RU2578760C2

RU2578760C2 - Power plant

Info

Publication number: RU2578760C2
Application number: RU2014116769/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Фатыхович Сейфи; Фарид Максимович Валиев
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2016-03-27
Also published as: RU2014116769A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: power plant including a closed hydraulic circuit containing two propulsion-and-pump devices interacting with a hydraulic engine; each propulsion-and-pump device is provided with opposite free differential pistons, liquid-cooled internal combustion engines with gas cylinders, operating cylinders and hydraulic cavities of cylinders of differential pistons, a turbocompressor and a turbine on exhaust gases, a hydraulic engine connected to payload and connected via hydraulic lines to hydraulic cavities of cylinders of differential pistons of propulsion-and-pump devices, control devices of liquid flows in one direction, fuel supply, a starter; with that, the propulsion-and-pump device is provided with a crankcase with a reversible damper, which forms a hydraulic cavity with cylinders of differential pistons, and two opposite holes; hydraulic lines of a closed circuit are adjacent to the crankcase on both sides and interact with inlet and outlet holes of the hydraulic engine.

EFFECT: reduction of mass-and-dimensional characteristics and improvement of efficiency.

7 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области силовых установок средней или большой мощности и может быть использовано как на транспорте, в том числе авиационном, так и приводном оборудовании разного назначения.The invention relates to the field of power plants of medium or high power and can be used both in transport, including aviation, and drive equipment for various purposes.

Известна силовая установка, приведенная в патенте RU 2238194 С1, МПК В60K 17/10, B62D 11/18, F16H 39/02, опубл. 20.10.2004 «Гидравлическая система объемной трансмиссии» автора Мокроус В.К. Гидравлическая силовая установка включает в себя кривошипный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), приводящий насос, который связан длинными гидравлическими линиями с гидравлическими двигателями колес и приводным гидравлическим оборудованием. Преимущество в простоте исполнения заключается в том, что основная гидравлическая система может интегрироваться с дополнительным оборудованием. Недостатками установки являются сложность конструкции из двух агрегатов - отдельно кривошипного двигателя и отдельно насоса высокого давления, а также большие гидравлические потери. Последние не дают возможности поднять обороты насоса для повышения компактности транспортной установки.A known power plant is shown in patent RU 2238194 C1, IPC B60K 17/10, B62D 11/18, F16H 39/02, publ. 10/20/2004 "Hydraulic system of volumetric transmission" of the author Mokrous V.K. The hydraulic power unit includes a crank internal combustion engine (ICE), a drive pump, which is connected by long hydraulic lines to the hydraulic wheel motors and hydraulic drive equipment. The advantage in simplicity is that the main hydraulic system can be integrated with additional equipment. The disadvantages of the installation are the complexity of the design of two units - a separate crank engine and a separate high-pressure pump, as well as large hydraulic losses. The latter do not give the opportunity to increase the speed of the pump to increase the compactness of the transport installation.

Известна комбинированная энергоустановка (КЭУ), включающая в себя свободнопоршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), турбокомпрессор с приводом от турбины на продуктах сгорания ДВС, установленный за связанной с полезной нагрузкой расширительной машиной (статья «Всеядный двигатель, диаграмма возможных режимов комбинированных энергоустановок» авторов Иващенко Н.А., Петрова П.П. ISSN 2073-8323, Наука). По сравнению с первым аналогом упростился двигатель, в котором отсутствует коленный вал с кривошипно-шатунным механизмом. Прямолинейное движение поршней в данном случае осуществляется с минимальными потерями энергии. Двигатель обладает самым высоким КПД, достаточно компактен для использования на транспорте. Для авиации КЭУ может быть реализована, например, в варианте двухвального двухкаскадного (расширительной машиной является первая осевая турбина, вращающая винты) турбовинтового двигателя (ТВД). При этом могут потребоваться ограничения по массе и габаритам ДВС с встроенным поршневым компрессором большого диаметра и площади сечений воздушных каналов к последнему от турбокомпрессора. Следует отметить сложность конструкции данного ТВД с соединенными через дополнительное большой мощности шестеренчатое устройство турбоагрегатами (осевым компрессором, первой осевой турбиной и осевой турбиной низкого давления) и планетарный редуктор винтов разного вращения. Недостатками также являются большая длина продуваемого объема цилиндров ДВС (снижение числа циклов ДВС), необходимость механической синхронизации поршней ДВС и трудность запуска КЭУ. Данные недостатки сдерживают применение свободнопоршневых двигателей в авиации.Known combined power plant (KEU), which includes free piston internal combustion engines (ICE), a turbocharger driven by a turbine driven by combustion products of ICE installed behind an expansion machine associated with the payload (article "Omnivorous engine, diagram of possible modes of combined power plants" by Ivashchenko N.A., Petrova P.P. ISSN 2073-8323, Science). Compared with the first analogue, the engine was simplified, in which there is no knee shaft with a crank mechanism. The rectilinear movement of the pistons in this case is carried out with minimal energy loss. The engine has the highest efficiency, compact enough for use in transport. For aviation, KEU can be implemented, for example, in a two-shaft two-stage version (the expansion machine is the first axial turbine that rotates the propellers) of a turboprop engine (TVD). In this case, restrictions on the mass and dimensions of the internal combustion engine with an integrated piston compressor of large diameter and the cross-sectional area of the air channels to the latter from the turbocharger may be required. It should be noted the complexity of the design of this theater with turbine units connected via an additional high power gear (axial compressor, first axial turbine and low pressure axial turbine) and planetary gearbox for screws of different rotation. The disadvantages are also the large length of the blown volume of the internal combustion engine cylinders (reducing the number of internal combustion engine cycles), the need for mechanical synchronization of the internal combustion engine pistons and the difficulty of starting the KEU. These shortcomings inhibit the use of free piston engines in aviation.

