ЭЛЕКТРОТЕПЛОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ELECTRIC HEAT ENGINE

Данное изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности к двигателям реактивным авиационным, ракетным.
Основой идеи изобретения является дальнейшее совершенствование и повышение эффективности работы известных реактивных. двигателей, освоение принципиально новой технологии их работы.
В настоящее время, существующие одно и двухконтурные турбореактивные двигатели функционируют по следующему принципу:
Сжатие рабочего тела на входе в камеру сгорания и высокое значение расхода воздуха через двигатель достигается за счет совместного действия-встречного потока воздуха и компрессора, размещенного в тракте двигателя сразу после входного устройства, перед камерой сгорания. Компрессор приводится в движение турбиной, смонтированной на одном валу с ним и работающей на том же рабочем теле, нагретом в камере сгорания, из которого образуется реактивная струя. Во входном устройстве осуществляется рост статического давления воздуха за счет торможения воздушного потока. В компрессоре осуществляется рост полного давления воздуха за счет совершаемой компрессором механической работы. В камере сгорания производится подвод теплоты. Часть энергии рабочего тела отнимается турбиной. В реактивном сопле формируется реактивная струя.
В уровне техники данные устройства описаны, например, в следующих источниках.
Известен турбореактивный двигатель, описанный в журнале "Изобретатель и рационализатор N 3, 1979 г. стр. 32. Он содержит компрессор, турбину, выходное сопло и камеру сгорания, снабженную диафрагмой, разделяющей ее на две концентрично расположенные части и дополнительное реактивное сопло.
Также известен турбореактивный двигатель, описанный в журнале "Изобретатель и рационализатор N 3, 1979 г. стр. 32, левый столбик. Он содержит компрессор, турбину, выходное сопло и камеры сгорания, основную и дополнительную с соплом, а также канал подачи сжатого воздуха в дополнительную камеру сгорания.
Также из заявки RU 94029945 А1 известен реактивный двигатель [прототип], содержащий компрессор, выходное сопло, силовую турбину и камеры сгорания, основную и дополнительную с соплом и каналом подачи сжатого воздуха, также снабжен воздушной турбиной, вторым контуром и спрямляющей решеткой перед компрессором, а турбины снабжены специальным механизмом для перевода их с одного режима на другой, дополнительная камера сгорания установлена в затурбинном пространстве, стенкой которого служит стенка камеры сгорания, и оканчивается охлаждаемым обтекателем с выхлопным патрубком.
Однако все приведенные турбореактивные двигатели, имея некоторые положительные качества, имеют значительные существенные недостатки: выносная дополнительная камера сгорания, снижает тягу, длинный сложный канал подачи сжатого воздуха в указанную камеру сгорания создает значительное сопротивление и потерю давления.
Но основным недостатком данных и всех существующих реактивных двигателей, снабженных турбиной, является высокий расход части энергии рабочего тела на работу турбины, которая затрачивается на раскрутку компрессора, что является причиной повышенного расхода топлива. Избыточный нагрев камер сгорания требует создания условий для их успешного охлаждения, при этом вырабатываемая тепловая энергия не находит полезного применения, а выбрасывается во внешнюю среду.
Задачей заявляемого изобретения является создание конструкции двигателя лишенной недостатков прототипа. Технический результат заявленного двигателя заключается в успешном преобразовании образуемой камерами сгорания тепловой энергии в электрическую, направлении данной электрической энергии для совершения механической работы по приведению в действие узлов двигателя, и как следствие увеличении коэффициента полезного действия двигателя при уменьшении расхода потребляемого топлива на единицу тяги. Еще один технический результат заключается в отведении тепла от камеры сгорания и ее охлаждении.
Поставленная задача достигается созданием электротеплореактивного двигателя, содержащего компрессор, топливно-насосную систему, камеру сгорания и реактивное сопло, где двигатель дополнительно содержит электродвигатель, выполненный с возможностью приведения компрессора в движение, и множество термоэлектрических элементов, соединенных с электродвигателем, где одна их сторона размещена на внешней стороне камеры сгорания, а вторая охлаждается холодной струей, а электрическая энергия, вырабатываемая термоэлектрическими элементами, подается на электродвигатель.
