RU2504683C1 - Method of control over aircraft jet thrust vector - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed method comprises control over jet engine thrust vector, fuel flow running out from combustion chamber along Laval nozzle, lengthwise duplex control electromagnets mounted at nozzle outer expanded section, current MHD-generator installed at the nozzle throat, current stabiliser and rectifier and aircraft control system that controls said electromagnets. Control over jet engine thrust vector is ensured by deflection of plasma flow running out from combustion chambers with respect to nozzle mirror axis by electromagnetic field induced by control electromagnets. Plasma consists of positive-charge ions and negative-charge electrons. Note here that mass of ions is several orders of magnitude higher than that of electrons. This defines the thrust vector by the direction of positive ion flow.

EFFECT: simplified aircraft design, decreased weight and overall dimensions of jet engine.

2 cl, 1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Способ управления вектором тяги реактивного двигателя относится к аэрокосмической технике.A method for controlling a thrust vector of a jet engine relates to aerospace engineering.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство синхрофазотрона для управления и разгона протонов в нарастающем магнитном поле. Советская энциклопедия, 1968 г., стр.168.A synchrophasotron device is known for controlling and accelerating protons in an increasing magnetic field. Soviet Encyclopedia, 1968, p. 168.

Признак, являющийся общим для известного и заявленного способа, является воздействие электромагнитного поля на элементарные частицы, в том числе и протоны.A feature that is common to the known and claimed method is the effect of an electromagnetic field on elementary particles, including protons.

К причинам, препятствующим получению указанного результата, относится то, что протоны находятся в тороидальной формы вакуумной камере, создающей условия для разгона этих протонов до очень высоких скоростей, но не для отклонения потока протонов от оси движения.The reasons that impede the achievement of this result include the fact that the protons are in a toroidal shape in a vacuum chamber, which creates conditions for the acceleration of these protons to very high speeds, but not for the deflection of the proton flux from the axis of motion.

Известен способ формирования на поверхности ферромагнитной жидкости образований в виде «иголок ежа». При увеличении напряженности магнитного поля вблизи поверхности жидкости, магнитная жидкость притягивается и поднимается вверх, к магниту, и образует поверхность, похожую на шипы ежа. Журнал «Техника молодежи», №921, июнь, 2010 г., стр.42, репортаж с выставки инноваций, Иван Седов.A known method of forming on the surface of a ferromagnetic fluid formations in the form of "hedgehog needles". With increasing magnetic field near the surface of the liquid, the magnetic liquid is attracted and rises up to the magnet, and forms a surface similar to the spikes of a hedgehog. Youth Technology Magazine, No. 921, June 2010, p. 42, report from the Innovation Exhibition, Ivan Sedov.

Признак, являющийся общим для известного и заявленного решения, является перемещение массы ионизированных частиц к полюсам магнита.A feature that is common to the known and claimed solution is the movement of the mass of ionized particles to the poles of the magnet.

Причиной, препятствующей получению требуемого результата, является то, что визуализация влияния магнитного поля на изменение формы поверхности ноля проводилась на спокойной стационарной поверхности жидкости, находящейся в емкости.The reason that impedes obtaining the desired result is that the influence of the magnetic field on the change in the shape of the surface of the zero was visualized on a calm stationary surface of the liquid in the tank.

Известен способ выравнивания вихреобразного потока воздуха на входе в воздухозаборник газотурбинного двигателя (ГТД) с воздушным винтом за счет ионизации потока воздуха и воздействия на него магнитного поля.A known method of leveling a vortex-like air stream at the inlet of an air intake of a gas turbine engine (GTE) with a propeller due to ionization of the air stream and the effect of a magnetic field on it.

Признак, являющийся общим для известного и заявленного способа, является управляющее воздействие электромагнитов на ионизированный поток газа.A feature that is common to the known and claimed method is the control action of electromagnets on the ionized gas stream.

Причины, препятствующие получению требуемого результата в данном способе заключается в том, что для управления (выравнивания плотности) закрученного потока воздуха перед воздухозаборником:The reasons that impede the desired result in this method are that for controlling (density equalization) the swirling air flow in front of the air intake:

а) поток воздуха необходимо искусственно ионизировать за счет воздействия па него электрического разряда, образуемого введенными в поток электродами, тогда как в заявленном способе ионизация газового потока, истекающего из камеры сгорания, достигается за счет высокой температуры сгорания топлива (термической ионизации);a) the air stream must be artificially ionized due to the effect of an electric discharge formed by the electrodes introduced into the stream, whereas in the claimed method, the ionization of the gas stream flowing from the combustion chamber is achieved due to the high temperature of the fuel combustion (thermal ionization);

б) перемещение ионов газа в потоке происходит поперек оси движения потока от периферии к центру потока, и не влияет на направление вектора тяги ГТД.b) the movement of gas ions in the flow occurs across the axis of the flow from the periphery to the center of the flow, and does not affect the direction of the thrust vector of the gas turbine engine.

