Спосіб роботи прямоточного повітряно-реактивного двигуна

Реферат: Спосіб роботи прямоточного повітряно-реактивного двигуна включає введення води у проточну частину повітряно-реактивного двигуна. Воду подають у внутрішню порожнину центрального тіла через стійку, де нею обмивають внутрішню поверхню центрального тіла. Воду вводять у стійку та через передню крайку й по всій висоті стійки вприскують у проточну частину прямоточного повітряно-реактивного двигуна за прямим стрибком ущільнення проти повітряного потоку, що набігає. UA 117676 U (54) СПОСІБ РОБОТИ ПРЯМОТОЧНОГО ПОВІТРЯНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА UA 117676 U UA 117676 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до теплових силових установок і призначена для використання у прямоточних повітряно-реактивних двигунах. Відомим аналогом є газотурбінний двигун з вісесиметричним лобовим повітрозабирачем, призначений для стиску повітряного потоку, що набігає (див. Ю.М. Терещенко та ін. Теорія теплових двигунів - Київ: Вища школа, 2001, с. 194-195, рис. 10.8). Зазначений вісесиметричний лобовий повітрозабирач має обичайку, з'єднану стійками із центральним тілом. Недоліком аналога є неможливість ефективно функціонувати у широкому діапазоні швидкостей при використанні матеріалів, поширених в авіаційній промисловості. Відомим аналогом є спосіб роботи реактивного двигуна (патент РФ № 207735, F02K7/10, опублікований 20.08.1987 р.), що включає стиск повітряного потоку, що набігає, у повітрозабирач із центральним тілом, спалювання палива у камері згоряння й розширення продуктів згоряння в соплі, а також введення води у проточну частину двигуна. Введення води здійснюється через і на поверхню центрального тіла повітрозабирача, причому витрата води змінюється пропорційно швидкості й щільності повітряного потоку, що набігає. Спосіб дозволяє підтримувати температуру повітря в процесі його стиску нижче максимально припустимого рівня, а теплоту, що відводиться, використовувати для збільшення витрати робочого середовища через сопло з відповідним зростанням тяги, що збільшує ефективність двигуна й розширює діапазон експлуатації. При режимах польоту з високими числами Мн, коли температура потоку, що набігає зі швидкістю від 1400 до 1800 м/с змінюється від 1000 до 1300 C, елементи конструкції, розміщені у високотемпературному високошвидкісному повітряному потоці, піддані досить істотним термічним і силовим навантаженням. Час безпечної роботи реактивного двигуна по вищевказаному способу буде обмежений часом, за який температура деталей та вузлів, що становлять конструкцію двигуна, досягне гранично припустимого значення. Для зняття зростаючого теплового потоку буде потрібна велика кількість води, запас якої обмежений. Крім того, при дискретній подачі води через канали або ділянки із пористого матеріалу, поверхня центрального тіла буде охолоджуватися нерівномірно, що призведе до появи тріщин. При введенні води через і на поверхню центрального тіла виникає трифазне середовище, а саме: повітря-пара-вода, що змінює положення системи стрибків ущільнення й порушує усталену роботу повітрозабирача й двигуна в цілому. В основу корисної моделі поставлена здача створити спосіб прямоточного повітрянореактивного двигуна, який здатний функціонувати у широкому діапазоні швидкостей при збереженні максимальної ефективності у всьому діапазоні. При цьому повинно бути забезпечено: - зменшення витрати води на охолодження центрального тіла, розташованого у високотемпературному повітряному потоці; - рівномірність розподілу води уздовж поверхні центрального тіла для виключення нерівномірності його охолодження; - забезпечення усталеної роботи двигуна за рахунок виключення впливу на систему стрибків ущільнень повітрозабирача. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб роботи прямоточного повітряно-реактивного двигуна, що включає стиск повітряного потоку, що набігає, у повітрозабирач із центральним тілом, з'єднаним з обичайкою стійками, спалювання палива у камері згоряння, розширення продуктів згоряння у реактивному соплі, а також введення води у проточну частину прямоточного повітряно-реактивного двигуна, згідно з корисною моделлю, воду подають у внутрішню порожнину центрального тіла через стійку, де нею обмивають внутрішню поверхню центрального тіла, після чого воду відводять у стійку та через передню крайку й по всій висоті якої вприскують у проточну частину прямоточного повітряно-реактивного двигуна за прямим стрибком ущільнення проти повітряного потоку, що набігає. Корисна модель пояснюється кресленнями. де на фіг. 1 - схемапрямоточного