СПОСОБ ДВИЖЕНИЯ АППАРАТА НА ВОЗДУШНОЙ СМАЗКЕ И АППАРАТ НА ВОЗДУШНОЙ СМАЗКЕ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DRIVING AIR-CUSHION VEHICLE AND AIRCUSHION VEHICLE TO THIS END

Изобретение относится к транспортным средствам с динамическим способом поддержания аппарата над поверхностью воды, суши, болотистой местности, при этом все типы транспортных средств являются аппаратами амфибийного типа различной грузоподъемности, движущимися с высокой скоростью.
Известны суда с динамическими принципами поддержания - суда на подводных крыльях и суда на воздушной подушке /СВП/. По сравнению с СВП суда на подводных крыльях уступают в скорости и грузоподъемности.
Суда на воздушной подушке /Д.Коккерел, Англия, 1946 г./, изобретенные в прошлом веке, стали широко применяться за счет ряда их существенных преимуществ перед водоизмещающими: высокой скорости движения над водной поверхностью, приемлемой грузоподъемности, а также способности СВП выйти на берег практически в любом месте, возможности движения над льдом, снегом, болотистой местности, брать препятствия высотой до 3 метров. В США разработан проект атомного СВП общим весом 2 тыс.т. Грузоподъемность этого судна 720 т, длина 107 метров, ширина 76 м, клиренс 3 м, скорость хода - до 100 узлов, мощность силовой установки 360 тыс.л.с., 8 штук тяговых винтов - воздушных и 14 штук вентиляторов для создания воздушной подушки, каждый из которых работает от паровой турбины мощностью 6,5 тыс.л.с. /см. В.А.Ильин "Суда завтрашнего дня", Знание, Транспорт, М. 7/1977, стр.24-33, 40 /1/.
Однако у существующих СВП есть существенные недостатки.
Первое - проблема движителя - одно из препятствий для постройки крупных судов на воздушной подушке и шумность СВП.
Второе - большой расход энергии на создание воздушной подушки, открытой по всему периметру юбки.
Третье - сравнительно невысокая скорость движения.
Четвертое - низкая мореходность. В шторм эти суда теряют все свои положительные качества. Кроме того, большое брызгообразование - что не желательно при причаливании.
Вместе с тем эти суда являются ближайшими аналогами-прототипами. Целью изобретения является увеличение скорости движения, мореходности аппарата и снижение энергозатрат на динамическое поддержание, а также расширение области применения.
Поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что истечение струй осуществляют в локальных зонах поверхностей под углом к направлению движения путем вытеснения из волновых реактивных двигателей сжатого воздуха продуктами сгорания с заданной частотой.
Кроме того поставленная цель достигается в изобретении за счет того, что локальное истечение струй под углом к направлению движения осуществляют путем электрических взрывов струй электропроводной жидкости в смеси с сжатым воздухом, с заданной частотой.
Поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что носовые и кормовые поплавки размещены с двух сторон корпуса и установлены под углом к направлению движения, при этом носовые поплавки выполнены поворотными-рулевыми, волновые реактивные двигатели содержат блоки с цилиндрами, размещенными в шахматном порядке, снабженные с одной стороны реактивными соплами, установленными под углом к направление движения, а с другой - крышками с размеченными в них впускными клапанами сжатого воздуха, комбинированными форсунками и форсунками-воспламенителями, при этом комбинированные форсунки снабжены взрывными камерами, топливными форсунками и патрубками, внутри которых установлены шнеки, электродами, размещенными в цилиндрических каналах, выполненных из электроизоляционного материала, сообщающихся с соплами, направленными под углом друг к другу в взрывную камеру, содержащую днище с отверстиями для выхода раскаленной газообразной смеси топлива и продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости, форсунки-воспламенители снабжены взрывными камерами и патрубками, внутри которых установлены шнеки, электродами, размещенными в цилиндрических каналах, выполненных из электроизоляционного материала, сообщающихся с соплами, направленными под углом друг к другу в взрывную камеру, содержащую днище с отверстиями для выхода раскаленных продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости.
Кроме того поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что днища поплавков выполнены с выступами и впадинами для увеличения толщины воздушной сказки.
Поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что многотопливная газотурбинная установка прерывистого горения содержит последовательно соединенные между собой осевой и центробежный компрессоры, удлиненные цилиндры, камеры сгорания, удлиненные цилиндры с расширяющимися соплами волновых компрессоров, соединенных с газовой турбиной с выхлопным патрубком и электрогенератором, камеры сгорания содержат регистры, комбинированные форсунки для впрыскивания смеси продуктов термического разложения угля и электротермического разложения концентрированного водного раствора сильного электролита и противоположно им размещенные форсунки-воспламенители, при этом комбинированные форсунки содержат размещенные в слое электроизоляции цилиндры, сообщающиеся с трубопроводами подачи спрессованного порошка твердого топлива, снабженные с одной стороны поршнями и механизмами привода, а с другой - мундштуками, цилиндрические каналы выполнены из электроизоляционного материала, содержат с одной стороны электроды и патрубки с вмонтированными в них шнеками, а с другой - сопла, направленные под углом друг к другу во взрывные камеры, содержащие сопла для выхода смеси газов, бункер с угольной пылью в системе подачи топлива содержит вертикальный вал с билами и сообщается с приемным устройством, снабженным конической частью с трубопроводом, с размещенным в нем поршнем для вытеснения угольной пыли, связанным с кривошипно-шатунным механизмом привода поршня.
Кроме того поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что блоки-движители выполнены пустотелыми с гибкими днищами из армированной резины, заполненные упругими пластинами из полимерного материала с отверстиями, размешенными в шахматном порядке, для прохода сжатого воздуха к импульсным эжекторам, установленным в днищах на заданном расстоянии друг от друга, импульсные эжекторы содержат смесительные камеры-сопла, расположенные под углом к направлению движения, соединенные с суживающимися соплами, с размещенными в них форсунками, при этом форсунки снабжены взрывными камерами и патрубками, внутри которых установлены шнеки, электродами, размещенными в цилиндрических каналах, выполненных из электроизоляционного материала, сообщающихся с соплами, направленными под углом друг к другу в взрывные камеры, содержащие сопла для выхода продуктов электротермического разложения концентрированного водного раствора электролита в смесительные камеры-сопла, для ускорения движения сжатого воздуха под днище блоков-движителей, с образованием импульсной газовоздушной смазки.
Поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что гибкие днища блоков-движителей выполнены с выступами и впадинами для увеличения толщины газовоздушной смазки.
Изложенная выше совокупность существенных признаков при внедрении обеспечивает реализацию поставленной цели, при этом каждый из данной совокупности приведенных признаков необходим, а все вместе достаточны для получения положительного эффекта - увеличения скорости движения, мореходности аппарата и снижения энергозатрат на динамическое поддержание, а также расширения области применения.
Исходя из приведенных доводов совершенно правомерен вывод о соответствия заявляемого технического решения критерию изобретения "изобретательский уровень".
Неоднократная возможность реализации /при изготовлении/ заявляемого технического решения с изложенной выше совокупностью существенных признаков отвечает также в полной мере другому главному критерию изобретения - "промышленная применимость".