Статья «Управление потоком ионизированного газа в дозвуковом входном устройстве ГТД (газотурбинного двигателя) с воздушным винтом», О.В. Драч, УДК 629.735.03.621.43.031.3 (045)The article "Control of the flow of ionized gas in a subsonic inlet device of a gas turbine engine (gas turbine engine) with a propeller", O.V. Drach, UDC 629.735.03.621.43.031.3 (045)

http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Vejpt/2007_6_4/EEJET_6_4_2007_13-16.pdfhttp://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Vejpt/2007_6_4/EEJET_6_4_2007_13-16.pdf

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является способ управления пучком (потоком) электронов в кинескопе.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed invention is a method of controlling a beam (stream) of electrons in a kinescope.

Признак, являющийся общим для известного и заявленного способа, является воздействие на поток заряженных частиц (электронов), вылетающих из электронной пушки, магнитного поля отклоняющей системы, состоящей из вертикальных и горизонтальных отклоняющих катушек, воздействующих на поток электронов магнитным полем, и заставляющим поток электронов отклоняться в двух плоскостях (вверх-вниз и вправо-влево).A feature that is common to the known and claimed method is the effect on the flow of charged particles (electrons) emitted from the electron gun of the magnetic field of the deflecting system, consisting of vertical and horizontal deflecting coils, affecting the electron flow by a magnetic field, and causing the electron flow to deviate in two planes (up-down and right-left).

К причинам, препятствующим получению указанного результата относится то, что отклоняемый поток электронов в силу ничтожной массы потока не оказывает кинетического воздействия на элементы устройства.The reasons that impede the achievement of this result include the fact that the deflected electron flux due to the negligible mass of the flux does not have a kinetic effect on the elements of the device.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Сущность заявляемого способаThe essence of the proposed method

Истекающий из камеры сгорания поток газов при температуре от 3500°C в камере сгорания до 1500°C на выходном срезе сопла является ионизированным, (находящимся в состоянии плазмы) за счет воздействия указанной температуры (так называемая термическая ионизация), т.е. состоящим из положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов. При воздействии на поток плазмы электромагнитами управления, поток положительно заряженных ионов будет отклоняться в сторону отрицательного полюса магнита, а электронов - к положительному. При этом масса ионов в потоке на несколько порядков выше массы электронов. Вследствие этого направление вектора тяги определяется направлением потока положительных ионов относительно оси сопла под воздействием на него электромагнитов управления.The gas stream flowing out of the combustion chamber at a temperature of from 3500 ° C in the combustion chamber to 1500 ° C at the exit exit of the nozzle is ionized (in a plasma state) due to the influence of the indicated temperature (the so-called thermal ionization), i.e. consisting of positively charged ions and negatively charged electrons. When a control electromagnet acts on a plasma stream, the stream of positively charged ions will deviate toward the negative pole of the magnet, and the electrons toward the positive. In this case, the mass of ions in the flow is several orders of magnitude higher than the mass of electrons. As a result, the direction of the thrust vector is determined by the direction of the flow of positive ions relative to the axis of the nozzle under the influence of control electromagnets on it.

Управление вектором тяги РД достигается отклонением относительно оси симметрии сопла истекающего из камеры сгорания потока плазмы вследствие воздействия электромагнитного поля, которое создается электромагнитами управления.The control of the thrust vector of the taxiway is achieved by the deviation relative to the axis of symmetry of the nozzle of the plasma stream flowing out of the combustion chamber due to the action of an electromagnetic field that is created by control electromagnets.

Таким образом, управление вектором тяги двигателя достигается не наклоном оси подвижной части сопла относительно вектора движения потока истекающего газа, а отклонение массивной положительно заряженной части потока истекающего газа относительно оси сопла реактивного двигателя под воздействием магнитных полей управляющих магнитов, расположенных в плоскостях симметрии I-III и II-IV.Thus, the control of the thrust vector of the engine is achieved not by tilting the axis of the moving part of the nozzle relative to the motion vector of the outflowing gas flow, but by deflecting the massive positively charged part of the flow of outgoing gas relative to the axis of the jet engine nozzle under the influence of magnetic fields of control magnets located in the symmetry planes I-III and II-IV.

Технический результат заявляемого способаThe technical result of the proposed method

Задачами заявляемого способа управления вектором тяги реактивного двигателя летательного аппарата являются:The objectives of the proposed method for controlling the thrust vector of a jet engine of an aircraft are:

1. Упрощение конструкции сопел реактивного двигателя за счет замены управляющих (подвижных) сопел стационарными.1. Simplification of the nozzle design of the jet engine by replacing the control (movable) nozzles stationary.

2. Уменьшение веса реактивного двигателя.2. Reducing the weight of the jet engine.

Решение указанных задач достигается за счет исключения из конструкции сопла реактивного двигателя:The solution to these problems is achieved by eliminating from the design of the jet engine nozzle:

- электрогидравлических или электромеханических рулевых приводов, обеспечивающих отклонение подвижного сопла, и элементов их крепления.- electro-hydraulic or electromechanical steering gears, providing deflection of the movable nozzle, and their fastening elements.

