Полезная модель относится к устройствам приготовления топливной смеси в любых тепловых установках, содержащих топливные форсунки, например, в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), в котельных установках....
Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение
Изобретение относится к области авиации и предназначено для летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой, эксплуатация которых осуществляется на аэродромах и посадочных площадках с размером летного поля от 50 до 300 м.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известны магистральные самолеты, у которых принцип создания подъемной силы - только аэродинамический. Отсюда и недостатки: необходимость иметь значительную скорость для компенсации силы веса, большой пробег при взлете и посадке, ограниченная грузоподъемность.
У самолетов короткого взлета посадки с турбореактивными двигателями принцип создания подъемной силы осуществляется комбинированным способом с помощью применения сложных типов механизации крыла как эжекторные и обдуваемые закрылки, а также аэродинамический.
Отсюда и недостатки в том, что единая силовая установка самолета короткого взлета и посадки имеет в 2-2,5 раза больший вес, чем комбинированная система, состоящая из маршевых и легких подъемных двигателей /см. И.Н.Колпакчиев. Транспортная авиация: взгляд в будущее, Транспорт, Знание, М., 7 /80, с.23/. Это делает перспективным применение подъемных двигателей и турбовентиляторов для транспортных коротко- и вертикально взлетающих самолетов.
Известны самолеты вертикального взлета и посадки с комбинированной силовой установкой, состоящей из маршевых и подъемных турбореактивных двигателей: самолеты вертикального взлета с поворотными воздушными винтами; вертолеты с большим диаметром несущих винтов.
Недостатками вертолетов являются малая масса полезного груза и незначительная дальность полета.
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
Известные самолеты вертикального взлета и посадки с комбинированной установкой, состоящей из маршевых и подъемных турбореактивных двигателей, являются ближайшими аналогами-прототипами, так как они содержат признаки, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, в частности: самолет с вертикальным взлетом и посадкой выполнен с комбинированной установкой, включающей маршевые ТРДДФ и подъемные движители.
Недостатком известных самолетов вертикального взлета и посадки является применение подъемных турбореактивных или турбовентиляторных двигателей, имеющих большой удельный вес, низкую грузоподъемность и малую массу полезного груза, большой удельный расход топлива и низкую мощность. В связи с этим, в предлагаемой конструкции самолета вертикального взлета и посадки с комбинированной силовой установкой, каждый двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель, размещенный под несущей плоскостью, содержит корпус, выполненный с диффузором и реактивным соплом, установленными в нем осевым и центробежными компрессорами, соединенными с цилиндрами, подключенными к камерам сгорания, цилиндры с размещенными в них пробковыми кранами соединены с патрубками и воздуховодом для подачи сжатого воздуха в приемные камеры блока реактивных подъемно-тяговых движителей, камеры сгорания двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя выполнены с комбинированными форсунками, предназначенными для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, с расположенными параллельно к ним форсунками для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, с расширяющимися соплами, соединенными с цилиндрами, подсоединенными к направляющему аппарату газовой турбины, имеющей бандаж с размещенными на нем лопатками высоконапорного вентилятора и вал, соединенный с осевым и центробежным компрессорами, с форсажными двигателями, расположенными во втором контуре, выполненными диффузорами, соединенными с камерами сгорания и реактивными соплами, с размещенными в корсажных двигателях комбинированными форсунками для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, с расположенными параллельно к ним форсунками для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, с размещенными в реактивных соплах форсунками-резонаторами, предназначенными для глушения шума путем впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, при этом упомянутые блоки реактивных подъемно-тяговых движителей с форсажными двигателями размещены под несущими плоскостями, каждый реактивный подъемно-тяговый движитель выполнен с приемной камерой для сжатого воздуха, соединенной с воздуховодом, с размещенным в ней клапаном, выполненным в виде поворотной заслонки, имеющей приводной механизм, сообщающейся с демпфирирующим устройством, включающим отражатель, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн, с переходным цилиндрическим участком, с камерой сгорания, расширяющимся соплом и с комбинированной форсункой для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, с расположенной параллельно к ней форсункой для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, с рабочим каналом, выполненным в виде прямоугольной трубы, с шарнирным соплом для изменения вектора тяги, каждый форсажный двигатель включает диффузор с размещенным в нем отражателем, выполненным в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн, и камеру сгорания с реактивным соплом и с комбинированной форсункой для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, с расположенной параллельно к ней форсункой для воспламенения смеси углеводородного топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, при этом комбинированные форсунки содержат наружный корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала параллельно размещению топливной форсунки, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло или днище с отверстиями для выхода газовых струй, форсунки для воспламенения смеси содержат наружный корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенные с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщавшиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло или днище с отверстиями.
Поставленная цель достигается в изобретении за счет того, что блоки реактивных подъемно-тяговых движителей размещены в несущих плоскостях перпендикулярно фюзеляжу и соединены с цилиндрами для подачи сжатого воздуха двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей, расположенных над плоскостями.
Кроме того, поставленная цель достигается еще и за счет того, что блоки реактивных подъемно-тяговых движителей расположены по разные стороны фюзеляжа и соединены с центробежным компрессором, подсоединенным к двигателю внутреннего сгорания, размещенному в фюзеляже. Изложенная выше совокупность существенных признаков при внедрении обеспечивает реализацию поставленной цели, при атом каждой из данной совокупности приведенных признаков необходим, а все вместе достаточны для получения положительного эффекта - значительному снижения расхода топлива и, следовательно, повышению экономичности, существенному увеличению грузоподъемности и полезной нагрузки, уменьшению удельного веса комбинированной силовой установки и снижению стоимости самолетов с вертикальным взлетом и посадкой, а также стоимости их эксплуатации.
Исходя из приведенных доводов совершенно правомерен вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения "изобретательский уровень".
Приведенная совокупность существенных признаков может быть реализована многократно на практике с получением одной и той же цели.
Неоднократная возможность реализации при изготовлении заявляемого технического решения с изложенной выше совокупностью существенных признаков отвечает также в полной мере другому главному критерию изобретения «промышленная применимость».
поперечный разрез по 2-2 с показом фюзеляжа, двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя и блока реактивных подъемно-тяговых движителей с воздуховодом,
поперечный разрез по 1-1, по части самолета с вертикальным взлетом и посадкой,
Самолет с вертикальным взлетом и посадкой /см. фиг.1, 2/ содержит двухконтурные форсированные турбореактивные двигатели, размешенные под несущими плоскостями /крыльями/ 2, скрепленные с фюзеляжем 3 и блоки реактивных подъемно-тяговых движителей 4 с рабочими каналами 5, имеющих камеры сгорания 6, подключенные через систему вспомогательных устройств к воздуховоду 7, соединенному с цилиндрами 8 для подачи сжатого воздуха к камерам сгорания 9 /см. фиг.3/ двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя /ТРДДФ/ 1 и в приемные камеры блока реактивных подъемно-тяговых движителей 4(реактивные подъемно-тяговые движители 4 /РПТД/).
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
продольный разрез по двухконтурному форсированному турбореактивному двигателю,
При этом ТРДДФ на взлете самолета работает в режиме турбокомпрессора с подачей сжатого воздуха в реактивные подъемно-тяговые движители 4, с постепенным уменьшением объема сжатого воздуха в РПТД, вплоть до полного отключения их и переходом на режим ТРДДФ.
Двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель /фиг.3/ состоит из корпуса диффузора 11, реактивного сопла 12. В корпусе размещены осевой компрессор 13 и центробежный компрессор 14, соединенный с цилиндрами 8 /условно 8 штук цилиндров/, подсоединенные к камерам сгорания 9, имеющими комбинированные форсунки 15 для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, а также форсунки 16 для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости. Камеры сгорания 9 с помощью расширяющихся сопел 17 соединены с цилиндрами 18, подсоединенными к направляющему аппарату 10 газовой турбины 20, имеющей вал 21, соединенный с осевым 13 и центробежным компрессорами 14. За турбиной установлен конус 22 и реактивное сопло 12. При этом на лопатках 23 турбины имеется бандаж 24, на котором укреплены лопатки 25 высоконапорного вентилятора, нагнетающего воздух во второй контур двигателя. В этом контуре или каналах размещены форсажные двигатели 26, содержащие диффузор 27, камеры сгорания 28, соединенные с реактивными соплами 29, в которых установлены форсунки-резонаторы 30.