Изложенная сущность технического решения поясняется чертежами, на которых:
на фиг.1 приведена схема аппарата на импульсной сказке в продольном разрезе по 5-5;
на фиг.2 приведена схема аппарата в поперечном разрезе по 1-1;
на фиг.3 показан волновой реактивный двигатель в поперечном разрезе по 3-3;
на фиг.4 приведен продольный разрез по 2-2;
на фиг.5 показана комбинированная форсунка в продольном разрезе;
на фиг.6 показана форсунка-воспламенитель в продольном разрезе;
на фиг.7 приведена схема многотопливной газотурбинной установки прерывистого горения в продольном разрезе;
на фиг.8 показан вращающийся диск-клапан - вид спереди;
на фиг.9 показана комбинированная форсунка для твердого топлива в продольном разрезе;
на фиг.10 приведена схема установки для подачи угольной пыли под давлением в комбинированные форсунки;
на фиг.11 приведен второй вариант установки для подачи угольной пыли в комбинированные форсунки;
на фиг.12 приведен вид на форсунку-воспламенитель по 4-4;
на фиг.13 приведена схема соединения удлиненных цилиндров волнового компрессора с газовой турбиной - второй вариант;
на фиг.14 приведена схема судна на импульсной смазке - второй вариант;
на фиг.15 показано это же судно по 6-6 с приставными дополнительными плоскостями;
на фиг.16 показано судно-катамаран на импульсной смазке - вид сзади;
на фиг.17 показан аппарат на импульсной смазке с блоками-движителями - схема в продольном разрезе по 7-7;
на фиг.18 приведена схема того же аппарата - вид по "А";
на фиг.19 приведен узел "H";
на фиг.20 показан продольный разрез по блоку-движителю;
на фиг.21 показан узел "G" блока-движителя;
на фиг.22 приведен узел "G";
на фиг.23 приведено продольное сечение по блоку-движителю - второй вариант;
на фиг.24 показана схема дорожного полотна с движущимися аппаратами на импульсной смазке;
на фиг.25 приведена схема движения аппаратов в закрытом туннеле.
Способ движения аппарата на воздушной смазке обеспечивает динамическое поддержание и движение над поверхностью воды, суши, болотистой и снежной местности, ледового покрова следующих транспортных средств:
Первое. Морское судно с высокой скоростью и мореходностью
Показано на фиг.1-2. Оно состоит из двух управляемых поплавков 1 в передней части судна и двух неподвижных поплавков 2 в задней части. Поплавки снабжены обтекаемыми опорами 3, которые имеют свободу вращения для поворота поплавков 1, и неподвижными опорами 4, на которых смонтирован корпус 6 судна с силовыми энергетическими установками /не показаны/. Внутри поплавков установлены волновые реактивные двигатели 6, размещенные на заданном расстоянии друг от друга. Новое судно с поплавками относится к судам с малой площадью ватерлинии, но в отличие от известных судно плавает на стоянке, в порту не на поплавках 1-2, а на корпусе 5 как обычное водоизмещающее, а при движении с большой скоростью поплавки выходят из воды и скользят над поверхностью.
Волновой реактивный двигатель 6 состоит из блоков 7, в котором размещены цилиндры 8 и 9 в шахматном порядке /в плане/, снабженные цилиндрическими или суживающимися соплами 10. Сверху цилиндры имеют крышку 11, в которой размещены впускные клапаны 12 сжатого воздуха с пружинами 13, комбинированные форсунки 14 и воспламенители 15.
На крышке расположены коллекторы 16 для подачи в цилиндры сжатого воздуха через клапаны 12, соединенные с магистральной трубой 17.
Крепление двигателей 6 осуществляется к днищу 18 поплавков, выполненному с впадинами 19. Поверхность воды 20.
Работает волновой реактивный двигатель следующим образом. От источника сжатого воздуха - центробежного компрессора, размещенного в корпусе 5, по магистральному трубопроводу 17 подается сжатый воздух, который через коллекторы 16 и открытые клапаны 12 /под давлением воздуха/ поступает в цилиндры 8 и 9 и вытесняет из них воду через сопла 10. Клапаны 12 под действием пружин 13 закрываются /или движение клапанов осуществляется соленоидами, укрепленными вместо пружин 13, которые управляются электронной системой компрессора/ и включаются комбинированные форсунки 14, из которых в камеры сгорания 21 цилиндров с сжатым воздухом "впрыпкиваются" раскаленные струи газообразной смеси углеводородного топлива. Газообразная смесь топлива смешивается с воздухом и воспламеняется воспламенителями 15. Образовавшиеся продукты сгорания расширяются и толкают впереди себя сжатый воздух, который с большой скоростью выходит из сопел 10 под днище 18, создавая воздушную смазку под ним и реактивные усилия, одно из которых толкает судно вперед и приводит его в движение, а другое создает подъемную силу. Вместе с сжатые воздухом - точнее следом за ним, из сопел 10 под днище 18 выходят отработанные продукты сгорания из цилиндров 8-9, за которыми в них создается разрежение, открываются клапаны 12, и в цилиндры снова поступает сжатый воздух из магистрального трубопровода 17. Рабочие циклы повторяются с частотою 100 циклов в секунду и более, а на поплавки 1-2 действует суммарная подъемная сила за счет воздушной сказки под днищем - все равно, что действие воздушной подушки в СВП и реактивные усилия, что при движении судна и наборе скорости позволяет выйти корпусу 5 и поплавкам 1-2 из воды, с переходом на скольжение по поверхности. Управление судном производится передними поплавками 1-2, которые с опорами 3 укреплены на корпусе 5 шарнирно и поворачиваются по ходу движения из рубки судна. При этом необходимо снизить подъемную силу на поплавки 2 путем уменьшения подачи топлива из комбинированных форсунок 14 в камеры сгорания 21 волновых реактивных двигателей 6 и просадки в воду кормовой части судна, для избежания заноса судна на поворотах. Все поплавки установлены под углом к направлению движения судна.
Использование широких поплавков 1-2 позволяет существенно повысить мореходность нового судна и увеличить скорость его движения как в спокойную, так в штормовую погоду по сравнению с известными СВП.
Достоинствами нового судна является и то, что у них низкий уровень шума из-за отсутствия воздушных винтов, а также их можно строить более крупными, чем СВП по размерам и водоизмещению. У них значительно меньшая мощность - удельная на тонну водоизмещения за счет высокого КПД волновых реактивных двигателей 6. Следует также отметить, что волновые реактивные двигатели, или точнее - компрессоры внутреннего сгорания - движители, позволяют создать огромное реактивное усилие для движения судна и в этом отношении превосходят известные воздушные винты во много раз. Иными словами новые суда с поплавками 1-2 при движении до водной поверхности приближаются по скорости полета к реактивным самолетам.
Большое значение имеет и амфибийность судна. На тонких и гибких поплавках 1-2 судно способно не только выходить на берег, но и передвигаться по суши, управляя движением передними 1, что позволяет существенно расширить область применения новых судов.
