Энергетическая реактивно-поршневая установка

Полезная модель относится к энергетическим установкам, в частности к авиационным энергетическим установкам и может быть использована в качестве энергетической установки малоразмерного беспилотного летательного аппарата. Энергетическая реактивно-поршневая установка содержит поршневой двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, рабочий поршень, камеру сгорания, размещенный на валу поршневого двигателя компрессор, выход которого соединен с впускным коллектором поршневого центробежный двигателя, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена камерой ионизации, вход которой соединен с выхлопом поршневого двигателя, а также пульсирующей реактивной камерой, вход которой соединен с выходом камеры ионизации, при этом пульсирующая реактивная камера снабжена выходным каналом, на внешней поверхности которого размещен МГД-генератор, и эжекторным увеличителем тяги, установленным на выходе из выходного канала пульсирующей реактивной камеры. Внутренние стенки пульсирующей реактивной камеры выполнены из непроводящего карбида бора и на них размещены стальные обкладки электродов МГД-генератора. Канал пульсирующей реактивной камеры имеет в сечении прямоугольник, одна сторона которого, по крайней мере, в три раза больше другой. Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение высотности работы реактивно-поршневой силовой установки, снижение удельного расхода горючего по сравнению с аналогичными установками.

Предлагаемая полезная модель относится к энергетическим установкам, в частности к авиационным энергетическим установкам и может быть использована, например, в качестве энергетической установки малоразмерного беспилотного летательного аппарата.

Известна энергетическая установка [1], включающая поршневой двигатель, содержащий центробежный компрессор, приводимый во вращение от вала двигателя, обеспечивающий повышение плотности воздуха на впуске, а следовательно весового заряда цилиндров, и мощности, развиваемой установки. Недостатком такой схемы является резкое повышение температуры на выходе компрессора при значительных степенях повышения давления. Применение центробежного компрессора для наддува двухтактного двигателя без дополнительного клапана приводит к неизбежной потере части свежей смеси во время продувки. Недостатком такого двигателя является также снижение его мощности при снижении давления и температуры окружающей среды, соответствующих, например, высоте 4000-5000 м над землей.

Известна энергетическая установка [2], включающая поршневой двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, в стенках которого расположены впускное, выпускное и продувочные окна, последние из которых сообщены с кривошипной камерой, образованной герметичным картером и внутренними поверхностями цилиндра и поршня, расположенного в цилиндре и связанного посредством шатуна с коленчатым валом двигателя. Впускное окно в стенке цилиндра расположено с возможностью его перекрытия боковой стенкой поршня, в нижней части которого со стороны впускного окна цилиндра выполнено впускное окно поршня, и лепестковый клапан. Внутренняя сторона впускного окна поршня выполнена в виде седла лепесткового клапана, который частично предотвращает выброс несгоревшей части свежей продувочной смеси.

Недостатками такого двигателя являются сложность конструкции, обусловленная сложностью деталей лепесткового клапана и внутренней стороны впускного окна поршня, выполненной в виде седла лепесткового клапана. Кроме того, наличие лепесткового клапана приводит к снижению ресурса двигателя.

Известны выхлопные системы поршневых авиационных двигателей [3] создающие реактивную тягу за счет использования продуктов сгорания.

Недостатком известных выхлопных систем является содержание в продуктах сгорания части не вступивших в реакцию горения компонентов топлива, а так же экологически грязных соединений.

Известен пульсирующий двигатель детонационного горения [4], содержащий реактивное сопло с детонационной камерой, систему подачи и смесеобразования рабочей смеси и систему возбуждения детонации.

Недостатком известного пульсирующего двигателя является большой удельный расход топлива и небольшой удельный импульс, что связано с низкой степенью сжатия топливно-воздушной смеси перед сгоранием.

Целью данного изобретения является повышение высотности работы энергетической реактивно-поршневой силовой установки, повышение полноты сгорания топлива, снижение удельного расхода горючего.

Поставленная цель достигается тем, что энергетическая реактивно-поршневая установка, включающая двухтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, рабочий поршень, камеру сгорания, размещенный на валу поршневого двигателя центробежный компрессор, выход которого соединен с впускным коллектором поршневого двигателя, дополнительно снабжена камерой ионизации, вход которой соединен с выхлопом поршневого двигателя, а выход со входом пульсирующей реактивной камерой. Пульсирующая реактивная камера снабжена выходным каналом, на котором размещен МГД-генератор, а также эжекторным увеличителем тяги, установленным на выходе из выходного канала пульсирующей реактивной камеры. Внутренние стенки пульсирующей реактивной камеры выполнены из непроводящего карбида бора и на них размещены обкладки электродов МГД-генератора. Канал пульсирующей реактивной камеры имеет в сечении прямоугольник, одна сторона которого, по крайней мере, в три раза больше другой.

