Двигатель филимонова


Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель в.в.филимонова

 

Изобретение относится к судостроению , а именно к прямоточным гидрореактивным судовым двигателям. Целью изобретения является повышение экономичности путем повышения давления в конце такта сгорания. Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель содержит водоза-. борник, рабочие цилиндры с камерами сгорания и с устройством заполнения их водой, устройство заполнения камер сгорания воздухом, топливную систему с насосом высокого давления, синхронизирующее устройство , выходные камеры 21 и устройство подачи искры. Устройство заполнения рабочих цилиндров водой выполнено с приводным валом 9 с закрепленными на нем носовым 10 и кормовым 11 дисками, имеющими торцовые кольца 66, 80 с рабочими цилиндрами и с кольцами 65,81, имеющими отверстия и установленными неподвижно.

(l9) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э В 63 Н 11/02 11/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Г вв вша вж

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4801891/11 (22) 14.03.90 (46) 23.03,92. Бюл. М 11 (72) В,В.Филимонов (53) 628.629.,125.5(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1068337, кл. В 63 Н 11/02, 1989. (54) ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОРЕАКТИВный сУдовой двигАтель в.в.вилиМОНОВА (57) Изобретение относится к судостроению, а именно к прямоточным гидрореактивным судовым двигателям. Целью изобретения является повышение экономичности путем повышения давления в кон" це такта сгорания. Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель содержит водоза-. борник, рабочие цилиндры с камерами . сгорания и с устройством заполнения их водой, устройство заполнения камер сгорания воздухом, топливную систему с насосом высокого давления, синхрониэирующее устройство, выходные камеры 21 и устройство подачи искры. Устройство заполнения рабочих цилиндров водой выполнено с приводным валом 9 с закрепленными на нем носовым 10 и кормовым 11 дисками, имеющими торцовые кольца 66, 80 с рабочими цилиндрами и с кольцами 65, 81, имеющими отверстия и установленными неподвижно.

1720927

Рабочие цилиндры размещены между дисками на равном расстоянии от приводного вала, а их концы закреплены в отверстиях неподвижно установленных колец, которые сопряжены с торцовыми кольцами дисков.

Диски выполнены с дугообразными окнами, носовой диск 10 выполнен с центробежным насосом, сообщенным с водозаборником, а кормовой диск сопряжен с передней стенкой выходных камер, выполненной в виде кольца с отверстиями, расположенными соосно рабочим цилиндрам; устройство за4

l полнения камер сгорания воздухом снабжено поршневыми компрессорами и зубчатой передачей, связывающей валы 38-40 поршневых компрессоров с приводным валом 9 дисков. Синхронизирующее устройство выполнено с кинематическими передачами, одной из которых насос высокого давления топливной системы кинематически связан с приводным валом дисков. Другой передачей устройство подачи искры топливной системы связано с приводным валом дисков.

10 ил.

30

Изобретение относится к судостроению, к гидрореактивным судовым двигателям.

Известен движитель — "пульсирующая камера сгорания", заполняемая водой через механический клапан. После заполнения камеры забортной водой в нее подается топливное вещество, которое бурно реагирует с водо; вызывая взрыв.

Но укаэанный движитель имеет низкий

КПД, кроме того в нем не могут быть использованы в качестве топлива нефтепродукты, сжиженный водород.

Известен пульсирующий гидрореактивный движитель —."реактивная труба", работающая на принципе пульсирующей газоводяной струи. Движитель имеет реактивную трубу, камеру сгорания, сообщающуюся с реактивной трубой через клапанное устройство, запорное устройство на входе в реактивную трубу, систему подачи сжатого воздуха в камеру сгорания, топливную систему, систему синхронизации заполнения реактивной трубы водой, системы зажигания и клапанного устройства камеры сгорания, Но данный движитель имеет относительно низкую надежность клапанного устройства камеры сгорания из-за эрозионного воздействия на него газов, имеющих относительно высокую температуру и скорость, кроме того, давление воздуха в камере сгорания значительно меньше, чем давление сжатия в судовых дизелях, т.е. относительно невысока температура газов в начале горения, что снижает

ХПД движителя, также относительно велик расход сжатого воздуха на продувку камеры сгорания, относительно мала степень расширения рабочего тела, так как давление конца его расширения равно давлению продувочного воздуха, Известен прямоточный судовой гидрореактивный двигатель, содержащий последовательно соосно расположенные водозаборник, направляющий аппарат, сопло, коммутационную камеру с поворотной подпружиненной заслонкой и выходной диффуэор, при этом коммутационная камера сообщается с двумя рабочими камерами, имеющими камеры сгорания. Двигатель имеет также топливную систему, систему зажигания и синхронизирующую систему с датчиком, Но указанный двигатель имеет из-за относительно низкого давления воздушного заряда в конце сжатия низкую температуру воздуха в конце такта сжатия и, следовательно, относительно низкий КПД.

Цель изобретения — повышение экономичности двигателя путем повышения давления в конце такта сгорания.

Для достижения поставленной цели прямоточный гидрореактивный судовой двигатель снабжен дополнительной выходной камерой, при этом устройство дополнения рабочих цилиндров водой выполнено с приводным валом, с закрепленными на нем носовым и кормовым дисками, имеющими торцевые кольца. и с кольцами, имеющими отверстия, при этом кольца, имеющие отверстия, установлены неподвижно, рабочие цилиндры размещены между дисками на равном расстоянии от приводного вала, причем их концы закреплены в отверстиях неподвижно-установленных колец, которые сопряжены с торцовыми кольцами дисков, диски выполнены с дугообразными окнами, носовой диск снабжен центробежным насосом. сообщенным с водозаборником, а кормовой диск сопряжен с передней стенкой выходных камер, выполненный в виде кольца с отверстиями, расположенными соосно рабочим цилиндрам, устройство заполнения камер сгорания воздухом снабжено

1720927

10 фиг 7 — сечение Д вЂ” Д на фиг.5; на фиг.8 — узел

II на фиг,3, на фиг.9 — вид Е на фиг.8; на фиг.10 — торец цилиндрического руля с вог- 20

30

40

50 поршневыми компрессорами и зубчатой передачей, имеющей промежуточную шестерню и передаточное число, равное единице, связывающей валы поршневых компрессоров с приводным валом дисков, при этом синхронизирующее устройство выполнено с кинематическими передачами, одной из которых насос высокого давления топливной системы кинематически связан с приводным валом дисков, а другой-устройство подачи искры топливной системы связано с приводным валом дисков, На фиг.1 показан предлагаемый двигатель, установленный в кормовой части судна, общий вид; на фиг,2 — узел I на фиг,1; на фиг;3 — сечение А-А на фиг.2; на фиг.4— разрез Б — Б на.фиг.2; на фиг.5 — сечение  — В на фиг.2; на фиг.6 — разрез à — Г на фиг.2; на нутыми продольными выступами — лопатками для создания заднего хода путем поворота потока воды иэ двигателя на угол, больший 90 град., вид Ж на фиг.1.

Предлагаемый прямоточный гидрореактивный двигатель содержит рабочие цилиндры 1 — 6, закрепленные своими концами в опорах 7, 8, вал 9, размещенный на валу 9 диск-насос 10, расположенный ниже ватерлинии и контактирующий с опорой 7, размещенный на валу 9 диск 11, контактирующий с опорой 8 и с опорой 12, два водозаборника

13, расположенные по левому и правому бортам, имеющие запорные органы 14 и входные с относительно мелкой ячейкой решетки 15 на днище 16 судна 17, входящие в камеру 18, снабженную уплотнением 19 в месте прохода через ее переднюю стенку вала 9 и уплотнением 20 в месте прохода через ее заднюю стенку цилиндрического входного патрубка диска-насоса 10, левую и правую камеры 21, 22, размещенные на опоре 12 напротив левой и правой групп рабочих цилиндров и переходящие после объединения друг с другом в трубу 23 с запорным органом 24, диффузор 25, установленный в ахтерштевне 26 судна 17, опорной-упорный подшипник 27 вала 9, редуктор 28, электродвигатель 29, компрессор

30, размещенный на фундаменте 31, подшипник 27, редуктор 28 и электродвигатель

29 установлены на фундаменте 32, Судно 17 имеет руль 33, выполненный аналогично поворотным насадкам гребных винтов. Руль

33 может быть выполнен также плоским. 55 .Баллер 34 руля 33 установлен в подшипнике 35 и в подшипнике (не показан) размещенном на кронштейне 36 с ахтерштевня

26. Камера 18 неподвижно установлена на фундаменте 31 с помощью лап (не показаны). Компрессор 30 не имеет водяного охлаждения своих цилиндров, сжатый воздух из него поступает с высокой температурой.

Компрессор 30 с целью уменьшения габаритных размеров предлагаемого двигателя и с целью приближения своих цилиндров к рабочим цилиндрам 1-6 выполнен в виде трех двухцилиндровых поршневых компрессоров, имеющих общий корпус 37, параллельные валу 9 коленчатые валы 38 — 40 и не имеющие водяного охлаждения, чтобы не снижать КПД двигателя, цилиндры 41 — 46, На валу 9 неподвижно расположена шестерня 47, входящая в зацепление с установленными на корпусе 37 промежуточными шестернями 48, 49, находящимися в зацеп; лении соответственно с шестернями 50. 51, неподвижно размещенными на коленчатых валах 39, 40.

Шестерня 50 вала 39 входит в зацепление с установленной на корпусе 37 промежуточной шестерней 52, находящейся в зацеплении с шестерней 53, неподвижно размещенной на коленчатом валу 38. Промежуточные шестерни 48, 49, 52 обеспечивают одинаковое направление вращения коленчатым валам 38-40 и валу 9. Валы 3840 установлены на подшипниках 54 качения, размещенных в корпусе 37 и в крышках-стенках 55 — 57. Подшипники 54, размещенные в крышках-стенках 55 — 57 снабжены крышками 58. Шатуны 59 компрессора 30 имеют разную длину для обеспечения размещения центров круглых поперечных сечений рабочих цилиндров 1—

6 на одной окружности. Валы 38-40 имеют диски 60 для выполнения углового смеще- ния относительно друг друга их колен беэ увеличения длины коленчатого вала, Возможность углового смещения колен позволяет выполнить необходимое угловое смещение между тактами сжатия в цилиндрах 41 — 46 компрессора 30 в соответствии с угловым расположением рабочих цилиндров 1-6, Стенка 61 диска-насоса 10 с валом 9, а также стенка 62 со стенкой 61 неподвижно соединены с помощью сварки. Диск-насос

10 имеет кольцевую полость 63, при этом лопатки 64 имеют меньший наружный радиус, чем у стенок 61, 62, На стенке 61 дисканасоса 10 неподвижно установлено кольцо

65, имеющее с кольцом 66 опоры 7 небольшой зазор. B стенке 61 и в кольце 65 выполнен дугообразный вырез 67, средний диаметр которого равен диаметру окружности, на которой размещаются центры круглых сечений рабочих цилиндров 1-6, и ширина которого несколько меньше внут1720927 реннего диаметра рабочих цилиндров 1-6.

На кольце 66 резьбовыми элементами эа" креплены с помощью фланцев 68 концы рабочих цилиндров 1 — 6, проходящих через кольцо 66, контактирующих с кольцом 65 диска-насоса 10 и снабженных уплотнительными кольцами 69, размещенными в зазоре между наружной поверхностью концов цилиндров 1-6 и внутренней поверхностью отверстий кольца 66 и взаимодействующими с пружинами 70, выполненными в виде волнообразно изогнутого разрезного кольца.

Вал 9 проходит. сквозь корпус 37 через отверстия 71 в его стенках 72. Опора 7 установлена на фундаменте 31 посредством лапы 73. Передний конец вала 9 установлен в опорно-упором подшипнике 27, задний конец вала 9 — в подшипнике 74, размещенной на фундаментной балке 75, концы которой закреплены на опоре 8, установленной на фундаменте 31 посредством лапы 76. Подшипник 74 содержит подшипники 77 качения, втулку 78 и крышки 79. Задние концы. рабочих цилиндров 1-6 установлены в отверстиях кольца 80 опоры 8 аналогично креплению передних концов на кольце 66 опоры 7, контактируют своими торцами с кольцом 81 диска 11 и также снабжены подпружиненными уплотнительными кольцами, как и передние концы. Между кольцами

80 и 81 имеется небольшой зазор.

Диск 11 имеет дугообразное окно 82, представляющее собой выполненные в кольцах 81, 83 и в стенках 84, 85 диска 11 вырезы, по контуру которых расположена стенка 86, соединяющая стенки 84, 85. соединенные с помощью сварки со ступицей

87, неподвижно установленной на конце вала 9. Средний диаметр сквозного. отверстия

82 равен диаметру окружности 90, на которой размещены центры круглых сечений рабочих цилиндров 1-6. Ширина отверстия 82 несколько меньше внутреннего диаметра рабочих цилиндров 1-6. В стенке 88 опоры

12 и в установленном на ней кольце 89 соосно рабочим цилиндрам 1 — 6 выполнены отверстия 91-96 при этом отверстия 94-96 выходят в левую камеру 21, а отверстия 9193 — в правую камеру 22, камеры 21, 22 объединяются и переходят в трубу 23. Кольцо 80 является передней стенкой камер 21.

22. Опора 12 установлена на фундаменте 31 посредством лапы 97. Кольца 83, 89 имеют, как и кольца 65, 66 и 80, 81, между собой уплотнения на основе магнитной жидкости, размещенные на внешней и внутреннем диаметрах колец 83 и 89, 65.и 66. 80 и 81 (магнитные уплотнения не показаны). Вбэможные относительно малые протечки воды через зазоры между кольцами 65 и 66, 80 и

25

Взаимное расположение рабочих цилиндров 1 — 6, и цилиндров 41-46 компрессо35 ра 30 обеспечивает относительно малую

81, 83 и 89 и через их магнитные уплотнения попадают в поддон, иэ которого вода удаляется за борт..

Снаружи на опорах 7, 8, 12 над зазорами между кольцам и 65 и 66, 80 и 81, 83 и 89 установлены кожуха (не показаны) для отражения брызг протекающей через зазоры воды. Уплотнения 19, 20 также могут быть выполнены на основе магнитной жидкости.

На рабочих цилиндрах 1 — 6 установлены на их передних концах в их верхней части камеры 98 сгорания, имеющие крышку 99, сужение 100, диффузор 101, форсунку 102, клапан 103 и свечу зажигания (не показана).

Охлаждение камер 98 сгорания осуществляется потоком воды, прокачиваемой через рабочие цилиндры 1-6 диском-насосом 10.

Крышки 99 имеютдополнительное охлаждение (не показано). Клапан 103 содержит корпус 104, шток 105 с тарелкой 106 и с упорным кольцом 107, пружину 108, патрубок 109. Нагнетательные полости цилиндров 41-46 сообщаются через клапаны 103 и их патрубки 109 с камерами 98 сгорания соответственно рабочих цилиндров 1 — 6. В передней части диффузор 101 имеет прилив

110 для исключения замыкания (заполнения) прокачиваемое водой диффузора 101 путем обеспечения отрыва потока на кромке 111. Свеча зажигания соединена с устройством (не показано) подачи искры,. имеющим кинематическую связь с взлом 9, длину патрубков 109. Клапан 103 предотвращает воздействие высокого давления в камере 98 при сгорании в ней топлива на клапаны цилиндров 30, выполненные, например, прямоточными. Клапан 103, сила сжатия пружины 108 которого относительно велика, сокращает расход сжатого воздуха, так как s клапане 103 и в его патрубке 109 сжатый воздух после падения давления в камере 98 сгорания остается под высоким давлением, а тарелка 106, прижатая пружиной 108, предотвращает его выход. Сжатый воздух в клапане 103 и в его патрубке 109 используется в следующем цикле при заполнении сжатым воздухом камеры 98 сгорания, поэтому на КПД двигателя наличие промежуточных полостей между цилиндрами компрессора 30 и камерами 98 сгорания рабочих цилиндров 1-6 влияет слабо.

