RU2791941C1 - Hypersonic aircraft - Google Patents
Hypersonic aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791941C1 RU2791941C1 RU2022130512A RU2022130512A RU2791941C1 RU 2791941 C1 RU2791941 C1 RU 2791941C1 RU 2022130512 A RU2022130512 A RU 2022130512A RU 2022130512 A RU2022130512 A RU 2022130512A RU 2791941 C1 RU2791941 C1 RU 2791941C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engines
- fuel
- oxidizer
- propfan
- pipelines
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 77
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 8
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003380 propellant Substances 0.000 abstract 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 14
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 1
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical compound C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002760 rocket fuel Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к авиации, а именно к гиперзвуковым самолетам и может использоваться для космических бомбардировщиков.The invention relates to aviation, namely to hypersonic aircraft and can be used for space bombers.
Известен сверхзвуковой самолет по патенту РФ на изобретение №20101744, МПК В84С 39/10, опубл. 15.04.1994 г. Корпус самолета выполнен в любом продольном сечении по кубической параболе с затупленной кормовой частью и углом стреловидности по передней кромке не менее 60°. Руль высоты выполнен в виде шарнирно-закрепленной передней части корпуса.Known supersonic aircraft according to the RF patent for invention No. 20101744, IPC
Недостаток - относительно низкая скорость полета самолета М=3…5. Гиперзвуковые скорости самолет не может развивать.The disadvantage is the relatively low speed of the aircraft M=3…5. The aircraft cannot develop hypersonic speeds.
Известен сверхзвуковой самолет по патенту РФ на изобретение №2130407, МПК В64С 39/02, опубл. 10.05.1999 г., содержащий фюзеляж, крылья стартовые и маршевые двигательные установки. Стартовые двигательные установки выполнены в виде газотурбинных двигателей - ГТД, а маршевые двигатели - в виде прямоточных двигателей, конкретно в запатентованной разработке предложено применить пульсирующие детонационные воздушно-реактивные двигатели.Known supersonic aircraft according to the RF patent for invention No. 2130407, IPC
Недостатки этого самолета: относительно низкая скорость полета самолета и длительное время его разгона до гиперзвуковых скоростей из-за низкой тяги ГТД.The disadvantages of this aircraft are the relatively low flight speed of the aircraft and the long time it takes to accelerate to hypersonic speeds due to the low thrust of the gas turbine engine.
Известен гиперзвуковой самолет по патенту РФ на изобретение №2305056, МПК B64D 37/06, опубл. 27.08.2007 г., прототип.Known hypersonic aircraft according to the RF patent for invention No. 2305056, IPC B64D 37/06, publ. 08/27/2007, prototype.
Этот гиперзвуковой самолет содержит фюзеляж, крылья, топливные баки, маршевые прямоточные двигатели, стартовые ракетные двигатели. Стартовые ракетные двигатели выполнены на компонентах жидкого топлива. В фюзеляже установлены баки с окислителем и горючим.This hypersonic aircraft contains a fuselage, wings, fuel tanks, propulsion ramjet engines, starting rocket engines. Starting rocket engines are made on liquid fuel components. In the fuselage tanks with oxidizer and fuel are installed.
Недостатки прототипа:Prototype Disadvantages:
- относительно низкая скорость полета гиперзвукового самолета и длительное время его разгона до гиперзвуковых скоростей из-за низкой тяги стартовых ракетных двигателей и их низкой экономичности из-за расходования окислителя из собственных запасов.- a relatively low flight speed of a hypersonic aircraft and a long time for its acceleration to hypersonic speeds due to the low thrust of the starting rocket engines and their low efficiency due to the consumption of an oxidizer from their own reserves.
- невозможность использования маршевых прямоточных двигателей в космосе, например для космических бомбардировщиков.- the impossibility of using marching ramjet engines in space, for example, for space bombers.