Камеры сгорания 28 имеют комбинированные форсунки 31 для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, а также форсунки 32 для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости. Форсунки-резонаторы для глушения шума путем впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости. Каналы 33 служат для охлаждения воздухом камер сгорания и сопел 29 с истечением его в атмосферу через сопла 34. На фиг.4 показан поперечный разрез по 3-3, на котором цилиндры 8 с помощью патрубков 35 и пробковых кранов 36 соединены с воздуховодом 7, служащим для подачи сжатого воздуха в приемные камеры блока реактивных подъемно-тяговых движителей 4. На фиг.7 показан один реактивный подъемно-тяговый движитель с рабочим каналом 37, которых в блоке может быть два, четыре, шесть, восемь, двенадцать и более, при этом каждый движитель разделен друг от друга воздушным промежутком 38 /см. фиг.8/, но жестко скреплены между собой с помощью верхней и нижней стенок, а также ребер /не показанных на чертеже/, образуя прочный блок.
поперечный разрез по 4-4 по рабочим каналам
продольный разрез по реактивному подъемно-тяговому движителю
поперечный разрез по 3-3
узел «Н» с показом пробкового крана,
Реактивный подъемно-тяговый движитель содержит рабочий канал 37, с одной стороны соединенные с расширяющимся соплом 38, камерой сгорания 6, переходным цилиндрическим участком 39, демпфирующим устройством 40, включающим отражатель 41, приемную камеру для сжатого воздуха 42, включающей клапан 43, которая сообщается с воздуховодом 7. С другой стороны рабочий канал 37, выполненный в виде прямоугольной трубы, содержит форсажный двигатель 44, имеющий камеру сгорания 45, реактивное сопло 46, диффузор 47, содержащий отражатель 48, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн. Камера сгорания 45 снабжена комбинированной форсункой 49 для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, а также форсункой 60 для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости. Рабочий канал 37, выполненный в виде прямоугольной трубы, имеет шарнирное сопло 51 для изменения вектора тяги. Клапан 43 выполнен в виде поворотной заслонки с вертикальным валом, соединенным с приводным механизмом 52, который может быть электрическим, пневматическим или механическим - известными в технике.
узел в виде поперечного разреза второго варианта реактивного подъемно-тягового движителя
На фиг.10 показан ВТОРОЙ вариант в виде узла блока реактивных подъемно-тяговых движителей, содержащих камеру сгорания 53, соединенную с помощью патрубков 54 с расширяющимися соплами 55 рабочих каналов 56, так же как и в первом варианте содержащими форсажные двигатели 44 и шарнирные сопла 51 /не показанными на чертеже/. Камера сгорания 53 имеет комбинированную форсунку 57 и форсунку 58 для воспламенения смеси топлива и воздуха, подобные форсункам 49, 50 и форсункам 59, 60. Комбинированная форсунка 59, установленная на камере сгорания 6, предназначена для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости. Форсунка 60 служит для воспламенения смеси топлива и воздуха в камере сгорания 6 за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости. При этом комбинированная форсунка 57 для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, показанная на фиг.11, выполняется с днищем 61, имеющим отверстия 62 для выхода газовых струй смеси топлива и электропроводной жидкости, и также форсунка 58, показанная на фиг.12, и форсунки 15 и 16 /см. фиг.3/. Однако комбинированная форсунка 59 и форсунка 60, расположенные на камере сгорания 6, а также форсунки 49 и 50, расположенные на камере сгорания 44 45 форсажного двигателя, выполняются по фиг.11 и 12 без устройства днищ 61. Такие конструктивные отличия форсунок обусловлены рабочим процессом сгорания топлива с воздухом в камерах сгорания 6 и 45 /фиг.7/, в которых осуществляется детонационное сгорание, в отличие от обычного в камерах сгорания 9 /фиг.3/ и 53 /фиг.10/. Вместе с тем, в ряде случаев, форсунки 59, 60 и 49, 50 могут также выполняться с днищами 61 с отверстиями 62 при обычном сгорании смеси топлива и воздуха в камерах сгорания 6 и 45.
продольный разрез по форсунке для воспламенения смеси топлива и воздуха
продольный разрез по комбинированной форсунке
продольный разрез по взрывной камере комбинированной форсунки с показом днища и отверстий в нем - второй вариант
Сжатый воздух /см. фиг.10/ поступает в камеру сгорания 53 из воздуховода 7 через клапан 63 за счет включения и выключения соленоида 64, управляемого электронной системой подъемно-тяговой установки. Клапан 63 тарельчатый, известный в технике. Соединительный канал 65. Комбинированная форсунка по фиг.11 включает: наружный корпус 66 с патрубками 67 и 68 для подачи в цилиндрические каналы 69 и 70 электропроводной жидкости, топливную форсунку 71, взрывную камеру 72, фланцы 73 для крепления ее на стенках камер сгорания, при этом цилиндрические каналы 69, 70, так же как и топливная форсунка 71, размещены параллельно друг другу. Цилиндрические каналы с одной стороны содержат электроды 74 и 75, а с другой выполнены сопла 76 и 77, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло 78 при осуществлении детонационного сгорания топлива в смеси с воздухом в камерах сгорания, и днище 61 с отверстиями 62 для выхода газовых струй при обычном сгорании. Цилиндрические каналы 69, 70 расположены внутри корпуса в слое электроизоляционного материала 62, в котором установлена и топливная форсунка 71. Электроды 74 и 75 подключены к генератору импульсов, содержащему выпрямитель 79, резистор 30 и конденсатор 81 /или батарею конденсаторов/.
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
вид по 9-9
Второй вариант. Комбинированная форсунка может выполнять и функции форсунки для воспламенения смеси топлива и воздуха путем устройства внутри корпуса в слое электроизоляционного материала 82 дополнительных цилиндрических каналов, выполненных перпендикулярно первым каналам 69, 70 с установленными в них электродами 83 и 84 /см. фиг.14/. Дополнительные каналы не показаны на чертеже. При этом электроды 83 и 84 дополнительных цилиндрических каналов подключены ко второму генератору импульсов /ГИ/, содержащему выпрямитель 85, резистор 86 и конденсатор 87. Патрубки 88 и 89 служат для входа в дополнительные каналы электропроводной жидкости, которая в виде струй под давлением от насосов /не показанных на чертеже/ вытекает через сопла, направленные под углом друг к другу /не показанные на чертеже/ в взрывную камеру 72, которые /сопла/ выполнены точно так же, как и сопла 76 и 77.
