Мотор-винт

 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к конструкции двигателей внутреннего сгорания и авиационных винтов. Мотор-винт содержит четырехзубый ротор, расположенный соосно во втулке воздушного винта и соединенный с ним посредством вала и подшипниковых опор. Ротор помещен во внутреннюю цилиндрическую полость высотой, равной ширине зуба ротора. Наружная сторона этой полости закрывается фланцевым уплотнением, выполненным заодно с ротором. Объем этой полости делится зубьями ротора на четыре камеры сгорания, имеющей впускные и выпускные отверстия. Выхлопные газы за счет выхлопных каналов, выполненных внутри лопастей, направляются по касательной к окружности вращения лопастей, вызывая вращающий момент. Эти каналы образуют с другими каналами, выполненными внутри лопастей, эжекторы. Разрежение от эжекторов используется для продувки и всасывания горючей смеси внутрь каждой камеры сгорания поочередно с последующим его воспламенением за счет переноса фронта пламени из одной камеры сгорания в другую, так как ширина выпускного отверстия выполнена несколько больше ширины зуба ротора. Между ротором и втулкой винта выполнены тепловые зазоры, что исключает трение скольжения между ними. 4 ил.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к конструкции двигателей внутреннего сгорания и авиационных винтов.

Известны авиационные несущие винты, для вращения которых используются газовые струи от реактивных двигателей, расположенных на лопастях несущего винта [1] Реактивный крутящий момент от таких винтов не передается на корпус летательного аппарата. Однако расположение двигателей на лопастях винта имеет ряд недостатков: двигатели находятся в поле действия центробежных сил; система управления и топливопитания таких двигателей является достаточно сложной.

Известна конструкция роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащего корпус с двумя пересекающимися цилиндрическим рабочими полостями, в которых на валах, соединенных синхронизирующей передачей, расположены взаимно сопряженные ведущий и ведомый роторы, соответственно с зубьями и впадинами циклоидального профиля, а камеры сгорания расположены во впадинах ведомого ротора. Всасывание и подача каждой порции горючей смеси в межзубовое пространство обоих роторов осуществляется при помощи эжектора, выполненного в выпускном коллекторе каждого ротора в момент выхода отработанных газов [2] Конструкция данного роторного двигателя позволяет исключить маховик и эксцентричные противовесы, что значительно облегчает двигатель.

Основными недостатками данного двигателя являются: обязательное наличие двух роторов ведомого и ведущего; наличие синхронизирующей передачи; необходимость торцевого и радиального уплотнения.

Известен роторный двигатель, содержащий корпус, расположенный в нем вал с рабочим ротором, в котором выполнена камера сгорания и сообщенное с ним сопло, топливные форсунки и систему дозирования подачи воздуха и топлива [3,4] Недостатком данной конструкции двигателя является необходимость принудительной подачи горючего и окислителя раздельно через форсунки и клапана.

Целью изобретения является упрощение конструкции авиационного винта с реактивным приводом за счет использования энергии выхлопных газов роторного двигателя, расположенного в его втулке.

Указанная цель достигается тем, что лопасти винта выполнены полыми внутри и по выходной кромке имеют отверстие щелевидной формы. Внутри каждой полости выполнены два канала, образующих эжектор. В один из них, проходящий по контуру входной кромки лопасти, подаются газообразные продукты сгорания топливо-воздушной смеси и направляются по касательной к окружности вращения лопасти, причем выходное отверстие этого канала расположено на некотором расстоянии от щелевидного отверстия на выходной кромке, за счет чего при выпуске отработанных газов возникает разрежение во втором канале. Это разрежение используется для продувки, всасывания и подачи горячей смеси в межзубовое пространство ротора, расположенное во втулке винта. Внутренняя цилиндрическая поверхность винта и разделительные перегородки (зубы) выполнены совместно с фланцевым уплотнением ротора и образуют камеры сгорания. На внутренней боковой цилиндрической поверхности винта выполнены отверстия для соединения камер сгорания с всасывающими и выпускными каналами эжекторов, расположенные через 90^o друг от друга, а на плоскости основания расположены отверстия, периодически соединяющие камеры сгорания посредством впускного коллектора с карбюратором или газосмесителем, образуя золотниковое газораспределительное устройство, причем эти отверстия лежат на одной плоскости осевого сечения с всасывающими отверстиями эжекторов, и средняя линия лопастей проходит через эту плоскость. При вращении винта ротор неподвижен. Вал, на котором крепится винт, проходит через сквозное отверстие вдоль оси ротора и вращается на двух подшипниковых опорах. Через отверстие внутри вала подается топливо к карбюратору и осуществляется управление его работой. Между внутренней цилиндрической поверхностью винта и разделительными перегородками и фланцевым уплотнением ротора выполнены тепловые зазоры, за счет чего между ними нет трения скольжения. Утечки продуктов сгорания между винтом и фланцевым уплотнением направлены в ту же сторону, что и воздушный поток от винта, вследствие чего их энергия складывается с энергией основного воздушного потока.