повітрянореактивного двигуна; на фіг. 2 - схема повітрозабирача прямоточного повітряно-реактивного двигуна з умовною вказівкою системи стрибків ущільнення та траєкторії переміщення води. Прямоточний повітряно-реактивний двигун (див. фіг. 1) містить повітрозабирач 1, утворений обичайкою 2 і центральним тілом 3, з'єднаними стійками 4, камеру згоряння 5 і реактивне сопло 6. Корисну модель здійснюють наступним чином. При високій швидкості польоту повітряний потік, що набігає, гальмується у повітрозабирачі 1 (див. фіг. 1, фіг. 2), за рахунок чого стискується й нагрівається, що приводить до підвищення 1 UA 117676 U 5 10 15 20 25 30 35 40 температури деталей та вузлів, що становлять конструкцію прямоточного повітрянореактивного двигуна. Для зниження температури центрального тіла 3 (див. фіг. 2) вода подається через стійку 4 у внутрішню порожнину 7 центрального тіла 3, обмиває внутрішню поверхню 8 центрального тіла 3 і відводиться у стійку 4. Процес обмивання внутрішньої поверхні 8 центрального тіла 3 приводить до рівномірного охолодження центрального тіла 3 і скорочує витрати води, запас якої обмежений. Відвід води у стійку 4 приводить до зниження температури стійки 4, що зменшує термічні та силові навантаження, викликані високошвидкісним повітряним потоком, що набігає. Вода, що надійшла у стійку 4, упорскується через передню крайку й по всій висоті стійки 4 у проточну частину прямоточного повітряно-реактивного двигуна за прямим стрибком ущільнення 10 проти повітряного потоку, що набігає. Гальмування повітряного потоку відбувається стрибками з утворенням ударних хвиль, представлених системою стрибків ущільнення, що складаються з косих стрибків ущільнення 9 і прямого стрибка ущільнення 10. Повітрозабирач 1, спроектований таким чином, що стискання повітряного потоку, що набігає, відтворюється в декілька послідовних косих стрибках ущільнення 9, що мінімізує втрати тиску. Систему стрибків ущільнення замикає прямий стрибок ущільнення 10, за яким швидкість повітряного потоку стає дозвуковою й подальше гальмування й стиск повітряного потоку відбувається беззупинно в каналі, що розширюється, дифузора 11. Кількість і розташування косих стрибків ущільнення 9 залежить від геометрії центрального тіла 3 і визначається при проектуванні повітрозабирача 1, виходячи з умови мінімізації втрат повного тиску й умов експлуатації літального апарата. Упорскування води за прямим стрибком ущільнення 10 не порушує створену систему стрибків ущільнення повітрозабирача, що забезпечує усталену роботу прямоточного повітрянореактивного двигуна. Упорскування води через передню крайку й по всій висоті стійки 4 проти повітряного потоку, що набігає, приводить до рівномірного утворення пароповітряної суміші, яка не впливає на систему стрибків ущільнення повітрозабирача, що також забезпечує усталену роботу прямоточного повітряно-реактивного двигуна. Так само упорскування води через передню крайку й по всій висоті стійки 4 забезпечує рівномірний розподіл води через безліч сполучених каналів (не показане) уздовж передньої крайки стійки 4, що виключає її нерівномірне охолодження й місцевий перегрів. Це дозволяє також зменшити витрати води на охолодження передньої крайки стійки 4. Отримана пароповітряна суміш надходить у камеру згоряння 5, де згорає паливо. Продукти згоряння витікають через реактивне сопло 6. Витрата поданої води змінюється згідно з законом підтримки максимально припустимої температури на вході у двигун. Регулюванням витрати поданої води забезпечується усталена робота прямоточного повітряно-реактивного двигуна, здатного функціонувати у широкому діапазоні швидкостей при збереженні максимальної ефективності у всьому цьому діапазоні, а саме: режимах польоту літального апарата із числами Мн до 5,5 на висоті до 30000 м. Корисна модель має важливе практичне значення для створення високошвидкісного літального апарата з розширеним діапазоном швидкості, висоти й кращими характеристиками (дальність, корисне навантаження). 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Спосіб роботи прямоточного повітряно-реактивного двигуна, що включає введення води у проточну частину повітряно-реактивного двигуна, який відрізняється тим, що воду подають у внутрішню порожнину центрального тіла через стійку, де нею обмивають внутрішню поверхню центрального тіла, після чого воду вводять у стійку та через передню крайку й по всій висоті стійки вприскують у проточну частину прямоточного повітряно-реактивного двигуна за прямим стрибком ущільнення проти повітряного потоку, що набігає. 2 UA 117676 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3