Следует также подчеркнуть, что действие на поплавки воздушной смазки и воздушной подушки в СВП ничем не отличается друг от друга, при этом для увеличения толщины смазки днище поплавков выполняется с впадинами 19 во всей поверхности.
Комбинированная форсунка 14.
2
4
ЭКВ
Выполняется по фиг.5. Она состоит: из корпуса 22 с патрубками 23, в которых установлены шнеки 24, для отражения гидравлических ударов жидкости. Корпус имеет взрывную камеру 25 с днищем 26, содержащим отверстия 27. Внутри корпуса в слое электроизоляции размещены два /или несколько/ цилиндрических канала 28 и 29, имевших с одной стороны сопла 20 и 31, а с другой - электроды 32 и 33. Внутри установлена дополнительная форсунка 34 для впрыскивания в взрывную камеру жидкого или другого топлива, в виде струй 35. Фланец 36 для крепления комбинированной форсунки. Электроды 32-33 подключены к генератору импульсов, принципиальная схема которого состоит из выпрямителя переменного тока в постоянный 37, зарядного резистора 38 и конденсатора 39 /или батареи конденсаторов/. Работает комбинированная форсунка следующие образом: от насосов /не показаны/ через патрубки 23, обтекая шнеки 24, под давлением подается электропроводная жидкость, например концентрированный водный раствор сильного электролита, на основе солей, иди оснований и кислот, которая поступает в цилиндрические каналы 28-29 и вытекает во взрывную камеру 25, в виде струй 40 /катод/ и 41 /анод/. За счет устройства сопел 30-31 под углом друг к другу струи сталкиваются между собой в зоне контакта 42, что приводит к замыканию цепи разрядного контура генератора импульсов и разрядке конденсатора 39 на струи 40-41. Струи имеют диаметр во много раз меньше диаметра и площади сечения каналов 28-29. Разрядный ток с мгновенной мощностью P=J·R протекает по струям, нагревает их с образованием плазмы и плазменных каналов на месте струй. Одновременно впрыскиваются струи 35 топлива. Происходят электрический взрыв струй 40-41 с температурой 2-/4-5/· 10К и более, за счет которого струи топлива 35 нагреваются с взрывным испарением и термические разложением, с образованием газообразной смеси продуктов разложения струй электропроводной жидкости 40-41 и топлива. Образовавшаяся смесь под высоким давлением выходит в камеры сгорания 21 через отверстия 27, смешивается с воздухом и воспламеняется воспламенителем 15, выполненным по фиг.6./см. П.А.Артамонов "Размерная электрическая обработка металлов", Высшая школа, М. 1977 г. стр.213-214, и 229-231 /2/, и Б.А.Артамопов "Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов", том 2, М. Высшая школа, 1933 г стр.91-103 /3/. Повторение электрических взрывов струй 40-41 и нагрев и термическое разложение струй 35 топлива происходит автоматически за счет работы насосов, нагнетающих электропроводную жидкость в комбинированную форсунку через патрубки 23.
2
2
Отметим, что из отверстий 27 выходит смесь термического разложения водного раствора электролита струй 40-41, в виде водорода, кислорода и осколков электролита, так как разложение воды на H и Oпроисходит при температуре, превышающей 2500°С, и термического разложения жидкого углеводородного топлива, причем любого, например нефти, мазута и пр., в виде водорода и углерода. Эта смесь представляет собой газ с высокой температурой, который находится в одном агрегатном состоянии с воздухом в цилиндрах и камерах сгорания 21, что обеспечивает быстрое и качественное смешение газа с воздухом и быстрое сгорание образовавшейся рабочей смеси при поджигании ее воспламенителем 15, выполненным по фиг.6. Он состоит: из корпуса 43 с патрубками 44 и 45, внутри которых установлены шнеки 46. Корпус имеет взрывную камеру 47, в днище 48 которого выполнены отверстия 49. Форсунка может выполняться с разъемной взрывной камерой без днища 48. Одна или несколько пар каналов 50 и 51 размешены в слое электроизоляции, имеют сопла 52 и 53, направленные под углом друг к другу, через которые вытекает электропроводная жидкость в виде струй 54 и 55, которые сталкивается между собой в зоне контакта 56. Электроды 57 и 58 подключены к генератору импульсов /см.2, стр.40-66/, принципиальная схема которого состоит из выпрямителя 59 переменного тока в постоянный, зарядного резистора 60 и конденсатора 61. Фланец 62 для крепления форсунки.
В этой форсунке используется электрический взрыв струй 54-55, точно так же как и в комбинированной форсунке электрический взрыв струй 40-41. Только в комбинированной форсунке энергия электрического взрыва идет на нагрев и термическое разложение струй 35 топлива, а в форсунке по фиг.6 эта энергия, в виде раскаленных продуктов термического разложения концентрированного водного раствора сильного электролита на основе, например, азотной кислоты с заданной концентрацией или хлористого натрия концентрацией 10-25%, идет на воспламенение рабочей смеси в камерах сгорания 21 реактивных двигателей 6. При электрических взрывах струй 54-55 образующиеся продукты термического разложения в виде водорода, кислорода и осколков электролита под высоким давлением выходят из взрывной камеры 47 через отверстия 49 в виде мощных раскаленных факелов и воспламеняют обедненную рабочую смесь, что на 10-12% снижает расход топлива по сравнению с обычными горючими смесями /см. Е.Б.Пасхин "Современные тенденции в конструкции легковых автомобилей", Транспорт, М. Знание, 1985/4, стр.16 /4/. Итак от насосов /не показаны/ раствор электролита через патрубки 44-45 подается в форсунку, заполняет каналы 50-51 и через сопла 52-53 выходит во взрывную камеру 47 в виде струй 54-55, которые сталкиваются в зоне 56 и замыкают разрядную цепь генератора импульсов. При этом конденсатор 61 разряжается на струи /диаметром 0,087-0,2 мм и более/, которые нагреваются с взрывным испарением, термическим разложением струй на водород и кислород и осколки электролита, при температуре, превышающей 2500°С /см. Г.Лучник "Новые методы преобразования энергии", Техника, Знание, М. 1984/4, стр.47/5/. Повторные электрические взрывы происходят автоматически за счет работы насосов, нагнетающих электропроводную жидкость в виде струй 54-55, с частотою, заданной параметрами работы реактивного двигателя 6 и техническими характеристиками плунжерных насосов.
Таким образов электрические взрывы струй водного раствора электролита 54-55 приводят к термическому разложению раствора с получение газообразных водорода и кислорода - прекрасного дополнительного горючего, который в виде раскаленных факелов, выходящих под высоким давлением из отверстий 49, поджигает рабочую смесь в камерах сгорания 21 и сгорает вместе с основные топливом - углеводородным. Осуществление процесса диссоциации и процесса ассоциации водного раствора электролита в одной машине - двигателе с высоким КПД, позволяет использовать водный раствор как топливо. Совместное использование углеводородного топлива струй 35 и водородного топлива струй 40-41 и 54-55 позволяет снизить расход углеводородного на 25-30%, а применение обедненных смесей еще более этому способствует.
