Эжекторный усилитель тяги

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к конструкции эжекторных усилителей реактивной тяги.
Известен эжекторный увеличитель тяги (описание изобретения к патенту РФ № 1676310, МПК F02K1/36, опубл.27.12.1995).
У
Эжекторный увеличитель реактивной тяги содержит устройство подачи активной струи, камеру смешения, диффузор, установленный за последней, и, выполненную в виде части тора, камеру завихрения, размещенную на входе камеры смешения. С целью повышения коэффициента усиления тяги увеличитель тяги снабжен кольцевым коллектором, соединенным с выходом активного сопла и двумя кольцевыми криволинейными каналами, подключенными входами к кольцевому коллектору, а выходами, соответственно, к камере завихрения и диффузору. Поверхность камеры смешения выполнена в виде части поверхности кольцевого крыла. Изобретение позволяет повысить уровень тяги реактивного двигателя, при этом коэффициент усиления тяги К может составить 1,8.
Использование такого эжекторного увеличителя реактивной тяги ограничено, так как приводит к увеличению лобового сопротивления.
Наиболее близким к предлагаемому является эжекторный усилитель тяги, содержащий кольцевой эжекторный канал, выполненный с переменным поперечным сечением, и установленное в нем устройство подачи активных струй газа с каналом подвода газа (описание изобретения к патенту РФ № 2150593, МПК F02K1/36, F02C3/32, опубл. 10.06.2000).
У
Активное сопло выполнено в виде многосоплового устройства, образующего с кольцевым эжекторным каналом, выполненным в виде камеры смешения, входной участок и участок смешения. При эжектировании газа внутри камеры создается давление меньше внешнего атмосферного, и дополнительная осевая составляющая силы от разности внутреннего и внешнего давлений, возникающая на внутренней стенке камеры, имеет одно направление с основной тягой. На экспериментальной модели такого эжекторного усилителя тяги получен коэффициент усиления тяги К= 2,2.
Известные устройства имеют относительно невысокие КПД, т.к. при стационарном течении передача энергии к эжектируемому потоку производится вязкостным способом.
Технической задачей полезной модели является создание эжекторного усилителя тяги, в котором реализуется высокоэффективный волновой способ передачи энергии (Кудрин О. И., Квасников А. В., Челомей В. Н. Открытие № 314. Явление аномально высокого прироста тяги в газовом эжекционном процессе с пульсирующей активной струей // Вестник АН СССР. – 1986. – № 10).
У
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение коэффициента усиления тяги К за счет использования в качестве устройства подачи активной струи газа пульсатора (золотникового устройства) с возвратно-поступательным принципом действия.
Технический результат достигается тем, что эжекторный усилитель тяги содержит кольцевой эжекторный канал, выполненный с переменным поперечным сечением, и установленное в нем устройство подачи активной струи газа, соединенное с каналом подвода газа, в отличие от известного, устройство подачи активной струи газа выполнено в виде пульсатора, содержащего корпус с наружной и внутренней стенками, в которых выполнены впускной и выпускной каналы, а внутри корпуса расположено подпружиненное полое центральное тело, установленное с возможностью возвратно-поступательного перемещения, которое образует с наружной стенкой корпуса сверхзвуковое сопло, сообщающееся с эжекторным каналом, а с внутренней стенкой корпуса образует полость, сообщающуюся через впускной канал с каналом подвода газа, при этом выпускной канал сообщается с эжекторным каналом.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг. 1 – схема предлагаемого эжекторного усилителя тяги;
фиг. 2 – схема пульсатора в положении «открыто»;
фиг. 3 – схема пульсатора в положении «закрыто».
Эжекторный усилитель тяги (фиг. 1) содержит кольцевой эжекторный канал 1, выполненный с переменным поперечным сечением, в котором установлено устройство подачи активной струи газа, выполненное в виде пульсатора 2. Пульсатор соединен с каналом 3 подвода газа.
Пульсатор 2 содержит корпус 4 с наружной 5 и внутренней 6 стенками. Во внутренней стенке 6 корпуса, расположенной вдоль горизонтальной оси усилителя тяги, выполнены два канала: впускной канал 7, сообщающийся с каналом 3 подвода газа, и выпускной канал 8, сообщающийся с эжекторным каналом 1.
Внутри корпуса 4 на его внутренней стенке 6 расположено осесимметричное подпружиненное полое центральное тело 9, установленное с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль его оси. При этом центральное тело 9 образует с наружной стенкой 5 корпуса сверхзвуковое осесимметричное сопло, сообщающееся с эжекторным каналом 1.
Центральное тело образует с внутренней стенкой 6 две полости – 10 и 11. Полость 10 сообщается с впускным каналом 7. Полость 11 сообщается с выпускным каналом 8. В полости 11 установлена пружина 12.
В исходном положении «открыто» полости 10 и 11 не сообщаются друг с другом. При сжатии пружины при работе устройства (положение «закрыто») полости 10 и 11 сообщаются друг с другом, например, посредством кольцевого канала (канавки) 13 или нескольких каналов (отверстий).
Эжекторный усилитель тяги работает следующим образом.
Рабочий процесс начинается в положении «открыто» (фиг. 2), когда пружина 12 отжимает центральное тело 9 вперед (в направлении входа газа в пульсатор).
При работе двигателя к пульсатору 2 через канал 3 осуществляется подвод газа (рабочего тела), который через впускной канал 7 заполняет полость 10, давление на внутренней поверхности центрального тела 9 увеличивается и оно перемещается назад (в направлении выхода газа из пульсатора) до положения «закрыто», пружина 12 сжимается.
В положении «закрыто» (фиг. 3) полости 10 и 11 сообщаются, и газ из полости 10 перетекает в полость 11 и далее через выпускной канал 8 в эжекторный канал 1 или в окружающую среду. Давление в полости 10 уменьшается, и под действием пружины 12 центральное тело 9 перемещается вперед до положения «открыто» (фиг.2). Так реализуется возвратно-поступательное перемещение центрального тела 9. В положении «открыто» активная струя газа через сверхзвуковое сопло истекает в эжекторный канал, где эжектирует основной поток воздуха, поступающий из окружающей среды.
Далее рабочий процесс повторяется. За счет периодического истечения рабочего тела через устройство подачи активной струи газа, выполненное в виде пульсатора, реализуется пульсирующая подача активной струи в кольцевой эжекторный канал (фиг. 1).
Согласно Научному открытию № 314 при эжектировании основного потока воздуха пульсирующей активной струей происходит высокий прирост реактивной тяги. В эжекторном канале возникает течение разделенных (слабо смешивающихся) структур газа с преимущественным увеличением дополнительной массы в волнах разрежения, характеризующимся малой диссипацией энергии. При этом КПД эжектирования может достигать 0,75. Оптимальные рабочую частоту пульсаций, скважность и цикловую массу в зависимости от размерности задают геометрические параметры пульсатора.
У
На предлагаемом эжекторном усилителе тяги с пульсатором возможно получение коэффициента усиления тяги К= 3,4.