Гідрореактивний двигун

Реферат: UA 118640 U UA 118640 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, у міру 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 і 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 системі 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 насоса, 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 до насоса, який підвищує її тиск за рахунок споживання потужності з вала, яка отримується з турбіни, причому насос і турбіна розташовані на одному валу. Вода з насоса 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 118640 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 двигуна, залежністю тяги двигуна від швидкості руху торпеди, а також і 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, залежністю тяги двигуна від швидкості руху торпеди, а також і відсутня можливість регулювання двигуна по рівню тяги. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення надійності функціонування двигуна, 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 розкручування ротора турбонасосного агрегату, який складається з насоса, вала і турбіни, новим є те, що насос турбонасосного агрегату встановлюється в центральній частині камери згоряння, його живлення водою здійснюється крізь порожнистий вал, яким він з'єднаний з турбіною, причому робоче колесо насоса загнуте вихідною частиною в напрямку камери згоряння, та у вихідному перерізі містить пористе кільце. Для запобігання попаданню рідини з водоводу до газової порожнини турбіни, між водоводом та валом турбіни встановлено ущільнення. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де показано схематичне зображення гідрореактивного двигуна торпеди. Гідрореактивний двигун містить реактивне сопло 1 яке з'єднане з камерою згоряння 2 в якій розташований заряд твердого гідрореагуючого пального 3 з центральною порожниною, яка, наприклад, може бути у формі кола, хреста чи зірки, де розташований вихідний переріз робочого колеса насоса 4, в якому закріплено пористе кільце 5, а робоче колесо з'єднано з турбіною 6 валом 7, на якому встановлені підшипники 8, а також в якому виконаний отвір для постачання води до насоса 4. На валу 7 розташоване ущільнення 9, яке призначено для забезпечення герметичності між порожниною водоводу та порожниною турбіни. Отвір в валу 7 має діаметр рівний діаметру водоводу 10, на передньому кінці якого розташований кавітатор 11, кут нахилу якого відносно осі торпеди може змінюватися. До корпусу турбіни приєднаний газогенератор 12, призначений для розкручування ротора турбонасосного агрегату до розрахункової величини частоти обертання. До цього ж корпусу турбіни приєднаний канал постачання газів 13 з камери згоряння 2 до турбіни 6, для її живлення. З вихідного перерізу турбіни гази відводяться по газоходу 14 в оточуюче середовище крізь отвори 15. Заряд твердого гідрореагуючого пального опирається на бронювання 16, розташоване збоку газогенератора 12. В носовій порожнині 17 може розміщуватись бойовий заряд, а також устаткування для регулювання рухом торпеди, та її положенням в просторі. Двигун розміщується в корпусі торпеди 18. Пороховий заряд 19 для розгону торпеди встановлений в реактивному соплі 1. Гідрореактивний двигун працює таким чином. При згорянні порохового заряду 19 гази надходять в реактивне сопло 1, в якому створюється реактивна сила тяги і торпеда збільшує швидкість руху. Рідина розподіляється на два потоки, один з яких попадає в проточну порожнину водоводу 10, другий обтікає кавітатор 11 і внаслідок 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 корпус торпеди 18. В цей же час починає працювати газогенератор 12, гази з якого подаються до турбіни 6, яка починає обертатися в підшипниках 8 і передавати крутний момент через вал до насоса. Через водовід 10 вода подається в порожнину вала 7 і далі до робочого колеса насоса 4, причому ущільнення 9 відділяє течію рідини від газової порожнини турбіни 6. Рідина проходячи робоче колесо 4 подається до пористого кільця 5 і далі розпилюється в камеру згоряння 2, де вступає в хімічну реакцію згоряння з зарядом гідрореагуючого пального 3, який розміщений в корпусі торпеди 18, та опирається на бронювання 16. В камері згоряння 2 в результаті згоряння заряду гідрореагуючого пального 3 підвищується температура, тиск і газопрохід. Продукти згоряння починають надходити по каналу постачання газів 13 до турбіни 6, після чого видаляються назовні по газоходу 14 крізь отвори 15. Після повного згоряння порохового заряду 19 та заряду газогенератора 12, швидкість торпеди досягає розрахункового значення. Турбіна 6 споживає енергію газів, які надходять по каналу постачання газів 13 з камери згоряння 2 обертає насос 4, який підвищує тиск рідини і постачає її в центральну порожнину гідрореагуючого палива 3. Процес згоряння палива підтримується, а продукти згоряння, які отримуються в камері згоряння 2 UA 118640 U 5 10 15 20 25 30 35 40 2 подаються до реактивного сопла 1, де їхня потенційна і внутрішня енергія перетворюється в реактивну силу тяги, за рахунок якої торпеда рухається в рідині в паровому прошарку каверни. 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 [4-6]. 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. Використання води як окислювача для гідрореагуючого пального дозволить розмістити більшу кількість пального на борті, що значно збільшить радіус дії торпеди. Використання суміщеної системи постачання компонента в камеру згоряння дозволить 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./ Шахиджанов Е.С., Мяндин А.Ф.// - 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. 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. Белогуров С.А. Подача топлива в камеру сгорания двигателя. Международная конференция /С.А. Белогуров, Ю.В. Дронов, М.А. Катренко, А.А. Панченко, Л.В. Пронь// "Передовые космические технологии на благо человечества". 15-17 апреля 2009 г. Днепропетровск, Нац. Центр аэрокосмического образования молодежи Украины им. А. М. Макарова: Тез. докл. - Д.: ГКБ "Южное", Украина. 2009. - С. 38. 6. Панченко А.А., "Некоторые результаты экспериментальных исследований дросселирования двигателя". / А.А. Панченко, М.А. Катренко, С.А. Белогуров, Ю.В. Дронов, Л.В. Пронь// 14-18 сентября 2009 г. Днепропетровск, ГКБ "ЮЖНОЕ", Научно-производственная внедренческая компания "ТРИАКОН". "СИЛОВЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ". 1-й украинский семинар по аэрокосмической технике. Программа семинара. - Д.: Украина. 2009. - С. 8. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 1. Гідрореактивний двигун, який розміщений в корпусі торпеди та містить камеру згоряння, заряд твердого гідрореагуючого пального з центральною порожниною, пороховий заряд для розгону торпеди, реактивне сопло, водовід, газохід, газогенератор розкручування ротора турбонасосного агрегату, який складається з насоса, вала і турбіни, який відрізняється тим, що насос турбонасосного агрегату встановлюється в центральній частині камери згоряння, його живлення водою здійснюється крізь порожнистий вал, яким він з'єднаний з турбіною, причому робоче колесо насоса загнуте вихідною частиною в напрямку камери згоряння, та у вихідному перерізі містить пористе кільце. 2. Гідрореактивний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що для запобігання попаданню рідини з водоводу до газової порожнини турбіни, між водоводом та валом турбіни, встановлено ущільнення. 3 UA 118640 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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