продольный разрез по взрывной камере форсунки для воспламенения смеси с показом днища и отверстий в нем - второй вариант
На фиг.12 показана форсунка для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, которая включает: наружный корпус 90 с патрубками 91 и 92 для подачи электропроводной жидкости в цилиндрические каналы 93 и 94, размещенные в слое электроизоляционного материала 95, взрывную камеру 96 с соплом 97 или взрывная камера выполнена с днищем 98, имеющим отверстия 99 для выхода газовых струй /фиг.15/. Цилиндрические каналы 93 и 94 с одной стороны содержат электроды 100 и 101, а с другой - свила 102 и 103, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой 96 форсунки. Форсунка имеет фланец 104 для крепления ее на стенке камеры сгорания. Электроды 100 и 101 подключены к генератору импульсов /ГИ/, содержащему выпрямитель 105, резистор 106 и конденсатор 107 /или батарею конденсаторов/. Цилиндрических каналов с электродами и соплами к форсунке может быть два, четыре, шесть и более, в зависимости от требуемой мощности воспламенения смеси или при использовании форсунок в других целях, в частности в форсунках-резонаторах 30 /фиг.3/. Форсунки-резонаторы 30, установленные в реактивных соплах 29 двигателя, предназначены для глушения шума и выполняются точно так же, как и форсунки для воспламенения смеси по фиг.12 с соплами 97. С помощью этих форсунок-резонаторов осуществляется генерация упругих акустических колебаний в движущемся потоке продуктов сгорания в реактивных соплах, в противофазе с шумом этого потока. Это выполняется за счет регулирования энергии электрических взрывов струй 108 и 109 при контакте их в зоне 110, а также за счет устройства форсунок-резонаторов с большим количеством пар цилиндрических каналов 93, 94 и пар струй 108, 109. Отключение или наоборот включение меньшего или большего количества пар струй, на которые подается разрядный ток от конденсаторов 107, обеспечивает ту или иную интенсивность генерируемого звука в противофазе с шумом движущегося потока продуктов сгорания в реактивных соплах 29 ТРДДФ.
поперечный разрез по 5-5 с показом несущей плоскости и реактивного подъемно-тягового движителя
Работает комбинированная форсунка по фиг.1 следующим образом. От насосов /не показанных на чертеже/ вод давлением через патрубки 67 и 68 подается электропроводная жидкость, в качестве которой служат концентрированные водные растворы сильных электролитов на основе солей, оснований и кислот с заданной концентрацией электролита, а также СУСПЕНЗИИ порошков алюминия, меди, железа и др., графита, размерам 5-10 мкм и более в концентрированном водном растворе сильного электролита и, в некоторых случаях ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ /см. Б.А.Артамонов. "Размерная электрическая обработка металлов", М., Высшая школа, 1978 г., с.213-252 /1/, Г.А.Либенсон. "Основы порошковой металлургии", М., Металлургия, 1987 г., с.164-165 /2/, В.Б.Козлов. "Жидкие металлы в технической физике", М., Знание, Физика, 4/1974, с.10-18 /3/. Применение той или иной электропроводной жидкости на основе водных растворов электролитов устанавливается экспериментальным путем при определении их электропроводности и стоимости.
Через патрубки 67, 68 электропроводная жидкость поступает в цилиндрические каналы 69 и 70 и вытекает через сопла 76 и 77 во взрывную камеру 72 в виде струй 111 и 112, которые сходятся в зоне контакта 113, что приводит к замыканию разрядного контура генератора импульсов 79-81 и разряде конденсатора 81 на тонкие струи 111-112, выполняемые диаметром от 0,087 до 0,2-2 мм. При разряде конденсатора/ов/ резкое нарастание тока вызывает быстроменяющееся магнитное поле. Это поле создает поверхностный эффект, благодаря которому ток сосредоточен в узком внешнем слое струй. В этих слоях выделяется теплота, которая передается во внутренние области струй и внешнюю среду. Струи нагреваются, испаряются, и начинается тепловой взрыв струй. Электропроводность насыщенного пара велика, что приводит к образованию плазмы на месте струй, т.е. к электрическому взрыву струй электропроводной жидкости. Таков процесс электрического взрыва струй, материалом которых служат жидкие металлы, например олово, свинец, висмут и др., а также многих сплавов металлов /см. Б.А.Артамонов. "Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов", Высшая школа, том 2, М., 1983 г., с.100-103 и 9 -103 /4/. Физика процесса электрического взрыва струй электропроводных жидкостей на основе концентрированных водных растворов сильных электролитов соответствует процессу, происходящему при электрическом разряде через растворы электролитов /см.1, с.329-331/. При работе с питанием от выпрямителя переменного тока напряжение в начало импульса растет довольно медленно. При медленно нарастающем напряжении основную роль играют газовые пузырьки, выделяющиеся в соплах 76, 77, за счет нагрева раствора джоулевой теплотой и резкого уменьшения давления в них за счет большей скорости раствора в соплах при формировании в них струй 111-112. Благодаря внешнему газонаполнению электропроводность раствора в сопле-катоде 76 уменьшается, что приводит к нагреву слоя раствора, возникновению пробоя газовых пузырьков, завершающихся образованием плазмы. Горячая плазма и более холодный раствор отделяются друг от друга слоем электропроводного пара, содержащего ионы электролита. Слой пара, прогреваемые со стороны плазмы и собственной джоулевой теплотой, постепенно продвигается вглубь струи 111, проходит зону контакта струй 113, переходит в струю 112, пока не достигнет противоположного электрода-сопла 77. После этого струи перекрываются плазменным каналом разряда с осуществлением электрического взрыва струй 111-112. Температура электрического взрыва зависит от энергии, запасенной в конденсаторе/ах/ 81,и может превышать /1-5/×10 4 К /см.4, с.72/. Вместе с тем при температуре электрических взрывов струй превышающей 2500°C,вода раствора струй разлагается на водород и кислород по схеме 2H2O----2Н2 +O2 /см. Н.Л.Глинка. "Общая химия", из-во ХИМИЯ, Л., 1980 г., с.211 и Г.Мучник. "Новые методы преобразования энергии", Техника, Знание, М., 984 /4, с.47 /5 и 6/. Это очень важное преимущество электрических взрывов струй дает возможность относительно простым путем получать водород и кислород из воды вместе с осколками электролита, т.е. получать ГОРЮЧЕЕ ВЕЩЕСТВО-ГРЕМУЧИЙ ГАЗ /см. 5, с.345-340/. При этом образующийся при электрических взрывах гремучий газ имеет не только высокую температуру, превышающую 2500°С, но и высокое давление, превышающее десятки атмосфер за счет высокой температуры. Вследствие того, гремучий газ при выходе из сопла 78 расширяется с совершением ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ А1 и мощности H1 и сгорает при понижении температуры до 700°C /см. 5, с.346/, с получением второй полезной работы А2 и мощности Н2. Суммарная работа и мощность полученного гремучего газа равны Σ A=A1+А2 и Σ Н=H1+Н2. Иными словами энергия, затраченная на электрические взрывы струй в комбинированной форсунке по фиг.11 и форсунке по фиг.12, не теряется, а полезно используется в части повышения энергии продуктов сгорания в камерах сгорания 6 и 9 /фиг.7, 3/. Кпд подъемно-тяговой установки 4 превышает 50% за счет прямого преобразования химической энергии сгоревшего углеводородного топлива, впрыскиваемого в взрывные камеры комбинированных форсунок по фиг.11 в виде струй 114 и суммарной энергии Σ A=A1+А2 ГРЕМУЧЕГО ГАЗА, в кинетическую энергию летательного аппарата-самолета с вертикальным взлетом и посадкой.
Впрыскивание жидкого топлива в виде струй 114 во взрывную камеру комбинированной форсунки осуществляется одновременно с впрыскиванием струй 111-112 электропроводной жидкости. При этом за счет высокой температуры электрического взрыва струй, превышающей 2500°С, впрыснутые в взрывную камеру 72 струи 114 топлива практически мгновенно нагреваются, испаряются и термически разлагаются на отдельные атомы, образуя химически активную газообразную смесь с продуктами разложения злектропроводной жидкости струй 111-112, которая под высоким давлением выходит из сопла 78 в камеру сгорания 6 реактивной подъемно-тяговой установки 4 и в камеру сгорания 9 двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя 1 и сгорает в смеси с сжатым воздухом за счет включения форсунок 60 и 16, служащими для ее воспламенения. При этом комбинированная форсунка 15 имеет днище 61. Следующий рабочий цикл комбинированной форсунки происходит путем нагнетания насосами /не показанными на чертеже/ электропроводной жидкости через патрубки 67, 68 и топлива через форсунку 71. Для этих целей насосы выполняются периодического действия - плунжерные и др., известные в технике.
