ДВИЖИТЕЛЬ РЕАКТИВНОГО ВЕРТОЛЕТА

Полезная модель относится к реактивным движительным устройствам, и предназначена для выполнения воздушного полета, преимущественно вертолетов и конвертопланов.
Известен прямоточный воздушно-реактивных двигатель (ПВРД), в котором для сжигания горючего используют кислород воздуха, который сжимают скоростным напором (см. "Политехнический словарь". /Под ред. академика А.Ю.Ишлинского, изд. "Советская энциклопедия", М., - 1980, стр.420) (1).
Недостатком упомянутого реактивного двигателя, является необходимость достижения большой скорости движения для эффективного его использования.
Наиболее близким по совокупности признаков с заявленной полезной моделью, является ПРЯМОТОЧНО-ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, у которого сжатие воздуха осуществляют скоростным напором при движении воздушно-реактивного двигателя по окружности вместе с лопастью, закрепленной на валу несущего винта вертолета. К концу указанной лопасти прикрепляют упомянутый двигатель, дополнительное сжатие воздуха перед камерой сгорания которого достигается тем, что применяют размещенную за входным устройством дополнительную камеру сжатия, в которой наряду с указанным выше первичным сжатием воздуха в связи с его частичным торможением, изменяют направление движения воздуха, с поворотом его потока в радиальный, относительно оси вращения воздуховода, для ускорения его потока за счет центробежных сил, до полного торможения перед двигателем, и далее в камеру сгорания. Сжигание горючего производят в сжатом воздухе в камере сгорания, а продукты сгорания направляют в реактивное сопло для создания реактивной тяги (см. патент РФ 2276739, МПК F02K 1/00, 2006.01,) (2).
Недостатком этого двигателя является сжатие воздуха по адиабатному процессу, что при обычной скорости вращения несущего ротора вертолета, снижает эффективность использования данного устройства. Дополнительный недостаток данного устройства является пульсация в работе двигателя, которая возникает при поступательном движении вертолета, из-за разностей скорости воздуха на входном устройстве, при движении наступающего и отступающего положения лопасти.
Этот двигатель не обеспечивает сжатия воздуха, достаточного для его эффективной работы, в связи с использованием только двух ступенчатого сжатия адиабатного процесса. Пульсация в работе двигателя, приводит к увеличению расхода топлива, необходимость которого обусловлена стабилизацией его работы.
Предлагаемая полезная модель позволяет получить технический результат, заключающийся в: 1. увеличение сжатия воздуха на входном устройстве, подаваемого в камеру сгорания двигателя 2. получении газообразного топлива, из жидкого состояния 3. устранении пульсации, в работе двигателя.
Указанный технический результат достигается тем, что сжатие воздуха осуществляется принципом центробежного сжатия, с вовлечением изотермического процесса, при движении движителя по окружности, закрепленном на валу вертолета. Нагрев криогенного топлива впрыскиваемого в теплообменный испаритель, и как следствие того его вскипания за счет теплосъема с воздуха, позволяет получить изотермический процесс сжатия воздуха и получение дополнительного давление в газовой топливной магистрали, за счет расширения криогенного топлива до газообразного состояния. Получение более высокого давления газового топлива, относительно давления воздуха, необходимо для устранения эффекта перетекания на участке смесителя перед жаровой камерой сгорания, т.к. при центробежном сжатии молекулярный вес газа значительно легче воздуха. Нахождение начала входного устройства двигателя в относительно спокойной зоне малых аэродинамических возмущений, снижает возможность возникновения пульсации в работе двигателя, а протяженность входного устройства, еще более стабилизирует его работу.