Вместе с тем такой процесс, в котором используются два вида топлива, позволяет форсировать работу волновых реактивных двигателей 6 /ВРД/ и существенно увеличивать скорость движения нового судна. В При этом новый бинарный процесс, т.е. процесс, в котором используются для сжатия и вытеснения воздуха из цилиндров 8-9 два рабочих тела: сильно нагретые продукты сгорания углеводородного топлива и продукты сгорания при соединении водорода с кислородом в виде сильно нагретого пара с Т=2800°С, позволяет на много увеличить КПД рабочего процесса и перейти, в конечном итоге, только на работу с водородным топливом, т.е раствором электролита. В этом случае морская вода становится основным топливом, причем экологически чистым, а новое судно приобретает дополнительные преимущества с неограниченной дальностью полета. Одновременно упрощается конструкция ВРД, так как отпадает необходимость в применении центробежного или иного компрессора, магистральных трубопроводов 17, коллекторов 16 и клапанов 12 с соленоидами или пружинами 13. Остается только главная силовая установка с электрогенератором, выполненная по фиг.7.
Отметим дополнительные особенности управления новым судном. Управление мощностью реактивных двигателей 6 по длине поплавков 1 и 2. В периоды подъема судна на поплавки 1 мощность реактивных двигателей 6 в них увеличивается, по сравнению с двигателями в поплавках 2, что приводит к увеличению подъемной силы в поплавках 1, наклону судна на корму и работе дополнительных подъемных сил за счет увеличения угла атаки поплавков 1 и 2, с одновременным действием реактивной силы всех ВРД, приводящих судно в движение.
На поворотах судна увеличивается или уменьшается мощность реактивных двигателей 6 по ширине поплавков, что приводит к наклону судна и отсутствию скольжения, т.е. заносу судна на поворотах /подобно поворотам в воздухе самолетов/.
Главный двигатель судна - силовая установка по фиг.7. Является газотурбинной установкой, работающей на всех видах жидкого и твердого топлива.
Она состоит из осевого 63 и центробежного 64 компрессоров, соединенных между собой и с цилиндрами 65 волновых компрессоров, подсоединенных к камерам сгорания 66, содержащим комбинированные форсунки 67 и противоположно им форсунки-воспламенители 68, а также регистры /завихрители/ 69. Камеры сгорания, расположенные равномерно по окружности, снабжены с другой стороны расширяющимися соплами 70, соединенными с цилиндрами 71 волновых компрессоров, подсоединенными к газовой турбине 72, содержащей вал 73, соединенный с электрогенератором 74. Выпускной патрубок турбины 75 для отработанных газов. Камеры сгорания и волновые компрессоры 71 содержат рубашку 76 для циркуляции охлаждающей жидкости.
Работает газотурбинная установка следующим образом. Атмосферный воздух последовательно сжимается в осевом 63 и центробежном компрессоре 64 и поступает через регистры 69 в камеры сгорания 66. Включаются комбинированные форсунки 67, выполненные по фиг.5, из которых через отверстия 27 в сжатый воздух камер сгорания впрыскиваются струи раскаленной газообразной смеси топлива и продуктов разложения струй 40-41 водного раствора электролита, которые смешиваются с воздухом, с образованием рабочей горючей смеси. Смесь воспламеняется за счет включения форсунок 68, выполненных по фиг.6, из отверстий 40 которых в рабочую смесь впрыскиваются раскаленные струи продуктов термического разложения водного раствора электролита струй 54-55.
Образовавшиеся продукты сгорания при высоких параметрах температуры и давления расширяются в соплах 70 и цилиндрах волновых компрессоров 71, сжимая и разгоняя впереди себя вначале воздух, а в следующих рабочих циклах - остаточные сгоревшие газы от предыдущих циклов. Сжатый воздух или сгоревшие газы с давлением "р" и скоростью разгона W м/c поступают на газовую турбину 72, отдают на ней свою энергию, а следом за ними и продукты сгорания, с работой турбины и электрогенератора 74. Отработанные сгоревшие газы выходят в атмосферу через выпускной патрубок 75. Следующие рабочие циклы повторяются с частотой 100 циклов в секунду и более.
Особенности работы новой газотурбинной установки по сравнению с существующими ГТУ НГ. При сгорании рабочей смеси в камерах сгорания 66 образовавшиеся продукты сгорания с высокими давлением и температурой расширяются в обе стороны, сжимая сжатый воздух в цилиндрах 65 и сжимая и разгоняя остаточные сгоревшие газы при атмосферном (или больше атмосферного) давлении в цилиндрах 71.
1
2
г
Это приводит к еще большему кратковременному повышению давления сжатого воздуха в цилиндрах 65, в зоне между фронтом звуковой волны, движущейся со скоростью звука-340 м/с, и газовым поршнем /и/ - расширяющимися в сторону компрессора 64 продуктами сгорания. Длина цилиндров 65 зависит от частоты рабочих циклов и при 100 ц/с равна 3-3,5 м. Если размеры машинного отделения ограничены, то вместо цилиндров 65 применяется клапан - вращающийся диск 77. На фиг.8 показан диск с 3-мя отверстиями 78 или в другом количестве, что зависит от числа камер сгорания 66, размещаемых в газотурбинной установке. Частота вращения диска зависит от р частоты рабочих циклов силовой установки. Волновые компрессоры 71, выполненные в виде цилиндров, обеспечивают, в первую очередь, достижение заданной температуры сгоревших газов на лопатках турбины 72 за счет их расширения в цилиндрах, сжатия и разгона в них остаточных газов до заданных значений температуры и давления "р" и работы этих газов на лопатках турбины 72, выполненной со ступенями скорости и давления /диск Кертиса и активная турбина/. Температура на лопатках турбины поддерживается на уровне 700-900°С, как и в обычных ГТУ НГ, однако в новой ГТУ используется весь температурный перепад от температуры продуктов сгорания в камерах сгорания Т=2500-270°С, до температуры выхлопных газов из патрубка 75 Т=400-450°С. КПД установки по Карно равен β=0,74, вместо КПД ГТУ НГ с рабочей температурой смеси продуктов сгорания и вторичного воздуха около 900°C на лопатках турбины равного β=0,38. При этом коэффициент избытка воздуха α=1,05-1,15 для новой ГТУ, тогда как в известных ГТУ НГ коэффициент избытка воздуха превышает 3-5 /см. И.И.Кириллов "Газовые турбины и газотурбинные установки", М. Машгиз, 1956 г., стр.76, том 2 /6/. В результате мощность новой ГТУ в 3-5 раз больше, чем ГТУ ИГ при одной и той же производительности осевого компрессора 63, так как большая часть воздуха сжатого компрессором используется для снижения температуры продуктов сгорания путем смешения их с вторичным воздухом в известных газотурбинных установках непрерывного горения. В качестве теплив используется мазут, нефть и различные смеси.
Второй вариант. Газотурбинная установка на угольной пыли
В этой установке вместо форсунок по фиг.5 на месте комбинированных форсунок 67 устанавливаются комбинированные форсунки по фиг.9, а подача угольной пыли производится с помощью установок по фиг.10 и 11. Комбинированная форсунка по фиг.9 предназначена для "впрыскивания" газообразной смеси продуктов разложения угля и раствора электролита в камеры сгорания установки. При этом уголь полностью разлагается на газообразные углерод и многочисленные соединения, входящие в состав шлака, так что в камеру сгорания поступает уголь только в виде газа и сгорает при смешении с воздухом уже в виде газообразного топлива, что обеспечивает существенное преимущество силовой установки, работающей на газообразном топливе.