Задачи создания гиперзвукового самолета: уменьшение времени разгона самолета до гиперзвуковых скоростей и увеличение скорости полета самолета.The tasks of creating a hypersonic aircraft: reducing the time it takes for an aircraft to accelerate to hypersonic speeds and increasing the aircraft's flight speed.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что гиперзвуковой самолет, содержащий фюзеляж, крылья, топливные баки и двигатели, в том числе прямоточные двигатели и ракетные двигатели и трубопроводы подвода компонентов топлива к ним, тем, что дополнительно на крыльях самолета установлены винтовентиляторные газотурбинные двигатели, ракетные двигатели выполнены работающими на компонентах жидкого топлива: окислителе и горючем в виде жидкого кислорода и жидкого водорода, в фюзеляже установлены бак с окислителем и баки с первым и вторым горючим, трубопровод подвода окислителя проходит внутри баков первого и второго горючего, а бак горючего соединен трубопроводами подвода второго горючего со всеми ракетными двигателями, прямоточные двигатели выполнены в крыльях и соединены топливными трубопроводами с баком первого горючего.The solution of these problems is achieved due to the fact that a hypersonic aircraft containing a fuselage, wings, fuel tanks and engines, including ramjet engines and rocket engines and pipelines for supplying fuel components to them, by the fact that propfan gas turbine engines are additionally installed on the wings of the aircraft, rocket engines are made to operate on liquid fuel components: an oxidizer and fuel in the form of liquid oxygen and liquid hydrogen, a tank with an oxidizer and tanks with the first and second fuels are installed in the fuselage, the oxidizer supply pipeline runs inside the first and second fuel tanks, and the fuel tank is connected by pipelines supply of the second fuel with all rocket engines, direct-flow engines are made in the wings and are connected by fuel pipelines to the first fuel tank.
Винтовентиляторные газотурбинные двигатели могут быть выполнены по трехвальной схеме и содержат две ступени винтовентилятора в передней части этих двигателей.Propfan gas turbine engines can be made according to a three-shaft scheme and contain two propfan stages in the front of these engines.
Винтовентиляторные газотурбинные двигатели могут быть выполнены без редуктора с магнитными муфтами между валами турбокомпрессора и ступенями винтовентилятора.Propfan gas turbine engines can be made without a gearbox with magnetic couplings between the turbocharger shafts and propfan stages.
Ракетные двигатели могут быть выполнены с возможностью поворота и фиксации в вертикальной плоскости.Rocket engines can be made with the possibility of rotation and fixation in a vertical plane.
Прямоточные двигатели на выходе могут быть оборудованы поворотными заслонками для управления по углу тангажа.The output ramjet engines can be equipped with butterfly valves for pitch control.
Трубопроводы подвода окислителя и горючего могут быть теплоизолированы.Pipelines for supplying oxidizer and fuel can be thermally insulated.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью. Новизна подтверждается проведенными патентными исследованиями, а изобретательский уровень - тем, что новая совокупность существенных признаков позволила получить новый технический эффект, а именно уменьшение времени разгона самолета до гиперзвуковых скоростей и увеличение скорости полета. Промышленная применимость обусловлена тем, что для реализации изобретения не требуется создания новых неизвестных из уровня техники деталей и узлов и новых технологий.The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability. The novelty is confirmed by the conducted patent research, and the inventive step is confirmed by the fact that a new set of essential features made it possible to obtain a new technical effect, namely, a reduction in the acceleration time of an aircraft to hypersonic speeds and an increase in flight speed. Industrial applicability is due to the fact that the implementation of the invention does not require the creation of new parts and assemblies unknown from the prior art and new technologies.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…8, где:The essence of the invention is illustrated in Fig. 1…8, where:
