного с двух сторон шара ряды дополнительных лопаток выполнены на тангенциальной поверхности турбины по бокам от ряда радиальных лопаток.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан разрез описываемого турбинного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - разрез А-А турбинного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.3 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего две турбины в виде дисков, соединенные между собой через блок шестерен; на фиг.4 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде трех дисков; на фиг.5 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде барабана, на котором установлены кольца с лопатками; на фиг.6 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде цилиндра; на фиг.7 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде конусного барабана; на фиг.8 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде усеченного с двух сторон шара.
Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, вал 2, турбину 3 с радиальными лопатками 4 и дополнительными лопатками 5, компрессор 6, камеру сгорания 7, канал подачи воздуха 8, канал подачи топлива 9 и свечу зажигания 10, канал 11 для отвода газов в выхлопную систему 12, сопло 13, каналы-сопла 14. Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит шестерни 15.
Турбинный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
При запуске двигателя и начале вращения вала 2 компрессор 6 нагнетает воздух через канал подачи воздуха 8 в пространство между радиальными лопатками 4 турбины 3, образующими камеру сгорания 7. Далее, при вращении турбины 3, камера сгорания 7 перемещается к каналу подачи топлива 9, где происходит подача топлива, в результате чего образуется горючая смесь. Горючая смесь, находясь в камере сгорания 7, перемещается к свече зажигания 10 и воспламеняется, в этот момент происходит резкое увеличение давления газов в камере сгорания 7. В момент, когда камера сгорания 7 совмещается с каналами-соплами 14, потоки рабочих газов направляются на ближний ряд дополнительных лопаток 5 и далее, при вращении, на смежные ряды дополнительных лопаток 5. Рабочие газы, попадая на дополнительные лопатки 5, воздействуют на них, придавая турбине 3 дополнительное ускорение, что способствует дальнейшему увеличению ее оборотов и мощности двигателя. Далее, при вращении турбины 3, газы попадают в канал 11 для их отвода в выхлопную систему 12. При этом выхлопные газы проходят через сопло 13, дополнительно подающее их перед выводом из двигателя на радиальные лопатки турбины.
Заявляемое устройство с многократным использованием рабочих газов позволяет значительно увеличить кпд турбинного двигателя внутреннего сгорания.
1. Турбинный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, вал, турбину с радиальными лопатками, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему, отличающийся тем, что, по меньшей мере, на одной боковой поверхности турбины находится, по меньшей мере, один ряд дополнительных лопаток, а в поверхности корпуса, примыкающей к данной боковой поверхности турбины, выполнены каналы-сопла, направляющие рабочие газы при совмещении с камерой сгорания из пространства, образованного радиальными лопатками, в пространство, образованное дополнительными лопатками.
2. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что ряды дополнительных лопаток выполнены в турбине и не выступают за пределы ее поверхностей.
3. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что каналы-сопла соединяют между собой смежные ряды дополнительных лопаток.
4. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что площадь сечения или количество каналов-сопел увеличивается для каждого последующего ряда дополнительных лопаток.
5. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в корпусе выполнен канал для отвода выхлопных газов, соединяющий ближний к валу ряд дополнительных лопаток с выхлопной системой,
6. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в выхлопной системе установлено, по меньшей мере, одно сопло, подающее отработанные газы на радиальные лопатки турбины.
7. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что камерой сгорания служит пространство, ограниченное двумя соседними радиальными лопатками.
8. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбина имеет вид диска.
9. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.8, отличающийся тем, что ряды дополнительных лопаток выполнены на боковых поверхностях диска.
10. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.8, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одну дополнительную турбину в виде диска.
11. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что содержит три и более турбины в виде дисков.
12. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.10, отличающийся тем, что турбины соединены между собой через блок шестерен и имеют разные обороты вращения.
13. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбина имеет вид барабана, на котором установлены кольца с радиальными лопатками и, по меньшей мере, с одним рядом дополнительных лопаток.
14. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбина имеет вид цилиндра, на котором выполнены радиальные лопатки.
15. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбина имеет вид конусного барабана, на котором выполнены радиальные лопатки.
16. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1 отличающийся тем, что турбина имеет вид усеченного с двух сторон шара, на котором выполнены радиальные лопатки.
