Енергетична установка

Винахід відноситься до допоміжних силових пристроїв обладнання літальних апаратів і систем передачі енергії від двигуна. Відомі енергетичні установки, які містять генератор, ротор якого має постійну частоту обертання за допомогою привода через трансмісію двигуном літального апарата (див., наприклад, ЕР № 1106870, F 16Н 61/00, 2001). Недоліком відомих енергетичних установок є необхідність оснащення літального апарата додатковою циркуляційною системою охолодження генератора, яка має вмістище для охолоджуючою рідини, теплообмінник, нагнітальний насос з всмоктувальною лінією забору охолоджуючої рідини з вмістища і з напірною лінією подачі охолоджуючої рідини в порожнину генератора і засіб відкачки охолоджуючої рідини з порожнини генератора. Більш досконалим в цьому аспекті і найбільш близьким аналогом до винаходу, що заявляється, є енергетична установка, яка містить генератор, ротор якого приводиться в дію двигуном літального апарата за допомогою трансмісії, яка забезпечує постійну частоту обертання ротора і має в якості робочої рідини паливо двигуна літального апарата, і систему охолодження генератора паливом двигуна літального апарата, яка має нагнітальний насос з напірною лінією подачі палива в порожнину генератора і з лінією забору палива з паливної системи двигуна літального апарата, і насос відкачки палива з порожнини генератора з лінією повернення палива в паливну систему двигуна літального апарата (Яи № 1420864, B64D 41/00, 1994). Однак застосований в цьому технічному рішенні гідротрансформатор, який використовує як робочу рідину паливо двигуна літального апарата, не має необхідної для підтримки постійної частоти обертання швидкодії під час зміни частоти обертання двигуна літального апарата і, крім того, в поєднанні з ежекторним насосом відкачки потребує додаткової подачі палива. Іншим недоліком вказаного аналогу є залежність витрати робочої рідини від режиму роботи двигуна літального апарата і навантаження на генераторі, що при мінімальній частоті обертання призводить до підвищеної витрати робочого палива в приводі і системі охолодження генератора, а при мінімальній частоті і максимальному навантаженні - до нестабільності електричних характеристик установки. Завданням, на вирішення якого спрямований винахід, що заявляється, є створення надійного і ефективного засобу для допоміжного енергозабезпечення систем літального апарата. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні винаходу, полягає у спрощенні конструкції, підвищенні ККД установки і забезпечення стабільних електричних характеристик за рахунок забезпечення працездатності елементів об'ємного гідроприводу (гідромотора і насосів) в трансмісії при використанні в якості робочої рідини палива двигуна літального апарата. Вказаний технічний результат досягається в енергетичній установці, що містить генератор, ротор якого приводиться в дію двигуном літального апарата за допомогою трансмісії, яка забезпечує постійну частоту обертання ротора, має робочу рідину паливо двигуна літального апарата і систему охолодження генератора паливом двигуна літального апарата, яка має нагнітальний насос з напірною лінією подачі палива в порожнину генератора і з лінією забору палива з паливної системи двигуна літального апарата; і насос відкачки палива з порожнини генератора з лінією повернення палива в паливну систему двигуна літального апарата за рахунок того, що трансмісія, яка забезпечує постійну частоту обертання, виконана у вигляді гідромеханічної передачі з об'ємним гідромотором, який має кінематичний зв'язок через диференціал з ротором генератора і двигуном літального апарата, і з об'ємним приводним насосом, кінематично зв'язаним з двигуном літального апарата і функціонально з'єднаним з гідромотором замкненим гідравлічним циркуляційним контуром, при цьому нагнітальний насос і насос відкачки палива виконані об'ємними і кінематично з'єднані з ротором генератора, напірна лінія подачі палива з'єднана з лінією повернення палива за допомогою переливного клапана, а замкнений гідравлічний циркуляційний контур з’єднаний з напірною лінією нагнітального насоса, а також за рахунок того, що насос відкачки виконаний з можливістю повернення палива з продуктивністю у 1,3 - 2,3 рази більшою величини подачі палива нагнітальним насосом. Суть винаходу, що заявляється, пояснюється кінематичною та гідравлічною схемами пристрою, зображеними на доданому кресленні. Енергетична установка містить генератор 1 з ротором 2 і порожниною 3. Приводом ротору 2 є двигун 4 (наприклад, двигун внутрішнього згоряння) літального апарата (не показаний на кресл.) з трансмісією, яка забезпечує постійну частоту обертання ротора і має в якості робочої рідини паливо двигуна літального апарата Трансмісія виконана у вигляді гідромеханічної передачі з об'ємним гідромотором 5 (наприклад, аксіально-плунжерним) і з об'ємним привідним насосом 6 (наприклад, аксіально-плунжерним, що регулюється). Об'ємний гідромотор 5 має кінематичний зв'язок через елементи 7 і 8, сателіти 9 і 10 і елемент 11 зубчастої передачі з ротором 2 генератора 1, а через елементи 7 і 8, сателіт 10 зубчастої передачі і водило 12 - з двигуном 4 літального апарата Об'ємний привідний насос 6 кінематично зв'язаний