на фиг. 1 приведена схема гиперзвукового самолета,in fig. 1 shows a diagram of a hypersonic aircraft,
на фиг. 2 - схема прямоточного двигателя,in fig. 2 - diagram of a ramjet engine,
на фиг. 3 - схема винтовентиляторного газотурбинного двигателя, ВВГД,in fig. 3 - diagram propfan gas turbine engine, VVGD,
на фиг. 4 - схема ракетного двигателя,in fig. 4 - scheme of the rocket engine,
на фиг. 5 приведен вид второй магнитной муфты в разрезе,in fig. 5 shows a sectional view of the second magnetic coupling,
на фиг. 6 приведен вид первой магнитной муфты в разрезе,in fig. 6 shows a sectional view of the first magnetic coupling,
на фиг. 7 приведен диск в сборе с ведущими магнитами,in fig. 7 shows the disk assembly with the leading magnets,
на фиг. 8 приведен диск в сборе с ведомыми магнитами,in fig. 8 shows the disk assembly with driven magnets,
Существенные признаки, используемые в описанииEssential features used in the description
1 - фюзеляж 1,1 -
2 - стабилизаторы 2,2 -
3 - крылья 3,3 -
4 - ракетные двигатели 4,4 -
5 - прямоточные двигатели 55 - direct-
6 - бак окислителя 6,6 -
7 - бак первого горючего 7,7 -
8 - трубопровод подвода окислителя 8,8 - oxidizer supply pipeline 8,
9 - трубопровод второго горючего 9,9 - pipeline of the
10 - топливный трубопровод 10,10 -
11 - воздухозаборник 11,11 -
12 - винтовентиляторный газотурбинный двигатель 12,12 - propfan
13 - расширяющееся сверхзвуковое сопло 13.13 - expanding
14 - топливный коллектор 14,14 -
15 - шарнир 1515 -
16 - управляемые створки 16,16 - controlled
17 - штоки 17,17 -
18 - цилиндр управления 18,18 -
19 - связи 19,19 -
20 - блок управления 20.20 -
21 - камера сгорания 21,21 -
22 - турбонасосный агрегат 22,22 -
23 - вал ТНА 23,23 - THA 23 shaft,
24 - крыльчатка насоса окислителя 24,24 - impeller of the
25 - крыльчатка насоса горючего 25,25 - impeller of the
26 - пусковая турбина 26,26 - starting
27 - дополнительный насос горючего 27,27 -
28 - вал дополнительного насоса горючего 28,28 - shaft of
29 - мультипликатор 29,29 - multiplier 29,
30 - корпус 3030 -
31 - основная турбина 31,31 -
32 - газогенератор 3232 -
33 - сопло 3333 -
34 - зазор 34,34 -
35 - головка камеры сгорания 35,35 - head of the
36 - наружная плита 3636 - outer plate 36
37 - внутренняя плита 3737 -
38 - полость между плитами 38,38 - cavity between
39 - форсунки окислителя 39.39 -
40 - форсунки второго горючего 40,40 - nozzles of the
41 - продувочный трубопровод 41,41 -
42 - полость камеры 42,.42 - the cavity of the
43 - топливопровод окислителя 43,43 -
44 - клапан окислителя 44.44 -
45 - коллектор основной второго горючего 45,45 - main collector of the
46 - топливопровод высокого давления 46,.46 - high
47 - регулятор расхода 47,47 -
48 - привод регулятора 48..48 -
49 - клапан высокого давления 49,49 -
50 - полость промежуточная 50,50 - intermediate cavity 50,
51 - трубопровод второго горючего 51,51 - pipeline of the
52 - клапан второго горючего 52,52 - valve of the
53 - полость генератора 53,53 - the cavity of the
54 - запальные устройства камеры 54,54 - ignition devices of the
55 - запальные устройства генератора 55.55 - ignition devices of the
56 - трубопровод высокого давления 56,56 -
57 - пусковой клапан 57,57 - starting
58 - продувочный трубопровод 58,58 - purge pipeline 58,
59 - клапан продувки 59.59 -
60 - цапфы 60,60 - pins 60,
61 - гидроцилиндр 61,61 -
62 - турбокомпрессор 62,62 -
63 - первая ступень винтовентилятора 63,63 - the first stage of the
64 - вторая ступень винтовентилятора 64,64 -
65 - лопасти 65,65 - blades 65,
66 - первый вал 66,66 -
67 - второй вал 67,67 -
68 - третий вал 68,68 -
69 - первый компрессор 69,69 - the
70 - второй компрессор 70,70 -
71 - основная камера сгорания 71,71 -
72 - первая турбина 72,72 - the
73 - вторая турбина 73,73 -
74 - третья турбина 7474 -
75 - выхлопное устройство 75.75 -
76 - топливопровод низкого давления 76,76 - low
77 - топливный насос 77,77 -
78 - привод насоса 78,78 -
79 - топливопровод высокого давления 79,79 - high
80 - кольцевой коллектор 80,80 -
81 - форсунки 81,.81 -
82 - опоры 82,82 -
83 - корпус 83,83 -
84 - направляющие лопатки первого компрессора 84,84 - guide vanes of the
85 - рабочие лопатки первого компрессора 85,85 - working blades of the
