УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЯГИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК F02K3/00 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к устройствам регулирования тяги авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).

Известны устройства регулирования тяги авиационных газотурбинных двигателей, например, трехвальный ТРДД "Геррит-эрисерч АТF-3" [1]. Двигатель имеет систему регулирования - электромеханическую с полупроводниковым вычислительным устройством. Главным недостатком данной системы является наличие механических средств изменения расхода компонентов топлива для изменения величины тяги двигателя, что приводит к потерям тяги при регулировании за счет нерасчетных режимов работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство для регулирования тяги ГТД без изменения его числа оборотов [2], содержащее механическое устройство, предназначенное для регулирования тяги газотурбинного двигателя без изменения его числа оборотов. Устройство содержит средство для перепуска части воздуха от выхода компрессора в коллектор, окружающей выхлопное сопло двигателя, и, по мере необходимости, в канал охлаждения турбины с целью кратковременного увеличения расхода газа, используемого для охлаждения турбины. Коллектор содержит вихревые сопла, входы которых сообщаются с коллектором, а выходы - с выхлопным соплом. Перепускаемый поток воздуха подается через вихревые сопла в выхлопное сопло таким образом, что в основном газовом потоке возникает вихрь, и вследствие этого, существенно возрастают потери давления в выхлопном сопле и уменьшается тяга, развиваемая двигателем.

Недостатком данного устройства является уменьшение удельного импульса при регулировании, а также понижение надежности работы двигателя.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, т. е. повышение эффективного регулирования тяги и надежности работы газотурбинного двигателя.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство, общий вид в разрезе.

Указанная цель достигается тем, что устройство для регулирования тяги воздушного газотурбинного двигателя (см. чертеж), содержит механическое устройство 11 для перепуска части воздуха от выхода компрессора низкого давления 1 в коллектор 12 для охлаждения рабочих лопаток турбины 10; канал 6 для подачи другой части воздуха через компрессор высокого давления 7, камеру сгорания 9 на лопатки рабочего колеса 10 турбины; лопатки направляющего аппарата 3 и ротора многоступенчатого осевого компрессора низкого давления 4, выполненные из ферромагнитного материала, которые вместе с установленными в корпусе ротора компрессора низкого давления электромагнитами 5 регулируемой напряженности магнитного поля образуют замкнутый контур, воздействующий на воздушный поток, делят его на диамагнитный азот и парамагнитные кислород; электромагнит 8, установленный в начале канала 6, подающего воздух в компрессор высокого давления 7, который создает магнитный поток, дополнительно отделяющий диамагнитный азот из воздуха, идущего в камеру сгорания 9, при изменении величины тока в электромагнитах изменяется величина магнитного потока, содержание кислорода в потоке воздуха, поступающего в камеру сгорания, температура газа, поступающего на лопатки рабочего колеса турбины и, следовательно, тяга двигателя.

Предложенное устройство характеризуется следующими отличительными существенными признаками:
а) часть лопаток или все лопатки направляющего аппарата и рабочего колеса компрессора низкого давления из ферромагнитного материала;
б) в корпусе ротора компрессора низкого давления установлены электромагниты 5, образующие с лопатками направляющего аппарата и ротора компрессора низкого давления замкнутый магнитный контур;
в) на входе в канал, подающий воздух в компрессор высокого давления, установлен электромагнит.

В прототипе отсутствуют перечисленные признаки, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна". При проведении патентных исследований не обнаружены технические решения, в которых разделение газов, в частности, обогащение воздуха кислородом достигается в замкнутом контуре, образованном лопатками направляющего аппарата и рабочего колеса многоступенчатого осевого компрессора и электромагнитами с регулируемой напряженностью магнитного поля, установленными в корпусе ротора компрессора, а, значит, признаки "а", "б" соответствуют критерию "существенные отличия". Признак "в" является частным существенным признаком, дополняющим признаки "а", "б" и представляет собой один из вариантов устройств для разделения газов.

Следовательно, из трех отличительных от прототипа признаков только первый и второй соответствуют критерию "существенные отличия", что достаточно для вынесения суждения о наличии существенных отличий в предлагаемом техническом решении.

Устройство для регулирования тяги воздушного газотурбинного двигателя работает следующим образом.

При прохождении воздушным потоком газового тракта газотурбинного двигателя в магнитном поле, образованном лопатками направляющего аппарата 3, лопатками 4 рабочего колеса многоступенчатого осевого компрессора низкого давления 1 и электромагнитами 5, регулируемой напряженности магнитного поля на кислород и азот воздуха действуют силы, пропорциональные произведению приложенного магнитного поля на градиент приложенного поля и направленные перпендикулярно движению воздушного потока: для кислорода (парамагнетик) - в сторону электромагнитов 5 (к оси компрессора), для азота (диамагнетик) - в сторону корпуса направляющего аппарата с меньшей напряженностью магнитного поля (от оси компрессора). В магнитном поле, создаваемом электромагнитом 8, установленным на входе в канал 6, подающий воздух в компрессор высокого давления, происходит дополнительное разделение воздуха и поток газа делится на две части: на поток, обогащенный парамагнитным кислородом и идущий через компрессор высокого давления 7 в камеру сгорания 9 и на поток, обедненный кислородом (обогащенный диамагнитным азотом) и идущий в контур 2 охлаждения камеры сгорания и в выхлопное сопло.

Сепарация воздуха до разделения потоков происходит в компрессоре низкого давления и в пространстве газового тракта до компрессора высокого давления и, следовательно, влияние на эффективность разделения газов повышения температуры диабатического сжатия незначительно.

Мольное содержание кислорода в потоке газа, поступающего в камеру сгорания 9 и, следовательно, температура газа, поступающего на лопатки рабочего колеса турбины 10, и тяга двигателя регулируется изменением величины электрического тока в обмотках электромагнитов 5 и 8, которое вызывает изменение магнитного потока.

Регулировка происходит в области до наступления момента насыщения магнитным потоком. Надежность работы двигателя не снижается, так как при форсировании тяги механическое устройство 11 перепускает поток холодного воздуха от компрессора низкого давления в канал охлаждения турбины 10.

Использование: в авиационной технике. Сущность изобретения: направляющие и рабочие лопатки компрессора выполнены из ферромагнитного материала и связаны с электромагнитами, что позволяет обогатить воздух паромагнитным кислородом путем воздействия на него переменного магнитного поля. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЯГИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее устройство для перепуска части сжатого воздуха от выхода компрессора, имеющего направляющие и рабочие лопатки, коллектор для охлаждения турбины и канал для подачи другой части воздуха в камеру сгорания и через турбину - в сопло, отличающееся тем, что с целью уменьшения потерь удельной тяги при регулировании, устройство снабжено электромагнитами, направляющие и рабочие лопатки выполнены из ферромагнитного материала и связаны с электромагнитами. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что с целью усиления воздействия магнитного потока на протекающий газ, при выполнении газотурбинного двигателя с компрессором высокого давления, оно снабжено дополнительным электромагнитом, установленным на входе в компрессор высокого давления.