СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2003 года по МПК F02K3/72 F02C3/45 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к летательным аппаратам с реактивными двигателями.

Известна силовая установка, содержащая двухконтурный турбореактивный двигатель, снабженный подвижными шарнирно закрепленными обтекателями, причем все механизмы силовой установки размещены внутри обтекателя [1].

Недостатками известной установки является ее конструктивная сложность, обусловленная наличием таких агрегатов, как многоступенчатый осевой компрессор, турбина, вентилятор наружного контура, а также изменение кпд на различных скоростях работы.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий входное устройство, компрессоры наружного и внутреннего контуров, камеру сгорания, турбины компрессоров наружного и внутреннего контуров, два сопла - наружного и внутреннего контура [2].

Недостатками этого двигателя, принятого в качестве прототипа, являются его конструктивная сложность и ограниченный диапазон скоростей эффективной работы, приводящий к достаточно низкой экономичности.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение экономичности.

Поставленная цель достигается тем, что в силовой установке летательного аппарата, содержащей двухконтурный турбореактивный двигатель с входным устройством, компрессором, камерой сгорания, турбиной и соплом, компрессор и турбина выполнены в виде двух лопаточных концентрических колес барабанного типа, вращающихся в противоположных направлениях, камера сгорания помещена в центр лопаточных колес, а лопатки выполнены поворотными.

На фиг.1 показана схема силовой установки.

На фиг. 2 даны характеристики вентиляторов различных типов: кривая 1 - характеристика диаметрального вентилятора; 2 - центобежного; 3 - осевого.

Корпус 1 содержит входное устройство 2 и сопло 3 прямоугольного сечения. В корпусе 1 установлены два концентрических лопаточных колеса барабанного типа - внешнее 4 и внутреннее 5. Их оси соединены редуктором 6, к выходному валу 7 которого присоединяется пусковое устройство (при запуске двигателя) и электрогенератор (в рабочем режиме). В центре двойного кольца, образованного колесами 4 и 5, помещена камера сгорания, содержащая жаровую трубу 8 и форсунку 9.

Силовая установка работает следующим образом.

При запуске двигателя к валу 7 присоединяется пусковое устройство - вспомогательный двигатель (не показан). Он раскручивает колеса 4 и 5, создавая поток сжатого воздуха. После достижения необходимого давления воздуха в центре колеса 5 в форсунку 9 подается топливо и поджигается. Поток горячего газа из камеры сгорания 8, взаимодействуя с противоположной стороной колеса 4 (с его поворотными лопатками), сообщает колесам 4 и 5 вращающий момент, выполняя тем самым функцию турбины. Часть воздуха проходит мимо камеры сгорания, образуя второй контур. Лопатки колеса 4 закреплены на продольных осях и имеют возможность поворота для установки необходимого угла атаки как в режиме вентилятора, так и в режиме турбины. Поворот лопаток осуществляется с помощью кулачкового механизма (не показан). Лопатки колеса 5 не поворачиваются, поэтому колесо 5 выполняет только роль вентилятора.

Эффективность предлагаемой схемы связана с применением в качестве вентилятора и турбины лопаточных колес барабанного типа, вращающихся в противоположных направлениях. Такая схема позволяет получить ламинарный поток воздуха, т.к. лопатки внутреннего колеса 5 выполняют роль направляющего аппарата. Кроме того, лопаточное колесо барабанного типа, называемое диаметральным вентилятором, обладает более высокими характеристиками по сравнению с осевыми и центробежными вентиляторами. Для сравнения характеристик этих типов вентиляторов удобно воспользоваться безразмерными коэффициентами, которые представляют собой отношения соответствующих параметров к определенным размерным величинам. Это отражает свойства всей серии вентиляторов данного типа, вне зависимости от диаметра рабочего колеса, скорости вращения и плотности воздуха. Подсчет этих коэффициентов находят по формулам


где и - соответственно безразмерные коэффициенты производительности и давления;
F - площадь рабочего колеса. Для осевых и центробежных вентиляторов , где D - диаметр рабочего колеса, измеряемый по внешним кромкам лопаток. Для диаметральных вентиляторов F=D•b где b - полезная ширина вентилятора;
u - окружная скорость:
Безразмерные характеристики отражают совершенство аэродинамических схем вентиляторов. На фиг.2 представлены безразмерные характеристики вентиляторов различных типов, из которых следует, что диаметральные вентиляторы (кривая 1) по коэффициентам производительности и давления оставили далеко позади лучшие конструкции центробежных (кривая 2) и осевых (кривая 3) вентиляторов.

Высокие значения коэффициентов присущи диаметральным вентиляторам вследствие того, что лопатки колеса вентилятора дважды воздействуют на протекающий поток, т.е. эти вентиляторы являются двухступенчатыми (центростремительно-центробежными). Высокие значения коэффициентов производительности диаметральным вентиляторам присущи потому, что течение воздуха в них не имеет резких поворотов.

По сравнению с известными устройствами аналогичного назначения предлагаемое техническое решение обладает следующими преимуществами:
- простотой конструкции, обусловленной меньшим количеством сложных деталей, например лопаток, имеющих к тому же простую цилиндрическую форму, без закрутки пера;
- повышенной надежностью, связанной с более прочным креплением лопаток с двух сторон пера, а также с меньшими скоростями вращения рабочих колес;
- большей экономичностью (меньшими удельными затратами топлива), обусловленной уменьшением аэродинамического сопротивления потоку газа внутри двигателя.

Источники информации
1. Патент RU 2022886, кл. В 64 D 29/02, F 02 С 7/20, БИ 21, 1994.

2. Ловинский С.И. Теория авиационных двигателей. - М.: Машиностроение, 1982. С. 8.

Силовая установка летательного аппарата содержит двухконтурный турбореактивный двигатель с турбиной, компрессором, камерой сгорания и соплом. Компрессор и турбина выполнены в виде двух лопаточных концентрических колес барабанного типа, вращающихся в противоположных направлениях. Камера сгорания помещена в центр лопаточных колес. Лопатки выполнены поворотными. Изобретение позволяет упростить конструкции и повысить экономичность. 2 ил.

Силовая установка летательного аппарата, содержащая двухконтурный турбореактивный двигатель с входным устройством, компрессором, камерой сгорания, турбиной и соплом, отличающаяся тем, что компрессор и турбина выполнены в виде двух лопаточных концентрических колес барабанного типа, вращающихся в противоположных направлениях, камера сгорания помещена в центр лопаточных колес, а лопатки выполнены поворотными.