ДВИГАТЕЛЬ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, в частности, в качестве двигателя летательного аппарата (ЛА).
Известно устройство двигателя [1], в котором содержатся внутренние и внешние радиаторы, содержащие тонкостенные пластины с развитой поверхностью теплообмена.
К недостаткам известного устройства следует отнести сравнительно низкую поверхность теплообмена радиаторов, что снижает мощность двигателя.
Вторым недостатком является отсутствие возможности безопасной транспортировки двигателя в нерабочем состоянии, обусловленное значительным количеством теплоносителя, свободно и хаотично перемещающегося в объеме герметичного корпуса двигателя.
Третьим недостатком являются сравнительно высокие массогабаритные характеристики двигателя, обусловленные наличием сплошного вала двигателя.
Целью настоящего изобретения является повышение мощности двигателя, безопасной его транспортировки в нерабочем состоянии, а также уменьшение массогабаритных характеристик.
Суть изобретения заключается в том, что для повышения эффективности теплообмена конусные тарелки радиаторов с обеих сторон подвергнуты технологической операции “накатка”, в результате чего поверхность теплообмена значительно возрастает, а на обеих поверхностях образуются многочисленные выступы, способствующие преобразованию мятого пара в конденсат.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 представлен внешний вид двигателя.
На Фиг. 2 представлена одноступенчатая турбина.
На Фиг. 3 изображен полый вал двигателя с конусными тарелками и теплопроводными стержнями.
На Фиг. 4 представлен профиль конусной тарелки после операции “накатка”.
На Фиг. 5 представлены схема движения теплоносителя, схема движения атмосферного воздуха, а также треугольник раскладки сил, действующих на теплоноситель.
На Фиг. 6 представлен профиль поверхности конусной тарелки до операции “накатка”. Увеличено.
На Фиг. 7 представлен профиль поверхности конусной поверхности после операции “накатка”.
На Фиг. 8 представлены профили двух смежных конусных тарелок.
Устройство двигателя внешнего сгорания
Двигатель внешнего сгорания содержит герметичный корпус 1 в форме усеченного конуса, частично заполненный теплоносителем. Корпус содержит испаритель 2 и конденсатор 3. В корпусе содержится теплоизоляционное кольцо 4, являющееся элементом корпуса и жестко скрепленное как с испарителем, так и с конденсатором двигателя. К теплоизоляционному кольцу жестко крепится рабочее колесо 5 турбины с рабочими лопатками, охваченные ободом 6. Рабочее колесо турбины жестко крепится к полому валу 7 двигателя. На полый вал установлено сопловое колесо 8 турбины, охваченное ободом 9, представляющим собою внутренний кольцевой магнит. Ободья обоих колес установлены с образованием кольцевого зазора 10 с корпусом. Колесо с сопловыми лопатками установлено с возможностью вращения по отношению к полому валу - на подшипниках 11. Над внутренним кольцевым магнитом установлен внешний кольцевой магнит 12, жестко связанный с корпусом 13 ЛА. На полый вал двигателя жестко крепится винт 14. В корпусе двигателя, в зоне конденсации, содержатся теплопроводные стержни 15, на которых жестко закреплены конусные тарелки 16, профиль которых образован технологической операцией “накатка” с обеих сторон. Вокруг испарителя расположена спиральная камера сгорания 17 с форсунками 18. Внутри испарителя содержится металлическая мелкопористая губка 19.
Работа двигателя
При подаче топлива к форсункам 18, а также сжатого воздуха в 2-спиральную камеру сгорания 17 происходит нагрев и испарение теплоносителя в испарителе 2. Пар под давлением поступает на лопатки соплового колеса 8. Поскольку сопловое колесо с направляющими лопатками зафиксировано от вращения с помощью внутренних и внешних магнитов, а рабочее колесо 5 жестко соединено посредством полого вала 7 с корпусом 1, двигатель приходит во вращение. Теплоноситель в парообразном состоянии, пройдя через турбину, поступает в конденсатор 3, где отдает часть тепла внешнему радиатору через теплопроводные стержни 15, и переходит в жидкую фазу - конденсат. Перейдя в жидкую фазу на внутренних конусных тарелках, теплоноситель осаждается на внутренней стенке конденсатора 3 и в виде тонкой пленки под действием центробежных сил возвращается в испаритель 2. Для этой цели между корпусом 1 и ободьями 9 колес турбины содержится зазор 10. В испарителе теплоноситель под действием тепла, полученного от камеры сгорания 17, вновь переходит в парообразное состояние и поступает на колеса турбин. Цикл замыкается.
Достоинство предложенного двигателя внешнего сгорания
Любой тепловой двигатель должен содержать как минимум четыре устройства: 1. Источник энергии. 2. Тепловую машину. 3. Конденсатор. 4. Насос.
Обычно все эти устройства существуют самостоятельно, занимают большие площади и объем, и соединены между собою сложной системой коммуникаций. В предложенном техническом решении все необходимые устройства объединены в одном мобильном агрегате, а функции насоса исполняет сам двигатель, корпус которого выполнен в виде конуса.
1. Задав необходимое значение конусности корпуса (угол α), число оборотов n и радиуса R, а также размер зазора между турбиной и корпусом, можно гарантированно обеспечить надежный проход теплоносителя со встречными направлениями. А именно: в газообразном состоянии - из испарителя в конденсатор, проходя через турбину, а обратно, в жидком состоянии - из конденсатора в испаритель. При этом ЛА с подобным двигателем, работа которого не зависит от ориентации в пространстве, может совершать любые фигуры высшего пилотажа.
2. Плотная установка многочисленных конусных тарелок с развитой поверхностью теплообмена и наличие многочисленных выступов на поверхности, а также наличие многочисленных теплопроводных стержней обеспечивает переход мятого пара вначале в состояние насыщенного пара, а затем - в конденсат.
3. Двигатель - всеядный, т.е. нетребовательный к качеству топлива. Форсунку можно настроить на любой вид топлива, при этом в жидком или газообразном виде.
4. Стационарный двигатель может работать на солнечной энергии.
5. Двигатель может работать в режиме силового агрегата (двигатель - эл. генератор).
6. Анаэробный вариант двигателя, в котором радиоактивные ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы) в виде трубок плотно охватывают корпус испарителя, может быть использован в подводном положении.
7. Анаэробный двигатель может быть также использован для космического машиностроения. Например, как БИП - бортовой источник питания, взамен солнечных батарей, вне зависимости от удаленности от Солнца.
8. Металлическая мелкопористая губка представляет собою несколько слоев металлической сетки с размером ячеек 100-150 мкм [3].
Источники информации
1. Патент РФ №2472005 с приоритетом от 18.01.2011 г.
2. Статья “накатка”. Политехнический словарь, издательство “Советская энциклопедия”, Москва, 1980 г., с. 319.
3. Yandex. Фитиль или капиллярная структура.