- элементов подвески подвижной части сопла, герметизации и термоизоляции подвески;- suspension elements of the movable part of the nozzle, sealing and thermal insulation of the suspension;

- аккумуляторных батарей или других бортовых источников для рулевых приводов управляющих сопел ЛА.- rechargeable batteries or other on-board sources for steering drives of control nozzles of the aircraft.

Техническим результатом решения указанных задач является соответственно:The technical result of solving these problems is, respectively:

1. Повышение надежности работы реактивного двигателя летательного аппарата за счет исключения механических узлов из конструкции реактивного двигателя.1. Improving the reliability of the jet engine of the aircraft by eliminating mechanical components from the structure of the jet engine.

2. Увеличение дальности полета при равном количестве топлива за счет уменьшения веса конструкции реактивного двигателя.2. An increase in flight range with an equal amount of fuel by reducing the weight of the jet engine design.

Новизна технического решения заключается в том, что изменение направления вектора тяги РД происходит вследствие воздействия электромагнитами управления па истекающий из сопла поток продуктов сгорания топлива, представляющий собой ионизированный газ (плазму) за счет температуры горения топлива (термической ионизации). Температура продуктов сгорания находится в пределах от 3500°C в камере сгорания и до 1500°C на выходном срезе сопла. При этом масса потока положительных ионов на несколько порядков выше массы электронов.The novelty of the technical solution lies in the fact that a change in the direction of the thrust vector of the taxiway occurs due to the action of control electromagnets and the stream of fuel combustion products flowing out of the nozzle, which is an ionized gas (plasma) due to the temperature of fuel combustion (thermal ionization). The temperature of the combustion products ranges from 3500 ° C in the combustion chamber and up to 1500 ° C at the exit section of the nozzle. In this case, the mass of the flow of positive ions is several orders of magnitude higher than the mass of electrons.

Технический результат заявляемого способа заключается в том, что электромагнитами управления отклоняется поток относительно оси симметрии сопла. определяющего направление вектора тяги.The technical result of the proposed method is that the control electromagnets deviate the flow relative to the axis of symmetry of the nozzle. determining the direction of the thrust vector.

Перечень фигур чертежейList of drawings

Краткое описание чертежаBrief Description of the Drawing

Конструктивная схема устройства представлена на чертеже. На стационарном сопле (1) установлены две пары электромагнитов управления (2) в виде, например, продольных полос вдоль образующей закритической части на внешней поверхности раструба (3), в плоскостях симметрии I-III и II-IV.The structural diagram of the device shown in the drawing. Two pairs of control electromagnets (2) are installed on the stationary nozzle (1) in the form, for example, of longitudinal strips along the generatrix of the supercritical part on the outer surface of the socket (3), in the planes of symmetry I-III and II-IV.

С целью получения электрического тока, необходимого для подачи на электромагниты управления вектором тяги сопла, по течению потока плазмы в его поперечном сечении, например в критическом сечении, установлен МГД-генератор (4). Электрический ток, вырабатываемый МГД-генератором, проходит через выпрямитель (5) и стабилизатор (6).In order to obtain the electric current necessary to supply the nozzle thrust vector to the control electromagnets, an MHD generator (4) is installed along the plasma stream in its cross section, for example, in a critical section. The electric current generated by the MHD generator passes through a rectifier (5) and a stabilizer (6).

При этом на парные электромагниты управления (2), установленные в плоскости симметрии I-III или II-IV, подается электрический ток противоположных знаков по командным сигналам системы управления летательным аппаратом.In this case, the paired control electromagnets (2), installed in the plane of symmetry I-III or II-IV, are supplied with electric current of opposite signs by command signals from the aircraft control system.

Claims (2)

1. Способ управления вектором тяги сопла реактивного двигателя летательного аппарата, отличающийся тем, что для изменения направления вектора тяги отклоняется относительно оси симметрии поток истекающих из сопла газов, состоящих из плазмы (ионов и электронов) посредством воздействия на него парными электромагнитами управления, в виде, например, полос, установленных вдоль образующей закритической части на внешней поверхности раструба в плоскостях симметрии, при этом на парные электромагниты управления подается электрический ток противоположных знаков по командному сигналу системы управления летательным аппаратом.1. The method of controlling the thrust vector of the nozzle of a jet engine of an aircraft, characterized in that for changing the direction of the thrust vector, the flow of gases flowing out of the nozzle consisting of plasma (ions and electrons) is deflected relative to the axis of symmetry by exposure to it by paired control electromagnets, in the form, for example, strips installed along the generatrix of the supercritical part on the outer surface of the socket in the planes of symmetry, while an electric current is applied to the paired control electromagnets opolozhnyh signs of command signal aircraft control system. 2. Способ управления вектором тяги по п.1, отличающийся тем, что для получения электрического тока, необходимого для подачи на электромагниты управления вектором тяги, на сопло установлен МГД-генератор индукционного типа. 2. The thrust vector control method according to claim 1, characterized in that in order to obtain the electric current necessary for supplying thrust vector control electromagnets, an induction type MHD generator is installed on the nozzle.

Images