ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК F02C5/00 F02K7/16 

Изобретение относится к газотурбостроению и может быть использовано в авиационных силовых установках, в частности ТРД и ТРДД.

Известна конструкция газотурбинного двигателя [1], содержащая компрессор, камеру периодического сгорания топлива с установленным на ее входе клапаном, импульсную турбину, вращающиеся каналы которой являются продолжением камеры сгорания, а выхлопной клапан камеры расположен на срезе вращающегося канала турбины перед выхлопным устройством ГТД.

Указанное устройство не может быть генератором активной пульсирующей струи, так как выхлопной клапан расположен непосредственно на выходе из канала расширения турбины. Пульсации давления и скорости рабочего тела становятся незначительными, чтобы обеспечить существенную эжекцию воздуха в прямоточном контуре. Гашение амплитуды пульсаций турбиной [2] существенно снижает эффективность основной фазы эжектирования пульсирующей активной струи - фазы "последовательного втекания".

Известен также газотурбинный двигатель, содержащий компрессор, камеры периодического сгорания топлива с установленными на их входе клапанами, первые турбины с расположенными за ними каналами и установленными на их выходе клапанами (распределителем) и вторую турбину [3].

Указанное устройство также не может стать генератором активной пульсирующей струи, так как процесс горения в камерах осуществляется при постоянном давлении P= const, и поток газа за выхлопным клапаном имеет незначительную нестационарность. Первые турбины поочередно работают в двух фазах: энергетической, когда через них проходит горячий газ; продувочной, когда они работают в режиме вентиляции. КПД турбин при этом невысок.

Каналы от первой турбины до выхлопного клапана (распределителя) необходимы для разделения ветви горячего газа и ветви продувочного воздуха.

Целью изобретения является повышение эффективности ГТД с прямоточным контуром за счет создания пульсирующей реактивной струи и повышения КПД импульсной турбины.

Цель достигается тем, что в известном ГТД, содержащем компрессор, камеру периодического сгорания топлива (v=const) с установленным на ее входе клапаном, турбину, расположенный за ней ресивер, являющийся составной частью камеры сгорания, выхлопной клапан, реактивное сопло и периодичный контур. Объем ресивера составляет 0,2...0,65 объема камеры сгорания.

Существенное отличие предложенной конструкции ГТД от известных заключается в наличии ресивера определенного объема, являющегося частью камеры сгорания. Указанный ресивер выполняет две основные функции в цикле ГТД (v= const): является генератором газа для создания импульса необходимой амплитуды в реактивном сопле внутреннего контура, чтобы обеспечить условия получения аномально высокого прироста реактивной силы за счет эжекции воздуха в прямоточном контуре: является аккумулятором давления, сглаживающим нестационарность процесса расширения на турбине. Из-за наличия противодавления в ресивере за турбиной перепад газа на турбине будет изменяться в меньшем диапазоне и с меньшей амплитудой, чем при отсутствии ресивера. Это повышает КПД импульсной турбины.

На чертеже дана схема двигателя, общий вид.

Газотурбинный двигатель состоит из компрессора 1, камеры 2 периодического сгорания, имеющей входной клапан 3, турбины 4, ресивера 5, являющегося продолжением камеры 2 сгорания и расположенного между турбиной 4 и выхлопным клапаном 6, реактивного сопла 7 и прямоточного контура 8. Объем ресивера V_p составляет 0,2...0,65 объема камеры сгорания V_к.с.

Двигатель работает по циклу v=const и содержит три фазы: продувка, горение при v=const и расширение. Из-за компрессора 1 сжатый воздух периодически поступает в камеру 2 сгорания, где происходит сгорание впрыскиваемого топлива при постоянном объеме V_к.с. В камере 2 сгорания, а следовательно, и в ресивере 5 давление повышается до определенного уровня в зависимости от температуры цикла T_г^*. Весовой заряд рабочего тела в ресивере 5 выполняет две функции в процессе расширения. Во-первых, создает активную пульсирующую струю в реактивном сопле 7 внутреннего контура, обеспечивая необходимое условие для реализации фазы последовательного втекания при эжекции воздуха прямоточным контуром 8. Во-вторых, создает противодавление в полости за турбиной 4, обеспечивая плавное изменение степени понижения давления на турбине в процессе расширения, что ведет к меньшим пульсациям скоростей на лопаточных аппаратах. Это приведет к сужению границ изменения углов атаки на лопатки турбины, повышению КПД импульсной турбины и соответственно КПД всего двигателя. Турбина 4 делит камеру 2 сгорания между клапанами входа 3 и выхода 6 на две части с объемами V₁ и V_p(V₁+V_p=V_к.с.). Весовой заряд рабочего тела в передней части камеры 2 сгорания необходим в основном для совершения работы турбины 4 на привод компрессора 1. Величина этого заряда, а следовательно, и объема зависит от параметров цикла - степени повышения давления в компрессоре П_к^*, от температуры газа в камере сгорания T_r^*. Весовой заряд рабочего тела в ресивере необходим для создания эффективного импульса струи в реактивном сопле газогенератора. Величина объема V_p=(0,5.. .0,65) ˙V_к.с рекомендуется для всех реальных ГТД с П_к^* ≅ 30 и Т_r^* ≅ 1900K и выбирается в каждом конкретном случае в зависимости от параметров рабочего процесса.

Использование: в авиационных силовых установках. Сущность изобретения: двигатель выполнен с прямоточным контуром, имеет камеру периодического сгорания топлива с установленным на ее входе клапаном, расположенный за турбиной ресивер, объем которого равен 0,2 - 0,65 объема камеры сгорания. 1 ил.

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий компрессор, камеру периодического сгорания топлива с установленным на ее входе клапаном, турбину, расположенный за ней ресивер с установленным на его выходе клапаном, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет создания пульсирующей реактивной струи и повышения КПД турбины при выполнении двигателя с прямоточным контуром, объем ресивера равен 0,2 - 0,65 объема камеры сгорания.