Форсунка для воспламенения смеси на фиг.12. При ее включении в работу от насосов /не показанных на чертеже/ электропроводная жидкость под давлением нагнетается через патрубки 91 и 92 в цилиндрические каналы 93, 94 и вытекает через сопла 102-103 в виде струй 108, 109 во взрывную камеру 96. При контакте струй в зоне 110 замыкается цепь разрядного контура генератора импульсов и конденсатор или батарея конденсаторов разряжается на струи 103-109, выполненные толщиной от 0,087 до 0,2-2 мм. Здесь и в комбинированной форсунке струя электропроводной жидкости, направленные друг к другу, выполняют еще и функции РАЗРЯДНИКА, замыкая конденсатор 107 на струи 108-109, что приводит к электрическому взрыву струй при температуре, превышающей 2500°С. Образующиеся газообразные продукты струй электротермического разложения электропроводной жидкости с высокой температурой выходят из сопла 97 и воспламеняют смесь топлива с воздухом в камерах сгорания 6 или они выходят через отверстия 99, выполненные в днище 98 взрывной камеры 96, при установке форсунок на камерах сгорания 9.
Двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель /ТРДДФ/ работает следующим образом.
С помощью пускового двигателя /не показанного на чертеже/ приводится во вращение вал 21 и вместе с ним осевой и центробежный 13 и 14 компрессоры, а также газовая турбина 20. Сжатый воздух от компрессора 14 поступает в цилиндры 8 и камеры сгорания 9, расширяющиеся сопла 17 и цилиндры 18, направляющий аппарат 19 газовой турбины 20. Электронной системой управления ТРДДФ /не показанной на чертеже/ включаются комбинированные форсунки 15, и в камеры сгорания 9 впрыскивается смесь продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости при температуре, превышающей 2500°C, которая быстро и качественно смешивается с сжатым воздухом, образуя однородную химически активную горючую смесь. Следом включаются форсунки 16, служащие для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости при температуре, превышающей 2500°C, которые выходят через отверстия 99 днища 98 взрывной камеры 96. Иными словами комбинированные форсунки и форсунки для воспламенения выполняются с днищами 61 и 93, имеющие отверстия 62, 99 для выхода газовых струй. Охлаждение взрывных камер 72 и 96 форсунок осуществляется охлаждающей жидкостью, циркулирующей в каналах рубашек охлаждения камер сгорания 9 /не показанных на чертеже/. За счет высокой температуры газовых струй, выходящих из отверстий 99 форсунок 16, обеспечивается воспламенение в камерах сгорания 9 обедненных горючих смесей, при этом в качестве топлив могут использоваться любые продукты переработки нефти, бурых углей, горючих сланцев, в т.ч. и угольная пыль, так как при температуре, превышающей 2500°C, электрических взрывов струй 111-112 электропроводной жидкости все известные в науке углеводороды термически разлагаются или диссоциируют на отдельные атомы и молекулы За счет использования в ТРДДФ обедненных горючих смесей обеспечивается снижение расхода топлива на 10-12% и более /процесс сжигания топлива в камерах сгорания 9 подобен форкамерному процессу, используемому ныне в двигателях внутреннего сгорания за счет ракельного воспламенения, см. Е.Б.Пасхин. "Современные тенденции в конструкции легковых автомобилей". Транспорт, Знание, М., 1985 /4, с.16 /7/. Сжигание в ТРДФ большинства продуктов разложения нефти и др. углеводородов позволяет снизить затраты на топливо /включая смеси топлив/ и, тем самым, вместе с высоким эффективным кпд значительно уменьшить эксплуатационные расходы. При этом достигается высокая полнота сгорания горючей смеси и экологически чистый выхлоп.
Образовавшиеся продукты сгорания из камер сгорания 9 выходят в расширяющиеся сопла 17 и цилиндры 18, и подобно поршням сжимают и разгоняют впереди себя столбы воздуха в цилиндрах 18. Сжатый воздух до давления "p" и разогнанный в цилиндрах 18 до скорости V м/с, нагретый за счет сжатия до температуры Т=200-250°C, поступает в направляющий аппарат 19 и на лопатки газовой турбины 20, а следом за ним отработанные продукты сгорания, прошедшие в цилиндрах 18 продолжительное расширение, с уменьшением их температуры до 850-900°C, что зависит от степени расширения "б" сгоревших газов. Благодаря этому, т.е. работе в этом двигателе волновых компрессоров 17, 18 газовая турбина 20 работает при температуре газов, которую выдерживают современные жаропрочные сплавы, без применения "вторичного" воздуха, что позволяет увеличить мощность ТРДДФ в 2-3 раза, по сравнении с известными двигателями, а также значительно повысить эффективный кпд его за счет использования всего температурного перепада, от температуры продуктов сгорания в камерах сгорания 9-T 1=более 2000°С до температуры отработанных газов на лопатках турбины 20, т.е. до Т2=850-900°С /см. редактор Эммонс, перевод с англ., "Основы газовой динамики", раздел "Волновые машины" /8/, О.К.Югов. "Согласование характеристик самолета и двигателя", М., Машиностроение, 1980 г., с.47-50 /9/, К.А.Гильзин. "Воздушно-реактивные двигатели", М., 1956 г., Оборонгиз /10/.
Как известно, коэффициент избытка воздуха α в современных ТРДДФ высок и равен 2-3 /см. И.И.Кириллов. "Газовые турбины и газотурбинные установки", Машгиз, т.2, М. 1956 г., с.76 /11/, что не позволяет использовать всю производительность компрессора для сгорания топлива и, тем самым, в это же количество раз снижается мощность современных турбореактивных двигателей и ТРДДФ.
В новом двухконтурном форсированным турбореактивном двигателе используется вся производительность компрессора на сгорание топлива в камерах сгорания 9 и 28 и только небольшая часть идет на охлаждение камер сгорания 28 воздухом, вытекающим из сопел 34. Причем коэффициент избытка воздуха α не превышает α =1,05-1,1, т.е. новый двигатель в 2-3 раза меньше загрязняет окружающую среду, чем самые современные турбореактивные двигатели и ТРДДФ. В наше время экологического кризиса - это очень важное преимущество.
При повторных рабочих циклах двигателя в расширяющихся соплах 17 и цилиндрах 18 продуктами сгорания будут сжиматься до давления "p" и разгоняться до скорости ν м/с не воздух, а отработанные газы, при этом сгоревшие газы в камерах сгорания 9 /продукты сгорания/ расширяются в обе стороны с одинаковой силой Р, что приводит не только к сжатию и разгону отработанных газов в расширяющихся соплах 17 и цилиндрах 18, но и к сжатию СЖАТОГО воздуха в цилиндрах 8, благодаря чему существенно снижается давление газов на лопатки центробежного компрессора 14, с обеспечением нормальной работы компрессоров 13 и 14, и нормальной температуре.
Во втором контуре 115 с помощью турбины 23, имеющей бандаж 24, с укрепленными на нем лопатками 25 высоконапорного вентилятора, воздух, протекающий через диффузор 11, нагнетается в камеры сгорания 28 форсажных двигателей 26, где в него с помощью комбинированной форсунки 31 впрыскивается смесь продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, а с помощью форсунки 32 осуществляется воспламенение смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости. Образовавшиеся продукты сгорания выходят в атмосферу через реактивные сопла 29 с созданием тяги, при этом столбы сжатого воздуха, заключенные между лопатками 25 и диффузорами 27, выполняют роль упругих клапанов с осуществлением процесса подобного процессам, происходящим при расширение продуктов сгорания в длинных цилиндрах /волновых компрессорах/ 18 и 8.
Включение форсажных двигателей 26 осуществляется в нужное время полета самолета - наборе высоты и др., при этом основное реактивное усилие обеспечивается при истечении отработанных газов через реактивное сопло 12 за счет неполного расширения продуктов сгорания на последней ступени 116 турбины 20 с созданием избыточного давления газов за конусом 22 и небольшое - при истечении сжатого воздуха через реактивные сопла 29 с низкой температурой.
