Układ napędowy śmigłowo-strumieniowy

Przedmiotem wynalazku jest układ napędowy śmigłowo-strumieniowy nadający się do napędu maszyn latających, a szczególnie lekkich samolotów. Znane ze stosowania napędy wirników, umieszczone na końcu ich łopat, polegają na zastosowaniu silnika rakietowego bez lub z silnikiem strumieniowym, używają tego pierwszego do rozpędzenia wirnika, który następnie jest napędzany oszczędniejszym silnikiem strumieniowym.

Silniki rakietowe zużywają nie tylko paliwo, ale i wielokrotnie więcej od niego utleniacza, który obniża udźwig napędzanej nimi maszyny latającej. Dostarcza on wraz paliwem masy potrzebnej do uzyskania inercyjnego napędu. Celem lepszego wykorzystania tej masy spalanie paliwa w silniku rakietowym odbywa się przy bardzo wysokim ciśnieniu, które wywołuje dużą prędkość opuszczający go spalin o dużej energii kinetycznej, bezpowrotnie traconej. Znane silniki strumieniowe, potrzebujące tylko dostarczania paliwa, ale muszą być rozpędzane i to do znacznej prędkości zwiększającej ich sprawność skutecznie dopiero, gdy przekroczy ona prędkości dźwięku. Do czego używane są silniki rakietowe. Poza tym silniki strumieniowe zwiększają opór wirnika, co zmniejsza jego sprawność a siła odśrodkowa odwrotnie proporcjonalna do jego średnicy uniemożliwia wręcz jego stosowanie na końcach łopat śmigła.

Istota układu według wynalazku polega na tym, że łopaty śmigła osadzone są w kołpaku. Do śmigieł zamocowany jest pierścień, na którego wypukłej wewnętrznej stronie przed miejscem jego mocowania na łopatach, usytuowane są wloty powietrza i wyloty spalin, które przechodzą we wloty mieszanki spalinowo powietrznej silników. Przed wlotami mieszanki usytuowane są żądła. Ponadto wewnętrzna powierzchnia pierścienia ma kształt wypukły.

Zaletą wynalazku jest wykorzystanie iniektorowego działania strumienia gazów do zasysania otaczającego go powietrza, a energii tego strumienia do sprężania mieszanki paliwowej w komorze spalania silnika. Poza tym, dzięki rozmieszczeniu silników szeregowo wzdłuż obwodu pierścienia, które powoduje wzajemne ich zasilanie, potęguje wzrost ciśnienia w ich komorach spalania zwiększając, przez to, ich moc i sprawność.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia częściowy widok z przodu układu napędowego śmigłowo-strumieniowego, fig. 2 - częściowy przekrój pierścienia wzdłuż jego obwodu, a fig. 3 - częściowy przekrój podłużny pierścienia.

Układ napędowy śmigłowo-strumieniowy składa się z łopat śmigła 1 osadzonych w kołpaku 2, do których zamocowany jest pierścień 3, na którego wypukłej wewnętrznej stronie usytuowane są wloty powietrza 4, przed miejscem jego mocowania na łopatach 1. Tam też usytuowane są wyloty spalin 5, które przechodzą we wloty mieszanki 6 spalinowo powietrznej silników 7, a przed którymi usytuowane są żądła 8. Układ wyposażony jest w maszynę elektryczną służącą do jego rozruchu oraz doładowywania akumulatorów.

Działanie układu według wynalazku jest następujące. Maszyna elektryczna wprawia w ruchu układ aż do momentu, gdy jest on sam zdolny dalszego przyspieszania. Wtedy następuje wtrysk paliwa i jego zapłon w silnikach strumieniowych 7. Część spalin wylatuje ich wylotami 5 a część po zmieszaniu się z powietrzem wlatuje do następnych silników wlotami mieszanki 6. Wstępnie jej sprężanie powodują żądła 8 oraz wywołują falę uderzeniową, następnie dalsze sprężanie następuje w tych wlotach 6. Wypukły kształt wewnętrznej powierzchni pierścienia 3 wywołuje siłę dośrodkową kompensującą siłę odśrodkową wywołaną nie tylko masą pierścienia 3, ale i łopat 1. Można też dodatkowo ustalać jej wartość za pomocą zmian kąta natarcia profilu pierścienia 3 w stosunku do opływających go skośnie strug powietrza. Skośny kierunek tych strug powoduje faktyczne wydłużanie tego profilu a stąd względne zmniejszanie jego grubości, co jest korzystne aerodynamicznie.

Korzystnym jest też stosowanie wlotów silników strumieniowych 7 o wewnętrznym sprężaniu, takich, jakie są stosowane w strumienicach.

Wraz z wzrostem prędkości układu, wzrasta ciśnienie dynamiczne powietrza zamieniane na statyczne, a stąd wzrasta jego ilość w komorze spalania, przez co można dostarczać więcej paliwa, co zwiększa siłę ciągu i sprawność jego działania. Wzajemne zasilania silników 7 pozwala uzyskać dużo większe ciśnienie w komorach ich spalania w układzie według wynalazku, niż jest to uzyskiwane w znanych silnikach strumieniowych i przez to rozwijać większą siłę ciągu przy identycznym zużyciu paliwa. Ciągłość pierścienia 3 oraz brak wolnych końców łopat śmigła 1 minimalizuje ich opór indukcyjny. Zastosowanie śmigieł w układzie zwiększa znacznie siłę jego ciągu w odniesieniu do mocy zużywanej energii. Znaczną jej część stanowi wzdłużna składowa siły ciągu silników strumieniowych.

Wykaz oznaczeń na rysunku:

1 - łopata śmigła
2 - kołpak
3 - pierścień
4 - wlot powietrza
5 - dysza wylotowa
6 - wlot mieszanki
7 - silnik strumieniowy
8 - żądło