Энергоустановка с управляемой реактивной тягой
POWER PLANT WITH REGULATED REACTIVE THRUST

Изобретение относится к энергетике, в частности к универсальным энергоустановкам с управляемой реактивной тягой, которые могут найти применение при создании транспортных средств для перемещения различных, практически любых, объектов, которые необходимо переместить из одного места в другое, например данная энергетическая установка может найти применение как в наземной, так и воздушной или надводной транспортной технике.
Известна энергоустановка, содержащая лопастные ортогональные движители со струйным управлением обтекания лопастей набегающей на них средой, для чего в последних выполнены две полости для подачи управляющей среды в выполненные в лопастях вдоль последних струеобразующие выходные щелевые отверстия, лопасти движителей выполнены аэродинамического профиля, две полости с выходными щелевыми отверстиями образованы внутри лопастей посредством разделяющей внутреннее пространство лопастей перегородки, выходные щелевые отверстия выведены на соответствующую поверхность лопасти в зону за точкой максимальной толщины ее профиля, лопасти установлены на выполненном полым, установленном с возможностью вращения валу посредством полых траверс обтекаемого профиля, перпендикулярных валу, причем полости лопастей траверс и вала сообщены между собой, а внутри полого вала коаксиально ему с образованием кольцевого зазора установлен неподвижный полый газораспределительный трубопровод с выполненными в его стенке отверстиями, посредством которых полость газораспределительного трубопровода сообщена с полостями траверс, причем распределительный трубопровод подключен к источнику непрерывной или импульсной подачи газообразной среды под давлением (см. патент RU №2327059, кл. F03G 7/08, 20.06.2008).
Данная установка позволяет создавать устройства, которые могут перемещаться на колесах по земле и по воздуху за счет взаимодействия лопастей вращающихся роторов с окружающей средой. Однако эффективность данной энергоустановки сравнительно невелика, поскольку требует больших затрат энергии.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является энергоустановка с управляемой реактивной тягой, содержащая одну или более полую симметричного аэродинамического профиля лопасть, в которой выполнена по крайней мере одна полость с крайней мере одним струеобразующим выходным сопловым отверстием, выход которого выполнен на наружной поверхности лопасти за точкой максимальной толщины ее профиля в зону сдвинутую от максимальной толщины лопасти в сторону задней кромки лопасти (см. патент RU №2558716, кл. F03G 7/08, 10.08.2015).
Данная энергоустановка также позволяет создавать устройства, которые могут перемещаться на колесах по земле и по воздуху за счет взаимодействия лопастей вращающихся роторов с окружающей средой. Однако отсутствие средств, которые позволяют регулировать работу выходных сопловых отверстий в лопастях, не позволяет создавать максимальную движущую силу и приводит к увеличению расхода топлива на привод ортогонального движителя.
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение указанных выше недостатков.
Технический результат заключается в том, что достигается возможность увеличить создаваемую движущую силу, что приводит к снижению расхода топлива на привод во вращение лопастей.
Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что энергоустановка с управляемой реактивной тягой содержит одну или более полую симметричного аэродинамического профиля лопасть, в которой выполнена по крайней мере одна полость с по крайней мере одним струеобразующим выходным сопловым отверстием, выход которого выполнен на наружной поверхности лопасти за точкой максимальной толщины ее профиля в зону сдвинутую от максимальной толщины лопасти в сторону задней кромки лопасти, каждая лопасть выполнена спиральной, установленной на двух полых полувалах или каждая лопасть выполнена в виде последовательно установленных вокруг полого вала на полых траверсах, на одинаковом радиальном расстоянии от полого вала и выполнена с прямыми параллельными передней и задней кромками лопастей, причем передняя и задняя кромка соседних лопастей соответственно смещены относительно друг друга по винтовой линии, полость или полости каждой лопасти разделены на одинаковые секции сплошными перегородками перпендикулярными оси вращения каждой лопасти и выступающими за наружную поверхность лопасти, при этом каждая лопасть установлена с возможностью вращения соответственно вокруг полых полувалов или полого вала за счет реактивной силы, создаваемой струями рабочей среды, истекающей по касательной вдоль наружной поверхности лопастей в направлении задней кромки лопасти, причем выходное сопловое отверстие выполнено с одной стороны каждой лопасти или выходные сопловые отверстия выполнены на обеих противоположных сторонах лопасти для создания крутящего момента и направленной подъемной силы, в каждой лопасти со стороны входа в каждое выходное сопловое отверстие установлены клапаны с возможностью выборочного перекрытия или открытия каждого выходного соплового отверстия при помощи привода, подключенного к блоку управления, а каждая полость каждой лопасти подключена, соответственно, через полый полувал или полые полу валы или через полый вал и полые траверсы к источнику подачи рабочей среды с возможностью выборочной подачи последним под давлением рабочей среды в каждую секцию полости или полостей каждой лопасти.
