ДВУХКОНТУРНЫЙ ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК F02K3/10 

Изобретение относится к двухконтурным турбореактивным двигателям с форсажной камерой и теплообменником системы охлаждения турбины в наружном контуре.

Известен двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий компрессор низкого давления, турбокомпрессор высокого давления и форсажную камеру с акустическим демпфером, сообщенную с компрессором низкого давления через гофрированные карманы смесителя и продольные каналы размещенного в наружном контуре воздухо-воздушного теплообменника системы охлаждения турбины (патент США N 3528250, НКИ 60-261, опубл. 1970 г.).

Недостатком этого двигателя является весьма малое акустическое сопротивление наружного контура и, как следствие, слабое демпфирование возмущений и колебаний, возникших в форсажной камере и влияющих на устойчивость работы компрессора низкого давления, особенно на переходных режимах. Акустический демпфер собственно форсажной камеры демпфирует в основном поперечные акустические колебания в весьма узком диапазоне частот и оказывает слабое влияние особенно на продольные акустические колебания относительно низких частот. Этот демпфер практически не влияет на единичные возмущения, возникающие при резком розжиге форсажной камеры и на переходных режимах ее работы.

Задача изобретения - уменьшение влияния работы форсажной камеры на динамических режимах на устойчивость работы компрессора низкого давления и двигателя в целом.

Эта задача достигается тем, что в двухконтурном турбореактивном двигателе, содержащем компрессор низкого давления, турбокомпрессор высокого давления и форсажную камеру, сообщенную с компрессором низкого давления через гофрированные карманы смесителя и продольные каналы размещенного в наружном контуре воздухо-воздушного теплообменника, отношение выходной площади гофрированных карманов смесителя к площади наружного контура перед карманами выбрано в пределах 0,20 - 0,35, а длина продольных каналов воздухо-воздушного теплообменника может быть выполнена в пределах 0,15 - 0,35 длины волны первой тангенциальной моды колебаний форсажной камеры.

Новым здесь является то, что отношение выходной площади гофрированных карманов смесителя к площади наружного контура перед карманами выбрано в пределах 0,20 - 0,35, а длина продольных каналов воздухо-воздушного теплообменника может быть выполнена в пределах 0,15 - 0,35 длины волны первой тангенциальной моды колебаний форсажной камеры.

Гофрированные карманы смесителя являются эффективным акустическим сопротивлением, препятствующим прохождению возмущений из форсажной камеры в наружный контур. Интервал отношения выходной площади гофрированных карманов смесителя к площади наружного контура перед карманами в пределах 0,20 - 0,35 определен экспериментально. Таким образом, такое выполнение карманов смесителя форсажной камеры позволяет сделать его эффективным акустическим изолятором для компрессора низкого давления от возмущений давления в форсажной камере.

Наличие в наружном контуре двигателя воздухо-воздушного теплообменника с продольными каналами для протока воздуха наружного контура открывает дополнительные возможности изоляции компрессора низкого давления от возмущений давления, идущих из форсажной камеры при ее работе. Исследования показали, что акустическое сопротивление продольных каналов теплообменника сильно зависит от отношения длины продольных каналов воздухо-воздушного теплообменника к длине волны первой тангенциальной моды колебаний форсажной камеры. Хуже всего колебания проходят (происходит гашение колебаний в 5 раз), когда это отношение выбрано в интервале 0,15 - 0,35.

На фиг. 1 показан продольный разрез двигателя; на фиг. 2 - вид сзади на смеситель.

Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит компрессор низкого давления 1, выход из которого соединен с трактами внутреннего 2 и наружного 3 контуров. Во внутреннем контуре 2 расположен турбокомпрессор высокого давления, включающий компрессор высокого давления 4, камеру сгорания 5, турбину высокого давления 6, жестко соединенную с компрессором высокого давления 4. С компрессором низкого давления 1 жестко соединена турбина низкого давления 7. Выход из турбины 7 и выход из наружного контура 3 соединены через смеситель 8 с гофрированными карманами 9 с форсажной камерой 10, снабженной акустическим демпфером 11. В наружном контуре 3 установлен воздухо-воздушный теплообменник 12 с продольными каналами 13 для прохода воздуха наружного контура длиной 1.

Воздух сжимается компрессором 1, поступает частично в наружный контур 3, а частично во внутренний контур 2 - в последовательно установленные компрессор высокого давления 4, камеру сгорания 5, турбины высокого 6 и низкого 7 давления и далее в форсажную камеру 10. Воздух, проходящий по наружному контуру 3 через продольные каналы 13 теплообменника 12 и гофрированные карманы 9 смесителя 8 также поступает в форсажную камеру 10. Гофрированные карманы 9 смесителя 8 являются эффективным акустическим сопротивлением, препятствующим прохождению возмущений из форсажной камеры 10 в наружный контур 3. Интервал отношения выходной площади гофрированных карманов смесителя к площади наружного контура перед карманами в пределах 0,20 - 0,35 определен экспериментально, причем правая граница, то есть 0,35, определяется из условия эффективного ослабления колебаний давления в карманах смесителя, а левая граница, то есть 0,2, определяется из условий оптимизации гидравлических потерь во внешнем контуре. Таким образом, такое выполнение карманов смесителя форсажной камеры позволяет сделать его эффективным акустическим изолятором для компрессора низкого давления от возмущений давления в форсажной камере.

Наличие в наружном контуре двигателя воздухо-воздушного теплообменника с продольными каналами 13 для протока воздуха наружного контура открывает дополнительные возможности изоляции компрессора низкого давления от возмущений давления, идущих из форсажной камеры при ее работе. Исследования показали, что акустическое сопротивление продольных каналов теплообменника сильно зависит от отношения длины продольных каналов воздухо-воздушного теплообменника к длине волны первой тангенциальной моды колебаний форсажной камеры. Хуже всего колебания проходят (происходит гашение колебаний в 5 раз), когда это отношение выбрано в интервале 0,15 - 0,35.3

Двухконтурный турбореактивный двигатель относится к газотурбинным двигателям с форсажной камерой и теплообменником системы охлаждения турбины в наружном контуре. Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит компрессор низкого давления, турбокомпрессор высокого давления и форсажную камеру, сообщенную с компрессором низкого давления и через гофрированные каналы смесителя и продольные каналы размещенного в наружном контуре воздухо-воздушного теплообменника. Отношения выходной площади гофрированных карманов смесителя к площади наружного контура перед карманами выбрано в пределах 0,20 - 0,35. Длина продольных каналов воздухо-воздушного теплообменника выбрана в пределах 0,15 - 0,35 длины волны первой тангенциальной моды колебаний форсажной камеры. Такое выполнение двигателя позволяет уменьшить влияние форсажной камеры на динамических режимах на устойчивость работы компрессора низкого давления и двигателя в целом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий компрессор низкого давления, турбокомпрессор высокого давления и форсажную камеру, сообщенную с компрессором низкого давления через гофрированные карманы смесителя и продольные каналы размещенного в наружном контуре воздухо-воздушного теплообменника, отличающийся тем, что отношение выходной площади гофрированных карманов смесителя к площади наружного контура перед карманами выбрано в пределах 0,20 - 0,35. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что длина продольных каналов воздухо-воздушного теплообменника выбрана в пределах 0,15 - 0,35 длина волны первой тангенциальной моды колебаний форсажной камеры.