RU196303U1 - Воздушный движитель черногорова - Google Patents

Abstract

Воздушный движитель Черногорова предназначен для пассажирских авиалайнеров в качестве надежного и эффективного движущего устройства. Он работает от вала силовой установки, которой предпочтительно может быть авиационный электрический двигатель. Может надежно работать на высотах до 50 км от уровня мирового океана. По развиваемой тяге превосходит любой турбовентиляторный двигатель эквивалентной массы. Значительно экономичней самых лучших турбовентиляторных двигателей. Конструктивно устроен проще любого турбовентиляторного двигателя. Прост в обслуживании. Чем выше скорость полета авиалайнера, тем большую тягу развивает воздушный движитель. Не боится попадания во внутрь таких птиц, как чайки, вороны, голуби, поскольку движитель может периодически продуваться потоком воздуха от вентилятора по команде летчика. Кроме тягового вентилятора воздушный движитель имеет тяговый ротор, который создает тягу вдоль оси вращения значительно большей величины, чем тяговый вентилятор при одинаковой частоте вращения, поскольку и вентилятор и ротор сидят на одном валу. Таким валом может быть вал электродвигателя с общими для электродвигателя и воздушного движителя опорными и упорными подшипниками. До такого воздушного движителя не додумался ни один конструктор за всю 130-и летнюю историю развития авиации.

Description

Заявленное техническое решение относится к области авиации, и, как более надежное, предназначено заменить на всех гражданских авиалайнерах турбореактивные и турбовентиляторные двигатели. Их внедрение позволит сделать гражданскую авиацию более безопасной и привлечь к гражданской авиации, как к транспортному средству, дополнительно довольно значительное число пассажиров.

Из настоящего уровня техники известно, что большинство пассажирских авиалайнеров, таких как Airbus, Boeing и других производителей, оснащены турбовентиляторными двигателями, около 80% тяги которых осуществляется вентиляторами, приводимыми в работу газовыми турбинами, сжигающими керосин. Что касается лучших современных вентиляторов турбовентиляторных двигателей, то их развитие доведено до совершенства, и многим конструкторам кажется, что лучшего и более эффективного воздушного движителя для дальнемагистральных авиалайнеров получить, чем современные лучшие турбовентиляторные двигатели, не представляется возможным. Однако и у лучших турбовентиляторных двигателей есть ряд недостатков. Во-первых, они очень неэкономичны, поэтому на дальний перелет нужно брать очень много керосина (до двухсот тонн на 30-40 тонн перевозимого груза). Во-вторых, несмотря на жаростойкие сплавы, газовые турбины работают в экстремальных условиях высоких температур продуктов сгораемого керосина. В-третьих, экстремальные условия имеют место на большой высоте. С другой стороны, птицы, попавшие в турбовентиляторные двигатели, могут привести к авиационной катастрофе. Последние факторы отпугивают от перелетов очень многих пассажиров, заставляя их пользоваться другими видами транспорта.

Еще турбовентиляторные двигатели называют двухконтурными двигателями. Каждый контур заканчивается собственным соплом, каждое из которых рассчитано на увеличение скорости истечения воздуха от вентилятора и отработанных газов после турбины для увеличения общей тяги турбовентиляторного двигателя. Таким образом, сопла в турбовентиляторных двигателях являются ограничителями максимальной тяги двигателей. И здесь, для турбовентиляторных двигателей ничего лучшего придумать не удалось.

Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в том, чтобы на пассажирских авиалайнерах устанавливались воздушные движители, лишенные всех недостатков турбовентиляторных двигателей, перечисленных выше, с одновременным упрощением конструкции воздушного движителя и повышением его эффективности.

