Турбореактивные двигатели, использующие вихревой эффект ранка-хилша
Турбореактивные двигатели, использующие вихревой эффект Ранка-Хилша
Во всех существующих на сегодня типах турбореактивных двигателей существует одно очень серьезное противоречие, трудно разрешимое традиционными методами.
С одно стороны, чем выше температура исходящих газов после камер сгорания, тем выше КПД и экономичность всего устройства.
С другой стороны, подъем температуры этих газов, на современном уровне, хотя бы до полутора тысяч градусов, требует применение сверх дорогостоящих и сложных в обработке и производстве материалов для изготовления лопаток газовой турбины..
Как пример – использование монокристаллических сплавов и сплавов с легированием редкими и дорогостоящими присадками.
Частично спасает положение использование охлаждаемых лопаток, но они сложны в производстве и их конструкция плохо приспособлена для использования в маломощных и компактных двигателях.
Особенно серьезно эта проблема стоит в двигателях для крылатых ракет и малых летательных аппаратов, ну например «дронов».
В идеале, конструкторам хотелось бы иметь двигатель в котором температура основного потока газов превысила бы 2000*С, а температура газов поступающих на лопатки приводной турбины компрессоров была бы, без разбавления холодным воздухом, ниже 900*С.
Можно ли такого добиться!?
Да.
На мой взгляд, как ни странно, достаточно просто.
Уже десятилетия существует простое устройство, работающее на эффекте Ранка-Хилша для стратификации начального газового потока на два газовых потока различной температуры.
Устройство простейшее, требующее применения жаропрочных материалов в виде механически слабо нагруженной керамики только для конусной трубы стратификатора и отражающего элемента.
Простейший турбореактивный двигатель для крылатых снарядов и дронов
Что не маловажно, для получения приемлемых тяговых характеристик можно использовать не дорогой авиационный керосин, а более дешевое топливо с большим удельным весом.
Такая замена очень важна для малых летательных аппаратов и «дронов», так как позволяет резко увеличить их радиус действия.
В традиционных турбореактивных двигателях, на приводную турбину поступает примерно 25% от общего количества генерируемых газов.
При использования стратификации на два потока:
Если в качестве горючего используется стандартный керосин, то при температуре сгорания в 1900 – 2000*С — температура «горячего» потока составит примерно 2500*С и температура «холодного» потока составит примерно 850-900*С;
Как видите практически идеальные рабочие температуры.
При использовании в качестве топлива «автомобильной» солярки, при температуре сгорания в 1500 – 1700*С — температура «горячего» потока составит примерно 2000*С и температура «холодного» потока составит примерно 750-800*С.
Как видите вполне приемлемо, если не сказать, что очень хорошо.
Если учесть, что газовая струя из сопла двигателя, использующего вихревую стратификацию потока, расположенного внутри открытой с двух сторон трубы, создает сильный инжекционный эффект, то появляется возможность использования турбореактивного двигателя такого типа в качестве базового узла прямоточного двухконтурного двигателя.
Такой дешевый, одноразовый двигатель, способный развивать максимальную тягу на скоростях начиная с 350-450км/ч – практически идеален для крылатых ракет.
Схема прямоточно-двухконтурного двигателя на базе описанного выше
Используя построенные по этой схеме модули, можно создать целую линейку турбореактивных двигателей стандартной схемы для малой авиации или дронов.
Схема двухконтурного двигателя классической схемы, с камерами сгорания, использующими вихревой эффект
Exhibit 1
Пояснительный рисунок по двухдисковой турбине с горизонтальным расположением рабочих лопаток (турбинные диски – встречного вращения)
Вихревая трубка эффект Ранка-Хилша. Vortex tube