Механизм процесса сжатия и разгона расширяющимися продуктами сгорания отработанных газов в длинных цилиндрах 18 известен /см. А.И.Зверев. "Детонационные покрытия в судостроении", М., Судостроение, 1979 г., с.24-27 /12/. При расширении газов со скоростью V м/c длинный столб отработанных газов в цилиндрах 18 и сжатый воздух в цилиндрах 8 сжимаются до давления "p" и разгоняются до скорости V, в то же время передний фронт сжатой зоны в цилиндрах 18 и 8 распространяется сJ скоростью звука - 340 м/с. Двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель работает с частой 100 циклов в секунду и более, поэтому длина цилиндров 13 и 8 не должна превышать 3,4 м, с движением в проточной части турбины 20 отработанных газов с начальной скоростью V м/с и давлением "p".
Таким образом, двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель самолета с вертикальным взлетом и посадкой работает с истечением отработанных газов через реактивное сопло 12 и с истечением струй воздуха через реактивные сопла 29 и сопла 34, т.е. в центре выходят нагретые отработанные газы, создавая основное реактивное усилие, а по периферии струи холодного воздуха, как и в известных ТРДДФ.
узел «Н» с пробковым краном, повернутым на 90°
продольный разрез по 8-8 с показом клапана, выполненного в виде поворотной заслонки
Вертикальный взлет самолета осуществляется следующим образом. С помощью пробковых кранов 36 /см. фиг.6/, которые поворачиваются механизмами /не показанными на чертеже/, сжатый воздух, нагнетаемый осевым 13 и центробежным компрессором 14 из цилиндров 8 по патрубкам 35, поступает в воздуховод 7 /фиг.4/, а из него при открытых клапанах 43, занявших положение 117 /фиг.9/, - в приемные камеры 42, демпфирующие устройства 40, переходные цилиндрические участки 39, камеры сгорания 6. Электронной системой управления реактивной подъемно-тяговой установки 4, связанной с электронной системой управления ТРДДФ /не показанных на чертежах/, включаются последовательно друг за другом комбинированные форсунки 59 и форсунки для воспламенения 60, выполненные по фиг.11 и 12 без днищ 61, 98 и отверстий 62, 99 - только с соплами 78 и 97, за счет чего обеспечивается впрыскивание смеси топлива продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости в сжатый воздух, что приводит к образованию химически активной горючей смеси и детонационное сгорание ее за счет воспламенения с помощью форсунок 60, для воспламенения смеси топлива и воздуха путем впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости, при температуре более 2500°С. Детонационное сгорание горячей смеси в камерах сгорания 6 со скоростью детонационной волны от 1500 до 3500 м/с /см. С.С.Бартенев. "Детонационные покрытия в машиностроении", Л., Машиностроение, 1982 г., с.25-26 /13/, позволяет увеличить температуру продуктов сгорания до 3000°C и более и соответственно повысить давление, благодаря чему при расширении сгоревших газов в сопле 38 и частично в рабочих каналах 37 обеспечивается высокое давление «p» - сжатия столба воздуха в них, с разгоном его до скорости V 1 м/с.
Механизм сжатия и разгона расширяющимися продуктами сгорания столба воздуха в рабочих каналах 37 реактивной подъемно-тяговой установки 4 тот же, что и в цилиндрах 18 и 8 двигателя по фиг.3, рассмотренный выше.
При этом сжатый воздух вытекает из сопел 51 с образованием реактивного усилия "Р", обеспечивающего подъемную силу и Вертикальный взлет самолета. Частота рабочих циклов достигает 100 циклов в секунду. С такой же частотой работает клапан 43 с приводным механизмом 52, управляемым электронной системой, который периодически поворачивается вокруг оси на 90° и открывает или перекрывает вход сжатого воздуха из воздуховода 7 в камеру/ы/ сгорания 6.
Установка демпфирующего устройства 40 с отражателем 41 позволяет гасить ударные волны, генерируемые при детонационном сгорании горючей смеси в камерах сгорания 6, не допуская их воздействия на клапан 43. С помощью шарнирных сопел 51, которые имеют свободу поворота вокруг горизонтальной оси, достигается вертикальный взлет самолета и его движение по горизонтали за счет тяги.
Для ускоренного взлета самолета включаются корсажные двигатели 44, при этом в камеру/ы/ сгорания 45 с помощью комбинированной форсунки 49 впрыскивается смесь продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, которая смешивается с сжатым воздухом и воспламеняется с помощью форсунки 50 за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости при температуре, превышающей 2500°С, с образованием детонационного сгорания горючей смеси. Отражатель 48 гасит ударные волны, а продукты сгорания с высокой температурой выходят через сопло 51 с созданием дополнительного реактивного усилия.
По мере увеличения высоты и скорости полета самолета, с помощью кранов 36 производится последовательное отключение цилиндров 8 с уменьшением подачи сжатого воздуха от компрессоров 13, 14 в воздуховод 7 и реактивные подъемно-тяговые движители 4, что приводит к снижению их мощности и подъемной силы, увеличению подъемной силы крыльев 2 /фиг.1-2/ и тяги двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя/ей/ 1. Ha режиме крейсерской скорости полета самолета реактивные подъемно-тяговые движители 4 полностью отключаются, с помощью кранов 36, что способствует увеличению мощности ТРДДФ 1 вдвое.
Перед посадкой самолета все действия производятся в обратном порядке с осуществлением вертикального спуска или на небольшой скорости полета.
Таким образом, на взлете самолета компрессоры 13, 14 приводятся во вращение за счет работы газовой турбины 20 с помощью камер сгорания 9, сжатый воздух, который поступает только из четырех нижних цилиндров 8, а по четырем верхним цилиндрам 8 - сжатый воздух идет по воздуховоду 7 в реактивные подъемно-тяговые движители 4.
Особенности рабочего процесса реактивных подъемно-тяговых движителей.
В этих движителях применен принцип работы ВОЛНОВЫХ МАШИН, в которых один газ «А» - продукты сгорания, используются непосредственно для сжатия другого газа «В» - атмосферного воздуха в рабочих каналах 37. Здесь рабочие каналы соединены с камерами сгорания 6 с помощью расширяющихся сопел 38, что позволяет продуктам сгорания при их расширении сжимать и разгонять длинные столбы воздуха в рабочих каналах с большой массой «м», с относительно небольшой скоростью V1. В результате значительно снижаются потери кинетической энергии при истечении сжатого воздуха из сопел 51 с созданием подъемной силы «Р». Одновременно увеличивается полетный кпд η n самолета при взлете, наборе высоты, скорости, подобно существующим вертолетам. Расширение продуктов сгорания /сгоревших газов/ в рабочих каналах и выход в атмосферу через сопла 51 сжатого воздуха приводит к образованию разрежения в каналах 37, соплах 38, камерах сгорания 6, цилиндрических участках 39, демпфирующих устройствах 40 и приемных камерах 42. За счет этого через сопла 51 с большой скоростью входит свежий воздух из атмосферы и одновременно открываются клапаны 43, обеспечивая заполнение камер сгорания 6 сжатым воздухом. Повторение рабочих циклов осуществляется с частотой 100 циклов в секунду, что создает мощный поток сжатого воздуха и отработанных газов из сопел 51, вытекающих с относительно небольшой скоростью. При частоте 100 ц/с длина рабочих каналов 37 около 3,4 м, при частоте 50 ц/с длина рабочих каналов около 6,5 м. Таким образом, чем больших размеров рабочие каналы 37, тем меньше скорость истечения из сопел 51 сжатого воздуха и отработанных газов и, тем меньше потери кинетической энергии и больше полетные кпд η 0. Эффективный кпд зависит от давления сжатого воздуха поступавшего в камеры сгорания 6 из центробежного компрессора 14, температуры и давления сгоревших газов, в камерах сгорания 6. Этот к.п.д. превышает 50% за счет следующего:
- детонационное сгорание горючей смеси осуществляется при "постоянном объеме", что позволяет достигать высокого термического кпд за счет высокой температуры сгоревших газов, превышающих 2600°С, и давления в несколько десятков атмосфер /см. Б.Б.Супасов. "Техническая термодинамика", М.-Л., 1960 г., с.173-177/14/.
