Диссертация (Методика выбора проектных параметров комбинированного пульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателем для малоразмерных БПЛА), страница 7

Данное конструктивное решение позволяет осуществлятьостановку и запуск двигателя необходимое количество раз. Так же нетнеобходимости в применении дополнительных сложных устройств подачитоплива(например,топливныхнасосов)иустройствсмесеобразования(например, карбюраторов) что положительно сказывается на конструктивнойпростоте и массе двигательной установки [30].Прежде чем рассмотреть конструктивные особенности двигательнойустановки, необходимо отметить, что будущее за комбинированными системами,которые последовательно уменьшают недостатки уже существующих отдельныхсистем [20].

Однородные технологические приемы и термодинамические идеидают возможность усовершенствовать комбинированную систему в маломразмере для более полного использования технологических достоинств.Комбинированный пульсирующий ВРД для малоразмерного БПЛА можетбыть создан путем объединения двух принципиально новых направленийсвободнопоршневого нагнетателя (как простого, легкого и надежного источникамощности с высоким КПД) и пульсирующего эжекторного усилителя тяги (какэффективного устройства присоединения дополнительной массы для созданияреактивной тяги).На рис.

2.1 приведен общий вид малоразмерного комбинированногопульсирующегоВРДсосвободнопоршневым36нагнетателем,защищенныепатентами [60, 61, 62, 63, 64]. На рис. 2.2 и 2.3 показаны виды двигательнойустановки сбоку и сверху соответственно.Рис. 2..1. Общий вид малоразмерного комбинированного пульсирующего ВРД сосвободнопоршневым нагнетателемРис. 2.2. Вид сбоку малоразмерногокомбинированного пульсирующегоВРД со свободнопоршневымнагнетателем: 1 – корпуссвободнопоршневого привода; 2 –мембраны; 3 – механизмсинхронизации; 4 – поршневыегруппы; 5 – крепление мембраны кмеханизму синхронизации; 6 –буферные поршни; 7 – рабочиепоршни; 8 – буферные цилиндры;9 – пусковые клапаны; 10 – заборныеполости; 11 – выпускные окна; 12 –подмембранное пространство; 13 –основаниеРис.

2.3. Вид сверху малоразмерногокомбинированного пульсирующего ВРДсо свободнопоршневым нагнетателем:14 – патрубки; 15 – камера сгораниясвободнопоршневого нагнетателя;16 – эжекторные усилители тяги; 17 –впускные клапаны37Малоразмерныйсвободнопоршневымкомбинированныйнагнетателем(см.пульсирующийрис.ВРДсодержит2.2)сокорпуссвободнопоршневого привода 1, две тонкостенные мембраны 2, каждая мембранаснабжена механизмом синхронизации 3, соединенным с поршневыми группами 4,креплениями 5, расположенными на вершине каждой из мембран.

Двигательсодержит буферные поршни 6, соединенные с рабочими поршнями 7, такимобразом, образуя поршневые группы 4 и буферные цилиндры 8, а также пусковыеклапаны 9, заборные полости 10 размещенные в торцах корпуса, выпускные окна11, подмембранное пространство 12, образованное подвижной мембраной 2 и еёоснованием 13.Двигательная установка так же содержит (рис. 2.3) два патрубка 14, покоторым продукты сгорания с избыточным окислителем из камеры сгораниясвободнопоршневогонагнетателя15подводятсякдвумпульсирующимэжекторным усилителям тяги воздушно-реактивного двигателя 16, впускныеклапаны17обеспечивающиедоступрабочеготелавподмембранноепространство 12.На кинематической схеме (рис. 2.4) представлены крайние положенияпоршневых групп 7 и мембран 2 свободнопоршневого нагнетателя.Левая часть рисунка соответствует положению поршневой группы вверхнеймертвой точке(максимальное сближение рабочихпоршней7,максимальный объем подмембранного пространства, продувочные окна закрыты).На правой части изображено положение соответствующее нижней мертвой точке(максимальноерасхождениерабочихпоршней7,минимальныйобъемподмембранного пространства, продувочные окна полностью открыты).МалоразмерныйкомбинированныйпульсирующийВРДсосвободнопоршневым нагнетателем работает следующим образом.Сжатый воздух от внешнего источника, например из баллона, подаётсячерез пусковые клапана 9 в буферные цилиндры 8 и перемещает поршневыегруппы 4 навстречу друг другу.