Комбинированная форсунка состоит: из корпуса 79 с патрубками 80 и 81, содержащими шнеки 82 для отражения гидравлических ударов. Корпус имеет взрывную камеру 83 с соплом 84. Внутри него в слое электроизоляции размещены два или несколько цилиндрических каналов 85 и 86 с соплами 87 и 88 и электродами 89 и 90, а также цилиндр 91 с поршнем 92. В цилиндре содержится отверстие 93 для подачи спрессованной угольной пыли и сопло 94. Тарелка поршня 95, пружина 96, кулачковый вал 97, фланец 98 для крепления форсунки. Электроды 89-90 подключены к генератору импульсов, принципиальная схема которого состоит из выпрямителя 99 переменного тока в постоянный, зарядного резистора 100 и конденсатора 101. Струя электролита 102 и 103, зона их контакта 104, угольный стержень 105.
2
4
Работает комбинированная форсунка следующим образом. По трубопроводу 106 /см. фиг.11/ спрессованная угольная пыль подается в форсунку через отверстие 93 и поступает в цилиндр 91. За счет вращения кулачкового вала 97 /или движение поршня 92 осуществляется с помощью соленоида, приводимого в действие электронной системой ГТУ/ поршень движется вниз и выталкивает уголь во взрывную камеру 83, в виде спрессованного стержня 105 заданной длины и диаметра. Одновременно от насосов /не показаны/ подается в патрубки 80-81 концентрированный водный раствор электролита или суспензия порошка графита или металлов в электропроводной жидкости с заданной концентрацией, который под давлением вытекает в виде струй 102-103. При контакте струй в зоне 104 замыкается цепь разрядного контура генератора импульсов. Разряд конденсатора 101 носит колебательный характер и при прохождении по струям разрядного тока большой силы струи 102-103 нагреваются и взрываются. Температура электрического взрыва струй регулируется в зависимости от энергии конденсатора A=С/2 в интервале 2-/4-5/·10 К и более. За счет высокой температуры электрического взрыва струй угольный стержень мгновенно нагревается и разлетается на отдельные молекулы, содержащиеся в сложной макромолекуле угля, с одновременным возгоном углерода, испарением шлака и металлов, содержащихся в нем /этот принцип разложения угля со скоростью, превышающей 1000000°С/с, предлагается использовать для пиролитической переработки бурых и каменных углей в бензин, солярку, мазут, горючий газ, а также для получения редких полезных ископаемых: германия, урана, тория, никеля, хрома и др. /см. М.Щадов "Уголь: топливо или сырье", М. Техника, Знание, 1985/5, стр.27-49 /7/ и Г.В.Киселев "Экология и экономика энергетики", Физика, Знание, М, 5/90, стр.9-10 /8/. Образовавшаяся смесь раскаленных газов выходит под давлением из сопла 84 в камеру сгорания, смешивается с сжатым воздухом и воспламеняется форсунками 68, выполненными по фиг.6. Частота рабочих циклов ГТУ 100 ц/с и более. Возврат поршня 92 в исходное положение осуществляется пружиной 96.
Таким образом рассмотренные две ГТУ на жидком и твердом топливах имеют рабочие процессы сгорания, подобные работе силовой установки на природном газовом топливе, со всеми преимуществами этих установок по сравнению с известными /см.6, стр.86-93/.
Установка для подачи угольной пыли по фиг.11 состоит из бункера 107, цилиндра 108 с поршнем 109, имеющим привод, содержащий шатун 110 и коленчатый вал 111, подключенный к редуктору с электродвигателем /не показаны/. Цилиндр содержит коническую часть 112 и трубопровод 106 для транспортирования подпрессованной угольной пыли в комбинированные форсунки. Внутри бункера установлен редуктор 113 и вал 114 с билами 115. Электродвигатель 116 для вращения вала 114. Работает установка следующим образом. В бункер 107 загружается угольная пыль и приводится в действие привод 110-111 от редуктора с электродвигателем /не показаны/, а также вал 114. Поступившая в цилиндр 108 угольная пыль за счет силы тяжести, чему способствует вращение вала с билами 115, измельчающими слипшуюся угольную пыль, периодически выдавливается через коническую часть 112 в напорный трубопровод 106 движущимся поршнем 109. Поршень 109 при выдавливании /вытеснение/ угля из цилиндра 108 одновременно как золотник перекрывает отверстие в бункере, что предотвращает попадание угля в цилиндр за поршнем. Вращение вала 114 с билами осуществляется непрерывно.
Для уменьшение энергии на выдавливание и продвижение угольной пыли по трубопроводу 106 он выполняется коротким, без резких изгибов, на одну или несколько комбинированных форсунок 67.
На фиг.10 приведена схема подачи в комбинированные форсунки угольной пыли методом выдавливания по более длинным трубопроводам на несколько форсунок 67. ВТОРОЙ ВАРИАНТ.
Устройство состоит из бункера 117 с поршнем 118 и конической частью 119. 3агрузочная воронка 120. Поршень приводится в возвратно-поступательное движение от гидравлического цилиндра 121 с поршнем 122. Распределительный механизм 123, емкость 124 для жидкости, насос 125. Бункер 117 соединен со вторым бункером 126, содержащим фрезу 127, приводимую во вращение электродвигателем с редуктором 128.
Бункер 126 соединен с цилиндром 129, содержащим поршень 130, связанный со вторым гидроцилиндром, по типу первой системы 121-122-123-124-125. Цилиндр 129 содержит коническую часть 131 и напорный трубопровод 106. Во втором цилиндре 129 гидравлическая система 121-125 условно не показана.
Работает устройство следующим образом. В бункер 117 загружаются угольные брикеты до полного заполнения его, через загрузочную воронку 120. От насоса 125 жидкость /вода или масло/ через распределительное устройство 123, управляемое системой автоматики газотурбинной установки /ГТУ/, подается под поршень 122 и под давлением приводит его и связанный с ним поршень 118 в движение, выдавливая из бункера 117 массу брикетов в коническую часть 119, где брикеты с углем разрушаются вращающейся фрезой 127. Угольная пыль ссыпается в цилиндр 129 и выдавливается в трубопровод 106 через коническую часть 131 поршнем 130, связанным с гидравлической системой /не показана/ по типу системы 121-125. После выдавливания первой порции угля циклы повторяются с частотой, заданной режимом работы силовой установки. В зависимости от мощности ГТУ работа трубопровода/ов/ осуществляется на одну или несколько комбинированных форсунок 67, при этом к бункеру 126 подсоединяется один или несколько цилиндров 129, или с одного цилиндра и одного трубопровода обслуживаются несколько комбинированных форсунок 67. Высокое давление при выдавливании угля через коническую часть 131 /мундштук/ обеспечивает повышенную надежность работы ГТУ.