- в камерах сгорания 6 сгорают не пары жидкого топлива, как это имеет место в обычных газотурбинных установках или двигателях внутреннего сгорания, a смесь продуктов термического разложения жидкого топлива на уровне атомов и продуктов диссоциации электропроводной жидкости в виде "герметического газа", выходящих в камеры сгорания из комбинированных форсунок 59. Эта смесь с сжатым воздухом имеет широкие пределы воспламеняемости, так как является газовым топливом и позволяет работать на обедненных смесях со снижением расхода топлива на 10-12% /см. В.Н.Алексеев и др. "Двигатели внутреннего сгорания", Машгиз, М., 1960 г., с.351-353 /15/. В системе камеры сгорания 6 - рабочие каналы 37 осуществляется прямое преобразование химической энергии топлива в кинетическую энергию летательного аппарата, благодаря чему достигается высокий полный кпд η 0, превышающий 40-50%.
Известно, что полный кпд вертолета не превышает 18% и 14% для вертолетов с соосными винтами /см. И.Н.Колпакчиев. "Транспортная авиация: взгляд в будущее", Знание, Транспорт, 7/80, с.61 /16/, а кпд реактивного самолета с вертикальным взлетом не превышает 4-5% за счет огромных потерь кинетической энергии газов, вытекающих из сопел турбореактивных двигателей.
Немаловажным преимуществом реактивных подъемно-тяговых движителей и двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей является их многотопливность за счет применения комбинированных форсунок 59 и 15. Иными словами они могут работать на керосине, солярке и всевозможных смесях углеводородов, что снижает стоимость полетов.
Помимо увеличения полного кпд и, следовательно, экономичности летательные аппараты с реактивными подъемно-тяговыми движителями имеют еще следующие преимущества: /по сравнению с вертолетами/:
- отсутствие движущихся частей /кроме клапанов 43/, что позволяет поучать простую и надежную конструкцию несущей системы с практически неограниченным ресурсом, устранить вибрации и динамические напряжения в конструкции,
- отсутствие механической связи между силовой установкой и несущей системой, что облегчает компоновку и центровку летательного аппарата,
- большая полезная нагрузка /масса перевозимых пассажиров, грузов, топлива и экипажа/, которая зависит от размеров самолета и реактивных подъемно-тяговых движителей, а также от мощности двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей 1 и может достигать несколько сот тонн,
- симметричность распределения подъемной силы на несущей поверхности и возможность использования реактивных подъемно-тяговых движителей 4 для создания как подъемной силы, так и тяги, что позволяет получать высокую безопасность полетов, маневренность, скороподъемность, способность летать на малой ВЫСОТЕ в условиях леса, городских улиц.
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
Особенности конструкции и рабочего процесса двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя 1 /ТРДДФ/.
Состоит в использовании компрессоров 13, 14 и вырабатываемого ими сжатого воздуха для воздухоснабжения самого двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя и реактивных подъемно-тяговых движителей с помощью устройства цилиндров 8, в которых установлены краны 36. При этом в зависимости от требуемой подъемной силы, подключение движителей 4 может осуществляться к одному, двум, трем или к четырем цилиндрам 8. Компрессорными машинами могут быть осевой 13 и центробежный 14 компрессоры или только осевые, имеющие высокий кпд, достигающий 82-87%.
Рабочие циклы нового двигателя осуществляются с частотой 100 и более циклов в секунду при температуре, превышающей 2000°С, без применения вторичного воздуха для охлаждения перед турбиной сгоревших газов за счет использования цилиндров 13 с расширяющимися соплами 17, работающие в режиме волновых компрессоров. В них продукты сгорания расширяются, сжимают и разгоняют столбы отработанных газов, которые с температурой 850-900°С поступают на турбину 20, благодаря чему значительно повышается эффективный кпд двигателя, примерно в 2 раза, по сравнению с обычным ТРД, имеющим параметры двигателя Т=1400-l600 К.
продольный разрез по комбинированной силовой установке - второй вариант
разрез по 7-7 с показом в плане комбинированной силовой установки - второй вариант
В целях значительного увеличения полезной нагрузки на фиг.17-18 показан второй вариант самолета с вертикальным взлетом и посадкой, в котором реактивные подъемно-тяговые движители 118 размещены в несущих плоскостях 119 и подключены к двухконтурным форсированным турбореактивным двигателям 120 и 121 /движители 4 и 118 идентичны по конструкции/. Фюзеляж 122. В этом варианте самолета крылья выполняются большой площади, в которых могут размещаться десятки крупных рабочих каналов 37 /высотой, в некоторых случаях в рост человека, при этом камер сгорания 6 на один рабочий канал может быть несколько штук/. Самолет по сравнению с первым вариантом по фиг.1-2 имеет меньшую скорость полета, однако его полезная нагрузка может достигать 400-500 т и более.
Подвод сжатого воздуха из цилиндров 8 двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей 120 и 121 /приведенный на фиг.3, 4, 5, 6/ в реактивные подъемно-тяговые движители 118 осуществляется по воздуховодам 123 и 124, а также воздуховодам 125 и 126. В этой конструкции воздуховоды 123, 124 размещены снизу двигателей и подключены к цилиндрам 8, снабженных кранами 36 /не показанными на чертеже фиг.4, а реактивные подъемно-тяговые движители размещены перпендикулярно фюзеляжу.
вид сбоку на самолет с вертикальным взлетом и посадкой - третий вариант
вид сверху на самолет с вертикальным взлетом и посадкой - третий вариант.
Третий вариант. На фиг.19, 20 показан самолет с вертикальным взлетом и посадкой, в фюзеляже которого установлен двигатель внутреннего сгорания 127 соединенный с центробежным компрессором 128, подсоединенный к блоку реактивных подъемно-тяговых движителей 129 и 130, расположенным по разные стороны от фюзеляжа 131. Подъемно-тяговые движители выполнены по фиг.7-9 или более простыми, работающими на обычном способе сгорания горючей смеси со скоростью 30-40 м/с и без установки демпфирующих устройств 40 с отражателями 41, а также корсажных двигателей 14. Вместо них можно установить комбинированные форсунки, выполненные по фиг. 11, 13, 14, работающими в 2-х режимах - впрыске газообразной смеси топлива с продуктами диссоциации электропроводной жидкости и воспламенения образовавшейся в зоне установки форсунок горючей смеси в самых рабочих каналах. Реактивные подъемно-тяговые движители имеют рабочие каналы 132, 133, 134 с соплами 135, с изменяемым вектором тяги /шарнирный/, что позволяет самолету осуществлять вертикальный взлет и полет, используя рабочие каналы реактивных подъемно-тяговых движителей как для создания подъемной силы, так и тяги. Самолеты с вертикальным взлетом и посадкой, в которых установлены двигатели внутреннего сгорания, могут использоваться в легкомоторной авиации. В камерах сгорания 6 реактивных подъемно-тяговых движителей при обычном способе сгорания устанавливаются комбинированные форсунки для воспламенения, выполненные по фиг.11, 13 и фиг.12, 15 - с днищами и отверстиями в них.
Отметим, что в качестве рабочих тел в камерах сгорания 6 реактивных подъемно-тяговых движителей могут использоваться вместо продуктов сгорания углеводородного топлива, сжатый воздух, поступающий из компрессора 128, которым и служат известные в технике многоступенчатые центробежные компрессоры, ротационные и поршневые, а также раскаленные продукты диссоциации струй 111-112 и генерируемые при электрических взрывах в взрывных камерах комбинированных форсунок 59 или форсунок для воспламенения 60, выполненных по фиг.11, 14 и (фиг.12).