www.findpatent.ru
Cтраница 2
Турбоагрегатом называют турбинный двигатель с передачей. Под главным турбозубчатым агрегатом ( ГТЗА) понимают одну или несколько паровых турбин с зубчатой передачей, конденсатором и маневровым устройством. [16]
Однако изготовление турбинных двигателей значительно сложней, чем ротационных. В таких турбинах затруднено реверсирование. [17]
Приоритет в создании забойного турбинного двигателя принадлежит отечественной науке. [18]
Увеличение нагрузок в турбинных двигателях гражданских и военных самолетов способствует росту требований к качеству масел. Ситуация меняется со следующим поколением авиационных двигателей, поскольку совершенствование конструкций и необходимость снижения расхода топлива ведут к росту давления, температуры и нагрузки на масло. Последнее способствует опасности возникновения локальных нагарообразований. Поэтому для военной авиации в будущем необходим отказ от использования масел на основе сложных эфиров. По современным данным, эти соединения нетоксичны и за рубежом даже используются в парфюмерии и для консервации мраморных памятников искусства и архитектуры. [19]
Пневматическими приводами инструментов служат лопастные и турбинные двигатели. Число оборотов лучших пневматических лопастных двигателей достигает 30 тыс., а турбинных - до 150 тыс. и более в минуту. [20]
Дискретный шум при неисправности турбинного двигателя появляется в результате колебаний ( вынужденных и резонансных) и соударений деталей; он может быть обусловлен взаимодействием газовоздушного вращающегося потока с ротором и статором. Возникновение какой-либо неисправности приводит к появлению новых источников шума и изменению его спектра, что можно обнаружить при диагностике. [21]
По аналогичным причинам появление тепловых турбинных двигателей также было связано с использованием парового цикла. До сих пор паровая турбина занимает в энергетике господствующее положение. Это направление весьма перспективно в связи с изменением энергетического баланса СССР и выделением значительного количества жидкого и газообразного топлива для нужд энергетики. [22]
В связи с малой мощностью турбинные двигатели широкого распространения в механизированных инструментах не имеют. [24]
Для решения этой задачи был разработан турбинный двигатель, соединенный с долотом или турбобуром. В дальнейшем П. П. Шумиловым, Р. А. Иоаннесяном, Э. И. Тагиевым и М. Г. Гусманом была разработана конструкция многоступенчатого турбобура. [25]
В 1951 г. Иноземцеву за учебник Авиационные газовые турбинные двигатели была присуждена Государственная премия. Учебники Иноземцева выдержали несколько изданий и некоторые из них являются основными учебниками по моторной специальности авиационных втузов. [26]
Совсем недавно для изготовления высоконагруженных оболочек турбинных двигателей, больших и малых, применили строительные отливки. [27]
В настоящее время характерной тенденцией развития турбинных двигателей для бурения глубоких скважин является снижение рабочего числа оборотов. [28]
Хотя полифениловые эфиры первоначально предназначались для турбинных двигателей, они пригодны к применению в качестве высокотемпературных и радиационно стойких гидравлических жидкостей и смазочных масел. Пластичные смазки на базе полифениловых эфиров с загустителями в виде красителей превосходят пластичные смазки на базе минеральных масел по вязкостно-температурным свойствам. [30]
Страницы: 1 2 3 4 5
www.ngpedia.ru
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение надежности и ресурса. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит находящиеся в блоке с зазором ротор сжатия и ротор с камерами сгорания, кинематически связанные между собой шестернями. Ротор сжатия представляет собой объединенные вместе цилиндры и сегменты, которые поочередно проникают в соответствующие полости ротора с камерами сгорания, сжимая в них топливовоздушную смесь. Согласно изобретению, в полостях ротора с камерами сгорания располагаются ввернутые в резьбовые гнезда электроды со знаком "минус", под которые в теле ротора выбраны углубления, а в цилиндрических сегментах ротора сжатия встроены электроды со знаком "плюс". В цилиндрических сегментах ротора сжатия имеются выточки, которые совмещаются с углублениями на другом роторе, образуя камеру сгорания, а с торцевой части ротора сжатия установлен распределитель зажигания, причем ротор сжатия является бегунком системы зажигания. 3 ил.
Роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания предназначен для использования в качестве силового агрегата в автомобилестроении, судостроении, авиастроении и т.д. как в бензиновом, так и в дизельном варианте. Таким образом, задачей изобретения является повышение оборотов ротора, уменьшение шума работающего двигателя, увеличение мощности по отношению к весу, повышение надежности ДВС, уменьшение использования моторного масла, исключение деталей совершающих возвратно-поступательные движения и упрощение производства, повышение КПД.
Известна конструкция роторного двигателя Э.Л.Страуба US №2275205, опубликованная в марте 1942 г., которая состоит из блока, ротора сжатия, роторов с камерами сгорания, системой впрыска топливной смеси, системой зажигания, отвода выхлопных газов. Из рисунков видно, что сопряжение роторов происходит через роторы, которые представляют из себя видоизмененные шестерни. На центральной шестерне, представляющей из себя ротор сжатия, имеются симметрично расположенные два эллипсоидных выступа, выполняющие роль поршней, а на шестернях, находящихся по обеим сторонам ротора сжатия, находятся по две полукруглые полости, которые являются одновременно "цилиндрами" и камерами сгорания. Кроме того, на боковых роторах имеются специальные уплотнители-накладки, крепящиеся болтами и штифтами над краями полукруглых углублений-"цилиндров" роторов-шестерней и предназначенных для уплотнения зазоров между эллипсоидными "поршнями" ротора сжатия и полостями-"цилиндрами" боковых шестерен. В процессе работы двигателя эллипсоидные выступы центрального ротора поочередно проникают в полости боковых роторов, где происходит сжатие топливной смеси и ее воспламенение. Таким образом, синхронизация роботы двигателя поддерживается зубьями и их эллипсоидными выступами и полукруглыми полостями. Из чертежей и описания работы двигателя видно, что кинематика механизма мотора основана на шестеренчатой передаче усилия, которая требует обильного применения моторного масла, о котором, как это ни странно, в материалах описания вообще нет никакого упоминания. Если автор предполагал смазывать шестерни и эллипсоидные выступы-"поршни" моторным маслом, добавляя его в топливо, то этого явно недостаточно, так как двигатель рассчитан на работу с большими оборотами и зубья шестерен очень скоро уже не смогут обеспечивать синхронизацию рабочих циклов. То есть произойдет быстрый износ деталей, и двигатель выйдет из строя. Кроме того, вызывает большое сомнение возможность надежно воспламенять топливную смесь обычной свечой зажигания, расположенной в торце длинной серповидной камеры сгорания, как это показано в материалах описания. Также, в процессе вращения роторов, при переходе от зацепления зубьями к зацеплению эллипсоидными выступами и полукруглыми полстями, при воспламенении топливной смеси, будет происходить разбалансировка всей системы и, как следствие, высокая вибрация и поломка всего механизма, из за того, что будет невозможно создать абсолютно одинаковые условия в противоположных камерах сгорания - это разное количество поступающего топлива, разный износ уплотнителей, неодинаковое состояние свечей зажигания, износ опорных подшипников.