Данная задача достигается за счет того, что воздушный движитель включает тяговый вентилятор, сидящий на общем пустотелом шлицевом валу движителя, направляющие воздушного потока с незначительным разворотом против вращения вала и насаженного на вал разъемного тягового ротора. Фронтальная часть ротора с разъемными воздухозаборниками и разъемными прямоугольными соплами, составляющими эвакуаторы воздуха, жестко насажена на вал, а тыльная (вторая) часть ротора, с деталями, дополняющими разъемные воздухозаборники и прямоугольные сопла, с силовыми лопатками, установленными с обратными стреловидностями к воздушным струям от каждого сопла и составляющих вместе с эвакуаторами воздуха энное количество пар, в зависимости от величины и максимальной тяги движителя, может перемещаться на шлицах вдоль вала движителя во время его работы специальным устройством, раскрывая воздухозаборники и сопла по команде летчика, для удаления попавших в движитель птиц. Фронтальная и тыльная части ротора плотно смыкаются в единый ротор, но при этом между ними вдоль каждой лопатки образуется щель для прохода воздуха, который предотвращает отрыв воздушного потока, обтекающего каждую лопатку, от задней кромки лопатки, предотвращая вибрации лопаток и увеличивая тягу движителя. По сути, воздушные движители Черногорова могут быть без вентиляторов и без направляющих воздушного потока внутри движителя, а иметь лишь один разъемный ротор, который будет обеспечивать высокую тягу движителю. Это достигается за счет того, что воздушные потоки от воздухозаборников через сопла имеют очень высокие скорости истечения воздушных струй, направленных против вращения ротора с набегающими лопатками. Относительная скорость набегающих воздушных струй на лопатки может достигать более одного Маха. При этом обратная стреловидность установки лопаток относительно периферии окружности вращения лопаток не позволяет воздушным потокам под действием центробежных сил скользить вдоль лопаток, теряя свою потенциальную энергию. Такое устройство значительно упрощает конструкцию воздушного движителя и значительно снижает аэродинамическое сопротивление работающего воздушного движителя, позволяя авиалайнерам, оснащенным такими воздушными движителями летать с повышенными скоростями. Истечение воздушных струй через сопла против вращения ротора, позволяют воздушному движителю быть очень экономичным. У таких движителей с увеличением скорости полета авиалайнера увеличивается тяга движителя. Однако подпертый тяговым вентилятором продвинутой конструкции, воздушный движитель Черногорова может быть привлекательным для таких производителей, как Airbus и Boeing.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является установленный на валу тяговый разъемный ротор, обладающий рядом характеристик, создающих зоны разрежения (ЗР) и зоны сжатия воздуха (ЗС), которые улучшают тяговые характеристики движителя. Так, ЗР, образованные по окружности вдоль всей фронтальной зоны вращающегося ротора выполняют роль дозвукового сопла воздушной части контура турбовентиляторного двигателя, обеспечивающего высокую тягу вентилятора. ЗС, поддерживаемые двигателем, вращающим ротор, позволяют создавать соплами воздухозаборников ротора скоростные воздушные струи, направленные против вращения ротора и создавать на лопатках вращающегося ротора еще одну высокую тягу движителя, превосходящую тягу вентилятора. Все это происходит во вращающемся роторе движителя в силу неразрывности уравнения ρvS=const со всеми вытекающими последствиями, где ρ - плотность воздуха в воздушной струе в сопле, v - скорость течения воздуха в сопле, S - сечение сопла. Для поддержания постоянства ρvS при увеличении скорости v и проявляющимся сжатием среды с уменьшением плотности в направлении течения при определенной конструкции сопел, вращающийся ротор поддерживает стабильность работы движителя с ростом скорости течения воздушных струй за счет перепада давления воздуха в воздухозаборниках ротора и в выходных сечениях сопел. Таким образом, конструкция движителя улучшает качество воздушных перевозок, исключает экстремальные условия работы, присущие турбовентиляторным двигателям, такие, как высокие температуры продуктов сгорания керосина, быстрая остановка двигателя при неисправностях, резкое увеличение лобового сопротивления остановившихся турбовентиляторных двигателей и невозможность их повторного запуска в короткий промежуток времени.

Устройство и работа воздушного движителя Черногорова, оборудованного тяговым вентилятором, поясняется фигурами 1, 2 и 3.

На фиг. 1 изображен общий вид движителя в разрезе.

На фиг. 2 изображен ротор с воздухозаборниками и лопатками.

На фиг. 3 изображен частичный разворот движителя, поясняющий его работу.

