ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С УПРАВЛЯЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ ДВУХКОНТУРНОСТИ Российский патент 2002 года по МПК F02K3/06 

Изобретение относится к области авиации и, в частности, к турбореактивным двигателям с управляемой степенью двухконтурности.

К турбореактивным двигателям многорежимных самолетов предъявляются требования по обеспечению высоких тягово-экономических характеристик на форсированных и максимальных режимах при хорошей экономичности на дозвуковых крейсерских режимах.

Одним из способов выполнения этих требований является использование организации перепуска части воздуха из-за компрессора низкого давления в затурбинное пространство по специальным регулируемым перепускным каналам на нефорсированных режимах дросселирования (см. Патент США 4054030, по кл. НКИ 60/262, МКИ F 02 К 3/06, F 02 К 3/12, заявл. 29.04.76 г., опубл. 18.11.78 г. ). Это устройство малоэффективно, так как не обеспечивает необходимого перепада давлений перепускаемого воздуха в затурбинное пространство в широком диапазоне эксплуатации двигателя, например, по числу Маха полета.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому относится турбореактивный двигатель с управляемой степенью двухконтурности, описанный в патенте США 4068471 по кл. МКИ F 02 К 3/06, опубл. 17.01.78 г. Известный турбореактивный двигатель с управляемой степенью двухконтурности содержит компрессор низкого и высокого давлений, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давлений с затурбинным обтекателем, последовательно расположенные по потоку, перепускной канал, связывающий внутреннюю полость за компрессором низкого давления с затурбинным каналом, клапан перепуска, соединенный с приводом для его открытия и закрытия. Однако в известном двигателе створки клапанов имеют сложную пространственную ячеистую структуру, не так надежны в работе и, кроме того, на двигателях с управляемой степенью двухконтурности, когда требуются относительно малые расходы воздуха, перепускаемые из-за компрессора низкого давления в затурбинное пространство, то есть при малых степенях двухконтурности, применение такого типа сложных устройств нецелесообразно.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении высоких тягово-экономических характеристик на форсированных и максимальных режимах при хорошей экономичности на дозвуковых крейсерских режимах, в особенности при потребных малых степенях двухконтурности, и в относительно простой и надежной системе перепуска части воздуха из-за компрессора низкого давления в затурбинное пространство.

Технический результат достигается тем, что в турбореактивном двигателе с управляемой степенью двухконтурности, содержащем компрессор низкого и высокого давлений, камеру сгорания, турбину высокого и низкого давлений с затурбинным обтекателем, последовательно расположенные по потоку, перепускной канал, связывающий внутреннюю полость за компрессором низкого давления с затурбинным каналом, клапан перепуска, соединенный с приводом для его открытия и закрытия, согласно изобретению внутренняя полость перепускного канала через полые обтекаемые радиальные ребра, установленные по окружности за турбиной низкого давления, соединена с внутренней полостью коллектора улиточного типа, размещенного внутри затурбинного обтекателя, имеющего донный уступ с отверстием в центре, выход из коллектора улиточного типа соединен с полым коленообразным патрубком, внутри которого размещен клапан перепуска, коленообразный патрубок заканчивается насадком, выходное сечение которого расположено не далее выходной плоскости затурбинного обтекателя, при этом форма затурбинного канала выполнена в виде конфузора, минимальное сечение которого расположено в поперечной плоскости донного уступа затурбинного обтекателя, отношение площади выхода к площади входа конфузора определяется из условия получения положительной разности между полным давлением в выходном сечении коленообразного патрубка и статическим давлением в затурбинном пространстве у донного уступа затурбинного обтекателя.