Предлагаемая мною конструкция двигателя внутреннего сгорания лишена недостатков двигателя Э.Л.Страуба.
Поставленная задача достигается исключением контакта между основными деталями двигателя (внутренней поверхностью блока и роторами и между самими роторами), что исключает трение, вследствие чего отпадает необходимость в смазочных материалах. Валы роторов будут вращаться, опираясь на подшипники, имеющие собственную систему смазки. Минимальный зазор, в пределах нескольких сотых долей миллиметра в прогретом состоянии, обеспечивается за счет группы косозубых шестерен, жестко посаженных на валы соответствующих роторов и находящихся в отдельном корпусе в масляной ванне (что обеспечивает их длительную и надежную работу), а также максимальным совпадением контуров основных элементов конструкции, сохраняющих минимальный зазор и процессе вращения роторов. Существующее предложение поясняется чертежами: на фиг.1 показаны основные детали двигателя, где 1 - пробки под технологические отверстия, обслуживания свечей зажигания, 2 - выхлопное окно, 3 - пограничная полость, 4 - проточки под электроды зажигания со знаком "-", 5 - электроды зажигания со знаком "+", 6 - ротор сжатия с тремя сегментами, 7 - корпус двигателя, 8 - камера сгорания, 9 - рубашка охлаждения, 10 - полость, 11 - электрод зажигания со знаком "-", 12 - форсунка впрыска топлива, 13 - ротор с камерами сгорания, 14 - окно для подачи воздуха, 15 - изолированный токопровод. На фиг.2 изображены основные детали двигателя без корпуса, где 4 - проточки под электроды зажигания "+" и "-", 5 - электроды зажигания со знаком "-", 6 - ротор сжатия, 13 - ротор с камерами сгорания, 11 - электроды зажигания со знаком "+", 18 - шестерни, 15 - изолированный токопровод. На фиг.3 представлено схематическое изображение двигателя, где 16 - валы, 18 - шестерни, 17 - распределитель зажигания с проводом, 15 - изолированный токопровод, 19 - отдельный корпус для шестерен, с масляным картером.
Двигатель моей конструкции состоит из двух роторов (возможно большее количества роторов), ротора сжатия 6, который представляет собой объединенные вместе цилиндры и сегменты (далее по тексту - сегменты) и ротора с камерами сгорания 13, находящиеся в одном блоке 7. Оба ротора кинематически связаны между собой группой косозубых шестерен 18, имеющих собственный корпус, постоянно находящихся в масляной ванне и жестко закреплены на одной оси вращения (валу) 16 с соответствующим ротором. При этом во внутреннем пространстве двигателя между роторами и внутренней поверхностью блока 7 поддерживается минимальный зазор (в пределах нескольких сотых долей миллиметра в прогретом состоянии), что позволяет отказаться от смазки основных деталей конструкции. Ротор сжатия 6 кинематически соединен с ротором 13, при этом сегменты ротора 6 в процессе вращения поочередно проникают в полости ротора 13, вследствие чего происходит сжатие топливной смеси. Рабочие циклы происходят в следующем порядке: рассмотрим на примере пары сегмент-полость. В процессе вращения роторов в полость 10 ротора 13, через окно 14, под давлением подается воздух. При дальнейшем вращении роторов 6 и 13 в полость ротора 13 через форсунку 12 впрыскивается топливо. Максимальное сжатие топливной смеси происходит при повороте роторов 6 и 13 до точки А. При этом работающий сегмент ротора 6 и соответствующая ему в данный момент полость ротора 13 располагается близко к касательной окружности ротора 13, в этот момент происходит зажигание от электрической искры, переданной бесконтактно от распределителя зажигания 17 по изолированному токопроводу 15. В результате чего топливная смесь воспламеняется и ротор 13 отталкивается - происходит рабочий ход. В свою очередь ротор 6 приобретает движение от ротора 13 через шестерню, находящуюся на его валу. Выхлоп отработанных газов осуществляется под действием собственного избыточного давления, возникающего после воспламенения топлива в полости ротора 13 по завершении рабочего хода и достижении в процессе вращения выхлопного окна 2 в корпусе двигателя. В процессе работы двигателя после воспламенения топливной смеси и в результате вращения роторов 13 и 6 неизбежно произойдет кратковременный прорыв выхлопных газов в полость области ротора 6 через образующийся зазор между взаимодействующими в данный момент сегментом ротора 6 и полостью ротора 13. Прорвавшиеся газы будут создавать высокое давление в пространстве вращения ротора 6 - это обстоятальство, по моему мнению, положительный фактор, который будет работать на удержание компрессии в фазе сжатия следующей пары сегмент-полость, т.е. давление газов в области вращения ротора 6 будет выше (или близким к нему), чем давление сжимающейся смеси (в следующей паре сегмент-полость), т.к. в процессе сжатия тоже произойдет кратковременное открытие пространства сжатия взаимодействующих пар сегмент-полость и газы из области ротора 6 будут препятствовать ускользанию сжимающейся топливной смеси. В данной конструкции ДВС высокое давление в области ротора 6 играет роль компрессионных колец традиционного поршневого ДВС. Далее весь процесс повторяется на других парах сегмент-полость. Зажигание топливной смеси при данной конструкции двигателя осуществляется следующим образом: в полостях ротора 13 располагаются ввернутые в резьбовые гнезда электроды со знаком "-" 11, а в сегментах ротора 6 встроены электроды со знаком "+" 5, под которые в теле ротора выбраны проточки 4. При работе пары сегмент-полость проточки на роторе 6 совмещаются с проточками в камерах ротора 13, образуя камеру сгорания 8. Выходы электродов роторов 6 и 13 соответственно направлены друг на друга и при достижении необходимого значения взаимопроникновения пары сегмент-полость между электродами "+" и "-" происходит искровой разряд, переданный от распределителя зажигания 17. Таким образом, ротор 6 является также бегунком системы зажигания. При дизельном варианте двигателя система воспламенения топливной смеси не потребуется. Обслуживание электродов системы зажигания обеспечивается через окна 1, в работающем состоянии герметично закрытые.