На фиг.1 изображена принципиальная схема реактивно-поршневой энергетической установки.

Энергетическая реактивно-поршневая установка состоит из поршневого двухтактного двигателя внутреннего сгорания 1 с установленным на его валу 2 центробежным компрессором 3. Впускной коллектор 4 двигателя 1 соединен с выходом центробежного компрессора, а выхлоп поршневого двигателя соединен с входом пульсирующей реактивной камеры 6 через камеру ионизации 7. Пульсирующая реактивная камера 6 снабжена калильной свечой 8. На внешней поверхности выходного канала 9 пульсирующей реактивной камеры 6 установлен МГД-генератор 10, а на выходе выходного канала 9 пульсирующей реактивной камеры 6 установлен эжекторный увеличитель тяги 11.

Установка работает следующим образом. При запуске поршневого двухтактного двигателя 1 от внешнего источника, центробежный компрессор 3, установленный на валу 2 двигателя 1, создает давление воздуха, который подается на вход поршневого двигателя 1.

Далее компрессор 3 работает от поршневого двигателя 1. В поршневом двигателе 1 осуществляется двухтактный рабочий цикл. Продукты сгорания вместе с неиспользованной частью свежей продувочной смеси, попадают в камеру ионизации 7, куда одновременно подается раствор гидроксида калия (КОН). При этом выходящие из двигателя продукты обогащаются ионами К⁺. Обогащенная ионами К⁺ смесь продуктов сгорания и неиспользованной части свежей продувочной смеси подается в пульсирующую реактивную камеру 6. В камере 6 смесь поджигается с помощью калильной свечи 8, при этом происходит догорание оставшихся в смеси горючих компонентов. Далее продукты сгорания поступают в выходной канал 9 пульсирующей реактивной камеры 6. Ионы К+, содержащиеся в продуктах сгорания, проходя по выходному каналу 9, на внутреннюю стенку которой выведены стальные обкладки электродов МГД-генератора (на фиг. не показаны), обеспечивают возникновение напряжения на клеммах МГД-генератора 10. Из выходного канала продукты сгорания поступают далее в эжекторный увеличитель тяги 11, где к ним добавляется эжектируемый (засаываемый) атмосферный воздух, за счет чего увеличивается масса рабочего тела, а, следовательно, сила тяги, и снижается температура продуктов сгорания, выходящих из установки.

Соединение в единую энергетическую установку поршневого двигателя внутреннего сгорания, компрессора, пульсирующей реактивной камеры, эжекторного увеличителя тяги позволяет обеспечить работу поршневого двигателя в условиях, соответствующих высоте 4000-5000 м над землей.

Применение пульсирующей реактивной камеры позволяет осуществить дожигание несгоревших в поршневом двигателе горючих компонентов свежей продувочной смеси (т.е. повысить полноту сгорания топлива), что снижает удельный расход топлива, а вместе с использованием МГД-генератора повышает суммарный КПД энергетической реактивно-поршневой установки.

Выполнение выходного канала пульсирующей реактивной камеры с прямоугольным сечением обеспечивает наименьшее расстояние между обкладками МГД-генератора, увеличивая эффективность его работы.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей (Б.П.Алексеев, В.Ф.Воронин, Л.В.Грехов и др., Под общ. ред. А.С.Орлина и М.Г.Круглова 4-е изд. М, Машиностроение, 1990, с.106-109

2. Патент RU 2061885, МПК F02B 33/00, F02B 33/02, F02B 33/04.

3. Силовые и авиационные установки. Жовинский Н.Е. М 1948 г с 344-349

4. Патент США N 3727409, кл. F02К 7/08, 1973 г.

1. Энергетическая реактивно-поршневая установка, включающая поршневой двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, рабочий поршень, камеру сгорания, размещенный на валу поршневого двигателя центробежный компрессор, выход которого соединен с впускным коллектором поршневого двигателя, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена камерой ионизации, вход которой соединен с выхлопом поршневого двигателя, а также пульсирующей реактивной камерой, вход которой соединен с выходом камеры ионизации, при этом пульсирующая реактивная камера снабжена выходным каналом, на внешней поверхности которого размещен МГД-генератор, и эжекторным увеличителем тяги, установленным на выходе из выходного канала пульсирующей реактивной камеры.

2. Энергетическая реактивно-поршневая установка по п.1, отличающаяся тем, что внутренние стенки пульсирующей реактивной камеры выполнены из непроводящего карбида бора и на них размещены обкладки электродов МГД-генератора.

3. Энергетическая реактивно-поршневая установка по п.1, отличающаяся тем, что канал пульсирующей реактивной камеры имеет в сечении прямоугольник, одна сторона которого, по крайней мере, в три раза больше другой.