Силовая установка SU 527524 А1, МПК F02B 71/04, опубл. 15.09.76 «Силовой привод с четырехтактным свободнопоршневым двигателем внутреннего сгорания», принятой за прототип предлагаемого изобретения, включает в себя оппозитные дифференциального исполнения поршни ДВС, насос объединен с двигателем, устройство сжатия, пневмогидравлический аккумулятор, гидростатические двигатели с редукторами для исполнительных механизмов и агрегаты подачи топлива, автоматики и управления. Для уменьшения времени выхода на режим и утилизации энергии торможения применен пневмогидравлический аккумулятор энергии. Недостатками прототипа являются большие габариты и масса аккумулятора энергии (особенно в авиационном варианте), а также трудность получения циклов ДВС с большими частотами, когда потоки рабочего тела в гидравлических линиях сначала сильно разгоняются, а затем тормозятся до нулевых скоростей. В гидравлических линиях устанавливаются клапаны для обеспечения реверса и перепуска в гидравлическую емкость низкого давления или на вход насоса. Это ведет к увеличению гидравлических потерь при увеличении числа циклов ДВС и снижает КПД устройства. Для увеличения мощности потребуется параллельная установка данных ДВС со сложной разветвленной системой гидравлических трубопроводов. Четырехтактное исполнение ДВС упрощает регулирование, однако усложняет конструкцию устройства, увеличивает массу и при этом не повышает КПД двухтактных свободнопоршневых ДВС.Powerplant SU 527524 A1, IPC F02B 71/04, publ. 09/15/76 "Power drive with a four-stroke free-piston internal combustion engine", adopted for the prototype of the invention, includes opposed differential versions of ICE pistons, a pump combined with an engine, a compression device, a pneumohydraulic accumulator, hydrostatic motors with gearboxes for actuators and feed units fuel, automation and control. To reduce the time to enter the mode and utilize the braking energy, a pneumohydraulic energy accumulator is used. The disadvantages of the prototype are the large size and mass of the energy accumulator (especially in the aviation version), as well as the difficulty of obtaining ICE cycles with high frequencies, when the working fluid flows in hydraulic lines are strongly accelerated at first and then decelerated to zero speeds. Valves are installed in the hydraulic lines to provide reverse and bypass into the low pressure hydraulic tank or at the pump inlet. This leads to an increase in hydraulic losses with an increase in the number of ICE cycles and reduces the efficiency of the device. To increase the power, parallel installation of these internal combustion engines with a complex branched hydraulic piping system will be required. The four-stroke ICE design simplifies regulation, but complicates the design of the device, increases weight and does not increase the efficiency of two-stroke free-piston ICEs.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении массо-габаритных характеристик, повышении эффективности данных устройств, простоте соединения большого количества свободнопоршневых двигателей на единую полезную нагрузку и в расширении условий эксплуатации.The technical result, the achievement of which the present invention is directed, consists in reducing the mass-dimensional characteristics, increasing the efficiency of these devices, ease of connecting a large number of free-piston engines to a single payload and in expanding operating conditions.

Технический результат достигается тем, что в силовой установке, включающей в себя, по меньшей мере, один замкнутый гидравлический контур, содержащий, по меньшей мере, два двигательно-насосные устройства, взаимодействующие с гидравлическим двигателем, каждое двигательно-насосное устройство снабжено оппозитными свободными дифференциальными поршнями, двигателями внутреннего сгорания жидкого охлаждения с газовыми цилиндрами, рабочими цилиндрами и гидравлическими полостями цилиндров дифференциальных поршней, турбокомпрессор и турбину на выхлопных газах, соединенный с полезной нагрузкой гидравлический двигатель, связанный гидравлическими линиями с гидравлическими полостями цилиндров дифференциальных поршней двигательно-насосных устройств, устройствами управления движениями жидкости в одном направлении, подачи топлива, стартером, новым является то, что двигательно-насосное устройство снабжено картером с перекладной заслонкой, образующим гидравлическую полость с цилиндрами дифференциальных поршней, и двумя противоположными отверстиями, к картеру примыкают гидравлические линии замкнутого контура с двух сторон, взаимодействующие с отверстиями входа и выхода гидравлического двигателя.The technical result is achieved by the fact that in a power plant including at least one closed hydraulic circuit containing at least two motor-pumping devices interacting with a hydraulic motor, each motor-pumping device is equipped with opposed free differential pistons , liquid-cooled internal combustion engines with gas cylinders, working cylinders and hydraulic cavities of differential piston cylinders, a turbocharger and a turbine on exhaust gases, a hydraulic motor connected to the payload, connected by hydraulic lines to the hydraulic cavities of the cylinders of the differential pistons of the motor-pumping devices, devices for controlling fluid motion in one direction, fuel supply, a starter, it is new that the motor-pumping device is equipped with a crankcase with a hydraulic damper, forming a hydraulic cavity with cylinders of differential pistons, and two opposite holes, hydra adjoin the crankcase vlicheskie line closed loop with two sides, which interact with inlet and outlet ports of the hydraulic motor.