Выходные сопловые отверстия, предпочтительно, выполнены щелевидными.
Каждая из лопастей может быть снабжена датчиками давления, установленными на противоположных сторонах каждой лопасти ближе к передней кромке лопасти и симметрично относительно продольной оси лопасти, причем датчики давления подключены к блоку управления.
В источнике подачи рабочей среды в качестве последней может быть использована топливовоздушная смесь для подачи ее под давлением через обратные клапаны в секции полости или полостей каждой лопастей для формирования на выходе из выходных сопловых отверстий потоков продуктов сгорания, образованных при сгорании топливовоздушной смеси в секциях полости или полостей каждой лопасти в момент открытия клапанов выходных сопловых отверстий лопастей, а в каждой полости каждой лопасти установлены свечи зажигания топливовоздушной смеси, подключенные к индукционным катушкам системы зажигания.
В источнике подачи рабочей среды в качестве последней может быть использована жидкая среда, например вода, для подачи ее под давлением через обратные клапаны в каждую секцию полости или полостей каждой лопасти для формирования на выходе из выходных сопловых отверстий потоков жидкости, образованных в момент открытия клапанов выходных сопловых отверстий лопастей.
На фиг. 1 схематически представлена энергоустановка с управляемой реактивной тягой.
На фиг. 2 представлен поперечный разрез лопасти энергоустановки с управляемой реактивной тягой для создания струи вдоль внешней и/или вдоль внутренней относительно полувала поверхности каждой лопасти.
На фиг. 3 представлена полая спиральная симметричного аэродинамического профиля лопасть, полость или полости которой разделены на одинаковые секции сплошными перегородками, перпендикулярными оси вращения каждой лопасти и слегка выступающими за наружную поверхность лопасти.
На фиг. 4 представлен вариант выполнения полой спиральной симметричного аэродинамического профиля лопасти с выходным сопловым отверстием выполнены на одной стороне лопасти.
На фиг. 5 полой спиральной симметричного аэродинамического профиля лопасти с выходным сопловым отверстием, выполненным на обеих противоположных сторонах лопасти.
На фиг. 6 схематически представлен вариант выполнения энергоустановки с лопастями, передняя и задняя кромка которых выполнены прямыми и параллельными.
Энергоустановка с управляемой реактивной тягой содержит одну или более полую симметричного аэродинамического профиля лопасть 1, в которой выполнена по крайней мере одна полость 2 (на чертеже показана энергоустановка с одной лопастью, в которой выполнена одна полость с двумя выходными сопловыми отверстиями) с по крайней мере одним струеобразующим выходным сопловым отверстием 3, выход которого выполнен на наружной поверхности лопасти 1 за точкой максимальной толщины ее профиля в зону сдвинутую от максимальной толщины лопасти 1 в сторону задней кромки 7 лопасти 1.
Каждая лопасть 1 выполнена спиральной, установленной на двух полых полувалах 4 или каждая лопасть 1 выполнена в виде последовательно установленных вокруг полого вала 14 на полых траверсах 15, на одинаковом радиальном расстоянии от полого вала 14 и выполнена с прямыми параллельными передней 11 и задней 7 кромками лопастей 1, причем передняя 11 и задняя 7 кромки соседних лопастей 1 соответственно смещены относительно друг друга по винтовой линии.
Полость 2 или полости 2 каждой лопасти 1 разделены на одинаковые секции 5 сплошными перегородками 6 перпендикулярными оси вращения каждой лопасти 1 и выступающими за наружную поверхность лопасти 1.
Каждая лопасть 1 установлена с возможностью вращения соответственно вокруг полых полувалов 4 или полого вала 14 за счет реактивной силы, создаваемой струями рабочей среды истекающей по касательной вдоль наружной поверхности лопастей 1 в направлении задней кромки 7 лопасти 1, причем выходное сопловое отверстие 3 выполнено с одной стороны каждой лопасти 1 или выходные сопловые отверстия 3 выполнены на обеих противоположных сторонах лопасти 1 (см. фиг. 2) для создания крутящего момента и направленной подъемной силы.