Камеры 98 сгорания размещены как можно ближе к передним торцам рабочих цилиндров 1-6, чтобы увеличить степень использования объема рабочих цилиндров, так как вода; находящаяся впереди камеры

98 сгорания, не выталкивается газами из

1720927 рабочего цилиндра, и чтобы уменьшить благодаря этому габаритные размеры двигателя. Камеры 98 сгорания рабочих цилиндров

1-3. заполняемые сжатым воздухом от цилиндров 41-43, более удаленных от передних торцов рабочих цилиндров 1-3, чем цилиндры 44-46 от концов цилиндров 4-6, также максимально смещены вперед, как и камеры 98 цилиндров 1-3. Из-эа этого патрубки 109 их клапанов 103 имеют изогнутую форму и несколько увеличенную длину по сравнению с патрубками 109, соответствующими цилиндрам 1-3.

Для каждого из рабочих цилиндров 1-6 имеется соответствующий ему один иэ цилиндров 41-46. Компоновка предлагаемого двигателя позволяет без увеличения его габаритных размеров увеличить его мощность, например, вдвое путем увеличения числа рабочих цилиндров с шести до двенадцати и путем увеличения числа цилиндров компрессора также до двенадцати, например с помощью установки сзади компрессора 30 второго аналогичного компрессора. Увеличение длины. патрубков 109 клапанов 103, установленных на размещенных максимально впереди камерах 98 сгорания цилиндров дополнительного компрессора (или дополнительных цилиндров компрессора 30 при увеличении числа цилиндров с двух до четырех на каждом коленчатом валу 38 — 40), на КПД двигателя оказывается незначительно, Для обеспечения заднего хода судну 17 цилиндрический. руль 33 имеет на своей внешней поверхности выступы 112, 113. образующие вогнутые поверхности 114 для поворота потока воды из диффузора 25 двигателя на угол более 90 град. Задний ход судну 17 может быть дан и с помощью устройства, имеющего относительно большое гидродинамическое сопротивление, когда оно погружено в воду, и выброс реактивной струи из диффузора 25 осуществляется в воду, Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель работает следующим .образом.

Сначала вводится в действие один иэ дизель-генераторов, стоящих в машинном отделении судна, открываются эапорные органы 14 на водоводах 13 и запорный орган 24 на трубе 23. Включается электродвигатель 29, вращающий через редуктор 28 вал 9 с диском-насосом 10 и с диском 11.

Диск-насос 10 засасывает забортную воду через расположенные на левом и правом борту водоводы 13 с входными решетками

15. предотвращающими попадание в водовод посторонних предметов. По водоводам

13 забортная вода поступает в камеру 18, 5

45 нии горячих стенок камер 98 и стенок цилиндров 1 — 6), зависящее от давления в полости

63 и в камерах 21, 22 и от длины цилиндров

1 — 6, не превышает время сообщения каждого из цилиндров с- полостью 63, зависящее от длины выреза 67 и от угловой скорости вала 9.

Прокачивание рабочих цилиндров осуществляется в следующем порядке: 1, 2, 3, 4, 5, 6. Прокачиваемая вода омывает камеры

98 сгорания, охлаждая их после сгорания в них топлива. Охлаждаются также стенки цилиндров, нагреваемые выхлопными газами.

Крышки 99 охлаждаются дополнительной системой охлаждения. При прокачивании герметичность которой обеспечивают уплотнения 19, 20, выполненные, например, на основе магнитной жидкости, затем дискнасос 10 подает ее в свою кольцевую полость 63; из которой она через дугообразный вырез 67 в стенке 61 и в кольце 65 нагнетается в рабочие цилиндры 1-6 в течение времени, когда с ними сообщается полость 63 через вырез 67. Герметичность зазора между кольцами 65 и 66 обеспечивают уплотнения (не показаны) на основе магнитной жидкости, размещенные на внешнем и внутреннем диаметрах колец 65, 66, Маловероятные протечки через уплотнения 19, 20 и через уплотнения между кольцами 65, 66 отражаются кожухами и стекают в поддон, из которого протечки удаляются эа борт, Вырез 67 сообщает с полостью 63 одновременно три цилиндра, сначала, капример, цилиндры 5, 6, 1, затем открывается цилиндр 2, цилиндр 5 закрывается и с полостью 63 сообщаются цилиндры 6, 1, 2, затем открывается цилиндр 3, цилиндр 6 закрывается и с полостью 63 сообщаются цилиндры

1 — 3, затем открывается цилиндр 4, цилиндр

1 закрывается и, с полостью 63 сообщаются цилиндры 2 — 4, затем открывается цилиндр

5, цилиндр 2 закрывается и с полостью 63 сообщаются цилиндры 3 — 5, затем открывается цилиндр 6, цилиндр 3 закрывается и с полостью 63 сообщаются цилиндры 4 — 6, затем открывается цилиндр 1, цилиндр 4 закрывается и с полостью 63 сообщаются цилиндры 5, 6, 1 и т.д, Когда каждый из рабочих цилиндров 1 — 6 сообщается с поло- . стью 63, происходит их прокачка забортной водой, т,е. осуществляется фаза прокачки, во время которой забортная вода вытесняет находящиеся в цилиндрах газы и заполняет их. При этом время заполнения цилиндров

1-6 водой (время перемещения жидкости из полости 63 до камер 21, 22, несколько увеличенное для обеспечения выталкивания паров воды, образующихся при ее омыва1720927

12 цилиндров заполнение водой камер 98 предотвращается тем, что камеры 98 сгорания размещены в верхней части цилиндров

1-6 и в камерах 98 образуется газовая пробка после предыдущего цикла. Давление в 5 газовой пробке камер 98 определяется глубиной погружения соответствующего цилиндра и величиной гидродинамического сопротивления прокачиваемому потоку воды на участке от камер сгорания до выхода 10 из диффузора 25; Если перед пуском двигателя камеры 98 по какой-либо причине заполнены водой, то при пуске-после первой фазы прокачивания во время фазы сгорания топлива оно впрыскивается в воду, находя- 15 щуюся в камере 98, и не сгорает, но уже перед вторым циклом камера 98 заполнена воздухом, поданным в нее от компрессора

30 во время первого цикла. Замывание (заполнение водой) диффузора 101 камеры 98 20 сгорания при прокачивании рабочих цилиндрав 1 — 6 водой предотвращается приливом

110 в передней части диффуэора 101, который обеспечивает отрыв потока воды от пе— редней стенки диффуэора 101. Но даже 25 некотоое заполнение диффузора 101 про- . качива .мой водой незначительно влияет на величину максимального давления сжатого воздуха в камере сгорания 98, так как заполняемый водой объем диффузора 101 относи- 30 тельно мал.

Дугообразный вырез 82 в диске 11 имеет конец, сдвинутый относительно конца дугообразного выреза 67 в диске-насосе 10 в сторону вращения примерно на величину, 35 равную диаметру рабочего цилиндра, чтобы исключить более раннее закрытие цилиндра спереди, чем сзади и тем самым исключить создание разрежения в рабочем цилиндре и в камере сгорания, как это могло бы про- 40 изойти при закрытии, например, рабочего цилиндра 1, сначала диском-насосом 10, а через некоторое время диском 11, когда вода по инерции выходила бы из цилиндра 1, закрытого уже спереди, и создавала бы в 45 нем разрежение. После того, как диск 11 закроет, например, рабочий цилиндр 1, открывается, когда давление в цилиндре 41 повысится до некоторой относительно большой величины, клапан 103, сообщая полость 50 цилиндра 41 компрессора 30 с камерой 98 сгорания рабочего цилиндра 1, при этом поршень цилиндра 41 продолжает двигаться к верхней мертвой точке, не давая падать . давлению в цилиндре 41 ниже давления от- 55 крытия клапана 103 из-за вытекания воздуха через клапан 103 после его открытия в камере 98 сгорания, в которой давление газов перед открытием клапана 103 относительно мало (коленчатый вал 40 компрессора 30 имеет одинаковое число оборотов с валом 9, при этом выполняется определенное соотношение между углом, который образуется одной плоскостью, проходящей через ось вала 9 и конец дугообразного выреза 82, и другой плоскостью, проходящей через ось вала 9 и ось цилиндра

1, и углом, который образуется плоскостью, проходящей через ось коленчатого вала 40 и ось цилиндра 41, и плоскостью, проходящей через ось вала 40 и ось шатунной шейки, соответствующей цилиндру 1.

Аналогичные необходимые соотношения между аналогичными углами выполняются и для цилиндров 42-46 компрессора 30 и соответственно для рабочих цилиндров 2-6.

Указанные соотношения обеспечивают подачу c)KSToI0 воздуха в камеру 98 сгорания сразу после закрытия заднего торца каждого из рабочих цилиндров 1-6.

Давление и температура воздуха в камере 98 достигают относительно больших величин (цилиндр 41 не охлаждается водой), достаточных для самовоспламенения топ; лива, Уплотнительные кольца 69, имеющие воэможность осевого перемещения относительно концов цилиндров 1 — 6 при герметичности сопряжения с ними, пружинами 70 прижимаются к кольцу 65 диска-насоса 10 и кольцу 81 диска 11 и обеспечивают герметичное закрытие цилиндров 1-6, когда по их торцам проходят сплошные участки колец

65, 81. Когда же по торцам цилиндров 1 — 6 проходят вырезы 67, 82 колец 65 и 81 уплотнительные кольца 69 контактируют с кольцами 65, 81 только своим ближним к оси вала 9 и своим удаленным от оси вала 9 участками, средняя часть колец 69 не участвует sконтакте с кольцами 65,,81. Но неравномерного износа торцов колец 69 не происходит, так как более удаленный участок колец 69 контактирует с поверхностью колец 65, 81, имеющей более высокую линейную скорость, чем поверхность колец 65, 81, с которой контактируют более ближние к оси вала 9 участки колец 69, и поэтому кольца 69 прокручиваются относительно своей оси вокруг концов цилиндров 1-6, что обеспечивает равномерный износ их торцов и, следовательно, их высокую уплотнительную способность.

После того, как поршень цилиндра 41 дойдет до верхней мертвой точки (после того, как завершится фаза сжатия), клапан 103 под действием пружины 108 закрывается.

Масса сжатого воздуха, заключенная между клапаном цилиндра 41 компрессора 30 и между тарелкой 106 клапана 103, находится под относительно большим давлением, обусловленным силой сжатия пружины 108, 13

1720927

Во время фазы прокачки охлаждается прокачиваемой водой камера 98 сгорания, 5 тепло от ее крышки 99 отводится через корпус камеры 98, значительная часть которого омывается водой, кроме того, крышка 99 охлаждается с помощью дополнительной системы охлаждения, Затем происходит фа10 за сжатия, которая начинается несколько раньше окончания фазы прокачки(эакрытия заднего торца цилиндра 1 диском 11), после окончания фазы прокачки открывается клапан 103, а до этого уже происходило в ци15 линдре 41 сжатие воздуха, Затем идет фаза образования топливно-воздушной смеси и горения, во время которой топливо из форсунки 102 распыляется в камере 98 сгорания и перемешивается с находящимся в ней

20 сжатым воздухом, а затем воспламеняется от свечи зажигания, и сгорает, при этом давление и температура в камере 98 повышаеются, снаружи камеры сгорания и в диффузоре 101 образуется слой пара, так

25 как стенки камеры сгорания нагреваются.

Затем следует фаза (такт) расширения, когда вода из цилиндра 1 выталкивается выхлопными газами и паром в камеру 22 и далее наружу. Реактивная сила от выбрасы30 ваемой струи толкает судно 17 и разгоняет его. Расширение продуктов сгорания в цилиндре 1 происходит до давления, немного большего атмосферного. Часть воды в цилиндре 1 между камерой 98 сгорания и дис-.

35 ком-насосом 10 испаряется, а часть остается в цилиндре 1 (давление газов прижимает ее к диску-насосу 10) и участвует в фазе прокачки уже следующего цикла, Таким образом, совершаются вторые циклы в

40 цилиндрах 2 — 6 и т.д. Реакция от струй, выбрасываемых из цилиндров 1-6, передается через диск-насос 10, вал 9, опорно-упорный подшипник 27 на корпус судна 17. Во время фаз сжатия и горения на диск 11 и диск-на45 сос 10 действуют относительно большие усилия, а на вал 9 действует относительно большой изгибающий момент, что учитывается при разработке конструкции диска-насоса 10, диска 11 и вала 9. Поток воды, пара

50 и выхлопные газы иэ диффузора 25 попадают в цилиндрический руль 33, поворотом которого поток отклоняется влево или вправо, благодаря чему осуществляется поворот судна 17.

55 Для сообщения судну 17 заднего хода руль 33 поворачивается перпендикулярно диаметральной плоскости судна. Поток Bo ды и газов иэ диффузора 25 попадает на вогнутые поверхности 114 выступов 112, 113 и отклоняется вверх-назад и вниз-назад до следующего цикла, когда указанная масса воздуха при движении поршня цилиндра

41 к верхней мертвой точке перемещается в камеру 98 сгорания. Таким образом,.из-за наличия промежуточного объема между цилиндром 41 и камерой 98 сгорания потерь сжатого воздуха не происходит. Охлаждение воздуха в промежуточном объеме практически отсутствует. Затем через форсунку

102 подается по высоким давлением топливо в камеру 98 сгорания.

Топливный плунжерный насос высокого давления подает поочередно топливо к форсункам 102, установленным на камерах 98 сгорания цилиндров 1 — 6 в необходимый момент времени, благодаря его кинематической связи с валом 9. На установленную в крышке камеры 98 сгорания для воспламенения топлива свечу, подается искра, Устройство подачи искры поочередно подает искру на свечи, соответствующие цилиндрам 1-6 в необходимый момент времени, благодаря своей кинематической связи с валом 9. Воздушно-топливная смесь в камере

98 воспламеняется, давление и температура в камере 98 повышаются, совершается фаза горения. Фаза закрытия рабочего цилиндра

1, состоящая иэ фазы сжатия и фазы горения, заканчивается, цилиндр 1 сообщается через дугообразный вырез — окно 82 с каме-, рой 22, а передний торец рабочего цилиндра 1 еще закрыт диском-насосом 10.

Продукты сгорания вырываются из камеры

98 и выталкивают воду, размещенную между камерой 98 и задним торцом цилиндра 1, через дугообразный вырез-окно 82 в камеру

22, совершается фаза расширения продуктов сгорания. Иэ камеры 22 вода, пары воды и продукты сгорания поступают в трубу 23 и через диффузор 25 выбрасываются наружу.

Аналогичные циклы совершаются вслед за цилиндром 1 в цилиндрах 2-6 и затем снова в цилиндре 1 и т.д.

После первого цикла в цилиндре 1 происходит второй цикл, сначала его фаза (такт) прокачки, во время которой из цилиндра 1 выталкиваются продукты сгорания и пары воды, образующиеся в начале фазы прокачки от соприкосновения воды с горячей каме рой 98 сгорания и с горячими стенками цилиндра 1. В последующее время фазы прокачки стенки камеры 98 сгорания и цилиндра 1 после охлаждения их водой имеют относительно низкую температуру и пары воды не образуются. Цилдиндр 1 полностью заполняется водой. Возможно наличие незначительного количества паров, но из-за их малого количества максимальное давление сжатого воздуха в камере 98 сгорания уменьшается незначительно, чем в случае полного отсутствия паров воды в цилиндре

15

1720927

20

ЗО

45 на угол, больший 90 град., т.е. реактивное воздействие получает направление в корму и судно 17 получает задний ход. Часть потока воды и газов отклоняется влево и snpaeo на угол, примерно равный 90 град., и не участвует в сообщении судну 17 заднего хода, и хотя эффективность движительного комплекса на заднем ходу относительно невелика, наличие заднего хода значительно улучшает маневренные качества судна 17.