Перекладная заслонка взаимодействует с устройством, включающим шток поршней с винтовой нарезкой, взаимодействующей с перекидной заслонкой через ведущую и ведомые шестерни, гидравлическим цилиндром перемещения рычага перекидной заслонки относительно валика одной из ведомых шестерен и кулачком толкателя выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания на валике одной из ведомых шестерен.The slide damper interacts with a device that includes a piston rod with a screw thread that interacts with the slide damper through the drive and driven gears, a hydraulic cylinder for moving the slide damper lever relative to the shaft of one of the driven gears and the cam of the exhaust valve pusher of the internal combustion engine on the shaft of one of the driven gears.

Силовая установка снабжена реверсирующим устройством перекладки заслонки в противоположное положение.The power plant is equipped with a reversing device for shifting the shutter to the opposite position.

Двигательно-насосные устройства состыкованы вплотную по входным и выходным отверстиям картеров, выход из последнего отверстия и вход в первый подсоединены к входу последующего и выходу предыдущего гидравлического двигателя соответственно, каждый гидравлический двигатель снабжен валами к стартеру и полезной нагрузке.The motor-pumping devices are connected closely to the input and output openings of the crankcases, the exit from the last opening and the entrance to the first are connected to the input of the subsequent and the output of the previous hydraulic motor, respectively, each hydraulic motor is equipped with shafts for the starter and the payload.

Двигательно-насосные устройства состыкованы по окружности в каждом ряду, единый вал полезной нагрузки соединен через редуктор на конических шестернях с полезной нагрузкой, впускные и выпускные клапана двигателей внутреннего сгорания соединены с осевыми компрессором и турбиной соответственно, осевая турбина соединена с осевым компрессором и дополнительно с валом нагрузки шестеренчатым соединительным устройством.The motor-pumping devices are stacked in a circle in each row, a single payload shaft is connected through a gearbox on bevel gears with a payload, intake and exhaust valves of internal combustion engines are connected to an axial compressor and turbine, respectively, an axial turbine is connected to an axial compressor and additionally to the shaft load gear connection device.

Замкнутые гидравлические контуры расположены параллельно, соединены через редуктор на конических шестернях с устройством поворота подсоединенной нагрузки с воздушными винтами разного вращения, выходы осевых турбин соединены с реактивными соплами, жидкостный теплообменник на фюзеляже самолета взаимодействует с воздушными потоком и толкающими винтами разного вращения.Closed hydraulic circuits are arranged in parallel, connected via a gearbox on bevel gears to a device for turning the connected load with propellers of different rotation, the outputs of the axial turbines are connected to jet nozzles, the liquid heat exchanger on the fuselage of the aircraft interacts with the air flow and pushing screws of different rotation.

Силовая установка выполнена в хвостовой части самолета с толкающим винтом с соплом винта для выхлопных газов и снабжена в нижней части воздухозаборником и теплообменником охлаждения цилиндров двигателей внутреннего сгорания.The power plant is made in the rear part of the aircraft with a pushing propeller with a nozzle for the exhaust screw and is equipped with an air intake and a heat exchanger for cooling the cylinders of internal combustion engines in the lower part.

Предлагаемое изобретение представлено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The invention is presented in FIG. 1, 2, 3, 4, 5.

На фиг. 1 изображено двигательно-насосное устройство (ДНУ), включающее в себя двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 1 с парой оппозитных дифференциальных поршней 3, 4, газовыми цилиндрами 5 и рабочими цилиндрами 6 с полостями С, Д и картером 7, снабженными входными и выходными отверстиями 8, 9 и соединенными с гидродвигателем 2 замкнутым гидравлическим контуром 10. Каждая пара оппозитных дифференциальных поршней соединена штоком 11, с которой взаимодействует перекидная заслонка 12. Цилиндры 5 снабжены впускными клапанами 13, которые соединены с равномерно расположенными по окружности щелями 14 цилиндров 6, снабженных выпускными клапанами 15. Гидродвигатель 2 включает в себя известные эксцентрично расположенный ротор с валом и пластинами 16 и статор 17. Стрелки Рв и Ррг обозначают поступающий воздух и отводящиеся продукты сгорания.In FIG. 1 shows a motor-pumping device (DNU), which includes an internal combustion engine (ICE) 1 with a pair of opposed differential pistons 3, 4, gas cylinders 5 and working cylinders 6 with cavities C, D and crankcase 7, equipped with inlet and outlet openings 8, 9 and connected to the hydraulic motor 2 by a closed hydraulic circuit 10. Each pair of opposed differential pistons is connected by a rod 11 with which the flapper 12 interacts. The cylinders 5 are equipped with inlet valves 13, which are connected to evenly slots 14 arranged around the circumference of the cylinders 6, equipped with exhaust valves 15. The hydraulic motor 2 includes a known eccentrically located rotor with a shaft and plates 16 and a stator 17. Arrows Rv and Prg denote incoming air and exhaust combustion products.

На фиг. 2 изображен узел поворота перекидной заслонки 12. Данный узел включает в себя шток 11 с винтовой нарезкой, с которой взаимодействует ведущая шестерня 18, в зацеплении с которой находятся ведомые шестерни 19, взаимодействующие выступом (не показан на фиг. 2) с перекидной заслонкой при подходе поршней к верхним точкам цилиндров. Находящийся в зацеплении с одной из ведомых шестерен 19 валик 20 выходит на обе стороны в камеры И, К, в камере И снабжен кулачком 21, который при помощи толкателя (не показан на данной фигуре) связан с выпускным клапаном 13, а в камере К - распределительным устройством для взаимодействия с полостями Е, Ж гидравлического цилиндра 22 с поршнем 23. Стрелка Р₁ указывает на низкое давление, а стрелка P₂ - высокое давление жидкости.In FIG. 2 shows a knot of rotation of the flapper 12. This assembly includes a threaded rod 11 with which the pinion gear 18 interacts, with which the driven gears 19 interacting with a protrusion (not shown in Fig. 2) with the flap are in contact pistons to the top of the cylinders. The roller 20, which is meshed with one of the driven gears 19, faces both sides of the chambers I, K, in the chamber I is equipped with a cam 21, which is connected to the exhaust valve 13 using a pusher (not shown in this figure), and in the chamber K - a switchgear for interacting with the cavities E, F of the hydraulic cylinder 22 with the piston 23. The arrow P ₁ indicates a low pressure, and the arrow P ₂ indicates a high fluid pressure.

