Гідрореактивний двигун

Реферат: UA 118587 U UA 118587 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі машинобудування, а саме до двигунів суден та підводних апаратів і торпед, і може бути використана в торпедному озброєнні. Відомий гідрореактивний двигун для кавітуючої торпеди, який складається з турбонасосного агрегату, водоводу, газоходу, заряду твердого пального, проміжних сопел, форсунок, газовідбірнику, корпусу та реактивного сопла. В цьому двигуні турбонасосний агрегат постачає воду з оточуючого середовища до форсунок, які розпилюють її на гідрореагуючий заряд твердого пального, продукти згоряння, проходячи проміжні сопла постачаються до реактивного сопла і витікають назовні створюючи реактивну силу тяги [1]. Недоліками відомого двигуна є те, що форсунки розташовані в порожнині камери згоряння, де на них впливають теплові потоки продуктів згоряння, що зменшує надійність двигуна, крім цього для утримання постійного тиску в камері згоряння необхідно, по мірі вигоряння палива, просувати заряд в осьовому напрямку, що веде до ускладнення конструкції, збільшенню рухомих елементів, можливих перекосів та заклинювання рухомого заряду, а також відсутня можливість регулювання двигуна по рівню тяги. Відомий гідрореактивний двигун для кавітуючої торпеди, який складається з кришки, дна, поршня, заряду твердого гідрореагуючого пального, корпусу, опірного кільця, двох форсункових блоків камери згоряння, водоводу, дроселя та реактивного сопла. В цьому двигуні вода з оточуючого середовища постачається до форсункового блока камери згоряння за рахунок швидкісного напору. Вода розпилюється на торцеву поверхню гідрореагуючого заряду твердого пального, продукти згоряння постачаються до реактивного сопла і витікають назовні створюючи реактивну силу тяги [1]. Недоліками відомого двигуна є те, що форсунки розташовані в порожнині камери згоряння, де на них впливають теплові потоки продуктів згоряння, що зменшує надійність двигуна, крім цього, утримання постійного тиску в камері згоряння здійснюється за рахунок зміни положення поршня, який просуває заряд твердого палива до зони згоряння в осьовому напрямку зі швидкістю, яка дорівнює швидкості згоряння заряду, що веде до ускладнення налаштування механічної системи приводу поршня, можливих перекосів та заклинювання рухомого заряду, залежністю тяги двигуна від швидкості руху торпеди, а також відсутня можливість регулювання двигуна по рівню тяги. Відомий гідрореактивний двигун для кавітуючої торпеди, який складається з поршня, заряду твердого гідрореагуючого пального, корпусу, ножів для зрізу бронювання, форсункової головки, камери згоряння, водоводу, порохового заряду для розгону торпеди та реактивного сопла. В цьому двигуні згоряє пороховий заряд твердого палива для розгону торпеди. Вода з оточуючого середовища постачається до форсункового блока камери згоряння за рахунок швидкісного напору через водовід і розпилюється на торцеву поверхню гідрореагуючого заряду твердого пального. Продукти згоряння постачаються до реактивного сопла і витікають назовні створюючи реактивну силу тяги [2]. Недоліками відомого двигуна є те, що форсунки розташовані в порожнині камери згоряння, де на них впливають теплові потоки продуктів згоряння, що зменшує надійність двигуна, крім цього, утримання постійного тиску в камері згоряння, здійснюється за рахунок зміни положення поршня, який просуває заряд твердого палива до зони згоряння в осьовому напрямку зі швидкістю, яка дорівнює швидкості згоряння заряду, що веде до ускладнення налаштування механічної системи приводу поршня, можливих перекосів та заклинювання рухомого заряду, залежністю тяги двигуна від швидкості руху торпеди, також відсутня можливість регулювання двигуна по рівню тяги. Найближчим аналогом є гідрореактивний двигун для кавітуючої торпеди, який складається з насосу, турбіни, затурбінного патрубка, газоходу, водоводу, заряду твердого гідрореагуючого пального з центральною порожниною, корпусу, ножів для зрізу бронювання, форсункової головки, камери згоряння, порохового заряду для розгону торпеди та реактивного сопла. В цьому двигуні згоряє пороховий заряд твердого палива для розгону торпеди. Вода з оточуючого середовища постачається рахунок споживання потужності з вала, яка отримується з турбіни, причому насос і турбіна розташовані на одному валу. Вода з насосу подається до форсункової головки, яка