Компрессор сжимает поступающий воздух до необходимых величин. Как правило компрессор выполняется в виде системы последовательно расположенных компрессоров. Первым обычно размещают компрессор низкого давления, далее за ним компрессор высокого давления, где воздух сжимается до предельного параметра.
Дополнительно двигатель может быть оснащен вентилятором, расположенным перед компрессором. Вентилятор, как правило, используют для создания второго контура двигателя. Часть воздуха проходит через компрессор и поступает прямо в камеру сгорания, а другая часть воздуха направляется вентилятором между камерой сгорания и внешним корпусом двигателя.
Электродвигатель выполнен с возможностью отведения электрического тока, вырабатываемого термоэлектрическими элементами, и приведения в движение компрессора. Преимущественно электродвигатель соединен с валом компрессора.
Конструктивно термоэлектрические элементы могут быть выполнены в виде модулей Пельтье, способных преобразовывать тепловую энергию в электрическую за счет возникающей разности температур между сторонами такого модуля. Тепло, выделяемое камерой. сгорания, нагревает термоэлектрические элементы с одной стороны, при этом вторая сторона охлаждается источником холода, образованным холодной струей. Холодная струя образована воздухом, забираемым из вентилятора двигателя, или потоками внешнего воздуха. Чем выше разница температур между сторонами термоэлектрических элементов, тем больше будет выработано электроэнергии.
Реактивное сопло располагается за камерой сгорания. Сопло может быть выполнено сужающимся, или сужающе-расширяющимся. Кроме того сопло может быть выполнено управляемым, с возможностью изменения его диаметра и направления (изменение вектора тяги) в зависимости от режима работы.
Дополнительно двигатель может быть оснащен системой управления.
Один из вариантов выполнения заявленного устройства без ограничения объема притязаний приведен на чертежах, где
на фиг. 1 - выполнен вид сбоку электротеплореактивного двигателя,
на фиг. 2 - выполнен вид в разрезе электротеплореактивного двигателя по сечению А-А.
Заявляемый электротеплореактивный двигатель включает входное устройство 1 для подачи воздушного потока, электродвигатель 2, последовательно размещенные вентилятор 3, компрессор низкого давления 4 и компрессор высокого давления 5. Камера сгорания 6 содержит термоэлектрические устройства 7, охлаждаемые системой охлаждения 8. На выходе выполнено реактивное сопло 9.
Работает заявляемый двигатель следующим образом.
Воздушный поток, набегает во входное устройство 1 двигателя и далее поступает на вентилятор 3, и последовательно на компрессоры 4 и 5, где сжимается и поступает в камеру сгорания 6. В камере сгорания 6 происходит образование топливовоздушной смеси путем распыления топлива, смешение его с воздухом и горение смеси. В результате горения образуется рабочее тело двигателя, обладающее высокой температурой и давлением. Последнее выбрасывается в окружающую среду через реактивное сопло 9. При этом рабочее тело отдает часть тепловой энергии поверхностям камеры сгорания 6, на внешней стороне которой одной своей стороной прикреплены термоэлектрические элементы 7, охлаждаемые вторые стороны которых примыкают к охлаждающей системе 8.
Нагреваясь с одной стороны и охлаждаясь с другой термоэлектрические элементы 7 вырабатывают электрический ток, который подается на двигатель 2. Электродвигатель 2 за счет получаемой электрической энергии приводит в действие вентилятор 3 и компрессоры 4, 5.
Изобретенный электротеплореактивный двигатель отличается тем, что отбор энергии происходит не с рабочего тела, а с выбрасываемой камерой сгорания тепловой энергии, которая посредством термоэлектрических элементов преобразуется в электрический ток, который в свою очередь посредством электродвигателя раскручивает компрессор.
Сокращение бесполезного тепла, вырабатываемого в камере сгорания, является одной из задач современно авиастроения. В данном изобретении вырабатываемое тепло направляется в полезное русло. Свободная тепловая энергия преобразуется в электрическую, которая в дальнейшем тратится на совершение механической работы. Данный подход позволяет исключить турбины из конструкции двигателя, использующиеся для раскрутки компрессора, что приводит к уменьшению расхода потребляемого топлива.
Сопоставительный анализ представленного решения с аналогами позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение отличается от известных аналогов совокупностью существенных отличительных признаков, отвечает условиям патентоспособности новизна, изобретательский уровень и промышленная применимость.