Третий вариант. На фиг.13 показана часть силовой установки, в которой цилиндры волновых компрессоров 71 выполняются с вогнутыми отражателями 132, сообщаются с газовым коллектором 133 и турбиной 134. При этом вместо форсунки 67, выполненной по фиг.6 с днищем 48 и отверстиями 49, устанавливается та же форсунка, но выполненная без днища 48 - с открытой взрывной камерой 47 /по пунктирной линии на чертеже/.
Газотурбинная установка по третьему варианту работает на жидком и газовом топливах или на твердом с большим содержанием метана, с детонационным процессом сгорания рабочей /горючей/ смеси.
Сжатый воздух из компрессора 64 поступает в камеры сгорания 66 и смешивается с газообразным топливом, впрыснутым из комбинированной форсунки 67. Образовавшиеся рабочая горючая смесь воспламеняется ударной волной, генерируемой форсункой 68, выполненной по фиг.6 без днища. Ударные волны образуются при электрических взрывах струй 54-55 из электропроводной жидкости - концентрированного водного раствора электролита или суспензии порошка графита или металлов /алюминия, меди, железа и пр./ в растворе электролита /механизмы электрических взрывов струй из разных электропроводных жидкостей смотри ниже/. Воспламенение рабочей горючей смеси обусловлено нагревом ее при сжатии ударной волной с температурой, превышающей 1700 К /см. С.С.Бартенев "Детонационные покрытия в машиностроении", Л. Машиностроение, 1982 г., стр.25-26 /9/. Такие температуры значительно превосходят температуру воспламенения взрывчатых газовых смесей, что приводит к детонационному сгоранию смеси со скоростью детонационной волны от 1500 до 3500 м/с, которая является комбинацией ударной волны и зоны химической реакции. Ударные волны отражаются от клапана - вращающегося диска 77 и вогнутых отражателей 132 в цилиндрах 71 волновых компрессоров и гасятся, а сжатые продукты сгорания /от предыдущих циклов/ поступают в газовый коллектор 133 и на турбину 134. После первого рабочего цикла рабочие процессы повторяются с частотой 100 ц/с и более.
Преимущества детонационного процесса сгорания перед обычным медленным, осуществляемым со скоростью 30-40 м/с, заключаются в следующем:
первое - достигается снижение расхода топлива на 10-12% /см. А.И.Зверев "Детонационные покрытия в судостроении", М. Судостроение, 1979 г., стр.7-28 /10/;
4
второе - обеспечивается надежное сгорание любых топлив - бензина, мазута, природного газа, СН, этанола, метанола, нефти и др., причем детонационное сгорание бензина приводит к наибольшему КПД ГТУ и наибольшей мощности установки.
На фиг.14 показано судно 135 на воздушной смазке, в днище которого установлены волновые реактивные двигатели 6, выполненные по фиг.3-4, с использованием углеводородного жидкого топлива. В этом судне днище также выполнено с впадинами 19 для увеличения толщины воздушной смазки. Силовая установка выполнена по фиг.7 с электрогенератором. Центробежные компрессоры /не показаны/ приводятся в действие электродвигателями, подключенными к электрогенератору 74 /см. фиг.7/, так же как и на судне по фиг.1-2.
Новое судно на воздушной смазке предназначено для эксплуатации на реках, озерах и в прибрежных водах морей, так как на большой волне оно подвержено слемингу - ударам носа о волну и заливаемости водой. Однако на реках это судно при движении сравнимо со скоростью, развиваемой автомобилем, и служит прекрасным средством передвижения, взамен судов на подводных крыльях и на воздушной подушке. Оно способно выходить на берег, идти по льду и снегу, преодолевать препятствия и рытвины на дорогах. Для снижения расхода энергии и топлива на динамическое поддержание судна оно снабжается дополнительными плоскостями-лыжами 136 /поверхность воды 137/ заданной ширины. Дополнительные плоскости-лыжи способствуют увеличению площади днища судна и, соответственно, снижению удельного давления на судно воздушной смазке и давления сжатого воздуха, вытекающего из-под днища по периметру его.
На фиг.16 показано судно-катамаран 138, на котором также установлены волновые реактивные двигатели 6.
Аппарат на воздушной смазке с гибким днищем для движения по суше, пересеченной местности, снегу, льду, болотам, воде.
Аппарат по фиг.17-18. Предназначен для передвижения по дорогам с твердым и грунтовым покрытиями. Он состоит из корпуса 139 с пассажирской кабиной, в котором размещена силовая установка 140 и компрессор 141. Корпус содержит ходовую часть, состоящую из блоков-движителей 142 и колес 143, с возможностью их уборки и подъема в верхнее положение 144. Передние управляемые колеса 145.
Блок-движитель 142 показан на фиг.20. Он выполняется в виде прямоугольного блока с закругленными углами из композитных синтетических и резиновых материалов, с армированием наружной оболочки. Гибкое днище блока 146 имеет впадины 147 для увеличения толщины воздушной смазки. В нем в шахматном порядке на заданном расстоянии друг от друга размещены сопла 148, являющиеся одновременно камерами-смесителями эжекторов. Каждый эжектор кроме смесительной камеры 148 содержит суживающееся сопло 149 и форсунку 150, выполненную по фиг.6, прикрепленную на косынках 151.
Внутри в блоке-движителе 142 плотно уложены пластины 152 с отверстиями 153, выполненными в шахматном порядке, для прохода сжатого воздуха к эжекторам 148-150. Пластины заданной толщины изготовлены из газонаполненных /вспененных/ пластмасс, типа пенопласта.
Сверху по ним уложена решетка 164 с отверстиями 165 для прохода воздуха. В верхней части блоки-движители соединяются с корпусом 139 на рессорах 154 /из пружин с амортизаторами или другой конструкции/ и соединяются гибкими патрубками 155 с центральным воздуховодом 156, соединенным с компрессором 141 /в зависимости от мощности компрессор центробежный одно-двухступенчатый/, приводимым в действие от силовой установки 140, вращающей одновременно и электрогенератор /не показан/.
Парит и передвигается аппарат 139 следующим образом. От центробежного компрессора 141 по воздуховоду 156 сжатый воздух через патрубки 155 поступает в блоки-движители 142, в которых по каналам 153 в пластинах 152 /отверстия в пластинах/ поступает к эжекторам 148-150 и вытекает под днище 146. Одновременно включаются форсунки 150 с подачей через патрубки 157 концентрированного водного раствора сильного электролита /соли, основания, смеси/, который в виде струй 158 вытекает во взрывную камеру форсунки. При контакте струй между собой замыкается цепь разрядного контура генератора импульсов, принципиальная схема которого состоит из выпрямителя 159, зарядного резистора 160 и конденсатора 161, подключенного к электродам 162. Электрические взрывы струй с частотой 100 циклов в секунду и более образуют импульсный поток продуктов термического разложения раствора электролита, выходящих из сопла 163 взрывной камеры форсунки /форсунка выполнена по фиг.6/, который смешивается с сжатым воздухом в смесительной камере 148 и выходит под днище 146, в виде реактивной импульсной струи, под углом к опорной поверхности, что приводит к созданию горизонтальной движущей силы и вертикальной - подъемной силы.