В случае применения в качестве рабочего тела продуктов диссоциации струй 111-112, следует учитывать, что этими продуктами является водород, кислород и осколки электролита, полученные при электрических взрывах струй при температуре, превышающей 2500°С, которые несут с собой тепловую и химическую энергии. Первая тепловая энергия продуктов диссоциации /термического разложения струй из электропроводной жидкости, которыми служат концентрированные водные растворы сильных электролитов или суспензии порошков металлов или гранита в растворе электролита/ с высокой температурой, превышающей 2500°С, и высоким давлением расширяются в соплах 38 и рабочих каналах 37, с совершением полезной работы расширения A1 , затраченной на сжатие до давление "р" и разгон до скорости V м/с столба воздуха в рабочих каналах 37. В процессе расширения температура продуктов диссоциации /гремучий газ/ понижается и при достижении 700°С происходит сгорание водорода и кислорода, с повышением температуры до 2800°С /см.5, с.346/, при этом рабочим телом становится сильно перегретый водяной пар, который так же, как и гремучий газ, расширяется, с совершением второй полезной работы A2 при сжатии до давления "p 1" и разгона до скорости V2 столба воздуха в рабочих каналах 37.
Суммарная работа расширения продуктов диссоциации /гремучего газа/ Σ A=A1+A2. Теоретически затрачивается 100% электрической энергии на электрические взрывы струй в форсунках 59 или 60, выполненные по фиг. 11, 12, а получаем 200% энергии и в этом случае вода раствора электролита струй 111-112, являющейся сильно сжатым гремучим газом, может служить в качестве топлива. Ведь работа расширения продуктов диссоциации А1 теоретически равна затраченной электрической энергии А3 на электрические взрывы струй, а полученная энергия А2 за счет сгорания водорода, кислорода /гремучего газа/ и осколков электролита является дополнительной. Однако потери энергии в машинном генераторе импульсов /мГИ/, приводимым во вращение, например, с помощью двигателя 127 или 1, 120, 121 оцениваются кпд η =0,9 /см.1, с.50-52/;- кпд электрических взрывов струй 111-112 зависит от давления той среды, в которой происходит контакт и взрыв струй. При атмосферном давлении примерно 0,6-0,7 /см.4, с.100-102/ и повышается с увеличением давления за счет образования устойчивого канала разряда, обеспечивающего протекание разрядного тока при колебательном характере разряда конденсатора машинного генератора импульсов /см.1, с.61/ - кпд прямого преобразования энергии расширения продуктов диссоциации /гремучего газа/ в энергию столба воздуха в рабочих каналах 37, т.е. кпд расширения-сжатия и разгона этого столба равна 0.69 /см.8, раздел "Волновые машины"/;
- кпд, связанный с потерей тепла на охлаждение стенок камер сгорания 6, примерно 0,85.
Эффективный кпд равен: η -0,9×0,6×0,69×0,85=0,32. За счет сгорания водорода и кислорода /гремучего газа/ и осколков электролита с получением второй полезной работы расширения А2 перегретого водяного пара, эффективный кпд становится равным η =0,32×2=0,64.
Таким образом, кпд такого способа отбрасывания столба воздуха из рабочих каналов с образованием подъемной силы и тяги весьма высок и может использоваться наравне со сгоранием углеводородного топлива. При этом дополнительным преимуществом является более простая конструкция реактивных подъемно-тяговых движителей за счет отсутствия кранов 36, воздуховодов 7, 123-126, демпфирующих устройств 40 с отражателями 41. Впереди же клапанов 43 вместо воздуховода 7 устанавливаются диффузоры для входа атмосферного воздуха, способствующего в полете увеличению тяги.
Вторым преимуществом служит низкий уровень шума и более высокая безопасность полетов из-за меньшей пожароопасности.
Применение реактивных подъемно-тяговых движителей для транспортных самолетов короткого взлета.
Известно, что расширение аэропортов в густонаселенных районах становится все более затруднительным, а строительство новых - почти невозможным. Поэтому радикальным решением данной проблемы в настоящее время считается массовое внедрение в эксплуатацию транспортных самолетов короткого и вертикального взлета и посадки /см.16, с.20-21/. Одной из основных характеристик, однозначно определяющих эксплуатационные и экономические показатели любого самолета, является тяговооруженность, определяемая как отношение суммарной тяги всех его двигателей к взлетной массе. Этому в полной мере отвечает применение реактивных подъемно-тяговых движителей и для самолетов короткого взлета. Технико-экономическая часть.
Самолет с вертикальным взлетом и посадкой имеет комбинированную силовую установку, состоящую из маршевых двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей и блоков реактивных подъемно-тяговых движителей, при этом в процессе подъема самолета и наборе высоты и скорости двухконтурные форсированные турбореактивные двигатели /ТРДДФ/ работают в режиме турбокомпрессоров, с созданием небольшой тяги за счет истечения отработанных газов из сопел 12, а при крейсерской скорости полета самолета ТРДДФ работают в режиме маршевых двигателей. Вместе с тем могут существовать режимы совместного использования подъемной силы за счет аэродинамического принципа с помощью крыльев и реактивных подъемно-тяговых движителей. В этом случае ТРДДФ работают в двух режимах в качестве турбокомпрессоров и маршевых двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей.
Реактивные подъемно-тяговые движители при подъеме и посадке самолета выполняют роль подъемных устройств и вместе с тем обеспечивают тягу за счет поворота шарнирных сопел 51 по направлению полета, что очень важно в процессе увеличения скорости полета самолета ввиду сложения сил тяги двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей и реактивных подъемно-тяговых движителей. По сравнению с самолетами вертикального взлета и посадки, в которых используется комбинированная силовая установка, состоящая из маршевых и подъемных турбореактивных или турбовентиляторных двигателей, предлагаемая комбинированная силовая установка на самолетах вертикального взлета и посадки имеет следующие преимущества.
ПЕРВОЕ. В реактивных подъемно-тяговых движителях осуществляется прямое преобразование химической энергии топлива в кинетическую энергию отбрасываемых струй сжатого воздуха и отработанных газов, вытекающих черед сопла 51 рабочих каналов 37, с созданием подъемной силы и тяги, что позволяет достичь высокого кпд и, следовательно, высокой экономичности, превышающей по экономичности известные самолеты с вертикальным взлетом и посадкой в 2-3 раза.
ВТОРОЕ. Применение комбинированных форсунок и форсунок для воспламенения смеси топлива и воздуха, а также детонационного сгорания горючей газовой смеси за счет работы комбинированных форсунок позволяет достичь высокого термического кпд и, следовательно, высокой экономичности реактивных подъемно-тяговых движителей. Вместе с тем обеспечивается многотопливность.
ТРЕТЬЕ. Рабочие каналы 37 движителей выполняются из легких сплавов, что обеспечивает существенное снижение веса, по сравнению с ТРД, ТРДДФ.
В режиме самолета, при отключенных реактивных подъемно-тяговых движителях эти машины превосходят все известные летательные аппараты за счет высокого кпд двухконтурных форсированных турбореактивных двигателей, что обеспечивает низкий удельный расход топлива и использование всей производительности компрессоров на сгорание топлива, благодаря чему значительно увеличивается мощность ТРДДФ, приводящая к существенному снижению удельного веса новых силовых установок.