На фиг. 3 изображена внутренняя часть силовой установки транспортного назначения. Данное устройство включает в себя корпус 24, внутри которого расположены по внешнему контуру две подгруппы ДВС 1 с двумя гидродвигателями 2 и стартерами 25. На валах 26 гидродвигателей 2 могут быть установлены редукторы 27. Каждые два соседних ДВС и гидродвигатели соединены гидравлически своими входными и выходными отверстиями (фланцами) соответственно, а их перекладные заслонки находятся в одинаковых положениях для подгруппы ДВС.In FIG. 3 shows the inside of a power plant for transport purposes. This device includes a housing 24, inside which two subgroups of ICE 1 with two hydraulic motors 2 and starters 25 are located on the outer contour. Gearboxes 27 can be mounted on the shafts 26 of the hydraulic motors 2. Each two adjacent ICEs and hydraulic motors are hydraulically connected by their inlet and outlet openings (flanges), respectively, and their rocker flaps are in the same positions for a subgroup of ICE.

На фиг. 4 изображена силовая установка авиационного назначения. Данное устройство включает в себя корпуса 24, внутри каждого корпуса установлены осевой компрессор 28 и осевая турбина 29, связанная как с осевым компрессором 28, так и дополнительно шестеренчатым устройством 30 с валом нагрузки 31. Несколько групп двигательно-насосных устройств с гидродвигателями 2 концентрического расположения, каждая из которых содержит две подгруппы, взаимодействуют с шестью гидродвигателями 2, объединенными одним валом, соединенным с редуктором 32 на базе ведомой и ведущих конических шестерен. Мощность с редуктора 32 передается двум вращающимся в разные стороны винтам 33,34 изменяемого шага. Реактивные сопла 35 установлены на выходе осевых турбин 29. Устройство отклонения вектора тяги винтов 36 установлено перед винтами 33,34. Снаружи на заднюю часть фюзеляжа установлен жидкостный теплообменник 34 охлаждения цилиндров ДВС 1. При реверсировании оборотов винта 34 в работу включается ведомая коническая шестерня 38. Стрелки показывают направление движения воздуха и продуктов сгорания.In FIG. 4 shows a power plant for aviation purposes. This device includes housings 24, an axial compressor 28 and an axial turbine 29 are connected inside each housing, connected with both the axial compressor 28 and additionally with a gear device 30 with a load shaft 31. Several groups of motor-pumping devices with hydraulic motors 2 of a concentric arrangement, each of which contains two subgroups, interact with six hydraulic motors 2, united by one shaft connected to the gearbox 32 on the basis of the driven and driving bevel gears. Power from the gearbox 32 is transmitted to two variable-pitch screws 33.34 rotating in different directions. Jet nozzles 35 are installed at the output of the axial turbines 29. The device for deflecting the thrust vector of the screws 36 is installed in front of the screws 33.34. Outside, a liquid heat exchanger 34 for cooling the engine ICE 1 is installed on the rear of the fuselage. When the revolutions of the screw 34 are reversed, the driven bevel gear 38 is turned on. The arrows indicate the direction of movement of air and combustion products.

На фиг. 5 изображена гидравлическая силовая установка малой авиации. Данное устройство включает в себя заднюю часть фюзеляжа самолета 40, внутри которой установлена группа двигательно-насосных устройств с гидродвигателем 2, воздухозаборник 42 рабочего воздуха и теплообменника охлаждения цилиндров двигателя 43, сопло выброса отработанных газов 44. Толкающий винт 45 механически соединен через редуктор 46 с валом гидродвигателя 2.In FIG. 5 shows a hydraulic propulsion system for small aircraft. This device includes the rear part of the fuselage of the aircraft 40, inside which there is a group of motor-pumping devices with a hydraulic motor 2, an air intake 42 of the working air and a cooling coil for engine cooling 43, an exhaust nozzle 44. The pushing screw 45 is mechanically connected through a gear 46 to the shaft hydraulic motor 2.