На фиг. 1 показан воздушный движитель, смонтированный на одном валу с авиационным электрическим двигателем. На пустотелый шлицевой вал 1 жестко насажен тяговый вентилятор с лопостями 12. Также жестко на вал 1 насажена фронтальная часть ротора 2 с воздухозаборниками (эвакуаторами воздуха) 4 с прямоугольными соплами 5. Между вентилятором и воздухозаборниками 4 фронтальной части ротора 2 установлены направляющие воздушного потока 13 с периферийными проходами N (для птиц, попавших в вентилятор). Тыльная часть ротора имеет детали 6, закрывающие воздухозаборники 4 и сопла 5 и жестко закрепленные лопатки 7. Тыльная часть ротора может передвигаться на шлицах вала 1 с помощью кольцевой реборды 8, тележек 11, связанных вилкой 10 с гидроцилиндром 9, управление которым выведено к пилоту. Смыкание фронтальной и тыльной частей ротора происходит по линиям 14. Воздухозаборники 4 ротора могут иметь любую форму, но на всех трех фигурах показаны прямоугольные конструкции с фронтальными кромками 17. Закрыт движитель корпусом 16 с общим воздухозаборником 15. Корпус 16 заканчивается кольцевой камерой М и операется на поддерживающую конструкцию, связанную с тяговым авиационным электродвигателем, оснащенным опорными и упорными подшипниками, общими для двигателя и движителя.

На фиг. 2 показаны установленные на фронтальной части тягового ротора воздухозаборники 4 с соплами 5 и установленные на тыльной части ротора лопатки 7. Направление вращения ротора показано стрелкой Q. Количество пар воздухозаборник 4 - лопатка 7, установленных на разъемном тяговом роторе, может быть любым в разумных пределах. В данном случае взято двенадцать пар, оси которых, проходящие по передним кромкам 17 воздухозаборников 4 сдвинуты на угол ψ, равный 30 градусам. Обратная стреловидность осевых линий лопаток 7 составляет угол γ с осевой линией соседней пары воздухозаборник-лопатка, расположенной непосредственно за лопаткой. Осевая окружность 19 вершин углов γ обратной стреловидности лопаток определяется при проектировании каждой модели воздушного движителя. На фиг. 2 показаны раскрытые воздухозаборники 4 с соплами 5. В верхней части фиг. 2 показаны контуры детали 6, изображенной на фиг. 3, со щелью 18 и линия ABCDEF 20 разворота смыкания фронтальной и тыльной частей ротора, показанной на фиг. З. В центре фиг. 2 показано расположение шлицевого вала 1, на котором расположен разъемный ротор.

На фиг. 3 показан частичный разворот воздушного движителя, объясняющий его работу. Линия ABCDEF разъединения фронтальной и тыльной частей ротора в точках В, D, F и остальных подобных по всей окружности ротора, имеет щели 18, проходящие в сомкнутом роторе вдоль каждой лопатки 7. Эти щели входят в зоны сжатия воздуха ЗС отделенные от зоны разрежения ЗР условной пунктирной линией. Они предназначены для прохода воздуха из зон сжатия воздухозаборников 4 на задние части лопаток 7 с целью предотвращения отрыва воздушного потока от задних поверхностей лопаток 7, предотвращая вибрацию лопаток 7. Детали 17 воздухозаборников 4 ограничивают воздухозаборники и сопла с фронтальной стороны ротора, с верхней и с нижней стороны ротора. Детали 6, установленные вместе с лопатками 7 на тыльной части ротора, ограничивают воздухозаборники 4 и сопла 5 с тыльной (задней) стороны, предавая им соответствующие формы, необходимые для работы движителя.

