РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ |
(19)
RU
(11)
2 435 978
(13)
C1 | |||||
| ||||||
| Статус: | не действует (последнее изменение статуса: 02.07.2021) |
| Пошлина: | Возможность восстановления: нет. |
|
(21)(22) Заявка: 2010117779/06, 04.05.2010 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 04.05.2010 (45) Опубликовано: 10.12.2011 Бюл. № 34 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: GB 2411208 А, 24.08.2005. US 6216446 B1, 17.04.2001. RU 2313683 C1, 27.12.2007. GB 1037287 A, 27.07.1962. RU 2080466 C1, 27.05.1997. FR 1245645 A, 27.07.1967. Адрес для переписки: |
(72) Автор(ы): (73) Патентообладатель(и): |
(54) ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
(57) Реферат:
Изобретение относится к технике, преимущественно военной, а именно к двигателям летательных аппаратов, и может быть использовано, вероятнее всего, в качестве двигателя небольших беспилотных летательных аппаратов, таких как зенитные, авиационные и тактические ракеты, беспилотные разведчики, летающие мишени, а также в качестве сбрасываемых дополнительных двигателей. Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель содержит, в частности, цилиндрическую камеру сгорания, резонаторную трубу, цилиндрические впускные патрубки, змеевик нагрева газа. Камера сгорания выполнена со сдвигом в средней части, а змеевик нагрева газа расположен в задней ее части, примыкающей к резонаторной трубе. Изобретение направлено на повышение термодинамического КПД путем увеличения амплитуды пульсаций давления. 1 ил.
Изобретение относится к технике, преимущественно военной, а именно к двигателям летательных аппаратов, и может быть использовано, вероятнее всего, в качестве двигателя небольших беспилотных летательных аппаратов, таких как, беспилотные разведчики, летающие мишени и т.п., а также в качестве сбрасываемых дополнительных двигателей.
Известен пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (далее ПуВРД) немецкой крылатой ракеты времен Второй мировой войны Фау-1 (см. Г.Б.Синярев, М.В.Добровольский. Жидкостные ракетные двигатели. - Оборонгиз, 1957, с.19, 20). Он представляет собой открытый с обоих торцов канал круглого поперечного сечения, включающий последовательно расположенные входной диффузор, клапанную решетку, камеру сгорания и выходное устройство, состоящее из конфузора и выхлопной трубы, а также систему топливоподачи и систему зажигания с электрозапалом, установленным в камере сгорания. В общем случае входное и выходное устройства двигателя могут иметь форму, отличную от прототипа, поэтому в дальнейшем будем называть их принятыми терминами воздухозаборник и сопло.
Клапанная решетка представляет собой конструкцию из несущих элементов - поперечных стержней, подвижных элементов - плоских упругих пластин постоянной толщины, прикрепленных к боковым граням стержней попарно параллельно друг другу на расстоянии, равном толщине стержня, и опорных проставок, размещенных посредине между парами пластин параллельно им. В каждой паре между пластинами имеется глухой зазор, обращенный назад. Пластины и проставки образуют продольные каналы для прохода воздуха.
Набегающий на двигатель поток проходит через воздухозаборник и клапанную решетку в камеру сгорания. Туда же подается легкоиспаряющееся топливо, после чего топливовоздушная смесь воспламеняется искрой электрозапала. Быстро расширяющиеся во все стороны продукты сгорания, попадая в глухой зазор между пластинами, тормозятся, в результате чего давление там возрастает. Это вызывает изгиб пластин в стороны до контакта с опорными проставками или боковыми стенками. Воздушные каналы клапанной решетки оказываются перекрытыми. Продукты сгорания истекают через сопло в атмосферу, а их давление на закрытую клапанную решетку создает импульс тяги двигателя.
После падения давления пластины клапанной решетки под действием своей упругости, а также разрежения, создаваемого в камере инерцией истекающих газов, возвращаются в исходное положение. В камеру поступает очередная порция воздуха и цикл повторяется.
Клапанная решетка служит основным, но не единственным элементом узла, создающего тягу пульсирующего двигателя и включающего также боковые стенки, детали крепления и др. Кроме того, функцию создания тяги в таком двигателе могут выполнять и другие устройства. Поэтому в дальнейшем будем пользоваться общим термином "тяговый узел" (как часть двигателя) и конкретным - клапанная решетка тягового узла.
Достоинствами ПуВРД с механическими клапанными решетками являются простота и дешевизна, небольшой вес, надежность. Их недостаток - плохие тяговые характеристики, а именно низкая удельная и лобовая тяга, высокий удельный расход топлива, импульсный характер тяги, но главное - низкий ресурс клапанов.
Также известны конструкции ПуВРД, использующие аэродинамические клапаны, "Нестационарное распространение пламени", под ред. Дж. Г. Маркштейна, М., МИР, 1968, с.401-407. Кроме того, ПуВРД, в которых осуществлена замена механических клапанов на аэродинамические, описаны в патентах США №2796735, 1957; №2796734, 1957; №2746529, 1956; №2822037, 1958; 2812635, 1957, 3093962, 1963.