Устройство, представленное на фиг. 1, работает следующим образом. При работе ДВС 1 жидкость из полости С поршня 3 двигается через картер 7 на вход гидродвигателя 2, затем давление гидравлической жидкости срабатывает на пластинах данного двигателя и по контуру 10 попадает в картер 7 с другой стороны. Гидравлическая жидкость заполняет полость поршня 4, который двигается к мертвой точке до тех пор, пока в картере 17 не пройдут процессы перекладки перекидной заслонки 12, которые закончатся после момента начала движения поршней в обратном направлении. При новом положении перекидной заслонки 12 поток гидравлической жидкости в контуре 10 продолжает двигаться в том же направлении, что и раньше. При этом гидравлическая жидкость на вход гидродвигателя 2 подается под давлением из поршневой полости Д поршня 4. В момент нахождения поршня 3 около мертвой точки автоматически открывается выпускной клапан 15. Отработанные газы заменяются воздухом под давлением из щелей 14. Далее процесс повторяется. Скорость поршня в начальные и конечные моменты времени перекладки заслонки равны скорости поршня на рабочем участке, падая до нуля в мертвых точках движения поршня. Инерционные массы гидродвигателя 2 и контура 10 поддерживают расход через гидродвигатель примерно постоянным как в конце рабочего участка, так и при малых скоростях движения поршня вблизи мертвых точек. Гидродвигатель 2 работает по инерции в режиме насоса с небольшой потерей оборотов ротора, при этом поршни разгоняются без внешней нагрузки, сильно срезая пик давления жидкости под поршнем в положении около мертвой точки. При движении системы поршней в разные стороны поток жидкости в контуре движется в одном направлении (как маховик в поршневой технике), что позволяет повысить частоту циклов в минуту по сравнению с прототипом. Работа ДНУ в двигательном режиме компенсирует небольшие потери энергии на гидравлические потери при торможении жидкости, когда гидродвигатель работает в системе насоса. По сравнению со свободнопоршневыми цилиндрами ДВС КЭУ длина продувок цилиндров сократилась в два раза, следовательно, число циклов в минуту ДВС предлагаемой установки может резко вырасти.The device shown in FIG. 1, works as follows. When the internal combustion engine 1 is operating, the fluid from the cavity C of the piston 3 moves through the crankcase 7 to the inlet of the hydraulic motor 2, then the hydraulic fluid pressure is activated on the plates of this engine and enters the crankcase 7 from the other side along the circuit 10. Hydraulic fluid fills the cavity of the piston 4, which moves to a dead center until the transfer processes of the flapper 12, which end after the moment the pistons begin to move in the opposite direction, pass through the crankcase 17. With the new position of the flapper 12, the flow of hydraulic fluid in the circuit 10 continues to move in the same direction as before. In this case, the hydraulic fluid to the inlet of the hydraulic motor 2 is supplied under pressure from the piston cavity D of the piston 4. At the moment the piston 3 is near the dead center, the exhaust valve 15 automatically opens. The exhaust gases are replaced by air under pressure from the slots 14. The process is then repeated. The speed of the piston at the initial and final times of the valve shift is equal to the speed of the piston in the working area, dropping to zero at the dead points of the piston. The inertial masses of the hydraulic motor 2 and circuit 10 maintain the flow rate through the hydraulic motor approximately constant both at the end of the working section and at low piston speeds near the dead points. The hydraulic motor 2 operates by inertia in pump mode with a slight loss of rotor speed, while the pistons accelerate without external load, greatly cutting off the peak pressure of the liquid under the piston in a position near the dead center. When the piston system moves in different directions, the fluid flow in the circuit moves in one direction (like a flywheel in piston technology), which allows to increase the frequency of cycles per minute compared to the prototype. The operation of the DNU in the motor mode compensates for small energy losses due to hydraulic losses during fluid braking when the hydraulic motor is operating in the pump system. Compared with the free piston ICE KEU cylinders, the length of the cylinder blowdown was halved, therefore, the number of cycles per minute of the ICE of the proposed installation can increase dramatically.

Устройство, представленное на фиг. 2, работает следующим образом. Синхронность движения поршней 3,4 и перекидной заслонки 12 обеспечивается узлом поворота перекладной заслонки 12. Ведущая шестерня 18 поворачивается на определенный угол, а ведомые шестерни 19 (одна из них с валиком 32) - на угол 180 градусов. При движении одного из поршней к мертвой точке ведомые шестерни 19 поворачивают перекладную заслонку на половину ее хода. При отходе поршней от мертвой точки известно устройство перекладки перекладной заслонки с гидравлическим цилиндром 22 с поршнем 23 и полостями Е, Ж от перепада давлений линий высокого Р₂ и низкого P₁ давлений жидкости, поступающей в него через открываемые каналы внутри валика 20. После полного поворота заслонки рычаг заслонки закрепляется на упоре в конечном положении. В определенные интервалы времени кулачок 21 с толкателем откроет или закроет выпускной клапан 13.The device shown in FIG. 2, works as follows. The synchronization of the movement of the pistons 3,4 and the flapper 12 is provided by the knot of rotation of the flap 12. The pinion gear 18 is rotated by a certain angle, and the driven gears 19 (one of them with a roller 32) - by an angle of 180 degrees. When one of the pistons moves to a dead point, the driven gears 19 rotate the flap by half its stroke. When the pistons move away from the dead point, a transfer device of the transfer gate with a hydraulic cylinder 22 with a piston 23 and cavities E, F from the pressure difference of the high Р ₂ and low P ₁ pressure lines of the liquid entering it through openable channels inside the roller 20 is known. After a complete turn The choke lever is fixed to the stop in the end position. At certain intervals, cam 21 with the pusher will open or close the exhaust valve 13.

Реверсирование оборотов пластинчатого гидродвигателя 2 достигается обращением движения потока жидкости в контуре 10, для чего перекладная заслонка перекладывается в другое крайнее положение. При этом могут использоваться известные устройства для смены давлений в полостях Е, Ж цилиндра 22 на противоположные.The reversal of the revolutions of the plate hydraulic motor 2 is achieved by reversing the movement of the fluid flow in the circuit 10, for which the overflow damper is shifted to another extreme position. In this case, known devices can be used to change the pressures in the cavities E, F of the cylinder 22 to the opposite.

