Комбинированный воздушно-реактивный двигатель

Основные конструктивные особенности

Комбинированный воздушно-реактивный двигатель состоит из входного устройства, компрессора с приводом, камеры сгорания, выходного устройства и системы внутреннего воздушного охлаждения. Привод компрессора в нём выполнен в виде самостоятельного двигателя, установленного между входным устройством и компрессором, а система его внутреннего воздушного охлаждения содержит устройство подвода и отвода охлаждающего воздуха, заборное и выпускное устройства. Устройство подвода и отвода охлаждающего воздуха выполнено в виде прямого и обратного продольных воздуховодов, сообщающихся между собой в задней части двигателя. Заборное устройство соединено с прямым воздуховодом и установлено во входном устройстве двигателя, а выпускное устройство выполнено в виде окон, соединяющих обратный воздуховод с проточной частью двигателя перед входом в компрессор.

В качестве самостоятельного двигателя для привода компрессора использован турбороторный двигатель внутреннего сгорания.

Прямой воздуховод в системе внутреннего воздушного охлаждения может быть выполнен в виде сквозного канала внутри центрального вала двигателя, обратный же может быть образован внутренними полостями двигателя, сообщающимися между собой через окна в его неподвижных перегородках и вращающихся дисках компрессора, а заборное устройство может быть выполнено в виде вентилятора.

Рёбра, образующие окна во вращающихся дисках компрессора, могут быть развёрнуты под углом к их осям.

Выполнение привода компрессора в виде самостоятельного двигателя, установленного между входным устройством и компрессором, вместо газовой турбины исключает отбор значительной части энергии рабочих газов после камеры сгорания для обеспечения работы компрессора и устраняет основное препятствие, ограничивающее возможность повышения их давления и температуры в камере сгорания, что позволяет существенно повысить их значения на входе в реактивное сопло и увеличить за счёт этого удельную тягу двигателя.

Выполнение устройства подвода и отвода охлаждающего воздуха в виде прямого и обратного продольных воздуховодов, сообщающихся между собой в задней части двигателя, позволяет существенно увеличить площадь поверхностей обдуваемых воздухом деталей, а соединение заборного устройства с прямым воздуховодом, его размещение во входном устройстве двигателя и выполнение в виде вентилятора, разворот рёбер, образующих окна во вращающихся дисках компрессора, под углом к их осям – увеличить интенсивность движения охлаждающего воздуха, что, в целом, существенно повышает эффективность системы охлаждения, создаёт условия для дополнительного повышения температуры газов в камере сгорания и, соответственно, удельной тяги двигателя.

Выполнение выпускного устройства в виде окон, соединяющих обратный воздуховод с проточной частью двигателя перед входом в компрессор, обеспечивает возврат тепла, уносимого охлаждающим воздухом, в камеру сгорания, что способствует существенному повышению КПД двигателя.

Устройство и принцип работы

Устройство предлагаемого двигателя показано на Рисунке 1.

Рисунок 1.

Комбинированный воздушно-реактивный двигатель состоит из входного устройства 1, компрессора 2 с приводом, камеры сгорания 3, выходного устройства 4 и системы его внутреннего воздушного охлаждения.

Привод компрессора 2 выполнен в виде самостоятельного турбороторного двигателя внутреннего сгорания 5, установленного между входным устройством 1 и компрессором 2.

Система внутреннего воздушного охлаждения указанного двигателя содержит устройство подвода и отвода охлаждающего воздуха, заборное 6 и выпускное устройства.

Устройство подвода и отвода охлаждающего воздуха состоит из прямого и обратного продольных воздуховодов 7 и 8 соответственно. Заборное устройство 6 соединено с прямым воздуховодом 7, установлено во входном устройстве 1 двигателя и выполнено в виде вентилятора, а выпускное устройство – в виде окон 9, соединяющих обратный воздуховод 8 с проточной частью двигателя перед входом в компрессор 2.

Прямой воздуховод 7 при этом выполнен в виде сквозного канала внутри центрального вала 10 двигателя, а обратный воздуховод 8 образован внутренними полостями, сообщающимися между собой через окна 11, 12 в неподвижных перегородках двигателя и вращающихся дисках компрессора 2.

Рёбра 13, образующие окна 12 во вращающихся дисках компрессора 2, развёрнуты под углом к их осям.

Двигатель работает следующим образом.

Наружный воздух через входное устройство 1 непрерывно поступает в компрессор 2, где сжимается и подаётся в камеру сгорания 3, куда одновременно непрерывно впрыскивается мелко распылённое жидкое топливо и происходит его сгорание при почти постоянном давлении. Образующиеся в результате сгорания топлива газообразные продукты поступают в выходное устройство 4, где расширяются и с большой скоростью вытекают во внешнюю среду, создавая реактивную тягу двигателя.

Вращение компрессора 2 обеспечивается с помощью привода, выполненного в виде самостоятельного турбороторного двигателя внутреннего сгорания 5, охлаждение которого осуществляется воздушным потоком, поступающим через входное устройство 1.

Часть поступающего во входное устройство 1 воздуха захватывается заборным устройством 6 и по прямому воздуховоду 7 подаётся в заднюю часть двигателя, откуда по обратному воздуховоду 8, обдувая внутренние поверхности охлаждаемых деталей двигателя, через окна 9 поступает в его проточную часть перед компрессором 2.

Вентилятор заборного устройства 6 и рёбра 13 во вращающихся дисках компрессора 2, установленные под углом к их осям, обеспечивают интенсивную прокачку охлаждающего воздуха через прямой 7 и обратный 8 воздуховоды.

Движение охлаждающего воздуха показано на Рисунке 1 стрелками.

Основные характеристики

Проведенные оценки показывают, что за счёт предлагаемых технических решений возможно обеспечить следующие характеристики воздушно-реактивного двигателя:

Давление в камере сгорания, МПа	0,3 - 1,0
Температуру  в камере сгорания, oК	2500 - 2700
Удельную тягу двигателя, м/с	1500 - 2000
КПД двигателя	0,5 - 0,6

Список использованных источников

1. Патент РФ № 2446304 по кл. F 02 K 5/02, 2012 г.