Прямоточный воздушно реактивный движитель вертолета центробежного нагнетания (ПВРДВЦНВ) состоит из: лопасти (1), комель (2) которой, является началом входного устройства (далее ВУ) двигателя. Вначале ВУ на комле лопасти, закреплена трубка подачи криогенного топлива (3) с форсункой (4), которые выполняют функцию центробежного насоса и распылителя жидкого топлива, поступающего в теплообменный испаритель криогенного топлива (5) с радиаторными пластинами для улучшения теплообмена с воздухом, имеющем герметично закрытое начало. Теплообменный испаритель топлива выполнен в виде силового элемента лопасти, лонжерона, расположенного внутри канала входного устройства (6), по всей длине лопасти. Металлическая консольная часть лопасти (7) выполнена пустотелой и состоит из продолжения ВУ (8), газохода газообразного топлива (9) и двигателя (10), который выполнен в виде камеры сгорания воздушно-реактивного двигателя (ВРД). Двигатель состоит из: корпуса (10.1), теплового экрана (10.2), топливного газовоздушного смесителя (10.3), жаровой камеры (10.4), вначале которой, по направлению газового потока, закреплена дуговая свеча стартового воспламенения (10.5). (Высоковольтный электрический провод свечи стартового воспламенения, не указан на фигуре, так как это не является основополагающим условием, и его расположение в лопасти, зависит от конструкторского решения). Жаровая камера двигателя, выполнена в форме сопла Лаваля, для максимального использования принципа реактивного движения. Все вышеперечисленные элементы движителя реактивного вертолета, изображены на фигурах 1, 2, 3, 4, 5, и соответствуют их цифровым обозначениям на них. На приведенных чертежах в разрезе по линии оси движителя показано осуществление способа создания реактивной тяги на примере соответствующего устройства, в виде прямоточного воздушно-реактивного движителя вертолета центробежного нагнетания воздуха (ПВРДВЦНВ). Стрелками на чертеже показано направление движения воздуха, топлива, продуктов сгорания, и направление движения самого движителя вокруг оси крепления к вертолету.
Прямоточный воздушно-реактивный движитель вертолета центробежного нагнетания работает следующим образом:
Воздух, поступающий в входное отверстие комля (2) лопасти (1), под действием центробежных сил, которые возникают при вращении лопасти закрепленной на валу вертолета, устремляется в канал входного устройства (6) двигателя, где по пути следования он охлаждается теплообменным испарителем криогенного топлива, которое обеспечивается вскипанием криогенного топлива, а как следствие охлаждение стенок криогенного теплообменного испарителя, впрыскиваемого из топливной трубки (3) форсункой (4) в теплообменный испаритель топлива (5), что и позволяет возникновению условий изотермического процесса центробежного сжатия воздуха. Длина испарителя позволяет поддерживать изотермический процесс сжатия по пути всего входного канала, который проходит по всей длине лопасти. Вовлечение изотермического процесса при центробежном сжатии воздуха, основанного на законе Бойля - Мариотта, позволяет сохранять условную объемную плотность воздуха, в отличии от адиабатного процесса, потому как из-за повышения температуры воздуха при адиабатном процессе сжатия, уменьшается его условная объемная плотность в следствии увеличения объема при нагревании, и как следствие, уменьшается величина давления при центробежном сжатии воздуха. Изотермический процесс сжатия воздуха способствует получению высокого коэффициента Pk входного устройства. Закон сохранения энергии Бернулли, в свою очередь, позволяет аккумулировать тепловую энергию в газовом топливе, выделенную при теплообмене охлаждаемого воздуха во входном устройстве, что взаимосвязано способствует экономии тепловой энергии, а как следствие необходимой величины топлива, при химической реакции сжигания его в камере сгорания двигателя, а конкретно в жаровой камере (10.4). Мелкая перфорация в начальной части жаровой камеры, способствует лучшему перемешиванию газо-воздушной смеси, стабилизации горения и препятствует попаданию пламени в полость перед жаровой камерой. Сжигание горючего газа происходит в сжатом воздухе в жаровой камере, а продукты сгорания направляются в реактивное сопло для создания реактивной тяги, необходимой для вращения движителя. Движитель же, вращаясь под действием реактивной силы, создает подъемную силу необходимую для полета вертолета, и условия работы устройства в целом.
Подмена адиабатного принципа сжатия воздуха на изотермический принцип, повышает давление воздуха в входном устройстве двигателя, соблюдение закона сохранения энергии, приводит к экономии топлива, необходимо-достаточного для работы двигателя. Расположение входного отверстия воздуха движителя в комлевой части лопасти, позволяет избавиться от вредного явления, такого как пульсация двигателя, что тоже ведет к экономии топлива и устойчивому режиму работы его.
На основании вышеизложенного, обеспечивается истечение газообразных продуктов сгорания через реактивное сопло двигателя с более значительным ускорением и массой, и как следствие, увеличение реактивной тяги двигателя. Это приводит к повышению КПД и эффективности работы движителя в целом, с применением простейших средств.
Наружные металлические поверхности консольной части лопасти обдуваются встречным воздухом, с обеспечением возможности охлаждения ее.