Для остановки двигателя прекращается подача топлива в камеры 98 сгорания, затем прекращается подача электроэнергии на электродвигатель 29. При длительной остановке двигателя или для его осмотра и ремонта закрываются запорные органы 14 и

24, вода из двигателя спускается через спускные пробки, размещенные в нижней части камер 21, 22, 18 и водовода 13, в поддон двигателя и на днище судна 17, откуда вода удаляется за борт насосами системы осушения судна 17.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого двигателя по сравнению с известным выражается в снижении расхода топли а на единицу величины развиваемой двигателем тяги, т,е. в повышении экономичности двигателя. Это достигается путем повышения коэффициента полезного действия двигателя вследствие повышения давления такта (фазы) сгорания„т.е. вследствие повышения среднего индикаторного давления и индикаторного КПД, что осуществляется путем применения поршневого компрессора 30 для заполнения сжатым воздухом камер 98 сгорания. Это стало возможным благодаря выполнению запорных органов как на входных, так и на выходных концах рабочих цилиндров 1-6 в виде дисков 10, 11 и благодаря выполнению диском

10 функции насоса.

Формула изобретения

Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель, содержащий водозаборник, рабочие цилиндры с камерами сгорания и с устройством заполнения их водой, устройство заполнения камер сгорания воздухом, топливную систему с насосом высокого давления. систему зажигания с устройством подачи искры, синхронизирующее устройство и выходную камеру, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения зкономичности путем повышения давления в конце такта сгорания, двигатель. снабжен дополнительной выходной камерой, при этом устройство заполнения рабочих цилиндров водой выполнено с приводным валом с закрепленными на нем носовым и кормовым дисками, имеющими торцевые кольца, и с кольцами, имеющими отверстия, при этом кольца, имеющие отверстия, установлены неподвижно, рабочие цилиндры размещены между дисками на равном расстоянии от приводного вала, причем их концы закреплены в отверс-.иях неподвижно установленных колец, которые сопряжены с торцевыми кольцами дисков, при этом диски выполнены с дугообразными окнами, носовой диск снабжен центробежным насосом. сообщенным с водозаборником, а кормовой диск сопряжен с передней стенкой выходных камер, выполненной в виде кольца с отверстиями, расположенными соосно с рабочими цилиндрами, устройство заполнения камер сгорания воздухом снабжено поршневыми компрессорами и зубчатой передачей, имеющей промежуточную шестерню и передаточное число, равное единице, связывающей валы поршневых компрессоров с приводным валом дисков, при этом синхронизирующее устройство выполнено с кинематическими передачами, одной из которых насос высокого давления топливной системы . кинематически связан с приводным валом дисков, а другой устройство подачи искры топливной системы связано с приводным валом дисков.

3720927

1720927

Ю- 5

1720927

1720927

1720927

Составитель В. Филимонов

Техред М,Моргентал Корректор М. Демчик

Редактор В. 4анко

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 920 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

             

www.findpatent.ru

Двухтактный двигатель

 

Изобретение относится к двигателям и, в частности, к способам и устройствам для переоборудования стандартных четырехтактных двигателей в эффективные двухтактные двигатели и, кроме того, может быть применено непосредственно на стадии производства эффективных двухтактных двигателей. Способ состоит в том, что переоборудуемый четырехтактный двигатель снабжают нагнетательным поршневым насосом по меньшей мере с одной насосной камерой. При этом на группу по меньшей мере из двух цилиндров двигателя предусматривают по одной насосной камере, рабочий объем которой, вытесняемый ее насосным поршнем за один ход, превышает рабочий объем каждого цилиндра двигателя. Насос крепят к монтажной арматуре двигателя рядом с цилиндрами. Пальцы кривошипов для каждой группы цилиндров располагают с угловым шагом, равным частному 360° и числа цилиндров в группе. Также способ переоборудования предусматривает установку повышающей передачи для привода насоса от двигателя со степенью повышения, равной отношению числа цилиндров двигателя в каждой группе цилиндров к одной насосной камере. Синхронизацию работы двигателя и насоса задают таким образом, чтобы обеспечить движение насосного поршня с опережением по фазе поршней питаемых от него цилиндров двигателя при движении последних попеременно к верхней мертвой точке (в.м.т.), а также чтобы обеспечить открытие впускного клапана каждого цилиндра двигателя до нижней мертвой точки (н.м.т.) и закрытие его до в.м.т. и открытие выпускного клапана цилиндра двигателя до н.м.т. и закрытие до в.м.т. 3 с. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Данное изобретение относится к двигателям и, в частности, к способам и устройствам для переоборудования стандартных четырехтактных двигателей в эффективные двухтактные двигатели. Однако изобретение не сводится только к переоборудованию двигателей и может быть применено непосредственно на стадии производства эффективных двухтактных двигателей.

В ранее опубликованных источниках раскрыты двухтактные двигатели, в которых для повышения эффективности заряд подается в цилиндры двигателя из насосной камеры. Однако такие предложения неизбежно связаны с дорогостоящей модификацией конструкции и оборудования при переходе на совершенно новую модель двигателя. Кроме того, считается, что многие из этих ранее предложенных решений могут не удовлетворять тем строгим требованиям по токсичности выхлопных газов, которые в настоящее время предъявляются к большинству двигателей внутреннего сгорания. Например, очень желательным является снижение в выхлопных газах содержания окислов азота (NOx) и частиц, в том числе сажи. Экологическая эффективность, выражающаяся в подобном снижении выбросов, может иметь большее значение, чем топливная экономичность или достижение повышенной мощности двигателя.

Современное двигателестроение - это большая, зрелая, устойчивая и консервативная отрасль. Препятствия, стоящие на пути внесения в конструкцию двигателей даже небольших изменений, труднопреодолимы. Покупатели двигателей привержены имеющимся двигателям и двигательным конструкциям. Они приобретают дорогостоящие установки и оборудование для обычных двигателей и скорее примут постепенное технологическое совершенствование, чем какие-либо радикальные изменения.

В одном своем аспекте данное изобретение нацелено на создание способов и устройств для переоборудования стандартных четырехтактных двигателей в двухтактные двигатели, которые могут эффективно работать в смысле снижения уровня выбрасываемых в атмосферу отдельных или всех загрязняющих компонентов выхлопных газов, топливной экономичности и развиваемой двигателем мощности. Целью изобретения также является создание двигателей, имеющих перспективную область применения и привлекательных с коммерческой точки зрения как для производителей, так и для пользователей.

С учетом вышесказанного, объектом данного изобретения является, в широком смысле, способ переоборудования поршневого четырехтактного двигателя в двухтактный двигатель, включающий в себя:

снабжение переоборудуемого двигателя нагнетательным поршневым насосом по меньшей мере с одной насосной камерой, при этом на группу по меньшей мере из двух цилиндров двигателя приходится по одной насосной камере, а рабочий объем каждой насосной камеры, вытесняемый ее насосным поршнем за один ход, превышает рабочий объем каждого цилиндра двигателя,

крепление насоса к монтажной арматуре двигателя рядом с цилиндрами, с расположением выходного отверстия насоса вблизи входных отверстий двигателя,

расположение пальцев кривошипов для каждой группы цилиндров с угловым шагом, равным частному 360° и числа цилиндров в группе,

установку средства повышающей передачи для привода насоса от двигателя со степенью повышения, равной отношению числа цилиндров двигателя в каждой группе цилиндров к одной насосной камере,

образования относительно коротких каналов посредством системы подводящих трубопроводов, соединяющих выходное отверстие каждой насосной камеры с входными отверстиями питаемой от нее группы цилиндров, и

синхронизацию связи между двигателем и насосом и работы впускных и выпускных клапанов двигателя таким образом, чтобы насосный поршень опережал по фазе поршни питаемых от него цилиндров двигателя при движении последних попеременно к верхней мертвой точке (в.м.т.), впускной клапан каждого цилиндра двигателя открывался до нижней мертвой точки (н.м.т.) и закрывался до в.м.т., а выпускной клапан цилиндра двигателя открывался до н.м.т. и закрывался до в.м.т.

При этом в предпочтительных случаях насосный поршень опережает поршни питаемых от него цилиндров двигателя при движении последних попеременно к верхней мертвой точке (в.м.т.) на 80-160 по углу поворота коленчатого вала, впускной клапан цилиндра двигателя открывается в интервале 50-0 до н.м.т. и закрывается в интервале 70-160 до в.м.т. по углу поворота коленчатого вала, а выпускной клапан цилиндра двигателя открывается в интервале 110-40 до н.м.т. и закрывается в интервале 100-180 до в.м.т. по углу поворота коленчатого вала.

Для вышеприведенных интервалов фаз открытия и закрытия клапанов значения, лежащие ближе к н.м.т., больше подходят для двигателей, имеющих относительно низкие рабочие обороты, и особенно для больших двигателей. Для высокооборотных двигателей предпочтительны значения, находящиеся на другом краю указанных интервалов.

В случае типового автомобильного дизельного двухлитрового двигателя, переоборудованного или изначально приспособленного для работы по такому циклу и оптимизированного для работы с синхронной частотой вращения 1500 об/мин для привода генератора переменного тока напряжением 240 В, характерные фазовые параметры были бы следующими:

насосный поршень опережает поршень цилиндра двигателя при движении последнего к верхней мертвой точке на 120,

впускной клапан цилиндра двигателя открывается за 40 до нижней мертвой точки и закрывается за 110 до верхней мертвой точки,

выпускной клапан цилиндра двигателя открывается за 70 до нижней мертвой точки и закрывается за 140 до верхней мертвой точки.

В случае типового автомобильного дизельного двухлитрового двигателя, переоборудованного или изначально приспособленного для работы по такому циклу и оптимизированного для работы на высоких оборотах, характерные фазовые параметры были бы следующими:

насосный поршень опережает поршень цилиндра двигателя при движении последнего к верхней мертвой точке на 135,

впускной клапан цилиндра двигателя открывается за 45 до нижней мертвой точки и закрывается за 115 до верхней мертвой точки,

выпускной клапан цилиндра двигателя открывается за 85 до нижней мертвой точки и закрывается за 155 до верхней мертвой точки.

Для высокооборотных двигателей предпочтительна степень повышения оборотов ведущего вала насоса по отношению к числу оборотов коленчатого вала, равная 2:1, что позволяет достичь эффективной подачи воздуха от насоса в цилиндр двигателя. Степень коэффициентов повышения свыше 2:1 преимущественно используется для низко- и среднеоборотных двигателей.

Целесообразно, чтобы рабочий объем насосной камеры превышал рабочий объем каждого соответствующего этой камере цилиндра менее чем в 1,6 раза. Например, в случаях, где требуется умеренный прирост развиваемой двигателем мощности, рабочий объем насосной камеры может превышать рабочий объем каждого соответствующего ей цилиндра на величину до 30%. В вариантах, направленных на достижение высокого прироста развиваемой мощности, рабочий объем насосной камеры может превышать рабочий объем каждого соответствующего ей цилиндра на величину до 60%.

Для снижения уровня загрязняющих веществ в выхлопных газах рабочий объем насосной камеры может превышать рабочий объем каждого соответствующего ей цилиндра на 60%.

Кроме того, узлы и детали насоса должны работать при давлениях и температурах, гораздо более низких по сравнению с условиями работы узлов и деталей двигателя, и данное изобретение позволяет оптимизировать конструкцию за счет того, что относительно прочные и выносливые детали переоборудованного двигателя выполняют полезную работу за каждый оборот коленчатого вала, а для нагнетания используются менее прочные детали, что дает преимущества, связанные со снижением потребляемой мощности и связанного с ним уменьшения сил трения.

В предпочтительном варианте система подводящих трубопроводов или головка насоса снабжены нагнетательным клапаном, который может быть управляемым, но преимущественно представляет собой пластинчатый клапан или клапан аналогичного типа, чувствительный к давлению, который предотвращает обратное перетекание газов из системы подводящих трубопроводов в цилиндр насоса (насосную камеру) во время фазы впуска и продувки цилиндра двигателя. Более предпочтительным является расположение нагнетательного клапана вблизи выходного отверстия насосной камеры, что сводит к минимуму объем обратного расширения и таким образом улучшает коэффициент подачи насосной камеры.

Наличие нагнетательного клапана позволяет запирать за ним свежий заряд сжатого газа, благодаря чему с началом открытия впускного клапана и до закрытия выпускного клапана из системы подводящих трубопроводов в цилиндр поступает поток свежего газа под давлением, улучшающий удаление из цилиндра отработавших газов. Наличие нагнетательного клапана также может использоваться для блокирования перетекания отработавших газов из цилиндра двигателя через отверстие подвода и систему подводящих трубопроводов в цилиндр насоса.

Система подводящих трубопроводов, связывающая насос с группой цилиндров, может включать в себя общий входной канал, который соединен с насосом и сообщается с цилиндрами группы через несколько выходных каналов. В таком варианте может использоваться один нагнетательный клапан, например пластинчатый клапан, установленный в общем входном канале для соединения насоса одновременно со всеми выходными каналами.

Но все же предпочтителен вариант с нагнетательным клапаном управляемого типа, посредством которого можно последовательно соединять насос с отдельными выходными каналами системы подводящих трубопроводов. Это уменьшает до минимума эффективный объем канала, связывающего насос с соответствующим цилиндром, повышая эффективность подачи газа. В предпочтительном случае нагнетательным клапаном является вращающийся барабанный клапан, согласованный по фазе с насосом, который располагается как можно ближе к днищу поршня насоса в зоне его верхней мертвой точки и обеспечивает последовательное соединение насоса с отдельными выходными каналами.

Для продувки цилиндра по петлевой схеме во впускном тракте может быть установлено дефлекторное средство, а клапан может быть снабжен экраном или подобным ему средством.

Также предпочтителен вариант, в котором во впускном тракте насосной камеры расположен пластинчатый клапан или другое клапанное средство, способствующий повышению коэффициента подачи насосной камеры.

Чтобы обеспечить синхронизацию вращения коленчатого вала и приводного вала насоса и установить требуемые характеристики опережения, в группе цилиндров, питаемой от одного насосного цилиндра, пальцы кривошипов должны располагаться с угловым шагом, полученным делением 360 на число цилиндров в группе. Соответственно, для достижения этой конфигурации в переоборудованном двигателе могут потребоваться видоизменения коленчатого вала. Распределительный вал должен быть приведен в соответствие с новыми фазами газораспределения. Изменение профиля хода кулачков для соответствия укороченным фазам впуска и выпуска благоприятно скажется на распределительных валах, могут также понадобиться другие изменения в механизме привода клапанов, например изменение жесткости пружин. Кроме того, ввиду расширения маслосистемы за счет дополнительного насоса и в связи с необходимостью поддерживать заданное давление на меньших оборотах холостого хода может быть изменен масляный насос.

В предпочтительном варианте в переоборудованных двигателях с несколькими парами цилиндров соответствующие пары кривошипов из соображений уравновешивания должны быть установлены с одинаковым угловым смещением относительно друг друга. Таким образом, в обычном четырехцилиндровом двигателе, у которого кривошипы находятся в общей плоскости, передняя и задняя пары кривошипов смещены на угол 90° относительно друг друга, при этом в переоборудованном двигателе зажигание будет происходить через каждые 90 одного оборота коленчатого вала.