розташована в камері згоряння та розпилюється на заряд твердого гідрореагуючого пального. В результаті хімічної реакції в камері згоряння проходить процес газоутворення. Продукти згоряння постачаються до реактивного сопла і витікають назовні створюючи реактивну силу тяги. В турбіну продукти згоряння постачаються з камери згоряння для живлення турбіни, а потім, проходячи крізь затурбінний патрубок, витікають в оточуюче середовище для підтримки каверни, яка утворюється навколо торпеди [2]. Недоліками відомого двигуна є те, що форсункова головка розташована в порожнині камери згоряння, де на неї впливають теплові потоки продуктів згоряння, що зменшує надійність 1 UA 118587 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 двигуна, а також відсутня можливість регулювання двигуна по рівню тяги, крім цього, згоряння твердого пального по торцевій поверхні веде до збільшення об'єму камери згоряння і зменшенню в ній тиску, що приведе до зменшення тяги двигуна, а також відсутня можливість регулювання двигуна по рівню тяги. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення тяги двигуна, надійності його функціонування, забезпечення сталого постачання води в камеру згоряння, а також забезпечення можливості регулювання двигуна по рівню тяги. Поставлена задача вирішується тим що, гідрореактивний двигун, який розміщений в корпусі торпеди, містить камеру згоряння, заряд твердого гідрореагуючого пального з центральною порожниною, пороховий заряд для розгону торпеди, реактивне сопло, водовід, газохід, газогенератор розкрутки ротора турбонасосного агрегату, новим є те, що турбонасосний агрегат складається з насосів, вала і турбіни, причому насос живлення камери згоряння встановлений в центральній частині камери згоряння, постачання води на його вхід здійснюється крізь порожнистий вал, яким він з'єднаний з турбіною, а робоче колесо насоса загнуте вихідною частиною в напрямку камери згоряння та у вихідному перерізі містить пористе кільце, насос живлення камери випаровування встановлений з другого боку турбіни і призначений для постачання води до камери випаровування. Між частиною реактивного сопла, що звужується, та надзвуковою частиною, розташована камера випаровування, в її стінці виконані отвори, які можуть бути в однієї площині, або в декількох, причому їх діаметри зменшуються по довжині камери випаровування, на зовнішній поверхні встановлений кільцевий колектор, який з'єднаний з насосом живлення камери випаровування трубопроводом, на якому встановлений агрегат регулювання постачання рідини. Для запобігання попадання рідини з порожнини високого тиску насосу живлення камери випаровування до водоводу, між водоводом та робочим колесом насоса встановлено динамічне контактне ущільнення. Сутність корисної моделі пояснюється кресленнями. На кресленні показано схематичне зображення гідрореактивного двигуна торпеди. Гідрореактивний двигун містить камеру згоряння 1, в якій розташований заряд твердого гідрореагуючого пального 2 з центральною порожниною, яка, наприклад, може бути у формі кола, хреста, чи зірки, турбонасосний агрегат, який складається з вала 3, насосу живлення камери згоряння 4, який розташований в порожнині заряду гідрореагуючого пального, а його вихід загнутий в напрямку камери згоряння і в вихідному перерізу розміщене пористе кільце 5, насосу живлення камери випаровування 6, турбіни 7, а також підшипників 8, водовід 9, по якому подається рідина для живлення насосів, газогенератор 10 для розкрутки ротора турбонасосного агрегату при запуску торпеди, газоходів 11, крізь які, газ після турбіни 7 видаляється в оточуюче середовище для підтримки парової каверни через отвори 12, газоходу 13 для постачання газів з камери згоряння 1 до турбіни 7, реактивного сопла, яке складається з частини, яка звужується 14, та надзвукової частини 15, між якими розташована камера випаровування 16 в стінці якої виконані отвори 17 для постачання води, причому до отворів вода постачається з кільцевого колектору 18, який з'єднаний трубопроводом 19 з насосом 6. В магістралі трубопроводу 19 встановлений агрегат 20, для регулювання постачання води в камеру випаровування. Двигун розташований в корпусі торпеди 21, в носовій частині 22 якої розміщений кавітатор 23. Заряд твердого гідрореагуючого пального 2 опирається на бронювання 24, розташоване збоку газогенератору 10. Водовід 9 з'єднаний з нерухомим корпусом насоса