Układ napędowy strumieniowy

Przedmiotem wynalazku jest odrzutowy układ napędowy przeznaczony do stosowania jako napęd maszyn latających przy każdej prędkości ich lotu. Znany z polskiego opisu zgłoszenia patentowego nr P.362954 układ napędowy rakietowo-strumieniowy ma silnik rakietowy połączony szeregowo, z co najmniej jednym silnikiem strumieniowym, przy czym silnik rakietowy połączony jest pierwszym przewodem z pierwszym silnikiem strumieniowym, który z kolei drugim przewodem jest połączony z drugim silnikiem strumieniowym. Pierwszy przewód obejmowany jest przez pierwszą kryzę umieszczoną na pierwszym wsporniku, zaś drugi przewód obejmowany jest przez drugą kryzę umieszczoną na drugim wsporniku.

Istota układu według wynalazku, polega na tym, że silniki połączone są rurą, która stanowi przewód spalin. Na początku układu przewód spalin ma wlot sprężonego powietrza, w którym umieszczona jest prowadnica grzybka zaworu zakończona żądłem. Ponadto na początku przewód spalin połączony jest żebrami ze stożkowym kapturem, natomiast na końcu usytuowanym za komorą spalania ostatniego silnika strumieniowego, przewód spalin jest wyposażony w kaptur.

Korzystnie stożkowy kaptur jest dyszą rozbieżną i/lub kaptur jest dyszą zbieżną.
Zaletą techniczną nowego układu napędowego strumieniowego jest to, że część spalin wytwarzanych przez ostatni silnik przewodem spalin zawraca przez układ zwiększając swoją temperaturę a przez to i objętość. Powoduje to wzrost prędkości tych spalin, a przez to wzrost ich energii kinetycznej, co pozwala na uzyskanie większego ciśnienia mieszanki tych spalin w pierwszym silniku niż w ostatnim. Mechanizm rozruchowy, w który wyposażony jest kaptur na początku układu, umożliwia jego pracę przy zerowej prędkości. Ponadto objętość komory spalania kolejnego silnika strumieniowego jest większa niż silnika poprzedniego.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji pokazany jest na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia schemat układu napędowego strumieniowego w widoku z boku, a jako fig. 2 - przekrój jego przedniej części w powiększeniu.

Układ napędowy strumieniowy składa się z przewodu spalin 1, który łączy silniki strumieniowe 2, 3 i 4 w szereg. Przewód spalin 1 na początku układu, przysłonięty jest kapturem 5 osadzonym na nim za pomocą żeber 6, a zakończonym wlotem sprężonego powietrza 7, w którym umieszczona jest prowadnica grzybka zaworu 8 zakończona żądłem 9. Przewód 1 obejmowany jest przed silnikami przez kryzy 10, 11 i 12, zaś na swoim końcu osłonięty jest kapturem 13 usytuowanym za komorą spalania ostatniego silnika strumieniowego 4. Układ wyposażony jest w zbiornik sprężonego powietrza i jego przewód służące do rozruchu.

Działanie napędowego układu odrzutowego według wynalazku jest następujące. Silnik strumieniowy 4 wytwarza strumień spalin, których część za pomocą kaptura 13 zawracana jest do przewodu 1 i przetłaczana nim do kaptura 5, który działa jak dysza rozprężna o głębokim rozprężaniu, z której wylatują spaliny o dużej prędkość i niskim ciśnienie statycznym, co wywołuje zasysanie przez nie powietrza przed wlotem powietrza pierwszego silnika strumieniowego 2. Duża prędkość tak powstałej mieszaniny gazów powoduje znaczne jej sprężanie w jego komorze spalania, którego spaliny zasilają w podobny sposób silnik strumieniowy 3 a z niego silnik 4. Kryzy 10, 11 i 12 obejmujące przewód 1 działają jako żądła przy prędkościach ponaddźwiękowych opływających ich gazów. Korzystnym jest stosowanie, szczególnie w pierwszym silniku strumieniowym, wlotu powietrza o wewnętrznym sprężaniu, tak jak to jest stosowane w strumienicach. Rozruch układu według wynalazku odbywa się przez wtłaczanie do wlotu 7 powietrza o dużym ciśnieniu za pomocą dołączonego do niego przewodu. Wtedy grzybek zaworu 8 przymyka przewód spalin 1 a wtłaczane powietrze działa jak spaliny. Zamiast powietrza można też używać spalin wytwarzanych na przykład przez rakietę.
Napędowy układ odrzutowy według wynalazku przez to, że spaliny za pomocą kaptura 5 inicjują jedynie jego działanie pozwala oszczędzać ich energię w ostatnim silniku, a przez zwiększanie ciśnienia w silnikach strumieniowych paliwo. Korzystnym jest stosowanie, w układzie według wynalazku, dwuprzepływowych silników strumieniowych. Wtedy mieszanka spalin z powietrzem wytwarzana przed silnikiem 2, jak i przed innymi silnikami, ślizgając się po stożku fali uderzeniowej trafia do osłony takiego silnika i opływając go, kanałem między nim a osłoną, zwiększa swoją temperaturę a przez to i objętość. Powoduje to wzrost jej prędkości a przez to dodatkową siłę ciągu. Wylatujące z silników spaliny zwiększają ciśnienie gazów w tulejach osłonowych, co zwiększa sprawność przemiany termodynamicznej.

Zastosowanie jako osłony walcowych tulei osłaniających silniki strumieniowe pozwala na rezygnację w nich z rozbieżnej części dysz wylotowych, czyniąc z nich dysze samo regulacyjne wyrównujące temperaturę gazów wylotowych, co też zwiększa siłę ciągu. Poza tym wykorzystując ciepło chłodzenia silników strumieniowych uzyskuje się dodatkową siłę ciągu. Zwiększanie masy biorącej udział w napędzie inercyjnym zmniejsza moc strumienia energii, co też zmniejsza zużycie paliwa.

Wykaz oznaczeń na rysunku:

1 - przewód spalin
2 - silnik strumieniowy
3 - silnik strumieniowy
4 - silnik strumieniowy
5 - kaptur
6 - żebro
7 - wlot powietrza
8 - grzybek zaworu
9 - żądło
10 - kryza
11 - kryza
12 - kryza
13 - kaptur