СПОСОБ ФОРСИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F02K3/10 

Изобретение относится к авиадвигателестроению.

Известен способ форсирования газотурбинного двигателя (ГТД) путем подвода дополнительного тепла за турбиной (Теория и расчет ВРД. Под ред. С.М. Шляхтенко, Москва, Машиностроение, 1987, стр. 37). Недостатком способа является повышенный расход топлива, связанный с пониженным давлением в форсажной камере сгорания.

Известен способ форсирования ГТД впрыскиванием жидкости в газовоздушный тракт двигателя (Теория и расчет ВРД. Под ред. С.М. Шляхтенко, Москва, Машиностроение, 1987, стр. 374). Способ позволяет увеличить тягу двигателя, но ухудшает его экономичность и может быть использован главным образом в условиях взлета.

Известен способ регулирования турбовальных двигателей, предназначенных для вертолетов, который заключается в ограничении максимальной мощности двигателя в условиях взлета (Ю.Н. Нечаев, P.M. Федоров. Теория авиационных ГТД. Часть II. Москва, Машиностроение, 1978 г., стр. 288, рис. 20.8). Способ позволяет увеличить высоту полета вертолета.

Известен способ увеличения тяги турбореактивных двигателей, заключающийся в увеличении частоты вращения ротора, при котором тяга увеличивается за счет одновременного увеличения расходов воздуха и топлива в основную камеру сгорания (Ю.Н. Нечаев, P.M. Федоров. Теория авиационных ГТД. Часть II. Москва, Машиностроение, 1978 г., стр. 175, рис. 15.9). Данный способ является наиболее близким аналогом предлагаемому.

На сверхзвуковых скоростях полета сопротивление летательного аппарата растет быстрее, чем тяга газотурбинных двигателей. В этих условиях увеличение тяги двигателей может быть достигнуто дополнительным (независимо от скоростного напора) увеличением расхода воздуха через двигатели.

Поставленная цель достигается тем, что в ГТД используется переразмеренный для взлетных условий компрессор, повышенная производительность которого поддерживается за счет перепуска воздуха из-за последней ступени компрессора в количестве не менее 10% от общего расхода воздуха. На сверхзвуковых скоростях полета доля перепускаемого воздуха уменьшается, что обеспечивает дополнительное увеличение расхода воздуха (топлива) через основную камеру сгорания и дополнительный прирост тяги двигателя, позволяющий повысить скорость полета и, соответственно, общий КПД двигателя.

На чертеже изображена схема ГТД, иллюстрирующая применение рассматриваемого способа форсирования.

Двигатель состоит из входного устройства 1, компрессора 2, канала 3, основной камеры сгорания 4, турбины 5, эжекторного сопла 6.

Способ форсирования ГТД осуществляется следующим образом. В условиях взлета часть воздуха из-за последней ступени компрессора перепускается в канал 3, который соединен с эжекторным соплом 6. В полетных условиях створки сопла 6 раскрываются, перекрывая выход из канала 3, что приводит к увеличению расхода воздуха (топлива) через основную камеру сгорания 4 и дополнительному увеличению тяги двигателя (при необходимости сопловой аппарат турбины 4 регулируют).

Реализации предлагаемого способа может быть существенно больше (например, перепуск воздуха на вход в компрессор или в атмосферу).

Основным параметром, определяющим степень форсирования ГТД является доля перепускаемого воздуха в условиях взлета δ = ΔG_в/G_в. Для большинства схем справедливо соотношение
Таким образом, применяя указанный способ, можно увеличить тягу газотурбинного двигателя на 10-40%, что позволяет выполнять сверхзвуковой полет (Мn= 2÷2,5) без использования традиционных форсажных режимов и, соответственно, иметь общий КПД газотурбинного двигателя 35-40% (Теория и расчет ВРД. Под ред. С.М. Шляхтенко, Москва, Машиностроение, 1987, стр. 53, рис. 1.27).

Способ форсирования газотурбинного двигателя на сверхзвуковых скоростях полета заключается в одновременном увеличении расходов воздуха и топлива в основную камеру сгорания. Увеличение указанных расходов осуществляется за счет уменьшения доли воздуха, перепускаемого из-за последней ступени компрессора, величина которой в условиях взлета составляет не менее 10% от общего расхода воздуха. Изобретение позволяет увеличить тягу газотурбинного двигателя. 1 ил.

Способ форсирования газотурбинного двигателя на сверхзвуковых скоростях полета, заключающийся в одновременном увеличении расходов воздуха и топлива в основную камеру сгорания, отличающийся тем, что увеличение указанных расходов осуществляется за счет уменьшения доли воздуха, перепускаемого из-за последней ступени компрессора, величина которой в условиях взлета составляет не менее 10% от общего расхода воздуха.