живлення камери випаровування 6, в якому встановлено динамічне контактне ущільнення 25, для запобігання перетікання рідини з порожнини високого тиску в порожнину водоводу. Газогенератор 10 приєднаний до корпусу турбіни, призначений для розкрутки ротора турбонасосного агрегату до розрахункової величини частоти обертання. До цього ж корпусу турбіни приєднаний газохід 13 з камери згоряння 1 до турбіни 7, для її живлення. В носовій порожнині 22 може розміщуватись бойовий заряд, а також устаткування для регулювання рухом торпеди, та її положенням в просторі. Пороховий заряд 26 для розгону торпеди встановлений в реактивному соплі порожнині камери випаровування 16. Гідрореактивний двигун працює таким чином. При згорянні порохового заряду 26 гази надходять в надзвукову частину сопла 15, в якій створюється реактивна сила тяги і торпеда збільшує швидкість руху. Рідина розподіляється на два потоки, один з яких попадає в проточну порожнину водоводу 9, другий обтікає кавітатор 23 і в наслідок зниження тиску на його тиловій стороні до значення нижче за тиск насиченої пари при температурі та тиску на глибині ходу, перетворюється на пару, та обволікає носову частину торпеди 22, та корпус торпеди 21. В цей же час, починає працювати газогенератор 10, гази з якого подаються до турбіни 7, яка разом з насосами 4 і 6 які встановлені на валу 3 та опираються на підшипники 8, починає обертатися і передавати крутний момент через вал до 2 UA 118587 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 насосів. Через водовід 9 вода подається в порожнину вала 3 і далі до робочих коліс насосів 4 та 6. Рідина проходячи робоче колесо насоса 6 подається по трубопроводу 19 агрегату 20, який регулює постачання води в камеру випаровування. Динамічне контактне ущільнення 25 запобігає перетіканню рідини з порожнини високого тиску насоса в водовід 9, що дає можливість покращити витратний коефіцієнт корисної дії насосу і загальний коефіцієнт корисної дії турбонасосного агрегату. Також, вода крізь вал 3 подається до насосу 4 живлення камери згоряння, який підвищує її тиск, проходить пористе кільце 5 і далі розпилюється в камеру згоряння 1, де вступає в хімічну реакцію згоряння з зарядом гідрореагуючого пального 2, який розміщений в корпусі торпеди 21, та опирається на бронювання 24. При розгоні, коли тиск в камері згоряння 1 не збільшився до розрахункового значення, агрегат 20 перекриває трубопровід 19 і вода в камеру випаровування не подається. По закінченню розгону и повного згоряння порохового заряду 26, тиск в камері згоряння набирає розрахункового значення, агрегат 20 відкриває постачання води до колектору 18 і рідина крізь отвори 17 витікає в внутрішню порожнину камери випаровування 16 де випаровується в високотемпературному, потоці газів з камери згоряння 1. Отвори 17 можуть бути виконані в однієї площині, або в декількох. При цьому, діаметри отворів необхідно зменшувати по довжині камери випаровування 16, через зменшення температури парогазової суміші в камері випаровування і витрати внутрішньої енергії газів на випаровування рідини. Крізь газохід 13 гази з камери згоряння 1 постачаються до турбіни 7, де здійснюється робота розширення і тиск газів зменшується до тиску, більшому ніж значення тиску гальмування на глибині ходу, при швидкості ходу торпеди, після чого вони по газоходам 11 крізь отвори 12 видаляються в оточуюче середовище, підтримуючи каверну навколо торпеди. В камері згоряння 1 в результаті згоряння заряду гідрореагуючого пального 2 підвищується температура, тиск і газоприхід. Процес згоряння гідрореагуючого пального 2 підтримується, а продукти згоряння, які отримуються в камері згоряння 1, подаються до реактивного сопла, де їхня потенційна і внутрішня енергія перетворюється в реактивну силу тяги, за рахунок якої торпеда рухається в паровому прошарку каверни, де силу лобового опору створює тільки кавітатор, а корпус торпеди 21 додає тертя об парогазовий прошарк каверни, що значно менше, ніж у випадку, коли торпеда рухається в рідинному середовищі. Зміна положення торпеди в просторі може потребувати зміну сили тяги, а також у зв'язку з тим, що в процесі згоряння гідрореагуючого пального маса торпеди з часом зменшується, і для підтримки постійної швидкості ходу необхідно зменшувати витрату води в камері згоряння 1, з метою забезпечення постійної сили тяги. Теоретична працездатність ракетного двигуна, який