86 - направляющие лопатки второго компрессора 86,86 - guide vanes of the
87 - рабочие лопатки второго компрессора 87,87 - working blades of the
88 - сопловой аппарат первой турбины 88,88 - nozzle apparatus of the
89 - сопловой аппарат второй турбины 89,89 - nozzle apparatus of the second turbine 89,
90 - сопловой аппарат третьей турбины 90,90 - nozzle apparatus of the
91 - рабочие лопатки первой турбины 91,91 - working blades of the
92 - рабочие лопатки второй турбины 92,92 - rotor blades of the
93 - рабочие лопатки третьей турбины 93,93 - rotor blades of the
94 - магнитная муфта 9494 -
95 - первый выходной вал 95,95 - the
96 - второй выходной вал 96,96 -
97 - обтекатель 9797 -
98 - второй контур 98,98 -
99 - передняя часть двигателя 99,99 - front of the
100 - кожух 100,100 -
101 - диск 101,101 -
102 - ведущая полумуфта 102,102 - leading
103 - ведущие магниты 103,103 - driving
104 - ведомая полумуфта 104,104 - driven
105 - ведомые магниты 105.105 - driven
106 - передняя часть третьего вала 106,106 - front part of the
107 - передняя часть второго вала 107,107 - front part of the
108 - упоры 108,108 -
109 - бак второго горючего 109,109 -
110 - полезная нагрузка 110.110 -
Главной особенностью предложенного гиперзвукового самолета (фиг. 1) является наличие трех типов двигателей: прямоточных 5, винтовентиляторных 12 и ракетных 4.The main feature of the proposed hypersonic aircraft (Fig. 1) is the presence of three types of engines: direct-
Гиперзвуковой самолет (фиг. 1) содержит фюзеляж 1, стабилизаторы 2, крылья 3, ракетные двигатели 4, прямоточные двигатели 5, установленные в крыльях 3, бак окислителя 6 (жидкого кислорода), бак первого горючего 7 (керосина). Бак окислителя 6 соединен трубопроводом подвода окислителя 8 с ракетными двигателями 4. Бак второго горючего 109 соединен трубопроводом горючего 9 с ракетными двигателями 4. Бак первого горючего 7 (керосина) топливными трубопроводами 10 соединен с прямоточными двигателями 5.Hypersonic aircraft (Fig. 1) contains a
Схема прямоточного двигателя 5 предназначенного для полета в верхних слоях атмосферы приведена на фиг. 2.A diagram of a
СХЕМА И РАБОТА ПРЯМОТОЧНОГО ДВИГАТЕЛЯSCHEME AND OPERATION OF THE DIRECT-FLOW MOTOR
Прямоточные двигатели 5 встроены в крылья 3 самолета и содержат воздухозаборник 11 конфузорной формы, сужающееся-расширяющееся сверхзвуковое сопло 13. Внутри маршевых прямоточных двигателей 5 установлен топливный коллектор 14, который топливным трубопроводом 10 соединен с баком первого горючего 7. На верхней выходной кромке крыльев 3 на шарнире 15 закреплены управляемые створки 16, к которым подсоединены штоки 17 цилиндров управления 18, которые соединены связями 19 с блоком управления 20.Direct-
СХЕМА И РАБОТА ВИНТОВЕНТИЛЯТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯDIAGRAM AND OPERATION OF THE PROPELLER ENGINE
Винтовентиляторный газотурбинный двигатель 12 предназначен для взлета и набора высоты в плотных слоях атмосфера (до 11 км).Propeller
Винтовентиляторный газотурбинный двигатель 12 (фиг. 4) содержит турбокомпрессор 62 трехвальной схемы с валами первым 66, вторым 67 и третьим 68 и две ступени винтовентилятора 63 и 64, имеющими лопасти 65.The propfan gas turbine engine 12 (Fig. 4) contains a three-
Такая схема характерна для двигателя НК 93. Изготовлено и успешно испытано 10 таких двигателей в СНТК им. Кузнецова и они могут реально использоваться в проекте.Such a scheme is typical for the
Проект двигателя НК 93 может быть доработан и изготовлен более современный двигатель без редуктора с магнитными муфтами (фиг. 4), имеющий лучшие характеристики.The design of the
Винтовентиляторный газотурбинный двигатель 12 в обеих модификациях содержит два компрессора 69 и 70 и три турбины: 72-74 и основную камеру 71.The propfan
Ступени винтовентилятора 63 и 64 установленные в передней части двигателя 99 в обоих контурах, в том числе во втором контуре 98 и соединены с передней частью третьего вала 106 и передней частью второго вала 107. Ведущие полумуфты 101 соединены с первым выходным валом 95 и вторым выходным валом 96, на которых установлены ступени винтовентилятора 63 и 64.The propfan stages 63 and 64 are installed in front of the