Работа воздушного движителя. Авиационный электрический двигатель вращает вал 1 (фиг. 1), на котором вращаются тяговый вентилятор с лопастями 12 и тяговый ротор с фронтальной и тыльной частями в сомкнутом состоянии. Воздух от лопастей вентилятора 12 (фиг. 3) проходит через направляющие 2 в зоны разрежения ЗР, создаваемые вращающимся ротором и далее попадает в зоны сжатия ЗС воздухозаборников 4, в которых давление превышает давление в воздушных струях на выходах из сопел 5. Благодаря вращению воздухозаборников 4 в фронтальной части ротора создаются зоны разрежения ЗР, которые выполняют функзии сопел в воздушных контурах турбовентиляторных двигателей, обеспечивая вентеляторам до 80% тяги. Эта функция остается и у вентилятора предлагаемого воздушного движителя. Воздушные струи из сопел 5, направленные против вращения ротора, устремляются на набегающие лопатки 7. При этом скорости воздушных струй относительно лопаток 7 могут составлять до одного Маха и более. Потенциальная энергия воздушных струй помогает электродвигателю вращать ротор и вентилятор и создавать на лопатках 7 тягу значительно большей величины, чем ее создает вентилятор. Конструктивно лопатки 7 и воздухозаборники 4 у разных воздушных движителей могут иметь значительные отличия от приводимых в заявке. Размеры деталей 6 и 17 на фиг. 2 и 3 - L и V показаны условно, чтобы их можно было различать на фигурах.

Периодически летчик может отодвигать тыльную часть ротора от фронтальной, продувая движитель от попавших в него птиц, воздействуя на реборду 8. Но чтобы выбрасываемые из движителя птицы не летели в сторону фюзеляжа лайнера, воздушный движитель имеет кольцевую камеру М (фиг. 1), препятствующую выбросу птиц в сторону фюзеляжа.

Для торможения самолета на взлетно-посадочной полосе после приземления, летчик отодвигает тыльную часть ротора от фронтальной и переключает электродвигатель на обратное вращение. Вентилятор начинает вращаться в обратную сторону и затормаживает самолет на взлетно-посадочной полосе.

Предлагаемые воздушные движители станут надежными и эффективными устройствами для пассажирских авиалайнеров, оборудованных новейшими энергетическими установками 21 века, которые в настоящее время успешно разрабатываются в ряде промышленно развитых стран.

Claims (3)

1. Воздушный движитель, характеризующийся тем, что он включает тяговый вентилятор, жестко сидящий на общем пустотелом шлицевом валу, направляющие воздушного потока, с незначительным разворотом против вращения вала и вращающегося на валу разъемного ротора, фронтальная часть которого, с основаниями разъемнымных воздухозаборников (эвакуаторов воздуха) и разъемными прямоугольными соплами жестко насажена на вал, а тыльная часть ротора, с деталями, дополняющими разъемные воздухозаборники и прямоугольные сопла, с силовыми лопатками, установленными с обратными стреловидностями к воздушным струям от каждого сопла и составляющих энное количество пар с воздухозаборниками, в зависимости от величины и максимальной тяги движителя, может перемещаться на шлицах вдоль вала движителя во время его работы гидроцилиндром с возможностью плотного прилегания к жестко насаженной на вал фронтальной части ротора с фиксацией, образуя единый ротор, но который может раскрывать воздухозаборники и сопла по команде летчика для выброса из движителя во время полета случайно попавших птиц, но именно воздушные струи от сопел, движущиеся с большой скоростью против вращения ротора поперек движителя, создают, на движущихся навстречу лопатках основную тягу движителя вдоль оси вращения, значительно превышающую тягу вентилятора, а сам воздушный движитель собирается на общем валу тягового авиационного электродвигателя, оснащенного устройством с поддерживающей конструкцией и опорно-упорными подшипниками.

2. Воздушный движитель по п. 1, отличающийся тем, что направляющие воздушного потока от вентилятора имеют на перифериях каналы N, размеры которых позволяют попавшим в вентилятор птицам попадать в воздухозаборники ротора, и, при разъеме ротора, попадать в кольцевую камеру М движителя и потоком воздуха удаляться из движителя.

3. Воздушный движитель по п. 1, отличающийся тем, что при плотно прилегающих друг к другу фронтальной и тыльной частях ротора во время работы, сомкнутый ротор имеет вдоль каждой лопатки щель для прохода воздуха, который предотвращает отрыв воздушного потока от задней кромки каждой лопатки, блокирует вибрацию лопаток, увеличивая тягу движителя.

Images