В описании приведена конструкция из двух роторов, при желании их количество может быть различно. Также число сегментов ротора 6 может быть другим. Так же можно построить конструкцию, где роторы будут иметь иное расположение, т.е. ротор сжатия 6 будет находиться в центре, а один или несколько роторов с камерами сгорания 13 будут находиться по его окружности. По сравнению с представленным аналогом представленная мною конструкция обладает несколькими значительными преимуществами:
1. Так как нет контакта между роторами, то отпадает необходимость в смазывающих материалах (кроме подшипников).
2. Система воспламенения топливной смеси более соответствует особенностям конструкции.
3. Конструкция, предложенная мною более технологична в производстве, так как в ней нет сложных поверхностей как в представленном выше аналоге.
4. Возможность для создания множества вариантов компоновки двигателя.
5. Как следствие отсутствия деталей, совершающих возвратно-поступательные движения и минимальное трение - теоретически неограниченный моторесурс, мощность, существенное снижение расхода топлива и смазывающих материалов.
Роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок, находящиеся в нем с зазором ротор сжатия и ротор с камерами сгорания, кинематически связанные между собой шестернями, находящимися в собственном корпусе и жестко закрепленными на оси вращения соответствующего ротора, при этом ротор сжатия представляет собой объединенные вместе цилиндры и сегменты, которые поочередно проникают в соответствующие полости ротора с камерами сгорания, сжимая в них топливовоздушную смесь, системы подачи воздуха в камеру сгорания, впрыска топлива, воспламенения топливовоздушной смеси, отвода выхлопных газов, а также систему охлаждения, отличающийся тем, что в полостях ротора с камерами сгорания располагаются ввернутые в резьбовые гнезда электроды со знаком "минус", под которые в теле ротора выбраны углубления, а в цилиндрических сегментах ротора сжатия встроены электроды со знаком "плюс", при этом в цилиндрических сегментах ротора сжатия имеются выточки, которые совмещаются с углублениями на другом роторе, образуя камеру сгорания, а с торцевой части ротора сжатия установлен распределитель зажигания, причем ротор сжатия является бегунком системы зажигания.
www.findpatent.ru
Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, вал, турбину с радиальными лопатками, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему. По меньшей мере, на одной боковой поверхности турбины находится, по меньшей мере, один ряд дополнительных лопаток. В поверхности корпуса, примыкающей к данной боковой поверхности турбины, выполнены каналы-сопла, направляющие рабочие газы при совмещении с камерой сгорания из пространства, образованного радиальными лопатками, в пространство, образованное дополнительными лопатками. Изобретение направлено на повышение кпд. 15 з.п. ф-лы, 8 ил. 
Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям силовых установок, включающим турбинные двигатели внутреннего сгорания.
Известен газотурбинный двигатель (патент RU №2096639), состоящий из корпуса с рабочими камерами, вала, ротора турбины с лопатками, центробежного компрессора, систем приготовления, подачи и зажигания горючей смеси в его корпусе, имеющем цилиндрическую форму, равномерно по окружности расположены рабочие камеры в количестве, кратном четырем, площади сечения которых имеют форму, соответственно в плоскостях совпадающих с осью корпуса, прямоугольников, а в плоскостях, перпендикулярных этой оси, круговых секторов, дисковая часть ротора турбины выполнена из равномерно чередующихся радиальных глухих выступов и впадин, в которых крепятся лопатки ротора также в виде круговых секторов, и при этом количество каждого из них равно одной второй от количества камер, а сумма их по окружности диска равна и составляет ее половину (180), в глухих же выступах, для обеспечения эффективного охлаждения ротора турбины, выполнены сквозные радиальные полости, а гладкие рабочие поверхности этих глухих выступов, находящихся в одной плоскости с боковыми поверхностями лопаток ротора двигателя и непосредственно прилегающих к его торцу со стороны открытых его рабочих камер, обеспечивают в процессе работы двигателя последовательное закрывание тех двух смежных камер, в которые подается и сгорает горючая смесь.
К недостаткам этого газотурбинного двигателя следует отнести сложность в изготовлении и низкий кпд.
Известен компрессорно-роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания (патент RU №2109969, 27.04.98, F 02 C 3/04). В предлагаемом двигателе на передней стороне диска размещены лопасти центробежного компрессора, устроенные внутри кольцевого ротора, наружная поверхность которого имеет камеру сгорания, форма которой с направляющим отверстием кольца крышки и отверстием рабочего кольца диска оптимально близка форме реактивного сопла, ось которого проходит по касательной к кольцевому ротору, а с обратной стороны диска устроена полая конусная турбина, задняя часть которой переходит в цилиндрическое выхлопное сопло, а наружная поверхность снабжена газовыми каналами, боковые стенки которых образованы винтообразными ребрами, берущими начало с отверстия кольца диска и нисходящими по перфорированной части цилиндрического выхлопного сопла, внутри которого расположен шнековый лабиринт с переменным шагом свивки.