Турбокомпрессор 62, содержит два компрессора 68 и 69, основную камеру сгорания 71 и три турбины 72-74 и выхлопное устройство 75. Турбовинтовой газотурбинный двигатель (фиг. 1) содержит систему топливоподачи с топливопроводом низкого давления 76, подключенным к входу в топливный насос 77, имеющий привод насоса 78, топливопровод высокого давления 79, вход которого соединен с топливным насосом 77, а выход соединен с кольцевым коллектором 80. Кольцевой коллектор 80 соединен с форсунками 81 основной камеры сгорания 71.The
Первый компрессор 69 содержит направляющие лопатки первого компрессора 84 и рабочие лопатки первого компрессора 85. Второй компрессор 70 содержит направляющие лопатки второго компрессора 85 и рабочие лопатки второго компрессора 87The
Первая турбина 72 содержит сопловые аппараты первой ступени турбины 88 и рабочие лопатки первой турбины 91.The
Вторая турбина 73 содержит сопловой аппарат второй турбины 89 и рабочие лопатки второй турбины 92.The
Третья турбина 74 содержит сопловой аппарат третьей турбины 90 и рабочие лопатки третьей турбины 93.The
Все валы трехвального двигателя 66-68 установлены на опорах 82 и весь турбокомпрессор 62 имеет корпус 83. За турбинами 72-74 установлено выхлопное устройство 75All shafts of the three-shaft engine 66-68 are mounted on
В передней части турбокомпрессора 62 установлены две ступени винтовентилятора 63 и 64. Винтовентилятор - устройство для нагнетания (сжатия) воздуха, занимает промежуточное положение между воздушным винтом и вентилятором. Применительно к авиационным двигателям винтом считается устройство, имеющее от 2-х до 4-х лопастей. Вентилятор имеет значительное число лопаток от 14 до 50 и более, т.е. он практически не отличается от осевого компрессора. Винтовентилятор имеет от 5 до 13 лопаток. Применение воздушного винта позволяет создать авиационный двигатель, имеющий высокую экономичность, но из-за большого диаметра имеет ограничения по скорости полета и создает большой уровень шума. Двухконтурный двигатель с вентилятором позволяет спроектировать ГТД для полетов на сверхзвуковых скоростях, но значительно уступает по экономичности двигателям, имеющим воздушные винты, например турбовинтовым газотурбинным двигателям. Применение винтовентиляторов является новейшим направлением в авиадвигателестроении и позволит объединить положительные свойства двух типов авиационных двигателей, описанных выше, и устранить все недостатки.In front of the
Винтовентиляторы 63 и 64 соединены с третьим и вторым валами 68 и 67 посредством двух магнитных муфт 94 (первая и вторая муфта) см. фиг. 4.
Валы третий 68 и второй 67 содержат переднюю часть третьего вала 106, переднюю часть второго вала 107, для присоединения магнитных муфт 94 точнее их ведущих полумуфт 102.Shafts third 68 and second 67 contain the front part of the
Такая конструкция магнитной муфты 94 позволила увеличить ее мощность за счет расположения магнитов на большом числе дисков 101. Это особенно важно для мощных авиационных двигателей, в которых необходимо передать мощность 10…20 МВт.This design of the
Возможно применение схемы двигателя с двумя ступенями винтовентилятора 63 и 64, имеющими возможность вращения в противоположные стороны. В этом варианте двигателя компрессор выполнен двухкаскадным, т.е. содержит ротор компрессора низкого давления и ротор компрессора высокого давления соответственно с внутренним валом и внешним валом не связанными кинематически между собой. Валы 66 и 67 выполнены так, что при работе всегда вращаются в противоположные стороны. Это достигнуто за счет разных углов установки направляющих и рабочих лопаток в обоих каскадах компрессора. Противоположное вращение двух валов уменьшает реактивный момент, действующий на крыло самолета, и гироскопический эффект, создающий радиальные нагрузки на подшипники двигателя.It is possible to use an engine scheme with two
Ступени винтовентилятора 63 и 64 могут быть установлены внутри обтекателя 97. Это позволит устранить радиальное перетекание воздуха и увеличить КПД винтовентиляторного газотурбинного двигателя 12 (ВВГД). Кроме того, обтекатель 97 значительно снижает шум двигателя.The propfan stages 63 and 64 can be installed inside the
ВВГД 12 содержит турбокомпрессор 62 трехвальной схемы с валами первым 66, вторым 67 и третьим 68 и две ступени винтовентилятора 63 и 64, имеющими лопасти 65.