Устройство, представленное на фиг. 3, работает следующим образом. Как в начале, так и в процессе работы установки положение всех перекидных заслонок 12 устанавливается одинаковым по положению перекладной заслонки на первой подгруппе ДНУ с отсчетом от входного отверстия гидродвигателя 2. На второй подгруппе ДНУ (после гидродвигателя 2) положение перекидных заслонок может быть сдвинутым по фазе на 90 градусов. При этом некоторые ДНУ в случае неисправностей могут быть выключенными (без топливоподачи, с перекидными заслонками в отпущенном нейтральном положении). Процесс работы ДНУ происходит аналогично описанному на фиг. 1. Перепад давления на выходе гидравлической жидкости каждого последующего ДНУ увеличивается на одну и ту же величину, поэтому на пластинах каждого из двух гидродвигателей 2 формируется высокий перепад давления (крутящий момент) для передачи валам 26, а после редукторов 27 - тяговым устройствам. Таким образом, большое число ДНУ в подгруппе работает на один гидродвигатель небольших габаритов (по сравнению с газовой турбиной).The device shown in FIG. 3, works as follows. Both at the beginning and during the operation of the installation, the position of all the butterfly valves 12 is set equal to the position of the butterfly valve on the first subgroup of DNU counting from the inlet of the hydraulic motor 2. On the second subgroup of DNU (after the hydraulic motor 2), the position of the butterfly valves can be shifted in phase 90 degrees. At the same time, some DNUs in case of malfunctions can be turned off (without fuel supply, with flapper flaps in the released neutral position). The DNU operation process is similar to that described in FIG. 1. The pressure drop at the outlet of the hydraulic fluid of each subsequent DNU increases by the same amount, therefore, a high pressure drop (torque) is formed on the plates of each of the two hydraulic motors 2 for transmission to the shafts 26, and after the gearboxes 27 to the traction devices. Thus, a large number of DNUs in the subgroup operate on a single hydraulic motor of small dimensions (compared to a gas turbine).

Устройство, представленное на фиг. 4, работает следующим образом. Поток атмосферного воздуха проходит осевой компрессор (компрессора) 28, впускные 13 и выпускные клапана 15 ДВС 1. После сжатия воздуха, сгорания в нем жидкого топлива, подаваемого форсунками, и расширения продуктов сгорания полезная работа по жидкому контуру групп ДНУ и нескольким гидродвигателям 2 передается при помощи вала нагрузки 31 и редуктора на 32 винтам 33,34. При реверсировании оборотов винтов на посадке на аэродром включается ведомая коническая шестерня 38. На выходе из групп ДВС 1 газ поступает на осевую турбину (турбины) 29. Малая часть реактивной тяги реализуется в реактивном сопле (соплах) 35. Охлаждение цилиндров ДВС обеспечивается жидкостным теплообменником 34. Для уменьшения колебаний давлений в объеме на входе в осевую турбину положение перекидных заслонок на ДНУ гидродвигателей 2 каждого последующего ряда может обеспечивать работу данной группы ДНУ со сдвигом по фазе на 60° относительно ДНУ предыдущего ряда. Отсутствие планетарного редуктора на входе в осевой компрессор, более высокие максимальные температуры и давления термодинамического цикла ДВС (уменьшение расхода воздуха двигателя) и отсутствие камеры сгорания ТВД обеспечивают более высокую эффективность предлагаемой силовой установки. Вход в осевой компрессор не загроможден планетарным редуктором и механизмом поворота винтов, как и корневыми сечениями винтов (при заднем расположении двигателей ТВД нужно было бы добавить влияние крыльев на поток воздуха, поступающий на компрессор). Поэтому КПД осевого компрессора предлагаемой одноконтурной силовой установки, как и его степень повышения давления, будут выше, чем в ТВД. Последние, как правило, устанавливаются на крыльях далеко выдвинутыми вперед. При этом увеличивается масса крыльев, уменьшается прочность конструкции крыла самолета, возрастет аэродинамическое сопротивление и шум в салоне самолета. Создается проблема выброса горячей струи из двигателей. Работа корневых частей винтов предлагаемой силовой установки в пограничном слое корпуса самолета позволит экономить энергию, затрачиваемую на их вращение. Возможность подсоединения нескольких корпусов 24 к двум винтам разного вращения через две пары ведомых конических шестерен (одна для реверсирования) позволит уменьшить массу движителя (ликвидация планетарных редукторов для нескольких ТВД с объединением винтов с их механизмами) и повысить эффективность летательного аппарата. Для одних диаметров осевых компрессоров мощность предлагаемой силовой установки больше в несколько раз, чем у двухконтурного турбореактивного двигателя (ТРДД).The device shown in FIG. 4, works as follows. The atmospheric air flow passes through an axial compressor (compressor) 28, inlet 13 and exhaust valve 15 of the internal combustion engine 1. After air compression, combustion of the liquid fuel supplied by the nozzles, and expansion of the combustion products, useful work on the liquid circuit of the DNU groups and several hydraulic motors 2 is transmitted when help load shaft 31 and gearbox on 32 screws 33.34. When reversing the rotational speed of the propellers when landing at the airfield, the driven bevel gear 38 is activated. At the exit from the ICE groups 1, gas enters the axial turbine (s) 29. A small part of the jet thrust is realized in the jet nozzle (s) 35. The cooling of the ICE cylinders is provided by a liquid heat exchanger 34 To reduce pressure fluctuations in the volume at the inlet to the axial turbine, the position of the flapper valves on the DND of the hydraulic motors 2 of each subsequent row can ensure the operation of this DNU group with a phase shift of 60 ° relative to NU previous row. The absence of a planetary gearbox at the inlet to the axial compressor, the higher maximum temperatures and pressures of the thermodynamic cycle of the internal combustion engine (reduction of engine air consumption) and the absence of a combustion chamber of a high pressure engine provide higher efficiency of the proposed power plant. The entrance to the axial compressor is not cluttered with a planetary gear and rotor mechanism of the screws, as well as the root sections of the screws (with the rear arrangement of the engines of the theater of operations, it would be necessary to add the influence of the wings on the air flow entering the compressor). Therefore, the efficiency of the axial compressor of the proposed single-circuit power plant, as well as its degree of pressure increase, will be higher than in a theater. The latter, as a rule, are mounted on wings far forward. At the same time, the weight of the wings increases, the structural strength of the wing of the aircraft decreases, the aerodynamic drag and noise in the cabin increase. This creates a problem of ejection of a hot jet from the engines. The operation of the root parts of the propellers of the proposed power plant in the boundary layer of the aircraft body will save energy spent on their rotation. The ability to connect several housings 24 to two screws of different rotation through two pairs of driven bevel gears (one for reversing) will reduce the mass of the propulsion device (eliminating planetary gearboxes for several turboprops with the combination of propellers with their mechanisms) and increase the efficiency of the aircraft. For some diameters of axial compressors, the power of the proposed power plant is several times greater than that of a dual-circuit turbojet engine (turbojet engine).