Другим объектом данного изобретения является, в широком смысле, поршневой двухтактный двигатель с верхним расположением впускных и выпускных клапанов и внешний насос для подачи заряда в цилиндры, где:

внешний насос является нагнетательным поршневым насосом по меньшей мере с одной насосной камерой, при этом на группу по меньшей мере из двух цилиндров двигателя приходится по одной насосной камере, а рабочий объем каждой насосной камеры, вытесняемый ее насосным поршнем за один ход, превышает рабочий объем каждого цилиндра двигателя,

насос закреплен на монтажной арматуре двигателя рядом с цилиндрами, с расположением выходного отверстия насоса вблизи входных отверстий двигателя,

пальцы кривошипов для каждой группы цилиндров расположены с угловым шагом, равным частному 360 и числа цилиндров в группе,

установлено средство повышающей передачи для привода насоса от двигателя со степенью повышения, равной отношению числа цилиндров двигателя в каждой группе цилиндров к одной насосной камере,

посредством систем подводящих трубопроводов выполнены относительно короткие каналы, соединяющие выходное отверстие каждой насосной камеры с входными отверстиями питаемой от нее группы цилиндров,

при этом связь между двигателем и насосом и действие впускных и выпускных клапанов двигателя синхронизированы таким образом, чтобы насосный поршень опережал по фазе поршни питаемых от него цилиндров двигателя при движении последних попеременно к верхней мертвой точке (в.м.т.), впускной клапан каждого цилиндра двигателя открывался до нижней мертвой точки (н.м.т.) и закрывался до в.м.т., а выпускной клапан цилиндра двигателя открывался до н.м.т. и закрывался до в.м.т.

В двигателе с четырьмя или более цилиндрами во избежание взаимного влияния между импульсом или фазой выпуска в одном цилиндре и фазой продувки в другом цилиндре предусмотрены раздельные выпускные коллекторы или выпускной коллектор такого типа, который предотвращает взаимное влияние между фазой выпуска и фазой продувки. В случае двигателя с турбонаддувом предусмотрены отдельные входные каналы турбокомпрессора или во входном канале турбокомпрессора установлена разделительная улитка. В другом случае могут использоваться отдельные турбокомпрессоры.

Для лучшего понимания и практической реализации данного изобретения ниже приводится описание его типового варианта, сопровождаемое следующими чертежами:

на фиг.1 представлен схематический вид сбоку обычного многоцилиндрового четырехтактного двигателя, приспособленного для работы в качестве двухтактного двигателя с использованием предложенного устройства,

фиг.2 иллюстрирует фазы рабочего цикла,

фиг.3 и 4 иллюстрируют типичные варианты установки дефлектора у выхода входного канала и экрана на клапане,

на фиг.5 представлено изменение давления по времени в системе подводящих трубопроводов.

Как показано на фиг.1, типовой многоцилиндровый четырехтактный двигатель 10 имеет поршни 11, установленные с возможностью возвратно-поступательного движения внутри цилиндров 12 к узлу головки цилиндров 13 и от него. В головке цилиндров установлены тарельчатые клапаны 18, управляющие движением газов и жидкостей в соответствующие цилиндры 12 и из них.

Поршни 11 приводятся в движении коленчатым валом 14 и соединены с ним шатунами 15. Верхние распределительные валы 16 и 17 приводятся от коленчатого вала и связаны с ним в определенном соотношении фаз вращения, в результате чего тарельчатые клапаны 18 управляют четырехтактным циклом работы двигателя.

Согласно данному изобретению такие многоцилиндровые четырехтактные двигатели легко переоборудуются для работы в качестве двухтактного двигателя путем установки на двигатель с одной стороны блока цилиндров 21 монтажной арматуры, например в виде переходной опорной плиты 20, в которой выполнены резьбовые отверстия для крепления к ней внешнего дополнительного поршневого насоса 22.

Насос 22 имеет коленчатый вал 23, приводимый от коленчатого вала 14 двигателя с двукратным повышением частоты вращения по сравнению с последним, в результате чего поршень 25 дополнительно установленного насоса совершает цикл возвратно-поступательного движения в два раза быстрее поршней 11 двигателя 10. В дополнительно установленном насосе 22 предусмотрено по одному поршню 25 и насосной камере 26 на каждые два из цилиндров 12 двигателя 10, в которых возвратно-поступательно движутся поршни 11.

Дополнительно установленный насос 22 смонтирован на двигателе так, что его головка цилиндров 30 размещена настолько близко к входным отверстиям двигателя, насколько это позволяет конструкция. Головка цилиндров насоса обычно соединена с входными отверстиями двигателя посредством системы подводящих трубопроводов (впускного коллектора) таким образом, что между выходным патрубком 33 соответствующей насосной камеры и парой входных каналов двигателя 10, один из которых обозначен номером 34, образуются относительно короткие подводящие каналы 32.

Дополнительно установленный насос 22 имеет входной канал 35. В этом канале и подводящем канале 32 установлены обратные клапаны, предпочтительно пластинчатые клапаны 36 и 37. Потоком, проходящим через подводящий канал, также управляет тарельчатый впускной клапан 18i, и на чертеже показано, что тарельчатые впускные клапаны 18i и пластинчатые клапаны 37 расположены около концов подводящего канала 32. Как и в обычном двигателе, в каждом выходном канале 38 соответствующего цилиндра 12 установлен еще один клапан 18е, однако для работы по двухтактному циклу фазы открытия и закрытия клапанов 18 изменяются.

Для направления поступающего воздуха в цилиндр так, чтобы обеспечить более эффективную продувку и организовать движение продувочного воздуха по петлевой схеме, может оказаться необходимым использование впускного клапана 18i или канала 34 с экраном (дефлектором), как это показано на фиг.3 и 4, а система охлаждения может потребовать доработки для повышения параметров отвода теплоты, в том числе установки водяного насоса более высокой производительности и радиатора большего размера. При необходимости канал, который в переоборудуемом четырехтактном двигателе был входным, можно сделать выходным, и наоборот.

Диаметр насосной камеры дополнительно установленного насоса и ход поршня определяют для каждой насосной камеры рабочий объем, который превышает рабочий объем каждого цилиндра 12 двигателя, и в случаях двигателей высокой мощности рабочий объем каждой насосной камеры может превышать рабочий объем каждого цилиндра 12 двигателя в 1,6 раза.

Работа насосной камеры синхронизирована с работой цилиндра двигателя таким образом, что поршень 25 насосной камеры достигает своей верхней мертвой точки раньше поршня 11 того цилиндра 12 двигателя, в который подается заряд. В варианте изобретения, представленном на чертежах, поршень 25 насосной камеры достигает своей верхней мертвой точки в момент, когда поршень 11 двигателя находится в положении около 120 до своей верхней мертвой точки в соответствующем цилиндре 12. Представленный на чертежах двигатель является дизельным двигателем, имеющим форсунки (на чертеже не показаны), которые впрыскивают топливо непосредственно в камеру сгорания.

При использовании на двигателе дополнительно установленный насос 22 снабжен пластинчатым обратным клапаном 36, установленным в его входном канале 35 таким образом, чтобы во время хода поршня 25 вниз воздух поступал в полость соответствующей насосной камеры 26 над поршнем 25 до тех пор, пока поршень не пройдет свою нижнюю мертвую точку, а затем выходил из этой полости через обратный клапан, выполненный в виде пластинчатого клапана 37, расположенного у входа в подводящий канал 32. При желании вместо пластинчатого клапана можно использовать поворотный или тарельчатый клапан.

Впускной клапан 18i соответствующего насосной камере цилиндра 12 двигателя открывается примерно за 40 до нижней мертвой точки насоса 22 и закрывается во время хода поршня 11 вверх. Таким образом, сжатие происходит во время движения поршня к верхней мертвой точке, когда впрыскивается топливо, а во время движения поршня 11 в цилиндре 12 вниз, к нижней мертвой точке, происходит горение, в результате которого поршень совершает полезную работу.

Затем открывается выпускной клапан 18е и отработавшие газы выходят из цилиндра, в то время как поршень проходит нижнюю мертвую точку и начинает двигаться вверх на следующем ходе сжатия. Перед закрытием выпускного клапана 18е впускной клапан 18i находится в открытом положении. Воздух, запертый между впускным клапаном 18i и пластинчатым клапаном 37 в подводящем канале 32 и находящийся под давлением, которое в момент открытия впускного клапана превышает давление остающихся в цилиндре отработавших газов, устремляется в цилиндр 12, способствуя очистке цилиндра от отработавших газов.

Этот эффект иллюстрируется графиком на фиг.5, из которого видно, что по окончании роста давления нагнетаемого воздуха в насосе 22 пластинчатый клапан 37 закрывается и запирает сжатый воздух в системе 32 подводящих трубопроводов, участие этой порции воздуха в процессе продувки цилиндра показано на графике в виде области с косой штриховкой.

Впускной клапан 18i остается открытым, в результате чего новый заряд, формируемый насосом 22, поступает под давлением в камеру сгорания для сжатия и повторения вышеописанного процесса.

В варианте изобретения, представленном на фиг.1, работа двигателя и насоса синхронизирована таким образом (как показано на фиг.2), что насосный поршень 25 достигает своей верхней мертвой точки, когда поршень 11 соответствующего цилиндра 12 двигателя находится за 120 до верхней мертвой точки. Впускной клапан 18i открывается за 40 до нижней мертвой точки поршня 11, а закрывается за 110 до верхней мертвой точки. Выпускной клапан 18е открывается за 70 до нижней мертвой точки поршня 11, а закрывается за 140 до верхней мертвой точки поршня 11. Впрыск дизельного топлива происходит при угле поворота коленчатого вала 16.

Кроме того, дополнительно установленный насос имеет рабочий объем, который превышает рабочий объем каждого из цилиндров 12 двигателя 10 в 1,4 раза.

По расчетам этот двигатель может эффективно работать как двухтактный двигатель, развивая мощность, превышающую мощность исходного (до переоборудования) четырехтактного двигателя на величину до 70%.

В случае четырехцилиндрового двигателя дополнительно установленный насос предпочтительно является двухцилиндровым насосом, поршни которого имеют разность хода по фазе 180, а коленчатый вал 14 исходного двигателя модифицирован путем расположения кривошипов каждой группы двух соседних цилиндров под углом 180 относительно друг друга и расположения самих двух групп кривошипов с угловым смещением 90 относительно друг друга с получением порядка работы цилиндров 1-3-2-4.

Переоборудование обычного четырехтактного двигателя в двухтактный двигатель согласно данному изобретению должно привести к значительному увеличению крутящего момента и мощности на единицу рабочего объема двигателя. Считается, что для переоборудованного четырехтактного двигателя может быть достигнуто повышение крутящего момента и мощности до 100%.

Кроме того, также достигается прирост удельной и литровой мощности с увеличением веса на 5-10% по сравнению с базовым двигателем, относящимся в основном на счет дополнительного веса насоса, который работает только как нагнетатель, не подвержен воздействию нагрузок, возникающих при горении, и поэтому может иметь относительно легкую конструкцию.

Таким образом, ожидается, что в переоборудованном четырехтактном двигателе можно достичь 70%-ного прироста мощности, причем вес переоборудованного двигателя будет меньше на 30%, а занимаемый им объем - на 25%, чем у сопоставимого по характеристикам четырехтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Поскольку в каждом цилиндре переоборудованного двигателя воспламенение происходит в два раза чаще, чем у исходного двигателя, можно снизить расход топлива на одно сгорание или обеднить топливовоздушную смесь. Это должно приводить к снижению максимальной температуры цикла и уменьшению времени воздействия высоких температур на детали двигателя. В результате снижается содержание NOx, а наличие дополнительного кислорода уменьшает выброс частиц и копоти.

Кроме того, перед началом горения и во время горения в цилиндре имеют место высокие уровни малой и микроскопической турбулентности, что способствует эффективному сгоранию топлива. Это происходит как следствие высокого массового расхода воздуха через впускной клапан при продувке, потому что подавляющая часть воздуха в поступающем заряде проходит менее чем за 90 поворота коленчатого вала и вследствие позднего впуска, так как основная часть воздуха поступает в цилиндр после прохождение цилиндром двигателя нижней мертвой точки. В этом отношении, в четырехтактном двигателе малая и микроскопическая турбулентность, создаваемая во время всасывания, к моменту зажигания в основном успевает затухнуть. В двигателе, переоборудованном согласно данному изобретению, турбулентность будет более интенсивной, чем обычно, и она будет создаваться на более позднем этапе рабочего цикла двигателя, чем обычно, в результате чего на момент зажигания будет существовать значительный уровень турбулентности.

Этот эффект должен проявляться в значительном уменьшении необходимых углов опережения зажигания и опережения впрыска дизельного топлива.

По расчетам значения углов опережения (до верхней мертвой точки), необходимых для достижения наибольшего крутящего момента, могут быть снижены в двигателях, работающих как на бензине, так и на дизельном топливе, примерно с 30 до 12 (опережение впрыска) и примерно с 30 до 16 соответственно. В дизельных двигателях это также может позволить значительно сократить фазу горения предварительно перемешанной смеси и, следовательно, снизить скорость нарастания давления и тем самым содержание NOx и уровень шума.

Также считается, что поскольку продувочный воздух подается в цилиндр в виде короткого импульса, так как насосный поршень работает с циклической частотой, вдвое большей, чем у поршней двигателя, то увеличение средней скорости продувочного воздуха повысит эффективность продувки. Поскольку продувочный воздух вводится в цикл относительно поздно, это будет сводить к минимуму перемещение свежего заряда по кратчайшему пути от впускного клапана к выпускному. Таким образом должна происходить эффективная продувка.

Двигатель, переоборудованный согласно данному изобретению, будет работать в основном при пониженных давлениях в цилиндре, но с удвоенной частотой процессов сгорания, при этом пики давления будут ниже, а скачки крутящего момента на шатунах и коленчатом валу будут меньшими по амплитуде и более частыми, уменьшая неравномерность крутящего момента. Поэтому такие узлы и детали, как коленчатые валы и подшипники, шатуны, прокладки головки цилиндров и группы поршневых колец, рассчитанные на нормальные нагрузки четырехтактного цикла, должны иметь аналогичный или увеличенный ожидаемый ресурс.

Как наглядно показано в описании, данное изобретение позволяет создать систему модифицирования двигателей путем на них установки дополнительных агрегатов, которая в перспективе дает существенные технические преимущества, одновременно сводя к минимуму необходимость изменений в технологиях и технической оснастке производства, переподготовки персонала и объем НИОКР для запуска производства. В оптимальном варианте такое переоборудование двигателей предпринимается производителями существующих двигателей или, по крайней мере, осуществляется частично во время производства. Однако его несомненно могут осуществлять и другие лица.

При таком переоборудовании используются относительно недорогие, хорошо зарекомендовавшие себя узлы и детали поршневых агрегатов. Переоборудование можно проводить установкой на серийные четырехтактные двигатели дополнительных компонентов при минимальных изменениях конструкции двигателя, производственных установок и оборудования.

Таким образом, если производитель желает выйти на новый рынок более мощных двигателей или способствовать соблюдению норм содержания загрязняющих веществ в выхлопных газах, он может выпустить на этот новый рынок вариант ранее производившегося им двигателя, переоборудованный согласно данному изобретению.

Производитель может использовать знания персонала своих научно-исследовательских и опытно-конструкторских подразделений и должен будет сделать лишь небольшие изменения в своем производственном оборудовании. В большинстве случае производственное оборудование имеет достаточные резервы и гибкость, чтобы одновременно выпускать существующие двигатели и двигатели, переоборудованные согласно настоящему изобретению, поэтому уровень безубыточности производства по объему выпускаемой продукции, будет значительно снижен для обоих двигателей. Также сводится к минимуму переподготовка персонала, наряду с проблемами поиска новых поставщиков.