Недостатками данного технического решения является сложность в изготовлении и низкий кпд.
В качестве прототипа выбран газотурбинный двигатель (патент RU №2161714), содержащий корпус, камеры сгорания с соплами, вал, ротор турбины с лопатками, центробежный компрессор с по меньшей мере двумя ступенями, системы подачи и зажигания горючей смеси и теплообменник с выхлопными патрубками, при этом количество камер сгорания кратно трем, одна ступень компрессора расположена по всей окружности, а вторая выполнена в виде двух симметрично расположенных относительно друг друга секторов с центральным углом по 90° каждый, причем ротор выполнен с глухим выступом, расположенным с возможностью перекрытия сопел камер сгорания.
Недостатком данного технического решения является низкий кпд.
Задачей изобретения является повышение кпд двигателя.
Технический результат достигается тем, что турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, вал, турбину с радиальными лопатками, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему, при этом, по меньшей мере, на одной поверхности турбины находится, по меньшей мере, один ряд дополнительных лопаток, а в поверхности корпуса, примыкающей к данной поверхности турбины, выполнены каналы-сопла, направляющие рабочие газы при совмещении с камерой сгорания из пространства, образованного радиальными лопатками, в пространство, образованное дополнительными лопатками. Причем ряды дополнительных лопаток выполнены в турбине и не выступают за пределы ее поверхностей. Каналы-сопла соединяют между собой смежные ряды дополнительных лопаток. Площадь сечения или количество каналов-сопел увеличивается для каждого последующего ряда дополнительных лопаток. В корпусе выполнен канал для отвода газов, соединяющий ближний к валу ряд дополнительных лопаток с выхлопной системой. В выхлопной системе установлено, по меньшей мере, одно сопло, подающее выхлопные газы на радиальные лопатки турбины. Камерой сгорания служит пространство, ограниченное двумя соседними радиальными лопатками. Турбина может иметь вид диска, на боковых поверхностях которого выполнены ряды дополнительных лопаток. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать несколько турбин в виде дисков, которые могут быть соединены между собой через блок шестерен и иметь разные обороты вращения. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать турбину в виде барабана, на котором установлены, по меньшей мере, одно основное кольцо с радиальными лопатками и, по меньшей мере, с одним рядом дополнительных лопаток, по меньшей мере, два дополнительных кольца, по меньшей мере, с одним рядом дополнительных лопаток, причем ряды дополнительных лопаток выполнены на боковых поверхностях основного кольца и на боковых и тангенциальных поверхностях дополнительных колец. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать турбину в виде цилиндра, на котором выполнены радиальные лопатки. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать турбину в виде конусного барабана, на котором выполнены радиальные лопатки. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать турбину в виде усеченного с двух сторон шара, на котором выполнены радиальные лопатки. При выполнении турбины в виде цилиндра, конусного барабана, усеченного с двух сторон шара ряды дополнительных лопаток выполнены на тангенциальной поверхности турбины по бокам от ряда радиальных лопаток.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан разрез описываемого турбинного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - разрез А-А турбинного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.3 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего две турбины в виде дисков, соединенные между собой через блок шестерен; на фиг.4 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде трех дисков; на фиг.5 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде барабана, на котором установлены кольца с лопатками; на фиг.6 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде цилиндра; на фиг.7 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде конусного барабана; на фиг.8 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде усеченного с двух сторон шара.
Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, вал 2, турбину 3 с радиальными лопатками 4 и дополнительными лопатками 5, компрессор 6, камеру сгорания 7, канал подачи воздуха 8, канал подачи топлива 9 и свечу зажигания 10, канал 11 для отвода газов в выхлопную систему 12, сопло 13, каналы-сопла 14. Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит шестерни 15.
Турбинный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
При запуске двигателя и начале вращения вала 2 компрессор 6 нагнетает воздух через канал подачи воздуха 8 в пространство между радиальными лопатками 4 турбины 3, образующими камеру сгорания 7. Далее, при вращении турбины 3, камера сгорания 7 перемещается к каналу подачи топлива 9, где происходит подача топлива, в результате чего образуется горючая смесь. Горючая смесь, находясь в камере сгорания 7, перемещается к свече зажигания 10 и воспламеняется, в этот момент происходит резкое увеличение давления газов в камере сгорания 7. В момент, когда камера сгорания 7 совмещается с каналами-соплами 14, потоки рабочих газов направляются на ближний ряд дополнительных лопаток 5 и далее, при вращении, на смежные ряды дополнительных лопаток 5. Рабочие газы, попадая на дополнительные лопатки 5, воздействуют на них, придавая турбине 3 дополнительное ускорение, что способствует дальнейшему увеличению ее оборотов и мощности двигателя. Далее, при вращении турбины 3, газы попадают в канал 11 для их отвода в выхлопную систему 12. При этом выхлопные газы проходят через сопло 13, дополнительно подающее их перед выводом из двигателя на радиальные лопатки турбины.
Заявляемое устройство с многократным использованием рабочих газов позволяет значительно увеличить кпд турбинного двигателя внутреннего сгорания.
