Układ napędowy rakietowo-strumieniowy

Przedmiotem wynalazku jest układ napędowy rakietowo-strumieniowy przeznaczony do stosowania jako napęd maszyn latających przy każdej prędkości ich lotu. Znane ze stosowania układy napędowe rakietowo-strumieniowe składają się z silnika rakietowego oraz strumieniowego. Silnik rakietowy służy do rozpędzenia maszyny latającej, która następnie jest napędzana silnikiem strumieniowym nie zużywającym utleniacza. Utleniacz, którego silnik rakietowy zużywa wielokrotnie więcej niż paliwa, a przez to obniża znacznie udźwig maszyny latającej, dostarcza wraz paliwem masy potrzebnej do uzyskania inercyjnego napędu.

Istota układu napędowego rakietowo-strumieniowego polega na tym, że silnik rakietowy połączony jest szeregowo przewodami paliwowymi z co najmniej jednym silnikiem strumieniowym, przy czym co najmniej jeden silnik strumieniowy wlotem powietrza jest umieszczony w osłonie. Korzystnie osłona wykonana jest w postaci tulei osłaniającej, która połączona jest żebrami z silnikiem strumieniowym. Korzystnym jest również to, że ma tuleję opasującą silnik strumieniowy z wlotem powietrza.

Zaletą techniczną nowego układu napędowego rakietowo-strumieniowego jest to, że część mieszanki spalin z powietrzem wytwarzanej przez silnik rakietowy jak i inne silniki, która na obwodzie swojego strumienia ma tak jak i opływające układ powietrze mniejsze ciśnienie statyczne a przez to ślizgająca się po fali uderzeniowej trafia do osłony silnika strumieniowego i opływając go, kanałem między nim a tuleją go osłaniającą, zwiększa swoją temperaturę a przez to i objętość. Powoduje to wzrost prędkości tej mieszanki a przez to jej pędu, wywołując dodatkową siłę ciągu. Zastosowanie, tulei osłaniających silniki strumieniowe pozwoliło na rezygnację w nich z rozbieżnej części dysz wylotowych, czyniąc z nich dysze samo regulacyjne wyrównujące temperaturę gazów wylotowych, co też zwiększa siłę ciągu.

Przedmiot wynalazku pokazany jest przykładowo na rysunku, który przedstawia schematycznie układ napędowy rakietowo-strumieniowy w przekroju podłużnym.
Układ napędowy rakietowo-strumieniowy składa się z silnika rakietowego 1 połączonego za pomocą przewodu paliwowego 2 z pierwszym silnikiem strumieniowym 3, który z kolei połączony jest za pomocą przewodu paliwowego 4 z drugim silnikiem strumieniowym 5. Przewód 2 obejmowany jest przez umieszczoną na wsporniku 6 kryzę 8, zaś przewód 4 obejmowany jest przez umieszczoną na następnym wsporniku 7 kryzę 9. Oba wsporniki są osadzone przesuwnie w korpusach silników 3 i 5, i dzięki temu zmieniają swoją długość. Pierwszy silnik strumieniowy 3 wyposażony jest we wlot powietrza 10 o wewnętrznym jego sprężaniu opasany tuleją osłaniającą 11. Tuleja 12 za pomocą umieszczonych na obwodzie pierwszego silnika strumieniowego 3, żeber 13 mocowana jest do niego, tworząc przestrzenny płaszcz osłony, co umożliwia stosowanie w takich silnikach większej temperatury spalania. Zwiększa to sprawność ich działania. Podobnie drugi silnik strumieniowy 5 osłonięty jest tuleją 14, która mocowana jest do niego za pomocą żeber 15. Ponadto pierszy silnik strumieniowy 3 wyposażony jest w tuleję opasującą 13 o kształcie wypukłym.