Более подробно конструкция магнитных муфт 94 приведена на фиг. 5-7.The design of the
Магнитные муфты 94 выполнены внутри кожуха 100, и состоят из дисков 101, которые образуют ведущую полумуфту 102 с ведущими магнитами 103 и ведомую полумуфту 104 с ведомыми магнитами 105. Ведущие полумуфты 102 установлены жестко на переднюю часть третьего вала 106 и переднюю часть второго вала 107. Выход передаваемого крутящего момента осуществляют на первый выходной вал 95 и второй выходной вал 96 с жестко закрепленными на них ведомыми полумуфтами. 104. НА фиг. 7 и 8 приведены диски 101 ведущими полумуфтами. 102 и ведомыми полумуфтами. 104.
Для передачи осевых сил используют упоры 108.
СХЕМА И РАБОТА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯSCHEME AND OPERATION OF THE ROCKET ENGINE
Ракетные двигатели 4 (фиг. 3) предназначены для разгона ракеты в космосе до гиперзвуковых скоростей М=12-15. Он работает на жидком водороде и кислороде.Rocket engines 4 (Fig. 3) are designed to accelerate rockets in space to hypersonic speeds M=12-15. It runs on liquid hydrogen and oxygen.
Ракетный двигатель 4 (фиг. 4) содержит камеру сгорания 21 и турбонасосный агрегат 22. Турбонасосный агрегат 22, в свою очередь, содержит установленные на валу ТНА 23 крыльчатку насоса окислителя 24, крыльчатку насоса горючего 25, пусковую турбину 26, дополнительный насос горючего 27, с валом дополнительного насоса горючего 28, соединенным мультипликатором 29, размещенным в корпусе 30 с валом ТНА 23, основную турбину 31, выполненную в верхней части турбонасосного агрегата 22. Газогенератор 32 установлен над основной турбиной 31 соосно с турбонасосным агрегатом 22. Камера сгорания 21 содержит сопло 33, выполненное из двух оболочек и зазором 34 между ними, и головку камеры сгорания 35, внутри которой выполнены наружная плита 36 и внутренняя плита 37 с полостью 38 между ними. Внутри головки камеры сгорания 35 установлены форсунки окислителя 39 и форсунки второго горючего 40. Форсунки окислителя 39 сообщаются с полостью камеры сгорания 42, а форсунки второго горючего 40 сообщают полость 38 с полостью камеры 42. На наружной поверхности камеры сгорания 21 установлен коллектор горючего 45, от которого отходят топливопроводы второго горючего к нижней части сопла 33. К коллектору горючего 45 подключен выход из клапана второго горючего 52, вход которого трубопроводом второго горючего 51 соединен с выходом из крыльчатки насоса горючего 25. Выход из дополнительного насоса горючего 27 соединен топливопроводом высокого давления 46 через регулятор расхода 47, имеющим привод регулятора 48 и клапан высокого давления 49 с газогенератором 32, конкретно с полостью 53.Rocket engine 4 (Fig. 4) contains a
Выход из крыльчатки насоса окислителя 24 трубопроводом окислителя 43 через клапан 44 тоже соединен с газогенератором 32, конкретно с полостью газогенератора 53. На головке 35 камеры сгорания 21 установлены запальные устройства камеры 54 а на газогенераторе 31 - запальные устройства газогенератора 55.The outlet from the impeller of the
К пусковой турбине 26 подстыкован трубопровод высокого давления 56 с пусковым клапаном 57, предназначенный для запуска пусковой турбины 26.To the starting
К блоку управления 20 электрическими связями 19 подключены запальные устройства 54 и 55, клапан высокого давления 49, клапан окислителя 53, привод регулятора расхода 48, клапан высокого давления 49, пусковой клапан 57.