При вращении винта центробежный поток внутри лопастей увеличивает разрежение во всасывающем канале. Воспламенение горючей смеси осуществляют свечи зажигания, расположенные на фланцевом уплотнении внутри каждой камеры сгорания. Ширина выпускного отверстия выполнена несколько шире, чем толщина разделительных перегородок ротора, за счет чего происходит перенос фронта пламени из одной камеры сгорания в другую, что обеспечивает процесс самовоспламенения горючей смеси во время работы, а система зажигания используется только для запуска.

На фиг. 1 изображен условный поперечный разрез мотор-винта; на фиг.2 - условный продольный разрез мотор-винта; на фиг.3 поперечное сечение лопасти; на фиг.4 момент самовоспламенения горючей смеси за счет переноса фронта пламени от одной камеры сгорания к другой.

Мотор-винт состоит из неподвижного ротора 1 вращающейся втулки с лопастями 2, соединенных между собой посредством вала 3, полого внутри и подшипниковых опор 4. Гайка и упорный подшипник 5 позволяет регулировать тепловой зазор между втулкой и ротором. Через отверстие внутри вала проходит шток 6, оканчивающийся регулирующим конусом 7, имеющим отверстия для распыливания топлива, подводимого по топливопроводу 8. Втулка винта имеет сужение, образующее входное отверстие 9, служащее для забора воздуха, эффективное сечение которого регулируется конусом 7 при перемещении штока 6 вдоль своей оси. Это позволяет регулировать количество топливо-воздушной смеси, поступающей в камеры сгорания 10, которые посредством отверстий 11 при вращении винта поочередно попарно соединяются с входным отверстием 9. Воспламенение топливно-воздушной смеси при запуске осуществляют свечи зажигания 12. Продукты сгорания через выпускные отверстия 13 попадают в выпускные каналы 14, выполненные внутри лопасти по входной кромке и заканчивающиеся щелевидным отверстием 15, расположенного напротив выхлопного отверстия 16, направляющего выхлопные газы по касательной к окружности вращения лопастей. При этом в канале 17 создается разрежение, которое через отверстия 18 и отверстия 11 производит продувку и заполнение камер сгорания 10 свежей топливо-воздушной смесью. Фланец 19 предназначен для крепления мотор-винта по месту установки.

На фиг. 3 показана работа эжектора.

На фиг. 4 показан процесс переноса фронта пламени из одной камеры сгорания в другую в момент перехода выпускного отверстия 13 над вершиной зуба ротора, так как ширина зуба несколько меньше ширины выпускного отверстия. Стрелкой указано направление вращения втулки винта. Свечи зажигания 12, установленные на фланце уплотнения 20 (фиг. 2), находятся рядом с вершиной зуба ротора с левой стороны (фиг. 4). Момент зажигания должен происходить с началом открытия выпускного отверстия. При этом фронт пламени будет распространяться от одной вершины зуба к другой, что необходимо для более полного сгорания топливо-воздушной смеси в объеме камеры сгорания, а не в выпускном канале.

Применение данного мотор-винта в авиации и судостроении позволит увеличить надежность летательных аппаратов, судов на воздушной подушке и подобных устройств, упростить их конструкцию, уменьшить вес за счет отсутствия трансмиссии для передачи вращения на вал двигателя (в конструкции винтокрылых аппаратов), увеличить полезный объем летательного аппарата. Так как между ротором и втулкой мотор-винта отсутствует трение скольжения за счет наличия тепловых зазоров, мотор-винт не требует смазки, за исключением лишь смазки подшипниковых опор вала, что облегчает эксплуатацию устройства. При изготовлении мотор-винта с нулевым шагом, т.е. без угла атаки лопастей, мотор-винт может быть использован как обычный роторный двигатель внутреннего сгорания, вращающий момент от которого можно брать с вала втулки винта.

Источники информации 1. Патент Колумбии N 445199, B 64 C 27/08 от 25.02.1969 (прототип).

2. Патент РФ N 370353, F 02 B 55/00 от 15.01.1973.

3. Авт. свид. 992778 F 02 K 11/00, F 02 B 53/00 от 30.01.83.

4. Авт. свид. SU, 1719695, A1 F 02 K 11/00 от 15.03.1992.

Формула изобретения

Авиационный винт, для вращения которого используются газовые струи, направленные по касательной к окружности вращения лопастей, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции винта, для образования газовых струй используются выхлопные газы роторного двигателя, расположенного в его втулке и состоящего из четырехзубого ротора, имеющего с одной стороны фланцевое уплотнение и сквозное отверстие по оси, в котором имеются подшипниковые опоры для крепления вала втулки винта, прилегающей своей внутренней плоскостью к второй стороне ротора и имеющей внутри цилиндрическую полость высотой, равной ширине зубьев ротора, образует за счет внутренней цилиндрической поверхности четыре камеры сгорания, разделенных зубьями ротора и имеющих впускные и выпускные отверстия, выполненные в теле втулки винта, посредством которых продукты сгорания через выпускные каналы, выполненные внутри лопастей, подаются в сопла, имеющие щелевидную форму и расположенные на концах лопастей, и создают в другом канале, выполненном в теле лопасти, разряжение за счет эжекции, используемое для продувки и всасывания горючей смеси в межзубовое пространство ротора с последующим его воспламенением за счет переноса фронта пламени из одной камеры сгорания в другую в момент открывания выпускного отверстия, так как ширина выпускного отверстия выполнена несколько больше ширины зуба ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4