елементами 13, 14 і 15 зубчастої передачі з двигуном 4 літального апарата: Елемент 8 і 11, сателіти 9 і 10 і водило 12 утворюють диференціал 16. Енергетична установка містить систему охолодження генератора 1 паливом двигуна 4 літального апарата яка має нагнітальний насос 17 з напірною лінією 18 подач палива в порожнину 3 генератора і з лінією 19 забору палива з паливної системи 20 двигуна літального апарата а також насос 21 відкачки палива по лінії 22 з порожнини 2 генератора 1 з лінією 23 повернення палива в паливну систему 20 літального апарата Насоси 17 і 21 виконані об'ємними (наприклад, з внутрішнім циклоїдним зачепленням) кінематично поєднані з ротором 2 генератора 1 елементами 24, 25 і 26 зубчастої передачі. Об'ємний приводний насос 6 функціонально з'єднаний з гідромотором 5 замкненим гідравлічним циркуляційним контуром, утвореним напірною ділянкою 27 і зливною ділянкою 28, яка в свою чергу гідравлічно з'єднана з напірною лінією 18 нагнітального насосу 17. Насос відкачки 21 може бути виконаний з можливістю повернення палива з продуктивністю в 1, 3 - 2,3 рази більше величини подачі палива нагнітальним насосом 17, при цьому лінія 18 подачі палива з'єднана з лінією 23 повернення палива за допомогою переливного клапана 29. Пристрій працює наступним чином: До початку роботи всі системи і порожнини пристрою заповнені паливом двигуна 4 літального апарата В номінальному робочому режимі двигуном 4 літального апарата через елементи 15, 14 і 13 приводиться в дію сукупність частин приводного насоса 6 і здійснюється переміщення по ділянках 27 і 28 через гідромотор 5 робочої рідини - палива двигуна 4 літального апарата який знаходиться в замкненому гідравлічному циркуляційному контурі. В результаті такого руху і циркуляції палива приводиться в обертання елемент 7 з частотою, яка дорівнює (або є однозначно пропорційною) частоті обертання елемента 15. Одночасно в результаті взаємодії елементів 7 і 8, сателітів 9 і 10, водила 12 і елемента 11 обертаються ротор 2 і елементи 26, 25 і 24 разом із відповідними частинами насосів 17 і 21. Нагнітальний насос 17, отримуючи по лінії 19 забору паливо із паливної системи 20 двигуна 4 літального апарата по напірній лінії 18 здійснює пропорційну частоті обертання ротора 2 подачу палива в порожнину 3 генератора, де паливо, що надходить, розпилюється (наприклад, за допомогою жиклерів) на обмотки ротора і статора і охолоджує їх. Насос 21 відкачки по лінії 22 пропорційно частоті обертання ротора 2 відкачує з порожнини 3 генератора 1 стікаюче з обмоток паливо і спрямовує його в паливну систему 20 двигуна 4 літального апарата. Нагнітальний насос 17 одноразово з поданням палива в порожнину 3 генератора 1 здійснює підживлення паливом замкненого циркуляційного контура на ділянці 28, компенсуючи неминучі внаслідок зниженої в'язкості палива підвищені витоки, а також знижуючи температуру робочого середовища і рухливи х частин об'ємних гідромотора 5 і приводного насоса 6 і забезпечуючи цим прийнятні мастильну здатність і в'язкість палива. Оскільки насос відкачки 21 може бути виконаний з можливістю повернення палива з продуктивністю більшою величини подачі палива нагнітальним насосом 17, в порожнині 2 генератора 1 утворюється розрідження, сприятливе для зменшення теплових втрат під час перемішування палива обертанням ротора і збільшенню ККД установки. Експериментальним шляхом було встановлено, що оптимальна продуктивність повернення палива насосом відкачки 21 повинна бути в 1,3-2, 3 рази більше величини подачі палива нагнітальним насосом 17 (див. таблицю). При меншому значенні продуктивності має місце значне зростання теплових витрат під час перемішування палива обертанням ротора і робота установки в умовах неприйнятного тепловиділення. При більшому значенні продуктивності неадекватно збільшуються витрати потужності на привід насоса відкачки. У перехідному режимі роботи двигуна 4 літального апарата, коли частота обертання змінюється відносно номінальної і пропорційно їй змінюється подача палива приводним насосом 4, в результаті диференційної взаємодії кінематичних ланок диференціалу 16 з гідромотором 5 і двигуном 4 частота обертання елемента 11 разом з ротором 2, елементами 24, 25 і 26, насосом 21 відкачки і нагнітальним насосом 17 залишається постійною, а виникаючий при цьому, зокрема при зменшенні частоти обертання, надлишок палива в лінії 18 скидається через переливний клапан 29 в лінію 23 повернення. Таким чином технічне рішення, що заявляється, забезпечує постійним режимом роботи системи охолодження генератора паливом при перемінному режимі роботи двигуна літального апарата працездатність об'ємних гідромотора і насосів в умовах зниженої змащувальної здатності і зниженої в'язкості робочого середовища, утвореного паливом двигуна літального апарата і в кінцевому підсумку отримання стабільних електричних характеристик. Таблиця Співвідношення Відкачка/подача Частота Тепловиділення, Витрати Споживана обертан. об/хв. ккал/хв. потужності, кВт ККД установки потужність, кВт 4500 86,5 6150 330 23,0 0,722 83,0 400 28,0 0,681 88,0 380 26,5 0,693 86,5 4500 230 16,0 0,79 76,0 4500 300 21,0 0,74 81,0 4500 2,3 0,693 4500 1,8 26,5 8600 1,3 380 380 26,5 0,693 86,5 4500 300 21,0 0,74 81,0 4500 370 26,0 0,70 86,0