В каждой лопасти 1 со стороны входа в каждое выходное сопловое отверстие 3 установлены клапаны 8 с возможностью выборочного перекрытия или открытия каждого выходного соплового отверстия 3 при помощи привода 13, подключенного к блоку управления (не показан на чертежах), причем последний может быть выполнен в виде компьютера, а каждая полость 2 каждой лопасти 1 подключена соответственно через полый полувал 4 или полые полувалы 4 или через полый вал 14 и полые траверсы 15 к источнику 9 подачи рабочей среды с возможностью выборочной подачи последним под давлением рабочей среды через обратные клапаны в каждую секцию 5 полости 2 или полостей 2 каждой лопасти 1.
Выходные сопловые отверстия 3, предпочтительно, выполнены щелевидными.
Каждая из лопастей 1 может быть снабжена датчиками давления 10, установленными на противоположных сторонах каждой лопасти 1 ближе к передней кромке 11 лопасти 1 и симметрично относительно продольной оси лопасти 1, причем датчики давления 10 подключены к блоку управления.
В источнике 9 подачи рабочей среды в качестве последней может быть использована топливовоздушная смесь для подачи ее под давлением через обратные клапаны (не показаны) в секции 5 полости 2 или полостей 2 каждой лопасти 1 для формирования на выходе из выходных сопловых отверстий 3 реактивных струй продуктов сгорания, образованных при сгорании топливовоздушной смеси в секциях 5 полости 2 или полостей 2 каждой лопасти 1 в момент открытия клапанов 8 выходных сопловых отверстий 3 лопастей 1, а в каждой полости 2 каждой лопасти 1 установлены свечи 12 зажигания топливовоздушной смеси, подключенные к индукционным катушкам (не показаны) системы зажигания.
В источнике 9 подачи рабочей среды в качестве последней может быть использована жидкая среда, например вода, для подачи ее под давлением через обратные клапаны в каждую секцию 5 полости 2 или полостей 2 каждой лопасти 1 для формирования на выходе из выходных сопловых отверстий 3 реактивных струй жидкости, образованных в момент открытия клапанов 8 выходных сопловых отверстий 3 лопастей 1.
Для привода в движение транспортного средства в секции 5 полости 2 лопастей 1 подают через полувалы 4 топливовоздушную смесь, которую в полости 2 или полостях 2 лопастей 1 поджигают с помощью свечей зажигания 12.
В результате сжигания топливовоздушной смеси образуются продукты сгорания, которые, истекая через струеобразующие выходные щелевые отверстия 3, образуют реактивные струи, вращающие лопасти 1.
В другом варианте выполнения в полости 2 лопастей 1 подают жидкую среду, в частности воду с постоянным давлением от внешнего источника 9 подачи рабочей среды. Истекая через струеобразующие выходные щелевые отверстия 3, жидкая среда образует реактивные струи, вращающие лопасти 1.
Величина подъемной силы и скорость и направление движения регулируется частотой полувалов 4 и расходом подаваемой секции 5 лопастей 1 топливовоздушной среды или жидкой среды.
Подача струй с определенным импульсом и в определенный момент времени обеспечивает возникновение нестационарной циркуляции вокруг лопастей 1 и контролируемый рост подъемной силы, перпендикулярной хорде лопасти 1 и оси вращения лопастей 1 вокруг полуосей 4 в нужный момент в нужной точке трассы движения каждой лопасти 1.
Для создания максимального крутящего момента, обеспечивающего максимальное ускорение и максимальную скорость вращения лопастей 1, все свечи зажигания 12 во всех секциях 5 поджигаются одновременно.
Для создания максимальной тянущей силы определенного направления, требуемой для подъема (опускания) или разгона (торможения) транспортного средства свечи зажигания 12 в отдельных секциях 5 поджигаются в моменты, когда радиус-вектор положения выходного соплового отверстия 3 совпадает во всех секциях 5 с требуемым направлением.
Настоящее изобретение может быть использовано в автомобильной, строительной, нефтегазодобывающей и других отраслях промышленности, где необходимо транспортировать, поднимать или перемещать различные грузы.