ДВУХКОНТУРНЫЙ ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК F02K3/02 F04D27/02 

Изобретение относится к области реактивных двигателей, в частности, к двухконтурным турбореактивным двигателям (ДТРД).

Известен двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий вентилятор, осевой компрессор с рабочими лопатками, направляющими аппаратами и каналами перепуска воздуха над первыми рабочими колесами компрессора (см. патент США 3611724, МПК 7 F 02 K 3/04 от 12.10.1971.)
В известном двухконтурном двигателе повышение надежности устойчивой работы решается путем регулирования площадей перепускного канала во второй контур, что достаточно неэффективно и сложно.

Известен также двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий вентилятор, осевой компрессор с рабочими колесами и рядами направляющих аппаратов, каналы перепуска, сообщающие между собой проточные части компрессора и наружного контура (см. патент США 4068471, МПК 7 F 02 K 3/06 от 17.01.1978.)
В данном турбореактивном двигателе проблема повышения надежности работы компрессора решается путем размещения в каналах перепуска элементов, регулирующих проходное сечение каналов перепуска, например заслонку, обеспечивающую открытие или закрытие каналов.

Однако такое решение является конструктивно сложным, так как влечет за собой размещение клапанов и приводного механизма внутри двигателя, а также снижение надежности изделия из-за возможных отказов и заедания механизма привода.

Задачей изобретения является повышение надежности работы изделия путем авторегулируемого перепуска воздуха из-за компрессора в наружный (второй) контур.

Указанный технический результат достигается тем, что двухконтурный турбореактивный двигатель содержит вентилятор, осевой компрессор с рабочими колесами и рядами направляющих аппаратов, каналы перепуска, сообщающие между собой проточные части компрессора и наружного (второго) контура. Каналы перепуска выполнены в виде равномерно расположенных по окружности отверстий, выполненных в сечении, перпендикулярном продольной оси двигателя, между первым рабочим колесом компрессора и расположенным за ним направляющим аппаратом. Площадь проходного сечения отверстий равна 3-10% от площади проточной части компрессора в сечении размещения отверстий.

Кроме того, к стенке наружного контура напротив отверстий могут быть прикреплены обтекаемые профилированные вставки для изменения давления на выходе из отверстий.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен продольный разрез двухконтурного турбореактивного двигателя.

На фиг.2 представлен график зависимости статических давлений в компрессоре и в наружном (втором) контурах, на фиг.3 - граница максимальных расходов воздуха.

Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит вентилятор 1, осевой компрессор 2 с рабочими колесами 3 и рядами направляющих аппаратов 4, каналы перепуска 5, сообщающие между собой проточные части 6 компрессора 2 и наружного контура 7. Каналы перепуска 5 выполнены в виде равномерно расположенных по окружности отверстий, выполненных в сечении, перпендикулярном продольной оси двигателя, между первым рабочим колесом 3 компрессора 2 и расположенным за ним рядом направляющих аппаратов 4.

Площадь проходного сечения отверстий 5 равна 3-10% от площади проточной части компрессора 2 в сечении размещения отверстий 5.

Кроме того, к стенке 8 наружного контура 7 напротив отверстий 5 прикреплены обтекаемые профилированные вставки 9 для изменения давления на выходе из отверстий.

Работа предлагаемого устройства основана на следующих соображениях.

Сечение перепуска выбирается из условия равенства статических давлений на частоте вращения ротора 0,85...0,98 от максимальной. Поэтому, несмотря на отсутствие органов регулирования, воздух через каналы перепуска не перетекает, и в диапазоне частот вращения 0,85...1,0 режим работы ДТРД и его основные параметры не отличаются от ДТРД без перепуска.

С уменьшением частоты вращения ротора компрессора увеличивается разность давлений между компрессором и трактом наружного (второго) контура в месте перепуска в основном из-за возрастания статического давления в компрессоре, а также из-за увеличения степени двухконтурности по режимам работы ДТРД, которая может изменяться в 1,5...2 раза для двигателей боевых самолетов, что приводит к увеличению скорости потока в наружном контуре и падению величины статического давления относительно места перепуска в компрессоре (фиг.2). При этом часть воздуха из-за первой или нескольких ступеней компрессора начинает перетекать в наружный контур. Это количество возрастает с уменьшением частоты вращения, что дает эффект авторегулирования.

Так как на пониженных частотах вращения именно первая ступень компрессора далека от запирания (фиг.3) и определяет запас устойчивости изделия, то увеличение расхода воздуха через эти решетки приводит к увеличению запаса устойчивости изделия, снижает вибрационные напряжения на ступенях компрессора, позволяет улучшить работу компрессора на режимах запуска при воздействии неравномерности и нестационарности потока в эксплуатации.

Площадь проходного сечения каналов перепуска выбирается в пределах 3... 10% от площади тракта компрессора в сечении перепуска по следующим признакам. Уменьшение площади проходного сечения менее 3% ведет к практическому отсутствию эффекта авторегулируемого перепуска. Увеличение площади свыше 10% нецелесообразно из-за некоторого снижения КПД компрессора, так как часть воздуха, сжатого в ступенях до перепуска, уходит в наружный контур.

Тракт наружного (второго) контура в месте перепуска может быть оснащен обтекаемыми профилированными вставками, изменяющими давление на выходе каналов перепуска, что позволяет подстраивать количество перепускаемого воздуха и баланс статических давлений. Можно профилированной вставкой уменьшить проходное сечение и увеличить скорость потока в месте перепуска. Например, выпуклая внутрь второго контура поверхность тракта в месте перепуска приводит к локальному падению статического давления и более сильному возрастанию эффективности перепуска с ростом степени двухконтурности при уменьшении частоты вращения ротора компрессора ДТРД.

Такое выполнение двухконтурного турбореактивного двигателя позволит улучшить процесс запуска ДТРД, а также повысить запас устойчивости при неизменных параметрах изделия.

Изобретение относится к области двухконтурных турбореактивных двигателей и позволяет повысить надежность работы изделия путем авторегулируемого перепуска воздуха из-за компрессора во второй контур. Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит вентилятор, осевой компрессор с рабочими колесами и рядами направляющих аппаратов, каналы перепуска, сообщающие между собой проточные части компрессора и наружного контура. Каналы перепуска выполнены в виде равномерно расположенных по окружности отверстий, выполненных в сечении, перпендикулярном продольной оси двигателя, между первым рабочим колесом компрессора и расположенным за ним рядом направляющих аппаратов. Площадь проходного сечения отверстий равна 3-10% от площади проточной части компрессора в сечении размещения отверстий. Кроме того, к стенке наружного контура напротив отверстий могут быть прикреплены обтекаемые профилированные вставки для изменения противодавления на выходе из отверстий. Изобретение позволяет улучшить процесс запуска двухконтурного турбореактивного двигателя, а также повысить запас устойчивости при неизменных параметрах изделия. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий вентилятор, осевой компрессор с рабочими колесами и рядами направляющих аппаратов, каналы перепуска, сообщающие между собой проточные части компрессора и наружного контура, при этом каналы перепуска выполнены в виде равномерно расположенных по окружности отверстий, выполненных в сечении, перпендикулярном продольной оси двигателя, между первым рабочим колесом компрессора и расположенным за ним направляющим аппаратом, причем площадь проходного сечения отверстий равна 3-10% от площади проточной части компрессора в сечении размещения отверстий. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что к стенке наружного контура напротив отверстий прикреплены обтекаемые профилированные вставки для изменения давления на выходе из отверстий.