147939. lajstromszámú szabadalom • Berendezés állandó térfogatú égés megvalósítására torlósugár-motoroknál

Megjelent: 1960. december 30. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 147.939. SZÁM 62. b. 25-30; 46 g. OSZTÁLY — NE—250. ALAPSZÁM Berendezés állandó térfogatú égés megvalósítására torlósugár-motoroknál Nemes Sándor oki. gépészmérnök, Tatabánya A bejelentés napja: 1959. augusztus 18. A torlósugár-motorok a helikopterek területén már mindennapi alkalmazást nyertek. Az a jelentős szerkezeti egyeszerűsítés, amit a torlósugármotor alkalmazása lehetővé tesz, sok esetben kiegyenlíti a hajtómű legnagyobb hátrányát, hogy kis sebességnél igen kicsiny a termikus hatásfoka. A jelenleg alkalmazott torlósugár-motorok termodinamikailag az adiabatikus kompresszióból, izobár hőközlésből, adiabatikus expanzióból és izobár hőelvonásból álló, úgynevezett gázturbina körfolyamat elvén működnek. Ennek a körfolyamatnak termikus hatásfoka csak a hőközlés és hőelvonás nyomásviszonyától függ, a nyomásviszonyt pedig torlósugár-motor esetén megszabja a motor haladási sebessége, vagyis a helikopter forgószárnyának kerületi sebessége. A kerületi sebesség növelésének viszont — a szilárdsági nehézségektől eltekintve — határt szab a hangsebesség. Számszerűleg kb. 250 m/sec. a kerületi sebesség felső határa, hogy még helyi felgyorsulások esetén is a hangsebesség alatt maradjon. Ilyen sebességnél az ideális torlósugár motor termikus hatásfoka 8,8% és ez a fentiekből következőleg a termikus hatásfok maximumának tekinthető. A reakciós hajtás és a jó termikus hatásfok együttes előnyeit csak külön motorral hajtott kompresszor, vagy valamilyen forrógáz generátor alkalmazásával tudjuk kihasználni, de meglehetősen bonyolult szerkezet árán. A feladat tehát egyszerű szerkezetű, jó hatásfokú, reakciós hajtómű megszerkesztése. Ha a hőközlést állandó térfogaton végezzük el, a termikus hatásfok nagymértékben fokozható és csak a célnak megfelelő egyszerű szerkezetet kell megtalálni a fenti követelmények megvalósítására. Állandó térfogatú égésű torlósugár-hajtómű működési elve a következő: A forgószárny végn elhelyezett égőteret megtöltjük a kerületi sebességnek megfelelő torlónyomású levegővel. Lezárjuk az égőteret, tüzelőanyagot fecskendezünk be és meggyújtjuk. A hőközlés miatt a bezárt levegő hőfoka és nyomása felszökik. A tüzelőanyag égési hőfoka vagy a szerkezeti anyag tulajdonságai által meghatározott felső hőfokhatár elérésekor nyitjuk az égőteret a kerületi sebesség irányával ellenkező oldalon és a nagynyomású, nagyhőfokú gázt egy fúvókán kifúvatjuk. A nagy sebességgel kiáramló gáz impulzusa szolgáltatja a tolóerőt. A nyomás lecsökkenése után átöblítjük az égőteret levegővel, majd új feltöltéssel, új ciklus kezdődik. Atel j es berendezés vázlatának hosszmetszete látható az 1. ábrán, az 1 forgódob, 2 orr-, 3 farokrész, 4 rugó és 7 forgószárnyvég feltüntetésével. Az égőterek geometriai tengelyvonalai az 1. ábrán a szemléltetőség miatt párhuzamosak az 1 forgódob tengelyével. Egy égőtér metszetével külön kirajzolt forgódobot mutatja a 2. ábra. Ezen jól látható az égőtér tengelyvonalának csavarvonal-szerű emelkedése. A 3. ábra az orr-rész „A—A" szelvényét a c. beömlő szegmenssel és f befecskendező nyílással, a 4. ábra a farokrész ,,B—B" szelvényét a d -j~ e kiömlő szegmenssel tünteti fel. A kiömlő szegmens méretének d, illetve e részre bontása a munkafázisok elhatárolásából következik. Az 5. ábrán a 1 forgódobban elhelyezett égőtérsor síkba van kiterítve és vonalazással vannak jelölve azok az ívek, ahol a 2 orr — és 3 farokrész elzárja az égőtereket. Az I-től V-ig terjedő római számok a munkafázisokat jelölik. Az 5. ábrán minden méret szöget, vagy ívhosszat jelent. A 6. ábra a beömlő, a 7. ábra pedig a kiömlő sebességi háromszöget ábrázolja. A találmány szerinti berendezés a fentebb leírt működési elvet a következőképpen valósítja meg: Minden egyes 7 forgó-szárnyvégen több égőteret alkalmazunk, amelyek 1 forgődobban nyernek elhelyezést. A dob forgási tengelye a forgószárnyvég kerületi sebességének irányába esik. A dobot körülfogó ház 2 orr- és 3 farokrésze egymáshoz képest ' tengelyirányban el tud mozdulni, összefogásuk a 4 rugóval történik. A rugóerők hatására az orr- és farokrész nekifekszik a dob mellső és hátsó zárósíkjának és lezárja az égőterek be-és kiömlő nyílását. Az orr- és farokrészből a 3. és 4. ábra szerint egyes helyeken szegmensek hiányoznak, így lehetőság nyílik arra, hogy a szabaddá váló égőtér nyílásokon át az öblítés, töltés és kifűvás megtörténhessen. A motor működése az 5. ábrán követhető, ahol az égőterek egy körülfordulás alatti munkafázisai is fel vannak tüntetve.