Вместе с этим под гибким днищем образуется воздушная смазка, с наибольшим давлением под каждым соплом 148, которая растекается, заполняет впадины 147 в днище, с возникновением многочисленных воздушных завес, препятствующих течению из-под днища воздушного потока и снижающих расход его на поддержание, парение и движение аппарата над твердой поверхностью. Итак на гибкое днище 146 блока 142 во время движения аппарата действуют три силы: давление в воздушной смазке, реактивная подъемная сила и действие воздушных завес. Блоки 142, заполненные гибкими пластинами 152 с гибкой оболочкой и днищем, обеспечивают движение аппарата по неровностям дорог, огибая препятствия и не касаясь при этом поверхности впадин и выступов на дорогах за счет работы многочисленных импульсных эжекторов 148-150 в гибких днищах блоков.
При езде в населенных пунктах аппарат движется на колесах 144-145, а при езде на протяженных загородных трассах - на воздушной смазке, генерируемой из-под днищ блоков 142, из которых передние блоки выполняются управляемыми /поворотными/ из кабины водителя.
Высокая скорость аппарата и независимость его движения от состояния дорожного полотна /имеется в виду наличие небольших рытвин, впадин, слабого дорожного полотна, грязи, снега, воды/ позволяет осуществлять перевозку пассажиров и грузов, вместо самолетов и вертолетов, колесного автотранспорта, - короче по дорогам со слабыми покрытиями.
При движении по дорогам с твердыми высококачественными покрытиями /асфальт, бетон/ новый транспорт приобретает качественные преимущества по сравнению с колесным авто- и железнодорожным транспортом, обеспечивая превосходство в скорости /см. фиг.24/, где аппараты 166, дорожное полотно 167 с высокими бордюрами 168.
На фиг.25 аппараты 169 движутся в закрытом туннеле 170, с устройством направляющего бруса в центре 171.
При движении по рельсам блоки 172 выполняются из твердых материалов с металлическим днищем 173, в котором на заданном расстоянии друг от друга в шахматном порядке установлены форсунки 174, выполненные по фиг.6, в которых осуществляются электрические взрывы струй 175 из концентрированных водных растворов сильных электролитов.
Второй вариант. Вместо форсунок 174 в днище 173 устанавливаются волновые компрессоры внутреннего сгорания - движители, выполненные по фиг.3-4. Воздушная смазка 176.
Таким образом в заявке рассмотрены два типа аппаратов: первый с твердым днищем, второй с гибким днищем и гибкими опорными блоками, для движения с большой скоростью, по твердый поверхностям.
В аппаратах применены также три типа двигателей-движителей-генераторов воздушной смазки - по фиг.3-4 и фиг.21, 23.
1
2
эф
эф
Оценим КПД аппарата по фиг.1-2 с волновыми реактивными двигателями на углеводородном топливе-мазуте по фиг.3-4 и уточним их технические названия. Назовем устройства по фиг.3-4 волновыми реактивными двигателями /ВРД/. Принцип их действия описан выше и состоит в вытеснении из цилиндров 8-9 сжатого воздуха, с небольшим давлением продуктами сгорания рабочей горючей газовой смеси с высоким давлением из камер сгорания 21. При этом масса вытесняемого сжатого воздуха в несколько раз больше массы продуктов сгорания, с осуществлением прямого преобразования энергии сгоревших газов в кинетическую энергию струй воздуха и отработанных газов через реактивные сопла 10 ВРДД, парение и полет судна 5. Низкая скорость истечения из сопел 10 воздуха и газов, с отбрасыванием большой массы, позволяет резко снизить потери кинетической энергии /подобно винтам большого диаметра вертолетов/ и существенно увеличить КПД волнового реактивного двигателя-движителя. По Карно КПД зависит от температуры T=2500-2700°С продуктов сгорания и температуры отработанных газов T=400-450°С, выходящих из сопел 10. КПД β=1-/400-450/+273/2500-2700/+273=0,74. С учетом потерь тепла через стойки цилиндров 8-9, примерно 25-30%, эффективный КПД установки β=0,52. Потери энергии, связанные с подачек и выработкой сжатого воздуха в цилиндры 8-9, не превышают 20-25%, и общий эффективный КПД β=0,39, причем с одними ВРДД.
т
в
Сравним с КПД судна на воздушной подушке. Нагнетание под днище сжатого воздуха: кпд теплового двигателя β=0,3, кпд центробежного вентилятора β=0,6-0,7. Эффективный КПД=0,18-0,21.
т
т
в
эф
Движение судна с помощью воздушных винтов: кпд теплового двигателя - газотурбинной установки β=0,3, трансмиссии β=0,95, воздушный винт β=0,7. Суммарный КПД β=0,2 /см. И.Н.Колпакчиев "Транспортная авиация: взгляд в будущее". Транспорт, Знание, М. 7/80, стр.61. /11/. Иными словами суммарный КПД СВП не превышает 0,18-0,2, что по крайней мере в два раза ниже, чем суммарный КПД судна на импульсной сказке.
Однако новые установки /ВРД/ создают под днищем судна не только воздушную и газовую сказку, действие которой ничем не отличается от действия воздушной подушки в СПВ, но одновременно обеспечивают движение судна с высокой скоростью, что приводит к существенному снижению мощности силовых установок /ВРД/ по сравнению с требуемой в СВП. Например, для судна с атомным силовой установкой, приведенной в источнике /1/, стр.4, при установке вместо атомной и паровых турбин новых ВРД, суммарная мощность судна снижается вдвое.
Механизм парения поплавков и всего судна рассматривался выше. Еще раз отметим, что в этот механизм входят силы от давления воздушной смазки под днищем поплавков 1-2, вертикальная составляющая общего реактивного усилия струй, вытекающих из сопел 10, и эффект многочисленных воздушных завес, сдерживающих истечение сжатого воздуха. Отметим так же, что увеличение размеров поплавков, так же как и в СВП увеличение габаритов судна, приводит к существенному увеличений полетного веса судна за счет увеличения площади и снижения давления воздушной смазки или воздушной подушки под днищем. По фиг.21 КПД эжектора 148-150 ниже, чем КПД ВРД.
Газотурбинная установка /ГТУ/ по фиг.7 и волновой реактивный двигатель-движитель по фиг.3-4 являются наиболее совершенными тепловыми машинами из всех существующих в настоящее время силовых установок, работающих с КПД, превышающим известные ГТУ НГ и паровые турбины по крайней мере в два раза, причем на всех видах жидких и твердых теплив. Механизм электрических взрывов струй 40-41, 54-55 форсунках по фиг.5 и 6, из чистых растворов электролитов.