К недостаткам таких ПуВРД следует отнести низкую амплитуду пульсаций давления и, соответственно, низкий термодинамический КПД (коэффициент полезного действия).
Повысить удельную и лобовую тягу и снизить удельный расход топлива можно путем увеличения амплитуды пульсаций давления, которое достигается путем увеличения скорости сгорания топливо-воздушной смеси в камере сгорания ПуВРД. Увеличение же амплитуды пульсаций приводит к росту термодинамического КПД и соответственно, к снижению удельного расхода топлива.
Техническим результатом изобретения является повышение термодинамического КПД путем увеличения амплитуды пульсаций давления.
Поставленная техническая задача решается за счет интенсификации процесса массопереноса в камере сгорания, приводящего к росту скорости квазидетонационного горения и соответствующих изменений конструкции ПуВРД и его тягового узла. При этом под "квазидетонационном" горением подразумевается горение с повышенными скоростями продвижения фронта пламени, составляющем в случае ПуВРД 50…100 м/с. Организация такого режима горения происходит за счет интенсивного массопереноса в камере сгорания. Скорость фронта пламени пропорциональна скорости массопереноса.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном ПуВРД, содержащем, в частности, цилиндрическую камеру сгорания, резонаторную трубу, цилиндрические впускные трубы, сопло подачи газа, змеевик нагрева газа и запальную свечу, камера сгорания выполнены со сдвигом в средней части, при этом змеевик нагрева газа расположен в ее средней части, примыкающей к резонаторной трубе.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Другие особенности и преимущества заявляемого изобретения станут понятны из следующего детального описания, приведенного исключительно в форме не ограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемый чертеж, с выделенным сечением А-А, иллюстрирующий предпочтительный вариант реализации, на котором показана схема предлагаемого ПуВРД.
Позициями на чертеже показаны:
1 - сопло подачи газа,
2 - первая впускная труба,
3 - вторая впускная труба,
4 - третья впускная труба,
5 - камера сгорания,
6 - змеевик нагрева газа,
7 - задняя торцевая стенка,
8 - резонаторная труба,
9 - дроссель,
10 - топливный бак (с жидким пропаном),
11 - магистраль подвода газа,
12 - запальная свеча.
Позициями на чертеже показано: d - диаметр третьей впускной трубы 4 (м), е - величина сдвига камеры сгорания 5 (м), λ - длина волны, м.
ПуВРД, представленный на чертеже, содержит сопло 1 подачи газа, закрепленное соосно напротив первой впускной трубы 2, которая, в свою очередь, жестко закреплена соосно второй впускной трубе 3 и третьей впускной трубе 4. Камера сгорания 5 выполнена со сдвигом в средней части, таким образом, что третья впускная труба 4 оказывается напротив вновь образованной задней торцовой стенки 7. При этом змеевик 6 нагрева газа выполнен в задней части камеры сгорания 5, примыкающей к резонаторной трубе 8. Змеевик 6 нагрева газа через дроссель соединяется с топливным баком 10, заполненным жидким пропаном и магистралью 11 подвода газа.
При подаче искры через запальную свечу 12 и частичном открытии дросселя 9 происходит воспламенение пропана внутри камеры сгорания 5. После прогрева змеевика 6 нагрева газа дроссель 9 открывается и пар пропана, нагретый до 500…600°С, поступает в сопло 1 подачи газа и далее, эжектируя воздушный поток, через первую 2, вторую 3 и третью 4 впускные трубы поступает в камеру сгорания 5. В том случае, если акустическая система ПуВРД настроена как 3/4 - волновой резонатор, а именно, как это показано на чертеже - половина длины волны λ/2 укладывается в длину второй впускной трубы 3, a 1/4λ укладывается в расстояние от торца второй впускной трубы 3 до торцевой стенки 7 камеры сгорания 5, наступает волновой резонанс и ПуВРД начинает работать в пульсирующем режиме на частоте 200…400 Гц. При этом за счет сдвига камеры сгорания 5 в средней части на величину е=0.5…1d продукты неполного сгорания и топливо-воздушная смесь, проходя мимо трубных витков змеевика 6 нагрева газа, турбулизируются и догорают. То есть предлагаемое расположение трубных витков змеевика 6 нагрева газа приводит к тому, что он начинает работать как известная «Спираль Щепкина», приводящая к ускорению перехода к детонации.
Разумеется, изобретение не ограничивается описанным примером его осуществления, показанным на прилагаемом чертеже. Остаются возможными изменения различных элементов либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.
Формула изобретения
Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД), содержащий, в частности, цилиндрическую камеру сгорания, резонаторную трубу, цилиндрические впускные патрубки, змеевик нагрева газа, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена со сдвигом в средней части, а змеевик нагрева газа расположен в задней ее части, примыкающей к резонаторной трубе.
ИЗВЕЩЕНИЯ
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 05.05.2012
Дата публикации: 27.02.2013