Помимо установки насоса и системы подводящих трубопроводов, производитель должен смонтировать монтажную арматуру и привод для насоса. Привод может осуществляться от коленчатого вала с передней или задней стороны двигателя, или с любой точки по длине коленчатого вала двигателя. Может применяться любой тип средства привода, с тем лишь требованием, чтобы была обеспечена заданная синхронизация работы двигателя и насоса. При желании можно использовать тип привод ведущего вала насоса от коленчатого вала двигателя с возможностью регулирования фазировки насоса для оптимизации функционирования двигателя в конкретных условиях и режимах работы. Например, при высокой нагрузке и высоких оборотах двигателя фазировка ведущего вала насоса может быть смещена относительно коленчатого вала в сторону увеличенного опережения с тем, чтобы оптимизировать эффективность продувки.

Выпускной коллектор двигателя может быть модифицирован установкой разделительных элементов или улиток, чтобы изолировать пульсирующие выхлопы отдельных цилиндров друг от друга, однако цилиндры, циклы которых не перекрываются по фазе, могут иметь общий объем выпускного коллектора.

Выходные каналы может потребоваться охлаждать дополнительно, и если отвод теплоты от них недостаточен, они могут быть защищены внутренними керамическими покрытиями.

Участок двигателя, на который предусматривается устанавливать насос, может быть снабжен средствами крепления к нему насоса, такими как шпильки или резьбовые отверстия и т.п, в предпочтительном случае этот участок представляет собой специально наплавленную или механически обработанную монтажную площадку, и также предусмотрены герметизируемые отверстия для элементов внутреннего привода насоса. Монтажная площадка может также содержать средства подвода и отвода масла и охлаждающей воды.

Использование одного цилиндра насоса, питающего два цилиндра двигателя, имеет то преимущество, что поршень насоса работает с удвоенной циклической частотой по сравнению с поршнями двигателя. Это увеличивает среднюю скорость вводимого в цилиндр двигателя свежего заряда, который поступает на позднем этапе фазы выпуска, что сводит к минимуму потери свежего заряда вследствие его перетекания по кратчайшему пути прямо в открытый выпускной клапан.

Увеличенная скорость потока также может положительно сказаться на усилении турбулентности в заряде во время его поступления в цилиндр и в момент зажигания. Также считается, что это позволит значительно снизить обороты холостого хода при сохранении устойчивости работы двигателя, тем самым сделав двигатель еще более экономичным.

Вышеприведенное описание дано только с целью показать характерный пример осуществления данного изобретения, а все рассмотренные выше или иные изменения в выполнении изобретения, которые были бы очевидны для специалиста, считаются подпадающими под широко заявленные притязания на данное изобретение в том виде, в котором они выражены в прилагаемой формуле изобретения.

1. Способ переоборудования поршневого четырехтактного двигателя в двухтактный двигатель, состоящий в том, что переоборудуемый двигатель снабжают нагнетательным поршневым насосом по меньшей мере с одной насосной камерой, предусматривая по одной насосной камере на группу по меньшей мере из двух цилиндров двигателя, при этом рабочий объем каждой насосной камеры, вытесняемый ее насосным поршнем за один ход, превышает рабочий объем каждого цилиндра двигателя, насос крепят к монтажной арматуре двигателя рядом с цилиндрами, с расположением выходного отверстия насоса вблизи входных отверстий двигателя, пальцы кривошипов для каждой группы цилиндров располагают с угловым шагом, равным частному 360 и числа цилиндров в группе, устанавливают средство повышающей передачи для привода насоса от двигателя со степенью повышения, равной отношению числа цилиндров двигателя в каждой группе цилиндров к одной насосной камере, посредством систем подводящих трубопроводов образуют относительно короткие каналы, соединяющие выходное отверстие каждой насосной камеры с входными отверстиями питаемой от нее группы цилиндров, и синхронизируют связь между двигателем и насосом и работу впускных и выпускных клапанов двигателя с обеспечением движения насосного поршня с опережением по фазе поршней питаемых от него цилиндров двигателя при движении последних попеременно к верхней мертвой точке (в.м.т.), открытия впускного клапана каждого цилиндра двигателя до нижней мертвой точки (н.м.т.) и закрытия до в.м.т. и открытия выпускного клапана цилиндра двигателя до н.м.т. и закрытия до в.м.т.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что опережение насосным поршнем поршней питаемых от него цилиндров двигателя при движении последних попеременно к верхней мертвой точке (в.м.т.) задают равным от 80 до 160 по углу поворота коленчатого вала, фазу открытия впускного клапана каждого цилиндра двигателя задают в интервале от 50 до 0 до н.м.т., фазу закрытия впускного клапана каждого цилиндра двигателя задают в интервале от 70 до 160 до в.м.т., фазу открытия выпускного клапана каждого цилиндра двигателя задают в интервале от 110 до 40 до н.м.т., а фазу закрытия выпускного клапана каждого цилиндра двигателя задают в интервале от 100 до 180 до в.м.т.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что для двигателя с относительно низкими рабочими оборотами фазы открытия и закрытия клапанов цилиндров двигателя задают в той части указанных интервалов, которая находится ближе к н.м.т.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что для двигателя с относительно высокими рабочими оборотами фазы открытия и закрытия клапанов цилиндров двигателя задают в той части указанных интервалов, которая находится дальше от н.м.т.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что степень повышения равна 2:1.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что рабочий объем насосной камеры превышает рабочий объем каждого цилиндра двигателя менее чем в 1,6 раза.

7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что для снижения содержания загрязняющих веществ в выхлопных газах рабочий объем насосной камеры задают превышающим рабочий объем каждого цилиндра двигателя на величину до 60%.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что систему подводящих трубопроводов или головку насоса снабжают нагнетательным клапаном, предотвращающим обратное перетекание газов из системы подводящих трубопроводов в насосную камеру во время фазы впуска и продувки цилиндра двигателя.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что нагнетательный клапан устанавливают вблизи выходного отверстия насосной камеры.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что система подводящих трубопроводов включает в себя один общий входной канал, соединенный с соответствующей насосной камерой, и несколько выходных каналов, сообщающихся с цилиндрами в группе.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что нагнетательный клапан устанавливают в общем входном канале.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что нагнетательным клапаном управляют для последовательного соединения насоса с отдельными выходными каналами системы подводящих трубопроводов.

13. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что для продувки цилиндра с удалением отработавших газов по петлевой схеме во впускном тракте устанавливают дефлекторное средство.

14. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что для продувки цилиндра с удалением отработавших газов по петлевой схеме во впускном тракте каждого цилиндра устанавливают клапан, снабженный экраном.

15. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что во впускном тракте насосной камеры располагают клапанное средство.

16. Способ переоборудования обычного четырехцилиндрового двигателя, у которого кривошипы находятся в общей плоскости, включающий в себя смещение передней и задней пар кривошипов на угол 90 относительно друг друга.

17. Поршневой двухтактный двигатель с верхним расположением впускных и выпускных клапанов и внешним насосом для подачи заряда в цилиндры, в котором: внешний насос выполнен в виде нагнетательного поршневого насоса по меньшей мере с одной насосной камерой и содержит по одной насосной камере на группу по меньшей мере из двух цилиндров двигателя, при этом рабочий объем каждой насосной камеры, вытесняемый ее насосным поршнем за один ход, превышает рабочий объем каждого цилиндра двигателя, насос закреплен на монтажной арматуре двигателя рядом с цилиндрами, с расположением выходного отверстия насоса вблизи входных отверстий двигателя, пальцы кривошипов коленчатого вала двигателя для каждой группы цилиндров расположены с угловым шагом, равным частному 360 и числа цилиндров в группе, установлено средство повышающей передачи для привода насоса от двигателя, со степенью повышения, равной отношению числа цилиндров двигателя в каждой группе цилиндров к одной насосной камере, посредством систем подводящих трубопроводов выполнены относительно короткие каналы, соединяющие выходное отверстие каждой насосной камеры с входными отверстиями питаемой от нее группы цилиндров, при этом связь между двигателем и насосом и действие впускных и выпускных клапанов двигателя синхронизированы с обеспечением движения насосного поршня с опережением по фазе поршней питаемых от него цилиндров двигателя при движении последних попеременно к верхней мертвой точке (в.м.т.), открытия впускного клапана каждого цилиндра двигателя до нижней мертвой точки (н.м.т.) и закрытия до в.м.т. и открытия выпускного клапана цилиндра двигателя до н.м.т. и закрытия до в.м.т.

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

www.findpatent.ru

Филимонова — Метка

Номер патента: 567861

Опубликовано: 05.08.1977

Автор: Филимонов

МПК: F16B 21/18

Метки: валика, филимонова, фиксации, осевой

...Кроме того, на конце внутреннего товика стопорной шайбы выполнена пр образующая два лепестка, которые от ты в противоположные стороны,На фиг. 1 изображено устройство, разрез А-А фиг, 2; на фиг, 2 - то же устройство, поперечный разрез; на фиг. 3- стопорная шайба.Валик 1 фиксируется в осевом направлении относительно охватывающей детали 2 с помощью стопорной шайы 3, установленной в кольцевой канавке 4 валика 1. Стопорная шайба 3 вы.олнена в видеМ 783полукольца с внутренним хвостовиком Ь, заведенным в отверстие 6 валика 1.Длина внутреннего хвостовика 5 стопориой шайбы 3 больше диаметра кольцевой канавки 4, поэтому он выступает за пределы отверстия 6 в валике 1, а его конец отогнут.Кроме того, на конце внутреннего хвостовика 5...

Номер патента: 703684

Опубликовано: 15.12.1979

Автор: Филимонов

МПК: F16B 7/20

Метки: филимонова, соединение

...его резьбы могут быть выбраны такими, что при вращении будет происходить дополнительное поджатие деталей по торцовым поверхностям за счетсамозатягивания эксцентричного элемента 7 винта 5 при смещении детали 1относительно детали 4 по стрелке В и 10наоборот, При реверсивном вращении деталей направление поворота винтов 5и соответствующее ему направление его-7резьбы по взаимно перпендикулярныхнаправлениях Х-Х и У-У (см, фиг, 2)выбраны противоположными. Для повышения надежности фиксации взаимногорасположения деталей 1 и 4 попереч-,ные пазы 2 (по мере необходимости)могут быть выполнены несквозными изалиты отверждающимсяматериалом, например клеевым составом на эпоксидной осйове (компаундом), Соединение деталей, изображенной на фиг, 3,...

Номер патента: 868151

Опубликовано: 30.09.1981

Автор: Филимонов

МПК: F16B 21/18

Метки: осевой, фиксации, филимонова, валика

...выступом, который размещен в упомянутой полости.Кроме того, стопорная шайба выполнена из термопластичного полимерного материала.На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг, 2 - то же, поперечный разрез.Устройство содержит валик 1, на котором размещена деталь 2, и шайбу 3, установленную в кольцевой канавке 4 валика 1, Стопорная шайба 3 может быть выполнена из термопластичного полимерного материала в виде полукольца с внутренним хвостовиком 5, размещенным в ответстии 6 валика, В плоскости симметрии шайбы выполнено отверстие 7, а на хвостовике - выступ 8Валик 1 выполнен с полостью 9. Для обеспечения угловой фиксации20 валика стопораня шайба может быть снабжена выступом 1 О, отогнутым в паэ 11, выполненный на...

Номер патента: 1720927

Опубликовано: 23.03.1992

Автор: Филимонов

МПК: B63H 11/14, B63H 11/02

Метки: двигатель, филимонова, судовой, прямоточный, гидрореактивный

...камерах 98 сгорания цилиндров дополнительного компрессора (или дополнительных цилиндров компрессора 30 при увеличении числа цилиндров с двух до четырех на каждом коленчатом валу 38 - 40), на КПД двигателя оказывается незначительно, Для обеспечения заднего хода судну 17 цилиндрический. руль 33 имеет на своей внешней поверхности выступы 112, 113, образующие вогнутые поверхности 114 для поворота потока воды из диффузора 25 двигателя на угол более 90 град. Задний ход судну 17 может быть дан и с помощью устройства, имеющего относительно большое гидродинамическое сопротивление, когда оно погружено в воду, и выброс реактивной струи из диффузора 25 осуществляется в воду,Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель работает следующим...

Номер патента: 1752997

Опубликовано: 07.08.1992

Автор: Филимонов

МПК: F02B 37/00, F02D 17/02, F02B 69/06 ...

Метки: дизель, турбонаддувом, филимонова, дизеля

...каждого цилиндра дизеля 1) пневмоцнлиндр 100, имеющий рабочую полость 101, поршень 102, шток103 выпол ее ый за Одно ц лое с зуб чатой рейкой 104, и пружину 105. Поршень 102 жестко связан со штоком 103 и снабжен упором 106. Пружина 105 контактирует одним концом с поршнем . 102 У а другим концом с кольцом 107% 45 застопоренным упругой разрезной шай. бой 108, Ось 109, установленная с возможностью вращения своими концами в подшипниках (непоказаны) на кронштейнах 78 и 87, имеет шестерню 110, входящую в зацепление с рейкой 104 пневмоцилипдра 100, и шестерню 111, входящую в зацепление с шестерней 112 на стержне 89, а также с шестерней 97на стержне 95Ось 113, установленная с возможностью вращения одним концом55( в подшипнике 114 кронштейна...

Номер патента: 1793904

Опубликовано: 07.02.1993

Автор: Филимонов

МПК: A61C 7/00

Метки: зубов, филимонова, аппарат, положения, исправления

...опоры выполнена в виде пластины, на которую крепятся черезподвижные зажимы силовые элементы в виде эластичных петель, а силовые элементыобеспечивают необходимое усилие к исправляемым зубам или зубу за счет упругой55 счет регулируемого соединения зуба или зубов с опорой исключает жесткость фиксации при исправлении, обеспечивая физиологическую подвижность зубов, сокращает сроки лечения и сокращает количество повторных активаций, исключается травматканей пародонта,деформации эластичных петель, При этомподвижные зажимы посредством петельобеспечивают необходимую регулировкупри установке и в процессе эксплуатации5 аппарата, а опорные элементы выполнены ввиде коронок.На чертеже схематически изображенаппарат Филимонова Ю.В. для...

patents.su

Краткий обзор проектов гибридных летательных аппаратов: Оружие: Силовые структуры: Lenta.ru

В последние несколько лет проекты гибридных летательных аппаратов, способных одновременно сочетать в себе, например, качества самолета, дирижабля и вертолета, становятся все более популярны. Разработками подобных аппаратов сегодня занимаются несколько стран, чьим гражданским и военным организациям требуются воздушные средства доставки людей и грузов с увеличенной грузоподъемностью и возможностью ультракороткого взлета. Некоторые из этих проектов основаны на идеях, предложенных еще в 1980-х годах.

В 2012 году в Евросоюзе был основан проект разработки гибридного самолета с предельно коротким взлетом и посадкой на любые поверхности (ESTOLAS, Extremely Short Take Off and Landing on Any Surface). Проект контролирует Еврокомиссия, а его координатором выступает Александр Гамалеев из Рижского технического университета. Основной задачей программы является создание летательного аппарата, который сочетал бы в себе возможности дирижабля, вертолета, самолета и судна на воздушной подушке. Такой гибрид должен уметь осуществлять взлет и посадку на любую поверхность.

Аппарат предполагается сконструировать по схеме «смешанного крыла» с дискообразным центропланом, который будет служить не только в качестве грузовой кабины. Специальные отсеки центроплана будут наполняться гелием для создания дополнительной подъемной силы. Планер ESTOLAS предполагается выполнить из композиционных материалов с применением трехслойного покрытия из пенных и сотовых заполнителей. Такое решение позволит сделать конструкцию аппарата в два раза легче по сравнению с металлической.