Запуск по группам ДВС в первом приближении. От стартера и гидродвигателей 2, работающих в режимах насосов, например, на одной группе ДНУ (остальные, например, с выключенной подачей топлива и свободной перекидной заслонкой в нейтральном положении). Работа жидкостного теплообменника 34 обеспечивается работой винтов.Launch on ICE groups as a first approximation. From the starter and hydraulic motors 2 operating in pump modes, for example, on one DNU group (the rest, for example, with the fuel supply turned off and the free flap in the neutral position). The operation of the liquid heat exchanger 34 is provided by the operation of the screws.

Таким образом, по сравнению с прототипом потери в гидравлике перетекания жидкости из одного картера ДНУ в другой настолько малы, что могут сопоставляться с потерями в редукторах. КПД пластинчатых двигателей высокий из-за срабатываемых на них больших перепадов давления, последние снижают расход жидкости (габариты гидродвигателей) и уменьшают гидравлические потери. Доля полезной энергии, приходящаяся на турбоагрегаты, может быть увеличена с ростом давления наддува цилиндров ДНУ. Следовательно, доля полезной энергии цилиндров ДНУ, которая корректируется КПД пластинчатых двигателей в сторону уменьшения, будет меньше. Возможны передаваемые гидродвигателями большие тяговые мощности, соизмеримы с ТВД больших самолетов. Для габаритов (массы) обычного широкофюзеляжного самолета потребуется подвеска одного обтекаемого корпуса на хвостовую часть самолета. При этом по сравнению с прототипом будут отсутствовать гидравлические потери с выходной скоростью продуктов сгорания, так как последние реализуют тягу в соплах. Регулирование мощности изменением шага винтов и отключением подгруппы или группы ДНУ совместно повысит эффективность полетов с недогруженными салонами и выработанными топливными баками летательных аппаратов. В случае аварийных обстоятельств, например роста температуры, в некоторых местах конструкции ДВС возможно отключение некоторых цилиндров ДВС (ДНУ). Внешнее аэродинамическое сопротивление всего самолета (внешние поверхности корпусов силовой установки более компактны и взаимодействуют только с воздухом со скоростью полета, а не со скоростью струй из двигателей) с предлагаемой силовой установкой меньше, чем при всех известных способов размещения любых турбодвигателей на самолетах. В силу простоты конструкции стоимость всего устройства на одинаковую мощность меньше ТВД и ТРДД и сложного компрессора для ТРДД. Вращающие винты большого диаметра с функцией реверса и отклонения вектора тяги повысят КПД предлагаемой силовой установки, более оптимально перераспределят массы последней и могут снизить площади и массы крыльевых стабилизаторов полета.Thus, in comparison with the prototype, losses in hydraulics of fluid flow from one crankcase of the DNU to another are so small that they can be compared with losses in gearboxes. The efficiency of plate motors is high due to the large pressure drops triggered by them, the latter reduce the flow of fluid (hydraulic motor dimensions) and reduce hydraulic losses. The share of useful energy attributable to turbine units can be increased with increasing boost pressure of the DNU cylinders. Consequently, the fraction of the useful energy of the DNU cylinders, which is adjusted by the reduction efficiency of the plate engines, will be less. Large traction capacities transmitted by hydraulic motors are possible, commensurate with the theater of large aircraft. For the dimensions (mass) of a conventional wide-body aircraft, a suspension of one streamlined body on the tail of the aircraft will be required. In this case, in comparison with the prototype, there will be no hydraulic losses with the output velocity of the combustion products, since the latter realize thrust in the nozzles. Power control by changing the pitch of the propellers and turning off a subgroup or a group of DNUs together will increase the efficiency of flights with underloaded cabins and exhausted fuel tanks of aircraft. In case of emergency, for example, temperature increase, in some places of the ICE design it is possible to turn off some of the ICE cylinders (DNU). The external aerodynamic drag of the entire aircraft (the outer surfaces of the power plant housings are more compact and interact only with air at a speed of flight rather than at the speed of jets from engines) with the proposed power plant is less than with all known methods of placing any turbo engines on airplanes. Due to the simplicity of the design, the cost of the entire device at the same power is less than a turbojet engine and turbofan engine and a complex compressor for turbofan engine. Large-diameter rotating screws with the function of reverse and thrust vector deviation will increase the efficiency of the proposed power plant, more optimally redistribute the mass of the latter and can reduce the area and mass of winged flight stabilizers.