1. Турбинный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, вал, турбину с радиальными лопатками, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему, отличающийся тем, что, по меньшей мере, на одной боковой поверхности турбины находится, по меньшей мере, один ряд дополнительных лопаток, а в поверхности корпуса, примыкающей к данной боковой поверхности турбины, выполнены каналы-сопла, направляющие рабочие газы при совмещении с камерой сгорания из пространства, образованного радиальными лопатками, в пространство, образованное дополнительными лопатками.
2. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что ряды дополнительных лопаток выполнены в турбине и не выступают за пределы ее поверхностей.
3. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что каналы-сопла соединяют между собой смежные ряды дополнительных лопаток.
4. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что площадь сечения или количество каналов-сопел увеличивается для каждого последующего ряда дополнительных лопаток.
5. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в корпусе выполнен канал для отвода выхлопных газов, соединяющий ближний к валу ряд дополнительных лопаток с выхлопной системой,
6. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в выхлопной системе установлено, по меньшей мере, одно сопло, подающее отработанные газы на радиальные лопатки турбины.
7. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что камерой сгорания служит пространство, ограниченное двумя соседними радиальными лопатками.
8. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбина имеет вид диска.
9. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.8, отличающийся тем, что ряды дополнительных лопаток выполнены на боковых поверхностях диска.
10. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.8, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одну дополнительную турбину в виде диска.
11. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что содержит три и более турбины в виде дисков.
12. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.10, отличающийся тем, что турбины соединены между собой через блок шестерен и имеют разные обороты вращения.
13. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбина имеет вид барабана, на котором установлены кольца с радиальными лопатками и, по меньшей мере, с одним рядом дополнительных лопаток.
14. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбина имеет вид цилиндра, на котором выполнены радиальные лопатки.
15. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбина имеет вид конусного барабана, на котором выполнены радиальные лопатки.
16. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1 отличающийся тем, что турбина имеет вид усеченного с двух сторон шара, на котором выполнены радиальные лопатки.
www.freepatent.ru
Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: ракетно-турбинный двигатель комбинированного типа состоит из ракетно-турбинного двигателя, образующего совместно с его корпусом и подвижным кожухом двухрежимный прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Внутри центрального тела в укороченном сопле внешнего расширения установлен жидкостный ракетный двигатель с кольцевой камерой сгорания и соплом внешнего расширения с центральным телом, внутри которого размещены элементы общего турбонасосного агрегата. 1 ил.
Изобретение относится к устройствам, характеризующимся сжатием потока за счет скоростного напора воздуха, то есть к прямоточным воздушно-реактивным двигателям (ПВРД), а еще точнее - к комбинированным ракетно-турбинным двигателям (РТД).
В двигателях данного класса представляется возможным сочетать преимущества турбореактивных двигателей (ТРД) - малый расход топлива (горючего) с преимуществами ракетных двигателей (РД) - с хорошей скоростной и высотной характеристиками. Имеется опыт разработки двигателей, состоящих из ТРД и РД, имеющих общий привод и размещенных в едином корпусе. В массовом отношении также РТД выгоднее, чем простая комбинация ТРД и РД. Наиболее близким по принципу работы и техническому устройству к заявляемому изобретению является ракетно-турбинный двигатель комбинированного типа ATR. Данный двигатель ATR был предложен для перспективного одноступенчатого воздушно-космического самолета (ВКС) военного назначения и может быть отработан, как утверждают зарубежные специалисты, через 10-15 лет. Для такого типа двигателя характерно расширение диапазона достигаемых скоростей и высот полета. Несмотря на то, что данный тип двигателя еще не освоен ни одной страной, дальнейшее развитие ракетной и космической техники уже сейчас требует своего дальнейшего совершенствования, например, при разработке и создании аэрокосмического самолета. Для летательных аппаратов, перспективных до 2000 г. и далее, требуется широкий диапазон плавного изменения скорости их полета, начиная от дозвуковых и кончая гиперзвуковыми, а также, чтобы их двигатели работали экономично на любых высотах вплоть до безвоздушного пространства. Рассматриваемая схема известного РТД комбинированного типа обеспечивает вариацию параметров силовой установки в случаях включения в работу ТРД в условиях атмосферы или ЖРД в космосе. Плавное изменение режимов работы с изменением высоты и скорости полета летательного аппарата в этом известном двигателе не обеспечивается по той причине, что нет промежуточного режима между ВРД и ЖРД (при больших числах Маха свыше 5-6 наиболее эффективным является применение ПВРД). Кроме того, для данного типа РТД характерны сравнительно большие размеры смонтированного в нем ЖРД из-за использования высотного сопла Лаваля. Даже в случае применения раздвижного сопла частично ухудшаются как массовые, так и геометрические характеристики двигателя. Задача изобретения состояла в разработке ракетно-турбинного двигателя комбинированного типа, в котором возможно объединение различных типов