4
Чтобы получить высокую плотность тока при протекании по струям мощного электрического разряда, необходимо использовать растворы с большой электропроводностью, что достигается применением растворов на основе солей, оснований и кислот с достаточно высокой концентрацией и при повышенной температуре. Особенностям процесса разряда через струи концентрированного водного раствора сильного электролита вызваны свойствами самой рабочей среды. При питании от выпрямителя 37, 59 переменного тока напряжение в начале импульса растет довольно медленно и на катоде выделяется водород. Кроме того пузырьки газа могут образовываться и в струях благодаря нагреванию их джоулевой теплотой. Благодаря высокому газонаполнению электропроводность слоя раствора у катода уменьшается и на этом слое жидкости падает основная доля рабочего напряжения. Здесь существует наибольшая напряженность электрического поля и начинается нагревание среды, возникает пробой газовых пузырьков, происходит ионизация элементов и образование свободных электронов, завершающихся образованием плазмы. Горячая плазма и более холодный раствор струй отделяются друг от друга слоем электропроводного пара, содержащего ионы электролита. Слой пара, прогреваемый со стороны плазмы и собственной джоулевой теплотой, постепенно продвигается вглубь раствора струи, пока не достигнет зоны контакта струй, второй струи и противоположного сопла 30 /53/. Поскольку большую роль играют пузырьки газа и тепловые процессы, то электрический взрыв струй происходит сравнительно медленно и даже наблюдается некоторое запаздывание взрыва по отношению к поданному импульсу напряжения. При достижении слоем пара сопла 30 /53/ канал проводимости на месте струй перекрывается плазменным каналом разряда и мощным электрические взрывом струй 40-41 /54-55/, /см.2, стр.329-331/. Высокая температура электрического взрыва, которая регулируется в интервале 2-/4-5/·10К и более, обеспечивает взрывное электротермическое разложение раствора электролита струй 40-41 /54-55/ на водород и кислород и мгновенный нагрев и термическое разложение струй 35 углеводородного топлива, с образование горючего газа, который в смеси с продуктами диссоциации раствора электролита струй 40-41 под давлениям выходит из отверстий 27 комбинированной форсунки по фиг.5 и смешивается с сжатым воздухом в камере сгорания 21 ВРД. Воспламенение образовавшейся рабочей горючей газовой смеси обеспечивается раскаленными струями, выходящими из отверстий 49 форсунки по фиг.5 /на фиг.4 поз.15/. Формирование новых струй 40-41 и струй 35 для повторных циклов осуществляется за счет давления насосов /не показаны/, нагнетающих раствор электролита и топлива по патрубкам 23 и топливной форсунке 34.
В комбинированной форсунке по фиг.9 электрические взрывы струй 102-103 с высокой температурой нагревают с взрывным термическим разложением угольный стержень 105, с образованием газа, который в смеси с продуктами разложения раствора электролита струй 102-103 выходит через сопло 84 в камеру сгорания 66, где смешивается с сжатым воздухом, а рабочая горючая газовая смесь воспламеняется форсунками 68 /по фиг.6/.
Б. Электрический взрыв струй 40-41 /54-55/ суспензий порошков металлов или гранита в концентрированное водном растворе сильного электролита
2
ЭКВ
Отличается от первого электрического взрыва чистого раствора электролита большой мощностью и коротким процессом взрыва струй. Мощность электрического взрыва P=J·R зависит не только от концентрации раствора электролита, но и от концентрации частиц порошков в нем /пудры алюминия, меди, железа, гранита и др./. Наличие в растворе электропроводных частиц делает струю/и/ неоднородной, состоящей из частиц и цепи перемычек из раствора электролита неодинаковой длины. При этом сами частицы имеют острые грани, напряженность электрического поля над которыми будет наибольшей, что приводит к высокому газонаполнения раствора между частицами и их пробою с образование плазмы, слоя электропроводного пара и холодного раствора между частицами по длине струй. Время электрического взрыва и мощность взрыва при высокой концентрации частиц в растворе приближается к электрическому взрыву струй из жидких металлов. При работе с электролитами, суспензиями или с жидкими металлами диаметр струи 0,087-0,2 мм или более и во много раз не должен превышать диаметр цилиндрических каналов 28, 29 /50, 51/, для уменьшения нагрева раствора в них.
Параметры электрического взрыва прямолинейных струй определяются индуктивностью и емкостью разрядной цепи, начальным напряжением конденсаторов, длиной, диаметром и числом струй /см.3, стр.91-103/.
Некоторые особенности конструкции аппаратов на воздушной смазке
Выше отмечено, что поплавки 1 и 2 установлены под углом к направлению движения судна, что способствует быстрому отрыву корпуса 5 из воды и скольжению на поплавках, под днища которых выходят струи воздуха и продуктов сгорания, с частотой работы волновых реактивных двигателей 6. При подходе к причалу судно движется на корпусе 5 как обычное водоизмещающее, без образования брызг, что присуще известным СВП. При скольжении судна на поплавках в штормовую погоду они периодически будут заливаться волнами, однако торможение его в это время ослаблено за счет того, что выходящие из-под днища множество пузырьков воздуха и сгоревших газов образуют подушку воды, насыщенной пузырьками, и обеспечивают снижение сопротивления движению судна. Установка поплавков под заданным углом к направлению движения судна, а также устройство острой носовой части поплавков 1 позволяет не только обеспечить дополнительную подъемную силу судну при выходе на режим скольжения на поплавках, но и снижает силу удара о твердые плавающие на воде предметы.
Эта же конструкция судна может выполняться с поплавками-лыжами, в днищах которых установлены импульсные эжекторы по фиг.21 или форсунки 174 по фиг.23. Выполнение тонких поплавков-лыж обеспечивает движение аппарата /судна/ по пересеченной местности на суше с большой скоростью, однако КПД этих машин существенно меньше КПД судов на поплавках, в которых размещены волновые реактивные двигатели 6. Таким образом на поплавки 1 и 2 при парении и движении судна с корпусом 5 действуют четыре силы, обеспечивающие его парение: давление в воздушной смазке под днищами поплавков 1, 2 и поверхностью воды, реактивное усилие, в связи с наклоном сопел 10, действие встречных потоков сжатого воздуха, вытекающих с заданной частотой из сопел 10 под днищами, что увеличивает давление в воздушной смазке, и дополнительная подъемная сила за счет установки поплавков 1, 2 под заданным углом к направлению движения судна.
Технико-экономическая часть
Суда на воздушной смазке с поплавками снабжены волновыми реактивными двигателями-движителями, обеспечивают превосходство в скорости полета по сравнению с СВП, снабженными воздушными винтами, точно так же как реактивные самолеты имеют превосходство в скорости по сравнению с винтовыми.
Вместе с тем теперь возможно строительство крупных судов на воздушной смазке и снижение шумности.
КПД новых судов в два раза выше, чем СВП.
Новое судно с поплавками относится к судам с малой площадью действующей ватерлинии, что существенно повышает мореходность судна. Оно способно выходить на берег, двигаться по льду, снегу, болотистой местности.
Аппараты, ходовая часть которых содержит опорные блоки с гибким днищем, также имеют реактивный способ движения и предназначены для эксплуатации на пересеченной местности, по снегу, льду с большой скоростью полета, вместо автомобильного и воздушного транспорта.
При движении на воздушной смазке по твердым покрытиям дорог протяженных трасс позволяют существенно увеличить скорость движения по сравнению с автомобильным и железнодорожным транспортом.
С увеличением скорости аппараты на воздушной смазке, обладающие большой грузоподъемностью, способны вытеснить воздушный транспорт и являются новым транспортным средством в ряду ныне существующих.