ПУЛЬСИРУЮЩИЙ РЕАКТИВНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится к двигательным установкам и может быть использована, например, в качестве двигательной установки малоразмерного беспилотного летательного аппарата.
Известен пульсирующий двигатель детонационного горения [1], 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.
Известна энергетическая реактивно-поршневая установка [2], 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. Недостатком известной энергетической установки является низкая высотная характеристика (стабильная работа на высоте 4000-5000 м), а также использование горючих низкой плотности.
Известен пульсирующий воздушно-реактивный двигатель [3], включающий камеру сгорания с форсункой и запальной свечой, резонаторные трубы с соплами, впускные патрубки, поворотное устройство, канал газового эжектора, топливный бак, блоки управления поворотными устройствами и тяги управления. Недостатком известного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя является высокий удельный расход топлива, низкий ресурс деталей системы подачи топливной смеси, низкий термодинамический КПД.
Целью данной полезной модели является повышение высотных характеристик двигательной установки до высоты 15 км, снижение удельного расхода горючего, повышение удельного импульса, расширение ассортимента используемых горючих, повышение термодинамического КПД.
Поставленная цель достигается тем что пульсирующий реактивно-поршневой двигатель, включает свободно-поршневой двигатель, содержащий камеру сгорания, компрессор, свободно-двигающийся поршень, бак для пастообразного горючего, систему подачи пастообразного горючего, выхлопную систему, соединенную с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем. Свободно-поршневой двигатель снабжен клапанными решетками, размещенными на торцах компрессора. Поршень двигателя выполнен в виде трех составляющих: поршень камеры сгорания, поршень компрессора и поршень системы подачи горючего. Поршень снабжен общим центральным каналом, один конец которого имеет расширение, а на другом конце размещен пористый диск, в поршне камеры сгорания выполнены четыре продувочных отверстия, бак пастообразного горючего выполнен в виде двух цилиндров различного диаметра находящихся один в другом, при этом внутренний цилиндр одним концом соединен с торцевой стенкой внешнего цилиндра, а противоположные концы цилиндров соединены с клапанной решеткой, на внутреннем цилиндре бака для горючего размещен нажимной диск, выполненный с возможностью перемещения вдоль оси этого цилиндра, в части внутреннего цилиндра, прилегающей к торцу внешнего цилиндра, выполнены отверстия для поступления пастообразного горючего из внешнего цилиндра бака во внутренний, камера сгорания свободно-поршневого двигателя с помощью трубопроводов соединена с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем.
На фиг.1 изображена принципиальная схема пульсирующего реактивно-поршневого двигателя.
Пульсирующий реактивно-поршневой двигатель, состоит из свободно-поршневого двигателя 1, содержащего камеру сгорания 3, компрессор 4, свободно-двигающийся поршень 5, выхлопную систему 7, бак для пастообразного горючего 6, систему подачи пастообразного горючего, включающую канал 10, расширитель 12, пористый диск 13, нажимной диск 17. Свободно-поршневой двигатель соединен с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем 2, состоящим из камеры сгорания пульсирующего воздушно-реактивного двигателя 18, с расположенным в ней завихрителем 24, сопла 22, резонансной трубы 20, конфузора 23. Свободно-поршневой двигатель 1 снабжен клапанными решетками (8, 9), размещенными на торцах компрессора 4. Поршень двигателя 5, выполнен в виде трех составляющих: поршень камеры сгорания 5.1, поршень компрессора 5.2 и поршень системы подачи горючего 5.3. Поршень двигателя снабжен общим центральным каналом 10, один конец которого имеет расширение 11, а другой конец заканчивается расширителем 12 с закрепленным на нем пористым диском 13. В поршне камеры сгорания выполнены четыре продувочных отверстия 14. Бак горючего 6 выполнен в виде двух соосных цилиндров различного диаметра. Внутренний цилиндр 15 одним концом соединен с торцевой стенкой внешнего цилиндра 16, а противоположные концы цилиндров соединены с клапанной решеткой 9. На внутреннем цилиндре 15 бака для горючего 6 размещен нажимной диск 17, выполненный с возможностью перемещения вдоль оси этого цилиндра. В части внутреннего цилиндра бака для горючего 15, прилегающей к торцу внешнего цилиндра 16, по окружности выполнены отверстия 21 для поступления горючего из внешнего цилиндра во внутренний, камера сгорания свободно поршневого двигателя 3 с помощью трубопроводов 7 соединена с камерой сгорания пульсирующего воздушно-реактивного двигателя 18.
Предлагаемый двигатель работает следующим образом. Запуск двигателя производится при помощи баллона сжатого воздуха (на фиг.1 не показан). При этом воздух подается через клапанную решетку 8 в левую полость компрессора. Поршень 5 под действием энергии сжатого воздуха начинает движение в сторону бака горючего 6. На этом движении открываются клапаны клапанной решетки 8 и полость между решеткой 8 и поршнем 5.2 наполняется забортным воздухом. Одновременно с этим происходит сжатие воздуха, находившегося с противоположной стороны поршня 5.2. Открываются клапаны клапанной решетки 9 и воздух, надавливая на нажимной диск 17, сжимает пастообразное горючее 19 в баке 6, вытесняя его из внешнего цилиндра 16 во внутренний цилиндр 15, через отверстия 21.
Через расширение 11 горючее попадает в канал 10. Под действием создаваемого диском 17 давления горючее движется к противоположному торцу поршня, где выдавливается через расширитель 12 и пористый диск 13 в камеру сгорания 3.
Достигнув правой крайней точки, под действием сжатого поршнем 5.2 воздуха, поршень 5 начинает обратное движение.
Закрываются клапаны обеих клапанных решеток (8, 9). В левой полости компрессора начинается сжатие воздуха. Далее, воздух из левой полости компрессора перетекает в камеру сгорания через продувочные каналы 14. Этот воздух в камере сгорания смешивается с ранее выдавленным туда горючим, образуя топливную смесь. При достижении поршнем 5 левой критической точки, под действием температуры сжатия происходит самовоспламенение топливной смеси. Поршень 5 начинает обратный ход. При этом продукты сгорания, вместе с избыточным продувочным воздухом и недогоревшими компонентами топлива через трубопроводы 7 подаются в камеру сгорания пульсирующего воздушно-реактивного двигателя 18. Здесь происходит их воспламенение и истечение через сопло 22 резонаторную трубу 20 и конфузор 23 с образованием тяги.
Остановка свободно-поршневого двигателя происходит с помощью принудительной разгерметизации камеры сгорания свободно-поршневого двигателя.
Применение предлагаемой конструкции позволяет повысить высотные характеристики двигательной установки до высоты 15 км, за счет наддува, повысить степень сжатия, путем нагнетания и сжатия рабочей смеси принудительным компрессором свободнопоршневого двигателя, повысить удельный импульс, за счет увеличения перепада давления и роста температуры в камере сгорания, за счет сжатия топливной смеси, снизить удельный расход горючего за счет увеличения степени сжатия и быстрого сгорания смеси, расширить ассортимент используемых горючих за счет пастообразного горючего (стабильного, гомогенного) с любыми улучшающими компонентами (порошкообразные металлы, например, магний), повысить термодинамический КПД за счет повышения температуры двигателя, повысить ресурс деталей системы подачи топливной смеси за счет того, что эти детали не взаимодействуют с газами высокой температуры.
Список использованных источников.
1. Патент США №3727409, кл. F02К 7/08, 1973 г.
2. Патент RU №91599 U1 МПК F02В 33/00
3. Патент RU №2300004 С2 МПК F02К 7/04