дроселюється на основі суміщеної системи постачання компонентів палива була теоретично опрацьована та обґрунтована в [3]. Працездатність суміщеної системи постачання компонентів палива для ракетного двигуна що дроселюється, була підтверджена експериментальними дослідженнями, результати яких були опубліковані в [4]. Слід зазначити, що для визначення можливості використання в конструкції двигуна камери випаровування, були проведені експериментальні дослідження з метою визначення діапазонів повного випаровування рідини в високотемпературних потоках газів, при різноманітних умовах роботи камери згоряння, які подані в [5]. Запропонований гідрореактивний двигун може бути використаний при створенні торпедних видів озброєння, наприклад в кавітуючих торпедах, або апаратах, які використовуються в воді і на її поверхні. Випаровування води в камері випаровування дозволить збільшити масову витрату парогазової суміші крізь реактивне сопло, що дозволить значно збільшити тягу двигуна. Масова витрата води в камері випаровування визначається з умови максимуму добутку газової постійної парогазової суміші їх температуру. Використання суміщеної системи постачання компонента в камеру згоряння дозволяє отримати можливість здійснювати дроселювання гідрореактивного двигуна, забезпечити стале постачання рідинного компонента в камеру згоряння, а також відмовитись від механічних засобів просування твердого палива в камері згоряння і таким чином підвищити надійність двигуна. Джерела інформації: 1. Шахиджанов Е.С., Реактивные двигатели подводных аппаратов на твердом топливе./ Е.С. Шахиджанов, А.Ф. Мяндин// - Москва. 2005. - 232 с. ил. 2. Москаленко А.А. Влияние внешних гидродинамических параметров высокоскоростных подводных аппаратов на их тактико-технические характеристики. Электронный журнал "МОЛОДЕЖНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК". Издатель ФГБОУ ВПО "НПУ им. Н.Э. Баумана". Эл №. ФС77-51038. 3 UA 118587 U 5 10 3. Михайлов В.В., Дросселируемые жидкостные ракетные двигатели. /Михайлов В.В., Базаров В.Г. // - М: Машиностроение, 1985. - 106 с. 4. Белогуров С.А., Теоретико-экспериментальные исследования комбинированных систем подачи топлива в камеру сгорания ракетных и ракетно-прямоточных двигателей. /С.А. Белогуров, М.А. Катренко, А.А. Панченко, Л.В. Пронь// Научно-технический журнал "Вестник двигателестроения". ОАО "Мотор Сич", ЗНТУ, № 1. - 2013. С. 29-34. 5. Панченко А.А. Результаты экспериментальных исследований испарения жидкости в высокотемпературных скоростных потоках. /А.А. Панченко, М.А. Катренко, Л.В. Пронь// Научно технический сборник "Космическая техника. Ракетное вооружение". ГКБ Южное. - 2014. № 2. С. 66-69. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 1. Гідрореактивний двигун, який розміщений в корпусі торпеди, містить камеру згоряння, заряд твердого гідрореагуючого пального з центральною порожниною, пороховий заряд для розгону торпеди, реактивне сопло, водовід, газохід, газогенератор розкрутки ротора турбонасосного агрегату, який відрізняється тим, що турбонасосний агрегат складається з насосів, вала і турбіни, причому насос живлення камери згоряння встановлений в центральній частині камери згоряння, постачання води на його вхід здійснюється крізь порожнистий вал, яким він з'єднаний з турбіною, а робоче колесо насоса загнуте вихідною частиною в напрямку камери згоряння, та у вихідному перерізі містить пористе кільце, насос живлення камери випаровування встановлений з другого боку турбіни і призначений для постачання води до камери випаровування. 2. Гідрореактивний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що між частиною реактивного сопла, що звужується, та надзвуковою частиною розташована камера випаровування, в її стінці виконані отвори, які можуть бути в одній площині або в декількох, причому їх діаметри зменшуються по довжині камери випаровування, на зовнішній поверхні встановлений кільцевий колектор, який з'єднаний з насосом живлення камери випаровування трубопроводом, на якому встановлений агрегат регулювання постачання рідини. 3. Гідрореактивний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що для запобігання попадання рідини з порожнини високого тиску насосу живлення камери випаровування до водоводу, між водоводом та робочим колесом насоса встановлено динамічне контактне ущільнення. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 4