Если вал нагрузки 31 направить наверх и подсоединить через известные устройства к двум вертолетным винтам разного вращения, то реактивные сопла будут использованы для создания тяги (не потребуется наклонять рабочие винты).If the load shaft 31 is directed upward and connected through known devices to two helicopter propellers of different rotation, the jet nozzles will be used to create thrust (no need to tilt the propellers).

На конвертоплане с предлагаемой силовой установкой вал корпуса (24) устанавливается неподвижно (параллельно оси фюзеляжа) не обязательно на конце крыла, а поворот оси винта (винтов) осуществляется вращением последнего относительно оси вала нагрузки (31). Так как самый длинный элемент силовой установки корпус 24 располагается неподвижно по направлению полета, то крыло конвертоплана может быть расположено и закреплено не выше фюзеляжа. Данное обстоятельство и уменьшение массы тягового поворотного устройства на конце крыла повысят его прочность, способствуют снижению массы конвертоплана и повышению удлинению (эффективности) крыла.On a tiltrotor with the proposed power plant, the body shaft (24) is fixedly mounted (parallel to the axis of the fuselage), not necessarily at the end of the wing, and the axis of the screw (screws) is rotated by rotating the latter relative to the axis of the load shaft (31). Since the longest element of the power plant housing 24 is stationary in the direction of flight, the wing of the tiltrotor can be located and fixed no higher than the fuselage. This circumstance and a decrease in the mass of the traction rotary device at the end of the wing will increase its strength, help to reduce the mass of the tilt plane and increase the elongation (efficiency) of the wing.

Устройство, представленное на фиг. 5, работает следующим образом. Воздух во входном диффузоре 42 разделяется на два потока: меньший расход проходит теплообменник охлаждения цилиндров двигателя 43 и выбрасывается в атмосферу, а больший расход поступает через входные клапаны в группу ДВС 1 и отработанный в виде продуктов сгорания через выпускные клапана 41 выбрасывается через сопло 44 винта 45 в атмосферу. Крутящий момент от гидродвигателя 2 передается через редуктор 46 толкающему винту 45. На запуске винт обеспечивает движение воздуха через теплообменник охлаждения цилиндров двигателя 43.The device shown in FIG. 5, works as follows. The air in the inlet diffuser 42 is divided into two flows: a lower flow rate passes through the cooling coil of the engine 43 and is discharged into the atmosphere, and a higher flow rate enters through the intake valves into the engine group 1 and exhausted in the form of combustion products through the exhaust valves 41 is discharged through the nozzle 44 of the screw 45 in atmosphere. Torque from the hydraulic motor 2 is transmitted through the gearbox 46 to the pushing screw 45. At the start, the screw provides air movement through the cooling coil of the engine 43.

В результате обеспечивается улучшенная аэродинамика самолета, высокое КПД самолета с толкающим винтом и легкая конструкция двигателя, который может быть выполнен и в четырехтактном исполнении. Нос самолета освобождается от двигателя, при этом сильно улучшается кабина пилота с появлением возможности установки двух кресел в ряд.The result is improved aerodynamics of the aircraft, high efficiency of the aircraft with a pushing propeller and lightweight engine design, which can be performed in a four-stroke design. The nose of the aircraft is freed from the engine, while the cockpit is greatly improved with the advent of the possibility of installing two seats in a row.

Claims

1. The power plant, which includes at least one closed hydraulic circuit containing at least two motor-pumping devices interacting with a hydraulic motor, each motor-pumping device is equipped with opposed free differential pistons, internal combustion engines, liquid cooling with gas cylinders, working cylinders and hydraulic cavities of the differential piston cylinders, a turbocharger and an exhaust turbine connected to a useful a hydraulic motor coupled by hydraulic lines to hydraulic cylinder cavities of the differential pistons of the motor-pumping devices, one-way fluid control devices, fuel supply, and a starter, characterized in that the motor-pumping device is equipped with a crankcase with a shutter valve forming a hydraulic cavity with cylinders differential pistons, and two opposite holes, the closed circuit hydraulic lines with two s toron interacting with the inlet and outlet openings of the hydraulic motor.

2. The power plant according to claim 1, characterized in that the overhead damper interacts with a device including a piston rod with a screw thread interacting with the overhead damper through the drive and driven gears, a hydraulic cylinder for moving the overhead damper lever relative to the roller of one of the driven gears and the cam follower exhaust valve of an internal combustion engine on a roller of one of the driven gears.

3. The power plant according to claim 1, characterized in that it is equipped with a reversing device for shifting the shutter to the opposite position.

4. The power plant according to claim 1, characterized in that it includes motor-pumping devices docked closely along the input and output openings of the crankcases, the exit from the last hole and the entrance to the first are connected to the input of the subsequent and output of the previous hydraulic motor, respectively, each hydraulic motor is equipped with shafts to starter and payload.

5. The power plant according to claim 1, characterized in that it includes several rows of motor-pumping devices docked around a circle in each row, intake and exhaust valves of internal combustion engines are connected to an axial compressor and turbine, respectively, an axial turbine is connected to an axial compressor and additionally with a load shaft gear connection device.

6. The power plant according to claim 5, characterized in that the closed hydraulic circuits are arranged in parallel, connected via a gearbox on bevel gears to a device for rotating the connected load with propellers of different rotation, the outputs of the axial turbines are connected to the jet nozzles, the liquid heat exchanger on the fuselage of the aircraft interacts with air flow and pushing screws of different rotation.

7. The power plant according to claim 1, characterized in that it is made in the rear part of the aircraft with a pushing propeller with an exhaust screw nozzle and is equipped in the lower part with an air intake and a heat exchanger for cooling the cylinders of internal combustion engines.