ДЕТОНАЦИОННЫЙ ШЕСТЕРЁНЧАТЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Прототипом данной Полезной модели может служить газотурбинная установка простой схемы - компрессор, камера сгорания, турбина, полезная нагрузка. Такая установка работает по циклу Брайтона, когда горение происходит при постоянном давлении. В газотурбинной установке энергия движущегося сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу. Преобразование энергии происходит в межлопаточных каналах рабочего колеса. Проектирование, изготовление и эксплуатация лопаточных машин связано со значительными материальными затратами. В предлагаемой Полезной модели роль рабочего колеса газовой турбины выполняет шестеренчатая пара с зубчатым зацеплением. Принцип работы аналогичен принципу работы шестеренчатого гидравлического насоса, но только зубчатые колеса не перемещают рабочее тело, а наоборот приводятся им в движение.
Предлагаемая Полезная модель работает по детонационному циклу. Преимущество пульсирующего детонационного устройства состоит в том, что в нем используется цикл, превосходящий по своим параметрам термодинамический цикл, как при постоянном давлении, так и при постоянном объеме (Рис. 1).
Использование детонационного режима горения в камере сгорания обеспечивает наиболее эффективное преобразование химической энергии топлива в кинетическую энергию продуктов сгорания. Давление продуктов сгорания при детонационном горении топлива в несколько раз выше, чем при обычном дефлаграционном сжигании. В пульсирующем детонационном устройстве цикл повторяется с определенной частотой.
Принципиальная схема детонационного шестеренчатого двигателя показана на рис. 2. Топливовоздушная смесь под давлением от компрессора, приводимого одним из двух валов двигателя, или от самовсасывания, подается в камеру сгорания (поз. 4). Детонация формируется при распространении пламени в результате ускорения и сжатия смеси перед фронтом пламени. При выходе из камеры сгорания устанавливается область постоянных параметров, соответствующая звуковому режиму течения с числом Маха 1. В расширяющейся части диффузора (поз. 5) течение газа будет сверхзвуковым со сложной конфигурацией ударных волн и поверхностями газодинамических разрывов.
Рабочей поверхностью, на которую будут воздействовать продукты сгорания и импульс давления, являются поверхности зубчатых колес с зацеплением. Колеса расположены на валах, закрепленных в корпусе (поз. 6), и вращаются, соответственно, в разных направлениях. Механическая работа для привода полезной нагрузки может сниматься с вала колеса (поз. 7) или колесо (поз. 8). Зазор между зубьями и стенками корпуса минимальный. Минуя зубчатое зацепление, продукты сгорания расширяются, охлаждаются и выбрасываются, проходя глушитель (поз. 9), в окружающее пространство. Камера сгорания заполняется следующим газовым зарядом и цикл повторяется.
Источники информации
1. Володин В.В. Исследование параметров детонационного горения при раздельной импульсной подаче компонентов топлива. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. М.: РАН ОИВТ ИТЭС.2005.
2. Пак О.В. Тепловая машина Пак О.В. ПАТЕНТ №TJ374. 2002.
На рисунке 1 представлено:
поз: 1 - Цикл Брайтона - горение при постоянном давлении;
поз: 2 - Цикл Хамфри - режим сгорания при периодическом сгорании;
поз: 3 - Детонационный цикл - используются преимущества двух предыдущих режимов.
На рисунке 2 представлено:
поз: 4 - периодическая детонационная камера сгорания кольцевого принципа работы;
поз: 5 - профилированное сопло - сопло Лаваля;
поз: 6 - корпус двигателя;
поз: 7 - зубчатое колесо (эвольвентное зацепление) для снятия полезной нагрузки;
поз: 8 - зубчатое колесо (эвольвентное зацепление) для синхронизации работы двигателя;
поз: 9 - каталитический глушитель.