двигательных установок ЛА для обеспечения различных режимов полета в широком диапазоне скоростей и высот. Решение поставленной задачи означает создание двигателя, работа которого эквивалентна работе ТРД, ЖРД и двухрежимного ПВРД (сверхзвукового ПВРД-СПВРД и гиперзвукового ПВРД-ГПВРД), а также возможность их комбинации в процессе полета летательного аппарата. Поставленная задача решается тем, что ракетно-турбинный двигатель (РТД) комбинированного типа, представляющий собой комбинацию элементов РТД с жидкостным ракетным двигателем (ЖРД), смонтированных в едином корпусе и образующих блочную конструкцию, согласно изобретению снабжен внешним кожухом, прикрепленным к корпусу РТД внутренними пилонами, внутри которых размещены элементы топливной аппаратуры, а во входном и выходном сечениях установлены кольцевые регулирующие створки, образующие совместно с подвижным кожухом и корпусом РТД двухрежимный ПВРД, причем передние регулирующие створки установлены на подвижном кожухе, задние - на внешнем кожухе, а сопловая часть представляет собой двойное концентрическое укороченное сопло внешнего расширения с центральным телом, внутри которого установлен ЖРД с кольцевой камерой сгорания и соплом внешнего расширения с центральным телом, внутри которого размещены элементы общего турбонасосного агрегата. На чертеже представлена кинематическая схема ракетно-турбинного двигателя комбинированного типа. Двигатель состоит из двух основных двигателей, объединенных в одной конструкции: ТРД 1 и ЖРД 2. Кроме того, в состав РТД входят внешний кожух 3, внутренние пилоны 4, задние кольцевые створки 5, подвижный кожух 6, передние кольцевые створки 7, двойное концентрическое сопло 8, общий турбонасосный агрегат (ТНА) 9, блоки топливной автоматики 10, редуктор 11 с разобщающей муфтой и с изменяемым передаточным числом, газогенератор 12, блок пусковых клапанов 13, выдвижной конус 14, осевой компрессор 15, турбина 16. РТД может функционировать в нескольких различных режимах. При этом газогенератор 12 и турбонасосный агрегат 9 функционируют на всех режимах. Управление подачей компонентов топлива осуществляют блоки топливной автоматики 10. Первый режим работы РТД комбинированного типа - режим турбореактивного двигателя. При этом ЖРД и ПВРД не функционируют. Исходное положение элементов РТД: подвижной кожух 6 сдвинут таким образом, что кольцевые створки 7 раскрыты полностью, что обеспечивает максимальный подвод воздуха к осевому компрессору 15 и полное перекрытие входного сечения ПВРД; осевой компрессор 15 соединен через редуктор 11 с турбиной 16. Створки 5 закрыты полностью. РТД в данном режиме работает следующим образом. Запуск осуществляется аналогично запуску самолетного турбореактивного двигателя. Раскрученная после запуска турбина 16 приводит в действие осевой компрессор 15 и насосы ТНА 9, из которых используется только насос для подачи негорючего в газогенератор 12. Расходом горючего управляют блоки топливной автоматики 10. Горючее через топливную аппаратуру поступает в газогенератор 12, где смешивается с воздухом, поступающим от осевого компрессора 15, и сгорает. Продукты сгорания вращают турбину, а затем истекают через внутренний контур двойного концентрического сопла внешнего расширения с центральным телом - ЖРД 2, создавая реактивную тягу. Второй режим работы РТД комбинированного типа - режим сверхзвукового ПВРД (СПВРД) совместно с турбореактивным двигателем (ТРД) При этом ЖРД не работает. Исходное положение элементов РТД: подвижный кожух 6 частично сдвинут вперед навстречу потоку; кольцевые створки 7 открывают входное сечение ПВРД и прикрывают входное сечение ТРД; кольцевые створки 5 прикрыты, образуя критическое сечение во внешнем контуре двойного концентрического сопла 8; остальные элементы РТД находятся в положении, как указано в первом режиме. Этот режим предпочтительно использовать после достижения ЛА скорости звука. Работа ТРД в данном режиме аналогична работе его в первом режиме с учетом того, что начинает функционировать сверхзвуковой ПВРД. При этом помимо генератора 12 ТРД горючее подается через топливную аппаратуру, установленную во внутренних пилонах 4, в камеру сгорания ПВРД, где, смешиваясь с атмосферным воздухом, сгорает. Создаваемое при этом рабочее тело истекает через критическое сечение, образованное корпусом ТРД и кольцевыми створками 5, а затем разгоняется по центральному телу внешнего контура двойного концентрического сопла 8 и выходит в атмосферу, создавая силу тяги помимо силы тяги ТРД. В этом режиме параметры входных потоков как РТД так и ПВРД регулируются кольцевыми створками 7 и выдвижным конусом 14. Параметры выходного потока ПВРД регулируются изменением площади критического сечения с помощью кольцевых створок 5. Третий режим работы РТД комбинированного типа - режим гиперзвукового ПВРД(ГПВРД). При этом ЖРД не функционирует. ТРД работает на минимальном режиме, необходимом только для функционирования ТНА 9. Исходное положение элементов ТРД: подвижный кожух перемещается вперед навстречу входному потоку, полностью открывая входное сечение ГПВРД и прикрывая входное сечение РТД до минимального значения площади поперечного сечения; передаточное число редуктора 11 имеет минимальное значение, створки 5 открыты полностью. Остальные элементы РТД находятся в положении, как указано в первом режиме. Работа РТД в данном режиме заключается в следующем. Подача горючего осуществляется аналогично подаче горючего во втором режиме. ТРД работает на минимальном режиме, который обеспечивает только необходимую частоту вращения турбины 16 ТНА 9 и практически тягу не создает. Сила тяги в данном режиме создается только ГПВРД. Работа ГПВРД имеет отличительные особенности относительно работы СПВРД. Сжатие входного потока дозвукового, как в СПВРД, не происходит. Смешение горючего осуществляется со сверхзвуковым потоком атмосферного воздуха. Соответственно продукты сгорания (рабочее