К коллектору горючего 43 подключен продувочный трубопровод 58 с клапаном продувки 59. На камере сгорания 21 выполнены цапфы 60 для ее качания в одной плоскости. Привод осуществляется при помощи гидроцилиндра 61, соединенного с блоком управления 20.A purge pipeline 58 with a
На фиг. 1 приведены бак второго горючего 109 (в качестве которого используют жидкий водород) и полезная нагрузка 110, например атомная бомба.In FIG. 1 shows a second fuel tank 109 (which is liquid hydrogen) and a
РАБОТА ГИПЕРЗВУКОВОГО САМОЛЕТАHYPERSONIC AIRCRAFT WORK
При работе винтовентиляторных газотурбинных двигателей 12 осуществляют их запуск путем подачи электроэнергии на стартер от внешнего источника энергии (на фиг. 1…7 стартер не показан). Потом включают привод топливного насоса 7, и топливный насос 77 подает топливо в основную камеру сгорания 71, точнее в форсунки 81, где оно воспламеняется при помощи электрозапальника (на фиг. 1…7 электрозапальник не показан). Валы 67 и 68 раскручиваются и раскручивают ступени винтовентилятора 62 и 63. Внешний источник энергии отключается.During the operation of propfan
Ориентировочные характеристики гиперзвукового самолета:Approximate characteristics of a hypersonic aircraft:
Компоненты ракетного топлива для ЖРДRocket fuel components for LRE
Включение прямоточных двигателей 5 осуществляют в низкоплотных слоях атмосферы на высоте полета 11 км - 30 кмThe inclusion of
Для этого, первое горючее из бака первого горючего 7 по топливному трубопроводу 10 насосом горючего (на фиг. 1-7 не показан) подается в топливный коллектор 14 прямоточных двигателей 5. При сгорании топлива выделяется энергия, и образующиеся выхлопные газы поступают в расширяющееся сверхзвуковое сопло 13 и далее выходят в атмосферу, создавая реактивную тягу.To do this, the first fuel from the
При разгоне гиперзвукового самолета управление углами полета осуществляется рассогласованием тяги ракетных двигателей 4 и их качанием на цапфах 60 при помощи гидроцилиндров 61. На гиперзвуковом режиме управление самолетом выполняет блок управления 20 при помощи управляемых створок 16, которые отклоняются при помощи управляющих гидроцилиндров 18.When accelerating a hypersonic aircraft, the flight angles are controlled by mismatching the thrust of
РАБОТА РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙOPERATION OF ROCKET ENGINES
При запуске ракетных двигателей 4 (Фиг. 4) с блока управления 20 подаются сигналы на пусковой клапан 57. Воздух высокого давления по трубопроводу высокого давления 56 подается на пусковую турбину 26 и раскручивает ротор ТНА 22. Давление окислителя (кислорода) и второго горючего (водорода) на выходе из крыльчаток насосов окислителя 22 и горючего 23 возрастает. Подается сигнал на открытие клапанов 44, 49 и 52. Окислитель и второе горючее поступает в камеру сгорания 21 и газогенератор 32. Подается сигнал на запальные устройства 54 и 55, топливная смесь в камере сгорания 21 и в газогенераторе 32 воспламеняется, ракетный двигатель 4 запустился. Регулятором расхода 47 при помощи привода регулятора 48 осуществляют регулирование режима его работы.When rocket engines 4 (Fig. 4) are started, signals are sent from the
При выключении ракетных двигателей 4 с блока управления 20 подается сигнал на клапаны 44, 49 и 52, которые закрываются. Потом подается сигнал на открытие клапана продувки 59 и инертный газ по продувочному трубопроводу 41 поступает в трубопровод основной горючего 46 и далее в зазор 34 для удаления остатков второго горючего (водорода).When the
Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:
1. Повысить скорость полета гиперзвукового самолета до М=12-15 за счет применения ракетных двигателей работающих на водороде.1. Increase the flight speed of a hypersonic aircraft to M = 12-15 through the use of hydrogen-powered rocket engines.
2. Ускорить процесс набора максимальной гиперзвуковой скорости за счет применения трех типов двигателей, работающих в разных условиях.2. Accelerate the process of gaining maximum hypersonic speed through the use of three types of engines operating in different conditions.
3. Упростить схему питания топливом стартовых и маршевых двигателей.3. Simplify the fuel supply scheme for starting and sustainer engines.