Такое выполнение турбореактивного двигателя с управляемой степенью двухконтурности позволяет при перекрытии клапаном перепуска выходного сечения коленообразного патрубка обеспечить поступление всего воздуха из-за компрессора низкого давления через компрессор высокого давления и далее по всему тракту двигателя, обеспечить работу двигателя по схеме одноконтурного турбореактивного двигателя и, тем самым, иметь на форсажных и максимальных режимах лучшие тягово-экономические характеристики, чем у двухконтурного турбореактивного двигателя, например, до скоростей полета, не превышающих число Маха полета Мп= 1,5 на высотах полета Н=11 км. Открытие клапаном перепуска проходного сечения насадка коленообразного патрубка позволяет организовать перепуск части воздуха из-за компрессора низкого давления по перепускному каналу через внутренние полости радиальных ребер во внутреннюю полость коллектора улиточного типа, обеспечивающего минимальные потери давления подводимого воздуха при переходе от радиальных ребер к коленообразному патрубку и далее через выходное сечение коленообразного патрубка в затурбинное пространство, форма которого выполнена в виде конфузора, обеспечивающего снижение статического давления в поперечной плоскости донного уступа затурбинного обтекателя и, кроме того, благодаря образованию зоны пониженного давления около донного уступа затурбинного обтекателя, гарантированно обеспечивается положительная разность между полным давлением в выходном сечении коленообразного патрубка и статическим давлением в затурбинном пространстве, а следовательно, и гарантированное поступление перепускаемого воздуха в затурбинное пространство и обеспечение работы двигателя по схеме двухконтурного турбореактивного двигателя и, тем самым, получение лучших тягово-экономических характеристик и запасов газодинамической устойчивости компрессоров, чем у одноконтурного турбореактивного двигателя, на тех режимах полета, на которых это невозможно сделать в одноконтурном двигателе, например, на бесфорсажных дроссельных режимах и на полных режимах при относительно больших скоростях полета, например, при Мп>1,5 на высоте H=11 км, то есть, когда компрессор низкого давления работает на малых приведенных частотах вращения и в одноконтурном турбореактивном двигателе запасы газодинамической устойчивости недопустимо снижаются.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена принципиальная схема продольного разреза с выделенным элементом "А" турбореактивного двигателя с управляемой степенью двухконтурности с клапаном перепуска в положении "закрыто".

На фиг. 2 представлен элемент "А" в увеличенном масштабе, поясняющий схему перекрытия перепускным клапаном проходного сечения насадка коленообразного патрубка.

На фиг.3 представлен элемент "А" в увеличенном масштабе, поясняющий схему открытия перепускным клапаном проходного сечения насадка коленообразного патрубка.

На фиг.4 представлено сечение "Б-Б" элемента "А", поясняющее схему поступления воздуха в коллектор улиточного типа и далее в коленообразный патрубок.

Турбореактивный двигатель 1 с управляемой степенью двухконтурности содержит компрессор 2 низкого давления, компрессор 3 высокого давления, камеру сгорания 4, турбину 5 высокого давления, турбину 6 низкого давления, затурбинный обтекатель 7 с донным уступом 8 и отверстием 9 в центре уступа, перепускной канал 10, полые радиальные ребра 11, коллектор 12 улиточного типа, полый коленообразный патрубок 13 с насадком 14 и выходным сечением 15, клапан перепуска 16, закрепленный на приводном валу 17, который связан с приводом (на чертеже не показан) для его поворота, затурбинный канал 18, конфузор 19 с минимальным поперечным сечением 20, разделитель потоков 21, форсажную камеру 22, реактивное сопло 23, внутреннюю полость 24 за компрессором низкого давления.

Турбореактивный двигатель с управляемой степенью двухконтурности работает следующим образом.

При полете самолета на скоростях, например, не превышающих скорость звука более чем в 1,5 раза, при Мп < 1,5 на высоте Н≥11 км, на максимальных и форсажных режимах, подается команда на привод поворотного вала 17. При повороте вала 17, например, по часовой стрелке, клапан перепуска 16 перекрывает выходное сечение 15 насадка 14 коленообразного патрубка 13. Воздух из внутренней полости 24 за компрессором 2 низкого давления полностью поступает на вход компрессора 3 высокого давления и проходит далее через камеру сгорания 4, турбину 5 высокого и турбину 6 низкого давления, поступает в затурбинный канал 18 и, пройдя через форсажную камеру 22, выбрасывается через реактивное сопло 23 в окружающую среду, обеспечивая, тем самым, работу двигателя по схеме одноконтурного турбореактивного двигателя.