Согласно эскизам проекта летательный аппарат будет оснащен двумя двигателями с толкающими воздушными винтами в хвостовой части и одним подъемным вентилятором, расположенным в специальной шахте внутри центроплана. В сочетании с подъемной силой, создаваемой гелием, центральный вентилятор будет обеспечивать ультракороткие взлет и посадку. Хвостовая часть ESTOLAS будет выполнена двухбалочной с П-образным оперением, сочетающим в себе рули курса и высоты. Крыло планируется сделать складным для перевозки аппарата в транспортных самолетах и на поездах.

На стадии проектирования планируется проработать четыре основные версии ESTOLAS: малой (одна-две тонны), средней (40-60 тонн), большой (100-200 тонн) и супербольшой (200-400 тонн) грузоподъемности. По итогам работ, финансирование которых определено на уровне 708,4 тысячи евро, должны быть созданы виртуальные модели различных вариантов аппарата, а также радиоуправляемая модель ESTOLAS. Согласно действующим планам, проект нового летательного аппарата должен завершиться в мае 2014 года.

В основу европейского проекта гибридного аппарата легли идеи и наработки российского инженера Александра Филимонова, предложенные еще в 1987 году. Инженер, работавший в Тюменском индустриальном институте, занимался разработкой такого воздушного судна, которое можно было бы использовать для доставки тяжелого оборудования на Ямбургское газоконденсатное месторождение.

Работы по созданию экспериментального образца безаэродромного самолета велись в Тюмени на протяжении десяти лет. В 1994 году был создан летный образец аппарата, который сегодня известен под названиями «Бэлла-1», ФИАЛКА (Филимонова аэростатический летательный комбинированный аппарат) и БАРС (безаэродромный аэростатически разгруженный самолет). Этот аппарат сначала принимал участие в стендовых, а затем и в летных испытаниях на заснеженном поле, застывшей реке и поймах рек летом. Испытания проводились в течение двух лет.

Аэродинамическая модель ESTOLAS

Фото: ESTOLAS

1/6

Длина построенного прототипа «Бэлла-1» составляла десять метров, а диаметр подъемного винта — 1,8 метров. Нормальная взлетная масса аппарата равнялась 1,2 тонны. Он был оборудован двумя маршевыми двигателями мощностью 64 лошадиных сил и одним подъемным мощностью 64 лошадиных сил. «Бэлла-1» с дискообразным центропланом и складным крылом был способен совершать полеты на скоростях от 60 до 250 километров в час на расстояние до трехсот километров. Грузоподъемность «Бэлла-1» (уже не прототипа) должна составлять 600 килограммов.

Конструкция ESTOLAS основана на гибридном аппарате Филимонова и, очевидно, отличается только использованием более современных материалов и масштабированием. И перспективный европейский аппарат, и «Бэлла-1», по проекту, имеют в нижней части надувной посадочный тор, который также служит и ограждением для воздушной подушки, колесно-лыжные опоры. Эти технические решения и должны обеспечивать взлет и посадку аппарата на любые поверхности.

В 1997 году аппарат «Бэлла-1» получил патенты в статусе изобретения и промышленного образца в России, США и Германии. При этом сам проект так и не был доведен до конца. По словам Гамалеева, причинами этого стали отсутствие финансирования. Впрочем, будет ли европейский проект более успешным, пока сказать сложно. Отметим, что при полете посадочный тор убирается, поэтому сопротивление воздуха для такого аппарата сравнимо с сопротивлением воздуха Ан-2 (центроплан особого сопротивления не создает).

Отчасти похожая на ESTOLAS и «Бэлла-1» разработка велась в 2010-2012 году в интересах Армии США. Разработкой проекта гибридного летательного аппарата LEMV (Long Endurance Multi-intelligence Vehicle), совмещающего в себе возможности самолета и дирижабля, занималась американская компания Northrop Grumman. Военные планировали использовать аппарат для наблюдения, радиоэлектронной разведки и постановки помех, ретрансляции сигналов и для контроля воздушного пространства.

LEMV

Изображение: Northrop Grumman

1/2

LEMV проектировался в качестве опционально-пилотируемого аппарата, в основу конструкции которого был положен жесткий корпус самолетного типа. На верхней и нижней поверхностях жесткого корпуса располагались надувные тканевые объемы. Предполагалось, что серийный аппарат должен был совершать взлет по-самолетному, а после достижения нужной высоты — полностью наполнять газовые объемы и превращаться в дирижабль. При этом в режиме дирижабля основные двигатели могли использоваться для перемещения между разными объектами или для выработки энергии для бортового оборудования.

Согласно проекту, длина LEMV должна была составить 91,5 метра, а грузоподъемность — 1,1 тонны. Аппарат должен был находиться на высоте шести тысяч метров на протяжении 21 дня. На беспилотник планировалось установить двигатели, способные выдавать мощность в 16 киловатт. Особенностью конструкции LEMV являлось отсутствие потребности в специальных взлетно-посадочных полосах или причальных мачтах. Первый полет американского аппарата состоялся 7 августа 2012 года. Его продолжительность составила 90 минут.

Осенью 2012 года проект LEMV был закрыт. Это произошло из-за сокращения военного бюджета и значительного отставания проекта разработки от оговоренного контрактом Армии США графика. Изначально планировалось, что LEMV совершит первый полет спустя 12-13 месяцев (июнь-июль 2011 года) после подписания контракта, а еще через 18 месяцев (январь-февраль 2013 года) поступит на войсковые испытания в Афганистан. Стоимость программы разработки аппарата оценивалась в 517 миллионов долларов, однако на проект были потрачены всего 154 миллиона.

О преимуществах гибридной дирижаблеподобной техники задумались и в России. В 2010 году правительство Ульяновской области утвердило пятилетнюю программу по строительству «летающей тарелки» — дискообразного летательного аппарата. Разработкой проекта должна была заняться компания «Локомоскай», впервые объявившая о нем в начале 2000-х годов. Запустить первые аппараты в серию планировалось уже в 2012 году, однако в реальности работы так и не вышли из стадии эскизов и моделей.

Предполагалось, что внутри жесткого корпуса «летающей тарелки» — «Локомоскайнера» — будут располагаться два газовых объема. Один должен был содержать гелий, а второй — наполняться горячим воздухом от маршевых двигателей, обеспечивающих передвижение аппарата в горизонтальной плоскости на скорости до 110 километров в час. Такое использование газовых объемов позволяло бы контролировать подъемную силу, действующую на дирижабль, а значит и регулировать высоту его зависания.

Летающая модель «Локомоскайнера»

Фото: «Локомоскай»

1/4

Предполагалось, что дальность полета «Локомоскайнеров» будет составлять до трех тысяч километров. Отличительными же чертами «Локомоскайнера», который планировалось выпускать в нескольких вариантах, должна была стать грузоподъемность. Самый маленький аппарат предполагалось использовать для перевозки грузов массой до 600 килограммов, а самый большой — 600 тонн. Для сравнения, транспортный самолет Ан-225 «Мрия» способен перевозить до 253,8 тонны; это абсолютный рекорд грузоподъемности среди летательных аппаратов такого класса.

По сути же, российская разработка начала 2000-х годов была возрождением проекта «Термоплан», реализацией которого занимался Ульяновский завод в конце 1980-х — начале 1990-х годов. Этот аппарат разрабатывался специально для освоения труднодоступных районов Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока, не имеющих подготовленных взлетно-посадочных полос. В 1991 году был сконструирован и испытан первый прототип «Термоплана», получивший обозначение АЛА-40. Его испытания проводились до 1992 года.

Прототип имел в диаметре 40 метров и в высоту — 16 метров. АЛА-40 был оснащен двумя газовыми объемами для гелия и отработанных горячих выхлопных газов маршевых двигателей. Проект «Термоплана» так и не был реализован, поскольку после распада СССР его финансирование практически полностью прекратилось. С 1990-х годов разработку «летающих тарелок» несколько раз планировалось возобновить, однако реальных шагов к этому предпринято не было.

lenta.ru

Топливный насос высокого давления для многоцилиндрового дизеля

 

Изобретение может быть использовано в области двигателестроения при производстве дизелей, в частности топливных насосов высокого давления (ТНВД) золот-. никового типа. Сущность изобретения заключается в том, что средние участки отсечной кромки плунжеров отключаемых и неотключаемых насосных секций выполнены с определенным соотношением, обеспечивающим плавное отключение отдельных цилиндров и плавное постепенное нагружение оставшихся в работе цилиндров. 1 с.п. ф-лы, 4 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 F 02 0 17/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4336625/06 (22) 05.10,87 (46) 07.07,93. Бюл. М 25

{71) Ленинградское высшее инженерное морское училище им. адм. С.О. Макарова (72) M,Ê. Овсянников, В.А. Петухов, Ю.В, Зайцев и А.Н. Уткин (56) Авторское свилетельство СССР

Мт 1528935, кл. F 02 О 17/02, 1987, (54) ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО

ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ МНОГОЦИЛИНДРОВОГО

ДИЗЕЛЯ

Изобретение относится к области машиностроения и дизелестроения, а именно к топливным насосам высокого давления, позволяющим автоматически отключать отдельные цилиндры при повышении требуемой мощности дизеля с помощью отключаемых и неотключаемых насосных секций по числу цилиндров дизеля, Преимущественная область его использования— дизели любого назначения, которые значительную часть эксплуатационного времени работают на режимах холостого хода и малых нагрузок.

Цель изобретения — повышение эффективности эксплуатации дизелей путем обеспечения монотонного изменения суммарного расхода топлива при изменении числа работающих цилиндров н ° режимах

xon0cTorD хода и малых нагрузок. В результате увеличивается КПД и ресурс дизеля при одновременном уменьшении трудозатрат на обслуживание и ремонт, Экономический эффект заключается в повышении эконоJ

„„ЯЫ„„ 1825883 А1 (57) Изобретение может быть использовано в области двигателестроения при производстве дизелей, в частности топливных насосов высокого давления (ТНВД) золот-. никового типа. Сущность изобретения заключается в там, что средние участки отсечной кромки плунжеров отключаемых и неотключаемых насосных секций выполнены с определенным соотношением, обеспечивающим плавное отключение отдельных цилиндров и плавное постепенное нагружение оставшихся в работе цилиндров. 1 с.п, ф-лы, 4 ил. мичности и надежности работы дизеля с отключаемыми цилиндрами. Расчеты показывают, например, для дизеля 14 ZV 40/48 (14 5

ЧРН 40/48) "Вяртсиля — Зульцер" величина экономии топлива при отключении только одного цилиндра будет составлять 3-5, при отключении большего количества цилиндров экономия топлива может достигать

15 — 200/. (Л

Сущность изобретения состоит в следу- QO ющем. 00

Топливный насос высокого давления на (, ) многоцилиндровых дизелях с отключаемой частью цилиндров на режимах холостого хода и малых нагрузок содержит отключаемые и неотключаемые насосные секции — плунй жерные пары по числу цилиндров дизеля.

Каждая насосная секция включает гильзу (плунжерную втулку) с отсечными и нагнетательными окнами и плунжер, имеющий на торце отсечную. кромку начала подачи и на боковой поверхности отсечную кромку, которая для каждого плунжера отключаемых и

1825883 неотключаемых насосных секций состоит иэ соединенных между собой трех участков.

Первый участок соответствует режимам работы дизеля на полных нагрузках; второй участок соответствует режимам холостого хода и малых нагрузок, расположен по концам кромки; средний участок соответствует режимам изменения числа работающих цилиндров, причем этот средний участок регулировочной кромки плунжеров отключаемых и неотключаемых HBcQcHblx секций имеет противоположное направление от конца первого участка отсечной кромки относительно линии, являющейся ее продолжением; расстояние конца среднего участка ог торцевой кромки плунжера для отключаемых секций меньше аналогичного расстояния для неотключаемых секций, Средние участки отсечной кромки плунжеров отключаемых и неотключаемых насосных секций выполнены в соответствии со следующим соотношением: . hp/Ь!! z/(I-z) при а =.(0,15 — 0,2) Яраб, где ho u hg — расстояние измеренное по образующей боковой поверхности плунжера от линии, являющейся продолжением отсечной кромки первого участка, до точки на отсечных кромках среднего участка плунжеро8 отключаемых и неатключаемых секций соответственно; а, Spao длины проекций среднего участка и всей отсечной кромки на торцевую кромку плунжера соответственно; ! д —.общее число цилиндров дизеля и неотключаемое число цилиндров соответственно.

Отличительные признаки от прототипа; наличие среднего переходного плавного монотонного участка на всех плунжерах насосных секций топливного насоса высокого давления многоцилиндрового дизеля, причем средние участки отсечной кромки плунжеров отключаемых и неотключаемых секций выполнены в соответствии hp/hH =

-z/(J-z) пРи а = (0,15 — 0,2) Яраб, что обеспечивает плавное отключение отдельных цилиндров (причем любых по расположению на дизеле) и плавное, монотонное нагружение других неотключаемых цилиндров. Этим достигается повышение надежности, экономичности и динамичности работы дизеля практически на всех переходных режимах эксплуатации (холостом ходу и малых нагрузок).

На фиг.1 показана конструкция отсечной кромки плунжера (Π— 1 — 2 — 3) насосной секции обычного топливного насоса дизеля без отключения цилиндров; на фиг.2 и 3— конструкция отсечной кромки плунжера (О1-4-6) насосной секции неотключаемых и отключаемых цилиндров .соответственно; !отк! hxxi

Ботк = Браб „ йан! hхх!

Котк, "Откр = "ан!1 "ххл

z а = (0,15-0,2) Яраб, о!!хх!—

Т!и

Причем количество неотключаемых цилиндров насосных секций ТНВД определяется по формуле

|(! и)!

Koтк где g

К„, — коэффициент дизеля (Котк - 0,70,85), определяется из опыта эксплуатации подобного типа дизеля. на фиг.4 — геометрическое соотношение между отсечными кромками средних участков, плунжеров отключаемых (1 — 6) и неотключаемых (1-4) цилиндров.

$отк -длина проекции первого и второго участков отсечной кромки плунжеров. а — угол наклона первого участка отсечной кромки плунжеров. !!хх! !откр Ьххъ haHI

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Для обычного дизеля с ТНВД золотникового типа топливная рейка одновременно разворачивает плунжеры всех ТНВД вокруг

25 своеЙ оси для регулировани мощности дизеля. На фиг,1 показана развернутая верхняя часть плунжера ТНВД золотникового типа с обычной регулировочной косой кромКОй С ОСНОВаНИЕМ Яраб, СООтВЕтСтВУЮЩИМ изменению цикловой подачи топлива на всех режимах работы дизеля от холостого хода до номинальной нагрузки; на фиг.2 показана конструкция отсечной кромки г!лунжера насосной секции ТНВД неотклю35 чаемых цилиндров; на фиг.3 — конструкция отсечной кромки плунжера ТНВД отключаемых цилиндров; на фиг.4 — геометрическое соотношение между отсечными кромками на втором участке.