4. Повысить надежность гиперзвукового самолета.4. Improve the reliability of hypersonic aircraft.
5. Увеличить мощность и удельные характеристики гиперзвукового самолета.5. Increase the power and specific characteristics of a hypersonic aircraft.
6. Уменьшить вес самолета, стартового и прямоточных двигателей за счет унификации одного из компонентов топлива первого горючего (керосина) для двух типов двигателей.6. Reduce the weight of the aircraft, starting and ramjet engines by unifying one of the fuel components of the first fuel (kerosene) for two types of engines.
7. Обеспечить надежное управление гиперзвуковым самолетом во всех режимах его работы.7. Ensure reliable control of a hypersonic aircraft in all modes of its operation.
8. Улучшить запуск и выключение двигателей и обеспечить их очистку от остатков горючего после выключения.8. Improve the starting and shutdown of engines and ensure their cleaning of fuel residues after shutdown.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2791941C1 true RU2791941C1 (en) | 2023-03-14 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4026500A (en) * | 1975-06-05 | 1977-05-31 | Mark S. Grow | Aircraft wing with internal flow control propulsion |
| RU2130407C1 (en) * | 1998-04-14 | 1999-05-20 | Анакин Анатолий Тимофеевич | Flying vehicle with mixed power plant |
| US6227486B1 (en) * | 1999-05-28 | 2001-05-08 | Mse Technology Applications, Inc. | Propulsion system for earth to orbit vehicle |
| RU2305056C1 (en) * | 2006-06-01 | 2007-08-27 | Сергей Евгеньевич Варламов | Hypersonic aircraft |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4026500A (en) * | 1975-06-05 | 1977-05-31 | Mark S. Grow | Aircraft wing with internal flow control propulsion |
| RU2130407C1 (en) * | 1998-04-14 | 1999-05-20 | Анакин Анатолий Тимофеевич | Flying vehicle with mixed power plant |
| US6227486B1 (en) * | 1999-05-28 | 2001-05-08 | Mse Technology Applications, Inc. | Propulsion system for earth to orbit vehicle |
| RU2305056C1 (en) * | 2006-06-01 | 2007-08-27 | Сергей Евгеньевич Варламов | Hypersonic aircraft |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9051881B2 (en) | Electrical power generation and windmill starting for turbine engine and aircraft | |
| US7448199B2 (en) | Self powdered missile turbojet | |
| RU2561757C1 (en) | Three-component air-jet engine | |
| CN109764774B (en) | Test device for simulating rocket return landing process | |
| RU2418970C1 (en) | Liquid-propellant engine and turbo-pump unit | |
| US11572840B2 (en) | Multi-mode combustion control for a rotating detonation combustion system | |
| RU2384473C2 (en) | Hypersonic airplane with combat air craft laser | |
| CN103629011B (en) | Motor | |
| RU2366593C1 (en) | Military-space airplane with aviation-based fighting laser | |
| EP3739191A1 (en) | Variable area turbine nozzle and method | |
| RU2791941C1 (en) | Hypersonic aircraft | |
| US4007892A (en) | Aircraft flight method and apparatus for boosting an aircraft to a very high altitude and thereafter boosting the aircraft to a high rate of forward speed | |
| EP4524377A1 (en) | Fuel containment structure for engine fuel delivery system | |
| RU2368540C1 (en) | Hypersonic airplane and rocket propulsion system of airplane | |
| RU2305056C1 (en) | Hypersonic aircraft | |
| RU2380282C1 (en) | Hypersonic aircraft and onboard combat laser | |
| RU2484285C1 (en) | Oxygen-hydrogen liquid-propellant engine | |
| RU2334115C1 (en) | Double-stage gas turbine engine | |
| RU2378158C1 (en) | Hypersonic aircraft and its jet engine | |
| RU2594828C1 (en) | Propulsion engine of supersonic aircraft | |
| RU2271461C2 (en) | Combination double-flow gas-turbine propeppeller-fan engine | |
| RU2805947C1 (en) | Birotating bypass gas turbine engine | |
| EP4524383A1 (en) | Fuel containment structure for engine fuel delivery system | |
| RU2846645C2 (en) | Space bomber interceptor | |
| EP4524382A1 (en) | Vented hydrogen fuel reservoir for aircraft engine |