При полете самолета, например, на скоростях, превышающих скорость звука более чем в 1,5 раза, при Мп > 1,5 на высоте Н≥11 км, на бесфорсажных дроссельных режимах, подается команда на привод приводного вала 17. При повороте вала 17, например, против часовой стрелки, клапан перепуска 16 открывает выходное сечение 15 насадка 14 коленообразного патрубка 13. Воздух из внутренней полости 24 за компрессором 2 низкого давления разделителем 21 потоков направляется как во внутренний канал на вход компрессора 3 высокого давления, так и в наружный канал во внутреннюю полость перепускного канала 10. Внутренний поток воздуха, как и в одноконтурной схеме двигателя, проходит через компрессор 3 высокого давления, камеру сгорания 4, турбину 5 высокого и турбину 6 низкого давления и поступает в затурбинный канал 18 и конфузор 19. Наружный поток воздуха из внутренней полости перепускного канала 10 поступает во внутреннюю полость полых радиальных ребер 11, проходит через внутреннюю полость коллектора 12 улиточного типа, через внутреннюю полость коленообразного патрубка 13, через внутреннюю полость насадка 14 и через выходное сечение 15 поступает во внутреннюю полость минимального сечения 20 конфузора 19, где перемешивается с внутренним потоком газов и далее через форсажную камеру 22 и реактивное сопло 23 выбрасывается в окружающую среду и обеспечивает, тем самым, работу двигателя по схеме двухконтурного турбореактивного двигателя.

Скорость полета самолета, на которой осуществляется переключение работы двигателя с одноконтурной схемы на двухконтурную схему и наоборот, определяется расчетным или экспериментальным путем по характеристикам компрессоров конкретного двигателя, например, чем выше степень повышения давления компрессора высокого давления, тем меньше скорость полета при переключении.

Турбореактивный двигатель с управляемой степенью двухконтурности обеспечивает высокие тягово-экономические характеристики на форсированных и максимальных режимах при хорошей экономичности на дозвуковых крейсерских режимах при простом и компактном устройстве открытия-закрытия контура перепуска, которое устанавливается в трубе сравнительно небольшого диаметра.

Изобретение относится к области авиации и содержит компрессор низкого и высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого и низкого давления с затурбинным обтекателем, последовательно расположенные по потоку, перепускной канал, связывающий внутреннюю полость за компрессором низкого давления с затурбинным каналом, клапан перепуска, соединенный с приводом для его открытия и закрытия. Связь внутренней полости перепускного канала осуществлена через полые обтекаемые радиальные ребра, установленные по окружности за турбиной низкого давления, полость соединена с внутренней полостью коллектора улиточного типа, размещенного внутри затурбинного обтекателя, имеющего донный уступ с отверстием в центре. Выход из коллектора соединен с полым коленообразным патрубком, внутри которого размещен клапан перепуска. Коленообразный патрубок заканчивается насадком, выходное сечение которого расположено не далее выходной плоскости затурбинного обтекателя. Форма затурбинного канала выполнена в виде конфузора, минимальное сечение которого расположено в поперечной плоскости донного уступа затурбинного обтекателя, причем отношение площади выхода к площади входа конфузора определяется из условия получения положительной разности между полным давлением в выходном сечении коленообразного патрубка и статическим давлением в затурбинном пространстве. Изобретение обеспечивает высокие тягово-экономические характеристики на форсированных и максимальных режимах при хорошей экономичности на дозвуковых крейсерских режимах при простом и компактном устройстве открытия - закрытия контура перепуска, которое устанавливается в трубе сравнительно небольшого диаметра. 4 ил.

Турбореактивный двигатель с управляемой степенью двухконтурности, содержащий компрессор низкого и высокого давлений, камеру сгорания, турбину высокого и низкого давлений с затурбинным обтекателем, последовательно расположенные по потоку, перепускной канал, связывающий внутреннюю полость за компрессором низкого давления с затурбинным каналом, клапан перепуска, соединенный с приводом для его открытия и закрытия, отличающийся тем, что внутренняя полость перепускного канала через полые обтекаемые радиальные ребра, установленные по окружности за турбиной низкого давления, соединена с внутренней полостью коллектора улиточного типа, размещенного внутри затурбинного обтекателя, имеющего донный уступ с отверстием в центре, выход из коллектора улиточного типа соединен с полым коленообразным патрубком, внутри которого размещен клапан перепуска, коленообразный патрубок заканчивается насадком, выходное сечение которого расположено не далее выходной плоскости затурбинного обтекателя, при этом форма затурбинного канала выполнена в виде конфузора, минимальное сечение которого расположено в поперечной плоскости донного уступа затурбинного обтекателя, причем отношение площади выхода к площади входа конфузора определяется из условия получения положительной разности между полным давлением в выходном сечении коленообразного патрубка и статическим давлением в затурбинном пространстве у донного уступа затурбинного обтекателя.