тело) тоже имеют сверхзвуковую скорость. Следовательно, дальнейший разгон потока может осуществляться не сужением, а расширением площади поперечного сечения канала. Поэтому отпадает необходимость создания критического сечения. Следовательно, кольцевые створки 5 полностью открыты. Разгон потока осуществляется с помощью центрального тела внешнего контура двойного концентрического сопла 8. Рабочее тело из газогенератора 12, пройдя через лопатки турбины, протекает через внутренний контур сопла 8, что повышает эффективность работы внешнего его контура. Четвертый режим работы РТД комбинированного типа - режим ЖРД. Работает только ЖРД 2. Исходное положение элементов РТД: кольцевые створки 5 закрыты; подвижный кожух 6 перемещен навстречу входному потоку в крайнее положение; кольцевые створки 7 закрыты; вал осевого компрессора 15 разобщен с валом турбины 16 при помощи разобщающей муфты редуктора 11; блоки топливной автоматики обеспечивают подачу окислителя и горючего в камеру ЖРД 2 и в газогенератор 12. Работа РТД в данном режиме заключается в следующем. При поступлении окислителя и горючего в газогенератор 12 они воспламеняются. При этом образуется рабочее тело (продукты сгорания), которое вращает турбину 16. Турбина приводит в действие насосы окислителя и горючего ТНА 9. Из ТНА 9 компоненты топлива с помощью блоков топливной автоматики 10 подаются в камеру сгорания ЖРД 2 и в газогенератор 12 с целью создания рабочего тела для турбины 16. Продукты сгорания из кольцевой камеры ЖРД 2 истекают через критическое сечение и разгоняются соплом внешнего расширения с центральным телом. Таким образом создается сила тяги. Рабочее тело, вытекающее из газогенератора 12, пройдя через лопатки турбины, истекает через внутренний контур двойного концентрического сопла 8 наружу. Пятый режим работы РТД комбинированного типа - совместный режим ГПВРД и ЖРД. Исходное положение элементов РТД аналогично исходному положению в третьем режиме за исключением того, что окислитель и горючее подаются в камеру сгорания ЖРД 2. Работа РТД в этом режиме аналогична работе его в третьем и четвертом режимах, осуществляемых параллельно. Шестой режим работы РТД комбинированного типа - режим совместной ТРД и ЖРД. Исходное положение элементов РТД аналогично исходному положению для первого режима (режима ТРД) за исключением того, что окислитель и горючее подаются в камеру ЖРД 2. Работа РТД в этом режиме аналогична его работе в первом (режим ТРД) и в четвертом (режим ЖРД), осуществляемых параллельно. Седьмой режим работы РТД комбинированного типа - совместный режим ТРД, СПВРД и ЖРД. Исходное положение элементов РТД аналогично исходному положению для второго режима (совместный режим ТРД и СПВРД) за исключением того, что в камеру сгорания ЖРД подаются окислитель и горючее. Работа РТД в этом режиме аналогична его работе во втором (совместный режим ТРД и СПВРД) и в четвертом (режим ЖРД) режимах, осуществляемых параллельно. Разработанная конструктивная схема заявляемого РТД комбинированного типа дает возможность разработки в следующем столетии как нового пилотируемого транспортно-космического и аэрокосмического летательных аппаратов, так и новых видов вооружения. В настоящее время данным работам за рубежом уделяется большое внимание. Например, фирмы США и Японии к 1992 г. планируют завершить разработки двигателя ATREX, совмещающего в одной конструкции ТРД и двухрежимный ПВРД. Заявляемый в качестве изобретения РТД комбинированного типа позволяет значительно расширить диапазон плавного изменения скорости ЛА, начиная от дозвуковых ее значений и кончая гиперзвуковыми на различных высотах его полета. Это позволит решить такие задачи космического полета, как стыковка и причаливание космических аппаратов, их маневрирование на орбите и сход с нее, ориентация и стабилизация в космическом пространстве, а также посадка на безатмосферные планеты и др. Конструктивное выполнение всех типов двигателей в едином устройстве позволяет значительно улучшить массовые и геометрические характеристики ЛА по сравнению с автономным их использованием. Используемое сопло внешнего расширения обеспечивает расчетный режим работы двигателя на всех высотах полета ЛА, что повышает экономичность его работы. Кроме того, экспериментальные исследования показали, что такие сопла целесообразно применять при значительном их укорочении. Например, уменьшение длины контура сопла на 50% практически не приводит к потерям тяги, а сокращение его длины на 80-90% уменьшает величину тяги не более, чем на 1,5-2%. Однако выигрыш в габаритах и массе оказывается весьма существенным. Большие перспективы открываются при использовании разработанного типа двигателя для военных целей, например для перехвата баллистических ракет, для создания новых, практически неуязвимых ракетоносителей и др.Формула изобретения
Ракетно-турбинный двигатель комбинированного типа, представляющий собой комбинацию элементов ракетно-турбинного двигателя с жидкостным ракетным двигателем, смонтированных в едином корпусе и образующих блочную конструкцию, отличающийся тем, что он снабжен внешним кожухом, прикрепленным к корпусу ракетно-турбинного двигателя внутренними пилонами, внутри которых размещены элементы топливной аппаратуры, а во входном и выходном сечениях установлены кольцевые регулирующие створки, образующие совместно с подвижным кожухом и корпусом ракетно-турбинного двигателя двухрежимный прямоточный воздушно-реактивный двигатель, причем передние регулирующие створки установлены на подвижном кожухе, задние - на внешнем кожухе, а сопловая часть представляет собой двойное концентрическое укороченное сопло внешнего расширения с центральным телом, внутри которого установлен жидкостный ракетный двигатель с кольцевой камерой сгорания и соплом внешнего расширения с центральным телом, внутри которого размещены элементы общего турбонасосного агрегата.РИСУНКИ
Рисунок 1www.findpatent.ru