Применение на самолетах с вертикальным взлетом и посадкой реактивных подъемно-тяговых движителей с рабочими каналами длиной 9, 12, 18, 24 м и более метров обеспечивает достижение большой полезной нагрузки, превышающей несколько сот тонн, что недоступно в настоящее время для всех известных летательных аппаратов-самолетов, конвертопланов, вертолетов, самолетов с комбинированными силовыми установками. Кроме того, обеспечивается высокая безопасность полетов, маневренность, скороподъемность за счет использования форсажных двигателей в подъемно-тяговых движителях, способность летать в стесненных условиях леса, сильно пересеченной местности, в городских улицах. Вместе с тем из-за отсутствия движущихся частей /кроме клапанов/ получаем простую и надежную конструкцию несущей системы с практически неограниченным ресурсом работы, устранение вибраций и динамических напряжений в конструкции. В свою очередь, из-за отсутствия механической связи между силовыми установками и несущими системами облегчается компоновка и центровка летательных аппаратов. Применение новых летательных аппаратов в нашей стране позволит быстрее начать освоение северных территорий и занять лидирующие позиции на мировом рынке авиационной продукции, что крайне необходимо для развития экономики и научно-технического прогресса, а также снижение стоимости летательных аппаратов-самолетов с вертикальным взлетом и посадкой, в том числе и стоимости их эксплуатации.
Формула изобретения
Самолет с вертикальным взлетом ипосадкой содержит двухконтурные форсированные турбореактивные двигатели, несущие плоскости, фюзеляж, блоки реактивных подъемно-тяговых движителей с форсажными двигателями, насосы для подачи углеводородного топлива и электропроводной жидкости, генераторы электрических импульсов;
при этом каждый двухконтурный форсированный турбореактивный двигатель, размещенный под несущей плоскостью, содержит корпус, выполненный с диффузором и реактивным соплом, установленными в нем осевым и центробежным компрессорами, соединенными с цилиндрами, подключенными к камерам сгорания;
цилиндры с размещенными в них пробковыми кранами соединены с патрубками и воздуховодом для подачи сжатого воздуха в приемные камеры блока реактивных подъемно-тяговых движителей;
камеры сгорания двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя выполнены с комбинированными форсунками, предназначенными для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,
с расположенными параллельно к ним форсунками для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,
с расширяющимися соплами, соединенными с цилиндрами, подсоединенными к направляющему аппарату газовой турбины, имеющей бандаж с размещенными на нем лопатками высоконапорного вентилятора и вал, соединенный с осевым и центробежным компрессором;
с форсажными двигателями, расположенными во втором контуре, выполненными с диффузорами, соединенными с камерами сгорания и реактивными соплами;
с размещенными в форсажных двигателях комбинированными форсунками для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,
с расположенными параллельно к ним форсунками для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,
с размещенными в реактивных соплах форсунками-резонаторами, предназначенными для глушения шума путем впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости;
при этом упомянутые блоки реактивных подъемно-тяговых движителей размещены под несущими плоскостями или в несущих плоскостях,
соединены с центробежным компрессором, установленным в корпусе двухконтурного форсированного турбореактивного двигателя или подсоединенным к двигателю внутреннего сгорания, размещенному в фюзеляже; каждый реактивный подъемно-тяговый движитель выполнен с приемной камерой для сжатого воздуха, соединенной с воздуховодом, с размещенным в нем клапаном, выполненным в виде поворотной заслонки, имеющей приводной механизм, сообщающейся с демпфирующим устройством, включающим отражатель, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн, с переходным цилиндрическим участком,
с камерой сгорания, расширяющимся соплом и с комбинированной форсункой для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,
с расположенной параллельно к ней форсункой для воспламенения смеси топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости,
с рабочим каналом, выполненным в виде прямоугольной трубы, с шарнирным соплом для изменения вектора тяги;
каждый форсажный двигатель включает диффузор с размещенным в нем отражателем, выполненным в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн,
и камеру сгорания с реактивным соплом и с комбинированной форсункой для впрыскивания смеси продуктов термического разложения углеводородного топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости,
с расположенной параллельно к ней форсункой для воспламенения смеси углеводородного топлива и воздуха за счет впрыскивания газообразных струй электротермического разложения электропроводной жидкости;
при этом комбинированные форсунки содержат наружный корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала параллельно размещению топливной форсунки, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло или днище с отверстиями для выхода газовых струй;
форсунки для воспламенения смеси содержат наружный корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенные с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой - выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло или днище с отверстиями.
Имя изобретателя: Артамонов Александр Сергеевич (RU), Артамонов Евгений Александрович (RU) Имя патентообладателя: Артамонов Александр Сергеевич (RU), Артамонов Евгений Александрович (RU) Почтовый адрес для переписки: 414052, г.Астрахань, ул. Яблочкова, 44, кв.57, А.С. Артамонову Дата начала отсчета действия патента: 10.04.2012
Разместил статью: admin
Дата публикации: 19-11-2013, 03:39
Изобретение относится к области летательных аппаратов тяжелее воздуха. Движитель вертикального подъема содержит корпус, вал привода, вертикальные валы. Корпус движителя, внутри которого размещены один над другим два одинаковых подъемных элемента, выполнен прямоугольным. Каждый из подъемных элементов содержит прямоугольный ящик, установленный открытой частью вверх, в верхней части которого установлены на подшипниках горизонтально параллельно друг другу несколько пар пустотелых барабанов...
Изобретение относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха и может быть применено для транспортирования грузов, пассажиров, монтажа высотных сооружений, выполнения сельскохозяйственных работ и т. п. Цель изобретения - упрощение конструкций, уменьшение стоимости изготовления и эксплуатации, повышение безопастности при эксплуатации. Махолет содержит корпус 1 с салоном 4 для пассажиров и грузов, подъемные двигатель 5 внутреннего сгорания и движитель 10, включающий нижнюю неподвижную и верхнюю...
Никакого начала не было - безконечная вселенная существует изначально, априори как безконечное пространство, заполненное энергией электромагнитных волн, которые также существуют изначально и материей, которая состоит из атомов и клеток, которые состоят из вращающихся ЭМ волн.
В вашей теории есть какие-то гравитоны, которые состоят из не известно чего. Никаких гравитонов нет - есть магнитная энергия, гравитация - это магнитное притяжение.
Никакого начала не было - вселенная, заполненная энергией ЭМ волн , существует изначально.
То есть, никакой энергетической проблемы не решилось от слова совсем. Так как для производства металлического алюминия, тратится уймище энергии. Производят его из глины, оксида и гидроксида алюминия, понятно что с дико низким КПД, что бы потом его сжечь для получения энергии, с потерей ещё КПД ????
Веселенькое однако решение энергетических проблем, на такие решения никакой энергетики не хватит.
Вместо трудновыполнимых колец, я буду использовать,цилиндрические магниты, собранные в кольцевой пакет, в один, два или три ряда. На мой взгляд получиться фрактал 1 прядка. Мне кажется, что так будет эффективней, в данном случае. И в место катушек, надо попробывать бифиляры или фрактальные катушки. Думаю, хороший будет эксперимент.
Проблема в том, что человечество зомбировано религией, что бог создал всё из ничего. Но у многих не хватает ума подумать, а кто создал бога? Если бога никто не создавал - значит он существует изначально. А почему самому космосу и самой вселенной как богу-творцу - нельзя существовать изначально?
Единственным творцом материального мира, его составной субстанцией, источником движения и самой жизни является энергия космоса, носителем которой являются ЭМ волны, которыми как и полагается богу заполнено всё космическое пространство, включая атомы и клетки.
От углеводородов кормится вся мировая финансовая элита, по этому они закопают любого, кто покусится на их кормушку. Это один. Два - наличие дешевого источника энергии сделает независимым от правительств стран все население планеты. Это тоже удар по кормушке.
Вначале было то, что существует изначально и никем не создавалось. А это
- безграничное пространство космоса
- безграничное время протекания множества процессов различной длительности
- электромагнитная энергия, носителем которой являются ЭМ волны, которыми как и положено творцу (богу) материального мира, заполнено всё безграничное пространство космоса, из энергии ЭМВ состоят атомы и клетки, то есть материя.
Надо различать материю и не материю. Материя - это то, что состоит из атомов и клеток и имеет массу гравитации, не материя - это энергия ЭМ волн, из которых и состоит материя