Геометрические размеры регулировочных кромок плунжеров ТНВД неотключаемых (z) и отключаемых (1-z) цилиндров взаимосвязаны и строго определены следующими соотношениями:

1825883 юг. 3

Составитель В.Петухов

Техред М.Моргентал Корректор А.Козориэ

Редактор Е.Савина

Заказ 2310 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 161

Формула изобретения

Топливный насос высокого давления для многоцилиндрового дизеля с отключаемой частью цилиндров на режимах холостого хода и малых нагрузок, содержащий отключаемые и неотключаемые насосные секции по числу цилиндров дизеля, каждая из которых включает гильзу с отсечными и неотсечными окнами и плунжер, имеющий на торце кромку начала подачи и на боковой поверхности — отсечную кромку, которая для каждого плунжера отключаемых и неотключаемых насосных секций состоит иэ соединенных между собой трех участков, первого — полных нагрузок, второго — холостого хода и малых нагрузок, расположенных по концам кромки, и среднего— режимов изменения чи :ла работающих цилиндров, причем средний участок кромки плунжеров отключаемых и неотключаемых насосных секций имеет противоположное направление от конца первого участка отсечной кромки относительно линии, являющейся ее продолжением. а расстояние конца среднего участка от торцовой кромки плунжера для отключаемых секций меньше аналогичного расстояния для неотключаемыхсекций, отличающийся тем.что, с целью повышения эффективности путем

5 обеспечения монотонного изменения суммарного расхода топлива при изменении числа работающих цилиндров, средние участки отсечной кромки плунжеров отключаемых и неотключаемых насосных секций

10 выполнены в соответствии со следующим соотношением:

hg! hq = z/(I-z) при а = (0,15 — 0,2) Spa6, где ho, h

15 отлинии, являющейся продолжением отсечной кромки первого участка, до точки на отсечных кромках среднего участка плунжеров отключаемых и неотключаемых секций соответственно;

20 а,S †дли проекций среднего участка и всей отсечной кромки на торцевую кромку плунжера соответственно;

I,z — общее число цилиндров дизеля и неоткл ючаемое число цилиндров соответст25 вен но.

   

www.findpatent.ru

Гибридный дирижабль конструкции а.и.филимонова

 

Использование: в воздухоплавании при разработке дирижаблей для транспортировки сверхтяжелых и габаритных грузов. Сущность: гибридный дирижабль содержит дискообразный корпус с центральным тоннелем, внутри которого установлено удобообтекаемое тело с несущим винтом на его верхней части, скрепленное со стенками тоннеля радиальными перегородками аэродинамического профиля. На входе в тоннель установлены поворотные створки, а на выходе - органы управления и стабилизации. Дирижабль снабжен силовой установкой с толкающими винтами, органами приземления на воздушной подушке, пилотско-пассажирской и грузовой кабиной, крыльевыми консолями и хвостовым оперением со стабилизатором, размещенным на двух килях. Задняя кромка корпуса и крыльевых консолей снабжена струйными закрылками, а на стабилизаторе и крыльевых консолях размещены струйные рули. 1 з. п. ф-лы, 10 ил.

Гибридный дирижабль относится к летательным аппаратам со смешанным принципом полета и может быть использован для подъема и транспортировки по воздуху сверхтяжелых и крупногабаритных грузов.

Известен дирижабль, содержащий корпус дискообразной формы с центровым тоннелем, силовую установку с маршевыми винтами и несущим винтом, размещенным в тоннеле, пилотские кабины (1). Недостатком данного дирижабля являются эксплуатационные свойства, так как он обладает плохой устойчивостью и управляемостью, особенно в горизонтальном полете.

Известен дирижабль, содержащий дискообразный корпус с центральным тоннелем, внутри которого установлено удобнообтекаемое тело с несущим винтом на его верхней части, скрепленное со стенками тоннеля радиальными перегородками аэродинамического профиля, пилотско-пассажирского и грузового кабины (2).

Недостатками данного дирижабля являются отсутствие достаточной устойчивости и управляемости как в полете, так и на земле, что приводит к ослаблению эксплуатационных свойств дирижабля.

Для того, чтобы улучшить эксплуатационные свойства дирижабля, его нужно снабдить силовой установкой с толкающими винтами, органами приземления на воздушной подушке, поворотными створками, установленными на входе в центральный тоннель, органами управления и стабилизации, установленными на выходе из центрального тоннеля. Крыльевые консоли и хвостовые оперения со стабилизатором установлены на задней части корпуса, при этом стабилизатор размещен по крайней мере на двух килях. Задняя кромка дискообразного корпуса и крыльевых консолей снабжена струйными закрылками. Струйные рули размещены на стабилизаторе и крыльевых консолях.

Кроме того дирижабль дополнительно снабжен органами приземления в виде колесно лыжных опор или других комбинированных опор высокой проходимости. Опоры установлены на нижней поверхностях пилотско-пассажирской кабины и дискообразного корпуса.

На фиг.1 изображен гибридный дирижабль, вид сбоку; на фиг.2 дирижабль в плане; на фиг.3 то же, вид спереди; на фиг.4 разрез А-А на фиг.2; на фиг.5 вид по стрелке А на фиг.2; на фиг.6 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.7 передняя колесно-лыжная опора; на фиг.8 вид по стрелке Б на фиг.7; на фиг.9 задняя колесно-лыжная опора; на фиг.10 вид по стрелке В на фиг.9.

Гибридный дирижабль содержит дискообразный корпус 1 с центральным тоннелем 2, в котором установлены поворотные створки 3 на входе, органы управления и стабилизации 4 на выходе, а внутри удобообтекаемое тело 5 с несущим винтом 6 на его верхней части, скрепленное со стенками тоннеля радиальными перегородками 7 аэродинамического профиля, силовую установку с толкающими винтами 8, пилотско-пассажирскую кабину 9 и грузовую кабину 10, органы приземления на воздушной подушке в виде торового баллона 11 и колесно-лыжных опор 12 и 13, крыльевые консоли 14 (фиг.2) с расположенными на их концах струйными поперечными рулями 15 (фиг.2), хвостовое оперение с двумя килями 16 (фиг. 1 и 2) и стабилизатором 17 со струйным продольным рулем 18 (фиг. 2). Струйные закрылки 19 расположены на задней кромке дискообразной корпуса 1 и крыльевых консолях 14. Струйный закрылок 19 (фиг.6) представляет ряд щелей, выполненных в задней кромке дискообразного корпуса 1 и крыльевых консолей 14 под определенным углом к горизонтальной плоскости корпуса 1 и соединенных с внутренними полостями корпуса 1 и крыльевых консолей 14. Полость корпуса 1 соединена с тоннелем 2 через воздухозаборники 20 (фиг.2), расположенные в верхней части радиальных перегородок или стенках тоннеля.

В полости дискообразного корпуса 1 размещены баллоны 29 с газом легче воздуха для создания аэростатической составляющей подъемной силы (фиг.1 и 2).

Струйные рули поперечного 15 (фиг.4) и продольного 18 (фиг.4) управления и стабилизации выполнены в виде ряда отверстий на нижней и верхней поверхностях соответственно крыльевым консолям и стабилизатору 17, содержат поворотные заслонки 21 (фиг.4), скрепленные тягами 22 (фиг.4) с аэродинамической рулевой поверхностью 23 и 24 (элероном и рулем высоты) с одной стороны, а с другой с приводами 25.

Колесно-лыжные опоры 12 и 13 (в количестве 3-х и более штук) закреплены на нижних поверхностях пилотско-+пассажирской кабины и дискообразного корпуса. Все опоры впереди имеют шарниры 26 (фиг.7), а сзади опираются на амортизаторы 27 (фиг. 7). Колеса 28 передней опоры 13 (фиг.7) выполнены поворотными, самоориентирующимися и управляемыми. Колеса 28 задних опор 12 (фиг.9) выполнены тормозными. Колеса 28 задних опор 12 (фиг.9) выполнены тормозными. В полости дискообразного корпуса 1 размещены баллоны 29 с газом легче воздуха для создания аэростатической составляющей подъемной силы.

Перед полетом дирижабля включается несущий винт 6 при открытых створках 3 на входе в тоннель 2, воздух от винта 6 нагнетается через воздухозаборники 20 в полость дискообразного корпуса 1 и полости крыльевых консолей 14 и стабилизатора 17, откуда он выдувается через щели струйного закрылка 19 и струйные рули 15, 18 при открытых заслонках 21. При этом благодаря тягам 22 обеспечивается синхронная работа заслонки и рулей 23, 24 (фиг.4). На вертикальном взлете (посадке), зависании и малых скоростях горизонтального полета струйные рули (15, 18) обеспечивают поперечное и продольное управления и стабилизацию за счет образования соответствующих поперечных и продольных моментов. Струйный закрылок 19 значительно повышает подъемную силу с уменьшением аэродинамического сопротивления и продольного момента, особенно на больших горизонтальных скоростях. При этом суммарная подъемная сила на вертикальном взлете и зависании образуется за счет баллонов 29 с газом легче воздуха и несущего винта 6, а при горизонтальном движении добавляется аэродинамическая подъемная сила от крыльевых консолей 14 и дискообразного корпуса 1.

В горизонтальном полете привод (не показан) несущего винта отключается, а винт 6 переводится в режим самовращения от набегающего через открытые створки воздушного потока, который также обеспечивает через воздухозаборники нагнетание полостей корпуса 1 и крыльевых консолей 14 и стабилизатора 17. При взлете вначале от поверхности открывается торовый баллон 11 с образованием воздушной подушки, колесно-лыжные опоры 12 и 13 до определенной высоты взлета за счет обратного хода амортизаторов 27 контактируют с поверхностью, обеспечивая сцепление с ней. Причем, задние колесно-лыжные опоры 12 за счет тормозов (не показано) колес исключают движение на колесах от действия ветра или по наклонной поверхности, если она твердая. Если поверхность слабонесущая (болото, снег), то одновременно контактируют с поверхностью и колеса, и лыжи, исключая любое движение. При движении по ВПП на воздушной подушке колеса задних опор растормаживаются, при этом все опоры контактируют с ВПП, исключая неустойчивое движение, особенно при боковом ветре и неровной ВПП. Размещение стабилизатора на двух и более килях уменьшает боковую наветренную поверхность дирижабля, что снижает боковую парусность и путевой момент, и соответственно затраты мощности на управление и стабилизацию.

Размещение струйного закрылка на задней кромке корпуса и крыльевых консолей исключает отрыв пограничного слоя, особенно на корпусе, что приводит к снижению аэродинамического лобового сопротивления, продольного момента, повышению аэродинамической подъемной силы и, в конечном итоге, к улучшению продольной устойчивости и управляемости. Размещение поперечного руля на концах крыльевых консолей и продольного струйного руля на стабилизаторе снижает затраты мощности из-за большего плеча управляющих сил и улучшает поперечную и продольную управляемость и стабилизацию, особенно на взлетно-посадочных режимах полета.

Размещение колесно-лыжных опор на нижних поверхностях пилотско-пассажирской кабины и корпуса обеспечивает сцепление с ВПП при посадке и взлете с воздушной подушки, исключая неустойчивое движение, особенно при боковом ветре и неровной ВПП.

1. Гибридный дирижабль, содержащий дискообразный корпус с центральным тоннелем, внутри которого установлено удобообтекаемое тело с несущим винтом на его верхней части, скрепленное со стенками тоннеля радиальными перегородками аэродинамического профиля, пилотско-пассажирскую и грузовую кабины, отличающийся тем, что он снабжен силовой установкой с толкающими винтами, органами приземления на воздушной подушке, поворотными створками, установленными на входе в центральный тоннель, органами управления и стабилизации, установленными на выходе из центрального тоннеля, крыльевыми консолями и хвостовым оперением со стабилизатором на задней части корпуса, при этом стабилизатор размещен по крайней мере на двух килях, задняя кромка дискообразного корпуса и крыльевых консолей снабжена струйными закрылками, а на стабилизаторе и крыльевых консолях размещены струйные рули.

2. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен органами приземления в виде колесно-лыжных опор, установленных на нижних поверхностях пилотско-пассажирской кабины и дискообразного корпуса.

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10

www.findpatent.ru

комбинированный летательный аппарат - патент РФ 2422309

Изобретение относится к летательным аппаратам на воздушной подушке. Летательный аппарат содержит дискообразный корпус с центральным тоннелем, внутри которого установлено удобообтекаемое тело с подъемным винтом на его верхней части, скрепленное со стенками радиальными перегородками аэродинамического профиля, кабину, силовую установку с толкающими винтами, воздушную подушку в виде надувного торового баллона с гибким ограждением, колесно-лыжные опоры под корпусом, глиссирующую поверхность под кабиной и гидрокрыло сзади корпуса, поворотные створки, установленные на входе в тоннель, крыльевые консоли, хвостовое оперение со стабилизатором и килями, установленное на задней части корпуса, струйные закрылки, установленные на задних частях крыльевых консолей и корпуса, органы управления и стабилизации в виде воздушных рулей, установленных на выходе из тоннеля, струйные рули, установленные на стабилизаторе и крыльевых консолях, элевоны, установленные на стабилизаторе. На передней части дискообразного корпуса сверху с 2-х сторон тоннеля установлены продольные аэродинамические гребни. Изобретение направлено на обеспечение устойчивого и управляемого полета, повышение безопасности, увеличение подъемной силы и снижение массы конструкции. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области авиации, а именно к летательным аппаратам (ЛА), производящим взлет и посадку с использованием воздушной подушки вертикально или, как обычный самолет, с разбегом и пробегом.

Известен комбинированный летательный аппарат (патент РФ № 2012512, опубл. 15.05.1994 г.), содержащий дискообразный центроплан, внутри которого размещен вертикальный тоннель с открытыми входным и выходным отверстиями, в котором на удобообтекаемом теле установлен подъемный винт, снабженный системой изменения общего и циклического шага лопастей винта, причем площадь поперечного сечения тоннеля в плоскости вращения подъемного винта составляет 0,3-0,8 от площади воздушной подушки посадочного устройства, при этом входное отверстие тоннеля образовано торовой поверхностью, сопряженной с верхней поверхностью центроплана, боковые крылья, хвостовое оперение, выполненное в виде двух килей, размещенных на продольных хвостовых балках, и пересекающего кили горизонтального стабилизатора, пилотско-пассажирскую кабину, посадочное устройство на воздушной подушке, охватывающее выход из тоннеля, единую силовую установку, состоящую из двух блоков двигателей, соединенных с помощью трансмиссии с подъемным винтом и двумя маршевыми винтами.

Данный комбинированный летательный аппарат обладает следующими недостатками:

- большим аэродинамическим сопротивлением и низкой несущей способностью центроплана как на переходных режимах полета, так и в крейсерском полете из-за того, что входное и выходное отверстия тоннеля не имеют устройств для регулирования направления воздушного потока, проходящего через тоннель;

- неустойчивым движением на воздушной подушке, особенно по курсу, при взлете и посадке из-за отсутствия стабилизирующих элементов, например дополнительного колесного или колесно-лыжного шасси, которые служат для удержания летательного аппарата на взлетно-посадочной полосе при ветровых нагрузках и маневрировании;

- недостаточная управляемость и стабилизация летательного аппарата на вертикальных переходных режимах полета из-за отсутствия дополнительных органов управления, а применение для этих целей подъемного винта, снабженного системой изменения общего и циклического шага, неэффективно, так как винт находится не в открытом воздушном потоке, а в затенении, в тоннеле;

- кроме того, единая силовая установка, состоящая из блоков двигателей и сложной механической трансмиссии, требует больших затрат конструктивной массы, что приводит к низкой весовой отдаче летательного аппарата.

Указанные недостатки устранены в комбинированном летательном аппарате (патент РФ № 2092381, опубл. 10.10.1997 г.).

Данный комбинированный летательный аппарат (ЛА) содержит дискообразный корпус с центральным тоннелем, внутри которого установлено удобообтекаемое тело с несущим винтом на его верхней части, скрепленное со стенками радиальными перегородками аэродинамического профиля, боковые консоли крыла, хвостовое оперение с горизонтальным оперением и двумя и более килями, установленными на задней части корпуса, силовую установку с толкающими винтами, органы приземления на воздушной подушке в виде надувного торового баллона (посадочного тора) с гибким ограждением по передней и боковым его частям в виде колесно-лыжных опор, установленных на нижних поверхностях корпуса, в виде глиссирующей поверхности под пилотско-пассажирской кабиной и гидрокрыла сзади корпуса, поворотные створки, установленные на входе в центральный тоннель, органы управления и стабилизации в виде воздушных рулей, установленных на выходе из тоннеля, и в виде струйных рулей, установленных на горизонтальном оперении и консолях крыла, и также в виде элевонов, установленных на горизонтальном оперении, струйные закрылки, установленные на задних кромках консолей крыла и корпуса.