При максимальном сближении рабочих поршней7происходитсамовоспламенениетопливной38смесивкамересгораниясвободнопоршневого привода компрессора за счет повышения температуры присжатии (принцип дизеля), коэффициент избытка окислителя принимается α =1÷1,3.Рис. 2.4. Кинематическая схемаработы малоразмерногокомбинированного ПуВРД(положение поршневой группы вВМТ и НМТ): 1 – корпус привода;2 – мембраны; 3 – механизмсинхронизации; 4 – поршневыегруппы; 5 – крепление мембраны кмеханизму синхронизации;6 – буферные поршни; 7 – рабочиепоршни; 8 – буферные цилиндры;9 – пусковые клапаны;10 – заборныеполости; 11 – выпускные окна;12 – подмембранное пространство;13 – основаниеДалее поршни 7 совершают рабочий ход, при котором с помощьюмеханизма синхронизации 3 происходит уменьшение объема под мембранами 2 иповышение давления топливовоздушной смеси в подмембранном пространстве12.

Затем открываются впускные окна 10 через которые происходит заполнениекамеры сгорания 15 свободнопоршневого привода нагнетателя сжатой топливнойсмесью. При максимальном расхождении поршней 7, давление в буферныхцилиндрах 8 становится больше чем давление в камере сгорания 15 и происходитобратный ход поршней 7. При обратном ходе поршней 7 (навстречу друг другу)мембраны 2 возвращаются в исходное положение, и одновременно открываютсявпускные клапаны 17. Подмембранное пространство 12 заполняется новойпорцией топливовоздушной смеси. При этом продукты сгорания с избыточнымокислителем выходят из камеры сгорания 15 свободнопоршневого привода черезвыпускные окна 11 по патрубкам 14 в пульсирующие эжекторные усилители тяги16 воздушно-реактивного двигателя, где создают реактивную тягу.

Затем циклповторяется вновь.Достоинства схемы:39Мембранный нагнетатель в комплексе со свободнопоршневым1.приводомявляется уравновешенной системой, поршни свободнопоршневогопривода не испытывают боковых нагрузок связанных с перекосом штока как вобычном двигателе внутреннего сгорания, что благоприятно сказывается наресурсе и сроке службы элементов конструкции.Механизм синхронизации выполняет как функцию синхронизации,2.так и приводит в движение мембрану компрессора. Таким образом, отпадаетнеобходимость в отдельном приводе компрессора, следовательно, массадвигательной установки не увеличивается.Максимальное усилие в тяге механизма синхронизации имеет место3.при прямом ходе поршней, т.е.

тяга работает на растяжение при сжатии воздуха.При обратном же ходе нагрузка на тягу намного меньше, следовательно, онаможет быть выполнена в виде тонкой спицы малой массы.Мембранный компрессор намного легче компрессоров других типов4.при получении того же давления. Он может быть выполнен из ткани с пропиткой,что благоприятно влияет на общую массу системы.Пуск5.свободнопоршневогоприводакомпрессораможетосуществляться с помощью баллона сжатого воздуха, отпадает необходимость встартере и дополнительных устройствах пуска. Возможен многоразовыйуправляемый пуск.За счет подачи продуктов сгорания, образующихся в результате6.работысвободнопоршневогонагнетателя,впульсирующиеэжекторныеусилители тяги, увеличивается эффективность и экономичность двигательнойустановки,улучшаются экологические показателивыхлопа, а такжеуменьшаются демаскирующие признаки.7.Подача топливных компонентов и регулировка их дозировкиосуществляется в автоматическом режиме без применения дополнительныхустройств.402.2.Выбор проектных параметровКомбинированная ДУ использует все возможности той или инойконструктивной схемы для получения конечного продукта – тягового усилия.Каждая из подсистем в общем комплексе предлагает свои проектные параметрыдля их последовательного или параллельного объединения в общую задачуполучения максимально эффективного двигателя.Составляя простейшую эффективную комбинированную установку дляБПЛА возьмем наиболее простые принципы, элементы уже существующихустановок [41].

Максимальное тяговое усилие с экономичным использованиемокружающей среды, предполагает использование атмосферных двигателей, неимеющих на борту рабочего тела атмосферы и одновременно используя ее какодин из компонентов. Атмосфера может поступать в двигатель в полете за счетдинамического торможения во входном устройстве или подана внутрь двигателянагнетателем поршневого, лопаточного и других приводов, использующихэкзотермическое тепло комбинированных двигателей [37].Определяющим параметром любой тепловой установки использующейхимическую энергию, является получение, трансформация, передача из блока вблок тепла, полученного в результате экзотермической реакции и егоиспользование для решения конечной программы, а так же его ограничение поабсолютным величинам, для защиты от тепловых нагрузок агрегатов и блоковдвигателя.С точки зрения выбора исходных параметров, оптимальным источникомявляется труд профессора А.В.