Działanie napędowego układu odrzutowego według wynalazku jest następujące. Silnik rakietowy 1 wytwarza strumień spalin o dużej prędkość i niskim ciśnienie statycznym, co wywołuje zasysanie przez niego powietrza przed wlotem powietrza 10 pierwszego silnika strumieniowego 3. Duża prędkość tak powstałej mieszaniny gazów powoduje znaczne jej sprężanie w pierwszym silniku strumieniowym 3, którego spaliny zasilają w podobny sposób drugi silnik strumieniowy 5 poprzez wlot powietrza 16. Przy czym mieszanka spalin z powietrzem wytwarzana przez silnik rakietowy 1, jak i silnik strumieniowy 3 ślizga się po stożku fali uderzeniowej i trafia do osłon silników strumieniowych 3 i 5 i opływając go, kanałem między nim a osłoną, zwiększa swoją temperaturę a przez to i objętość. W czym pomagają żebra 12 i 15 jak i osłony 12 i 14. Powoduje to wzrost jej prędkości a przez to dodatkową siłę ciągu. Wylatujące z silników 3 i 5 spaliny zwiększają ciśnienie gazów w tulejach osłonowych 11 i 14, co zwiększa sprawność przemiany termodynamicznej. Regulację siły ciągu można realizować przy małych prędkościach przez zmniejszanie zasilania paliwem silników strumieniowych 3 i 5, zaczynając od ostatniego, a przy dużych też i silnika rakietowego 1. Kryzy 8 i 9 obejmujące wsporniki 6 i 7 działają podobnie jak i silnik rakietowy 1 jako żądła przy prędkościach ponaddźwiękowych opływających ich gazów. Korzystnym jest stosowanie, szczególnie w pierwszym silniku strumieniowym 3, wlotu powietrza 10 o wewnętrznym sprężaniu, tak jak to jest stosowane w strumienicach. Podobnie działa też tuleja opasująca 11 zwłaszcza, gdy ma kształt wypukły. Tuleje 11 i 14 w końcowych swoich częściach spełniają rolę mieszaczy zwiększających siłę ciągu. Mogą też okresowo spełniać rolę dopalaczy.

Napędowy układ odrzutowy według wynalazku przez to, że silnik rakietowy 1 inicjuje jedynie jego działanie pozwala oszczędzać utleniacz, a przez zwiększanie ciśnienia w silnikach strumieniowych 3 i 5 jak i w ich osłonach 11 i 14 paliwo. Poza tym wykorzystując ciepło chłodzenia silników strumieniowych 3 i 5 uzyskuje się dodatkową siłę ciągu. Zwiększanie masy biorącej udział w napędzie inercyjnym zmniejsza względną moc strumienia energii, co też zmniejsza zużycie paliwa.

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ napędowy rakietowo-strumieniowy wyposażony w silnik rakietowy i silnik strumieniowy, znamienny tym, że ma silnik rakietowy (1) połączony szeregowo przewodami paliwowymi (2, 4), z co najmniej jednym silnikiem strumieniowym (3, 5), przy czym co najmniej jeden silnik strumieniowy (3, 5) z wlotem powietrza (10, 16) jest umieszczony osłonie.
2. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że osłona jest wykonana w postaci tulei osłaniającej (11, 14), która połączona jest żebrami (12, 15) z silnikiem strumieniowym (3, 5).
3. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że ma tuleję opasującą silnik strumieniowy (3, 5) z wlotem powietrza (10, 16)

Skrót opisu

Układ wyposażony w silnik rakietowy i silnik strumieniowy, charakteryzuje się tym, że ma silnik rakietowy (1) połączony szeregowo przewodami paliwowymi (2, 4), z co najmniej jednym silnikiem strumieniowym (3, 5), przy czym co najmniej jeden silnik strumieniowy (3, 5) z wlotem powietrza (10, 16) jest umieszczony osłonie. Osłona jest wykonana w postaci tulei osłaniającej (11, 14), która połączona jest żebrami (12, 15) z silnikiem strumieniowym (3, 5).

Wykaz oznaczeń:

1. silnik rakietowy
2. przewód paliwowy
3. silnik strumieniowy
4. przewód paliwowy
5. silnik strumieniowy
6. wspornik
7. wspornik
8. kryza
9. kryza
10. wlot powietrza
11. tuleja osłaniająca
12. żebro
13. tuleja opasająca
14. tuleja osłaniająca
15. żebro
16. wlot powietrza