Недостатками данного ЛА является боковая неустойчивость («валежка») при боковом ветре или маневре (развороте) на переходных (взлетно-посадочных) режимах полета, что приводит к ослаблению эксплуатационных свойств аппарата.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке комбинированного ЛА с улучшенными эксплуатационными качествами, позволяющими обеспечить устойчивый и управляемый полет на всех режимах, особенно на взлетно-посадочных.

В задачу изобретения входит также снижение массы конструкции, повышение надежности, увеличение подъемной силы, а также повышение безопасности полета, особенно при отказе одного из маршевых двигателей.

Для решения этих задач комбинированный ЛА, содержащий дискообразный корпус с центральным тоннелем, внутри которого установлено удобообтекаемое тело с подъемным винтом на его верхней части, скрепленное со стенками радиальными перегородками аэродинамического профиля, пилотско-пассажирскую кабину, силовую установку с толкающими винтами, органы приземления на воздушной подушке в виде надувного баллона с гибким ограждением по передней и боковым его частям, в виде колесно-лыжных опор и в виде глиссирующей поверхности под пилотско-пассажирской кабиной и гидрокрыла сзади корпуса, поворотные створки, установленные на входе в тоннель, органы управления и стабилизации в виде воздушных рулей, установленных на выходе из тоннеля, и в виде струйных рулей, установленных на стабилизаторе и крыльевых консолях, крыльевые консоли, хвостовое оперение со стабилизатором и двумя и более килями, установленное на задней части корпуса, струйные закрылки, установленные на задних частях крыльевых консолей и корпуса, элевоны, установленные на стабилизаторе, согласно изобретению

- он снабжен двумя и более продольными аэродинамическими гребнями, установленными на передней части дискообразного корпуса сверху с 2-х сторон тоннеля;

- силовые установки выполнены с раздельным приводом подъемного и двух и более маршевых винтов (каждый от своего двигателя) или в виде единой силовой установки с газовым приводом подъемного винта от двигателей-газогенераторов маршевых винтомоторных установок (ВМУ), установленных на пилонах сзади корпуса в плоскости хвостовых балок и стабилизатора;

- вход в тоннель, входной коллектор, выполнен в виде торовой поверхности с образующим радиусом, равным или более 0,25 величины радиуса подъемного винта, размещенного в тоннеле;

- величина площади поперечного сечения тоннеля в плоскости входного коллектора, в которой размещена плоскость вращения подъемного винта, равна или менее 0,3 от величины площади опорной поверхности воздушной подушки, ограниченной торовым баллоном с гибким ограждением.

Такая конструкция позволяет устранить боковую неустойчивость и недостаточную управляемость на взлетно-посадочных режимах при работающем подъемном винте при наличии бокового ветра и маневра, так как установленные на передней части дискообразного корпуса сверху с 2-х сторон тоннеля продольные аэродинамические гребни препятствуют перетеканию воздушного потока на входе в тоннель сбоку и тем самым исключают смещение центра равнодействующей аэродиначеской подъемной силы в сторону и, как следствие, возникновение момента крена, вызывающего боковую неустойчивость и недостаточную управляемость.

Применение силовых установок с раздельными приводами подъемного и маршевых винтов или применение единой силовой установки с газовым приводом подъемного винта позволит значительно снизить массу конструкции силовых установок и повысит их надежность за счет исключения сложной трансмиссии: редукторов, валов, муфт и пр., характерной для силовых установок с механическим приводом подъемного и маршевого винтов.

Размещение маршевых ВМУ на задней части корпуса на пилонах в плоскости хвостовых балок, на которых установлены кили, и в плоскости стабилизатора позволяет обеспечить полную обдувку хвостового оперения воздушным потоком от винтов, тем самым обеспечить управляемость и стабилизацию на малых взлетно-посадочных скоростях и при отказе одного из маршевых ВМУ.

Применение входного коллектора с образующим его радиусом, равным или более 0,25 величины радиуса подъемного винта, позволяет значительно увеличить подъемную силу на дискообразном корпусе при работающем подъемном винте за счет разрежения сверху корпуса на большей его площади. А применение входного коллектора с величиной поперечного сечения его площади менее 0,3 от величины площади опорной поверхности воздушной подушки также позволяет при неизмененном диаметре подъемного винта значительно увеличить подъемную силу за счет большей эффективности воздушной подушки при движении летательного аппарата на воздушной подушке.

По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемого комбинированного ЛА не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».

По мнению заявителя, сущность заявляемого изобретения не следует главным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на достигаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемый комбинированный ЛА, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, может быть многократно использована в производстве ЛА со смешанным принципом полета с получением технического результата, заключающегося в повышении устойчивости и управляемости на взлетно-посадочных режимах, снижении массы конструкции, увеличении подъемной силы, что позволяет сделать вывод о соответствии комбинированного летательного аппарата критерию «промышленная применимость».

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - комбинированный ЛА, вид сбоку;

на фиг.2 - комбинированный ЛА, вид в плане;

на фиг.3 - комбинированный ЛА, вид спереди;

на фиг.4 - единая силовая установка с газовым приводом подъемного винта, вид сбоку;

на фиг.5 - единая силовая установка, вид сверху.

Комбинированный ЛА содержит дискообразный корпус 1 (фиг.1) с центральным тоннелем 2, внутри которого установлено удобообтекаемое тело 3 с подъемным винтом 4 на его верхней части, скрепленное со стенками радиальными перегородками 5 аэродинамического профиля, пилотско-пассажирскую кабину 6, силовые установки с раздельным приводом подъемного 4 и двух или более маршевых винтов 7 от каждого двигателя 8 или единую силовую установку с газовым приводом подъемного винта 4 от двигателей-газогенераторов 9 маршевых винтомоторных установок (ВМУ), размещенных на пилонах 10 сзади корпуса 1, органы приземления на воздушной подушке в виде надувного торового баллона 11 с гибким ограждением 12 по передней и боковым его частям в виде колесно-лыжных опор 13 и 14 под нижней поверхностью ЛА, в виде глиссирующей поверхности 15 под пилотско-пассажирской кабиной 6 и гидрокрыла 16 сзади корпуса 1, поворотные створки 17, установленные на входе в тоннель 2, органы управления и стабилизации 18 в виде воздушных рулей, установленные на выходе из тоннеля 2, крыльевые консоли 19, хвостовое оперение со стабилизатором 20 и килями 21, установленными на задней части корпуса 1, струйные закрылки 22 и 23, установленные на задних частях крыльевых консолей 19 и корпуса 1, струйные рули 24 и 25 (фиг.2), установленные на стабилизаторе 20 и крыльевых консолях 19, элевоны 26, установленные на стабилизаторе 20, продольные аэродинамические гребни 27 (фиг.2, 3), установленные на передней части корпуса 1 сверху с двух сторон тоннеля 2.

Для осуществления вертикального взлета целесообразно применить единую силовую установку с газовым приводом подъемного винта 4.

Единая силовая установка с газовым приводом содержит два двигателя-газогенератора 9 с двумя маршевыми винтами 7 толкающего типа, подъемный винт 4, соединенный концами лопастей 28 с приводной турбиной 29, газовый коллектор 30 (фиг.4, 5), размещенный внутри входного коллектора 31 тоннеля 2, газоводы 32, соединенные с двигателями-газогенераторами 9, в которых размещены поворотные заслонки 33 перед свободной турбиной 34, которая соединена с редуктором 35, предназначенным для привода маршевого винта 7. Входной коллектор 31 выполнен в виде торовой поверхности с образующим радиусом, равным или более 0,25 от величины радиуса подъемного винта 4, размещенного в тоннеле 2. При этом величина площади поперечного сечения тоннеля 2 в плоскости входного коллектора 31, в которой размещена плоскость вращения подъемного винта 4, равна или менее 0,3 от величины площади опорной поверхности воздушной подушки, ограниченной торовым баллоном 11 с гибким ограждением 12.

Взлет с использованием воздушной подушки происходит следующим образом. С помощью компрессора (не показан) происходит наддув торового баллона 11 с одновременным выпуском по передней и боковых его частей ограждения 12. Производится запуск подъемного винта 4 и выход на расчетную мощность, в результате чего подъемный винт 4 нагнетает воздушный поток в полость воздушной подушки, ограниченной торовым баллоном 11 и гибким ограждением 12. Возникает наряду с реактивной подъемной силой от винта подъемная сила от воздействия воздушной подушки. Подъемная сила в целом становится значительно больше, если величина образующего радиуса входного коллектора 31 равна или больше 0,25 величины радиуса подъемного винта 4, а соотношение величин площадей плоскости вращения подъемного винта 4 и опорной поверхности воздушной подушки равно или меньше 0,3. При этом поворотные створки 17 открыты. Колесно-лыжные опоры 13 и 14, опираясь на поверхность земли, обеспечивают необходимое сцепление ЛА с ней. Затем производится запуск маршевых ВМУ. С выходом маршевых ВМУ на расчетную мощность ЛА производит разбег на воздушной подушке и колесно-лыжных опорах 13 и 14, которые продолжают обеспечивать сцепление с поверхностью земли и движение по курсу. Дополнительно устойчивое движение по курсу как при разбеге, так и при наборе высоты обеспечивается истечением воздушного потока назад из полости воздушной подушки и за счет обдува килей 21 воздушным потоком от маршевых винтов 7.

Аэродинамические гребни 27 ограничивают перетекание воздушного потока в тоннель 2 при маневре или боковом ветре и тем самым исключают боковую неустойчивость или так называемую «валежку» на взлете или посадке.

Элевоны 26, установленные на стабилизаторе 20, обеспечивают наряду с элеронами (на чертеже не указаны) дополнительную боковую балансировку на взлете или посадке при малых скоростях полета также за счет обдува элевонов 26 маршевыми винтами 7.

Струйные закрылки 22 и 23 наряду с рулями высоты (на чертеже не указаны) компенсируют большой кабрирующий момент на корпусе 1, вызванный работой подъемного винта 4 в тоннеле 2, и тем самым обеспечивают необходимую продольную балансировку.

После набора высоты и перехода в горизонтальный полет подъемный винт 4 останавливается, створки 17 закрывают тоннель 2, баллон 11 и гибкое ограждение 12 убираются, необходимая подъемная аэродинамическая сила создается на корпусе 1 и крыльевых консолях 19.

При снижении и посадке вышеназванные операции повторяются в обратном порядке: выпускается торовый баллон 11 и гибкое ограждение 12, запускается подъемный винт 4 с одновременным открытием поворотных створок 17 тоннеля 2. Посадка осуществляется на колесно-лыжные опоры 13 и 14 с использованием воздушной подушки.

При взлете и посадке на воду вступают в работу глиссирующая поверхность 15 и гидрокрыло 16.

Комбинированный ЛА имеет единую силовую установку с газовым приводом подъемного винта 4 от двигателей-газогенераторов 9 маршевых ВМУ, мощность которых достаточна для осуществления вертикального взлета и посадки.

Вертикальный взлет в этом случае осуществляется следующим образом. Производится запуск двигателей-газогенераторов 9 маршевых ВМУ, заслонки 33 которых поворачиваются в положение направления газовых потоков в коллектор 30 с помощью газоводов 32. Газ поступает на приводную турбину 29, которая скреплена с концами лопастей 28 подъемного винта 4. При этом одновременно открываются поворотные створки 17, через которые воздух поступает на подъемный винт 4. По мере увеличения оборотов и мощности приводной турбины 29 и подъемного винта 4 увеличивается подъемная сила (в основном, реактивная от винта), равная весу ЛА, в результате чего происходит вертикальный взлет на заданную высоту, с которой осуществляется переход в горизонтальный полет. Для этого поворотные заслонки 33 двигателей-газогенераторов 9 поворачиваются, подавая газ на свободную турбину 34, которая с помощью редуктора 35 приводит во вращение маршевый винт 7, в результате чего создается горизонтальная тяга и горизонтальное движение ЛА. По мере увеличения скорости горизонтального полета увеличивается аэродинамическая сила на крыльевых консолях 19 и корпусе 1 и снижается реактивная подъемная сила от подъемного винта 4. Когда аэродинамическая подъемная сила станет равной весу ЛА, то отключается привод подъемного винта 4 путем поворота заслонок 33 на полный привод свободной турбины 34, приводящей маршевый винт 7. Поворотные створки 17 полностью закрывают тоннель 2. Переход вертикального режима полета в горизонтальный может осуществляться с набором высоты и без него.

Стабилизация и управление на вертикальном взлете (посадке), висении и малых скоростях переходных режимов полета (с вертикального полета на горизонтальный и обратно) осуществляется за счет органов управления и стабилизации 18, установленных на выходе из тоннеля 2 и струйных рулей 24 и 25, размещенных на стабилизаторе 20 и крыльевых консолях 19.

Предложенный комбинированный ЛА является устойчивым и управляемым как в полете, так и при взлете и посадке на землю, слабонесущих грунтах, воде за счет повышения боковой устойчивости при наличии аэродинамических гребней, продольной устойчивости и управляемости за счет элевонов и струйных закрылков и рулей, является также высокоэффективным за счет снижения массы конструкции силовых установок. При этом комбинированный ЛА может эксплуатироваться не только при наличии подготовленных взлетно-посадочных площадок, но и при их отсутствии, т.е. осуществлять безаэродромную эксплуатацию. Это, а также создание экспериментального образца позволяет сделать вывод о соответствии комбинированного ЛА «промышленная применимость».

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Комбинированный летательный аппарат, содержащий дискообразный корпус с центральным тоннелем, внутри которого установлено удобообтекаемое тело с подъемным винтом на его верхней части, скрепленное со стенками радиальными перегородками аэродинамического профиля, пилотско-пассажирскую кабину, силовую установку с толкающими винтами, органы приземления на воздушной подушке в виде надувного торового баллона с гибким ограждением по передней и боковым его частям, в виде колесно-лыжных опор под нижней поверхностью корпуса и в виде глиссирующей поверхности под пилотско-пассажирской кабиной и гидрокрыла сзади корпуса, поворотные створки, установленные на входе в тоннель, крыльевые консоли, хвостовое оперение со стабилизатором и двумя и более килями, установленное на задней части корпуса, струйные закрылки, установленные на задних частях крыльевых консолей и корпуса, органы управления и стабилизации в виде воздушных рулей, установленных на выходе из тоннеля, струйные рули, установленные на стабилизаторе и крыльевых консолях, элевоны, установленные на стабилизаторе, отличающийся тем, что на передней части дискообразного корпуса сверху с 2-х сторон тоннеля установлены два и более продольных аэродинамических гребня.

2. Летательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что силовые установки выполнены с раздельным приводом подъемного и двух и более маршевых винтов или в виде единой силовой установки с газовым приводом подъемного винта от двигателей-газогенераторов маршевых винтомоторных установок, размещенных на пилонах сзади корпуса в плоскости хвостового оперения и стабилизатора.

3. Летательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что вход в тоннель, входной коллектор выполнен в виде торовой поверхности с образующим радиусом, равным или более 0,25 от величины радиуса подъемного винта, размещенного в тоннеле.

4. Летательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что величина площади поперечного сечения тоннеля в плоскости входного коллектора, в которой размещена плоскость вращения подъемного винта, равна или менее 0,3 от величины площади опорной поверхности воздушной подушки, ограниченной торовым баллоном с гибким ограждением.

www.freepatent.ru


Смотрите также