ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СВЕРХВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ДВУХКОНТУРНОСТИ Российский патент 2008 года по МПК F02K1/09 

Изобретение относится к турбореактивным двигателям сверхвысокой степени двухконтурности авиационного применения.

Известен турбореактивный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности с нерегулируемым по площади соплом на выходе из двигателя (С.А.Вьюнов "Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей", стр.548, рис.13.3).

Недостатком известной конструкции является повышенная температура газа перед турбиной на взлетном режиме и увеличенный расход топлива из-за пониженного КПД вентилятора на крейсерском режиме в связи с большим расслоением линий рабочих режимов в земных и высотных условиях на характеристике вентилятора.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является турбореактивный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности с регулируемым по площади соплом наружного контура, с расположенным в нижней по течению части внешней гондолы подвижным в осевом направлении кольцевым элементом и размещенным радиально внутри гондолы коническим центральным обтекателем (патент WO №9612881 А1, F02K 1/09).

Недостатками известной конструкции, принятой за прототип, являются увеличенные осевые габариты и вес регулируемого по площади сопла и турбореактивного двигателя в целом из-за увеличенной величины перемещения в осевом направлении кольцевого подвижного элемента при регулировании проходной площади сопла наружного контура.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении осевых габаритов, веса и в повышении КПД турбореактивного двигателя сверхвысокой степени двухконтурности за счет профилирования наружной поверхности конического центрального обтекателя.

Сущность технического решения заключается в том, что в турбореактивном двигателе сверхвысокой степени двухконтурности с расположенным в нижней по течению части внешней гондолы подвижным в осевом направлении кольцевым элементом и размещенным радиально внутри гондолы коническим центральным обтекателем, согласно изобретению обтекатель выполнен по его наружной поверхности на длине L с углом образующей конуса α=15°-25° на выходе из сопла наружного контура с плавным переходом к углу β=0-15° на срезе обтекателя, причем L/l=0,5-2,5, где: l - величина осевого перемещения кольцевого элемента внешней гондолы.

Увеличение угла образующей конуса α обтекателя на выходе из сопла наружного контура способствует уменьшению осевого перемещения подвижного кольцевого элемента внешней гондолы, что способствует снижению осевых габаритов и веса турбореактивного двигателя, однако излишнее увеличение угла α может привести к отрыву потока и, как следствие, к повышению потерь тяги сопла наружного контура с соответствующим повышением удельного расхода топлива двухконтурного турбореактивного двигателя.

При α<15° - возрастает вес и осевые габариты двухконтурного турбореактивного двигателя сверхвысокой степени двухконтурности, а при α>25° - возрастают гидравлические потери тяги из сопла наружного контура.

Для снижения потерь тяги сопла наружного контура угол образующей конуса наружной поверхности центрального обтекателя изменяется вниз по течению потока от α=15-25° до β=0-15°.

При β<0° увеличивается осевая длина двигателя и потери тяги сопла внутреннего контура.

При β>15° возрастают гидравлические потери тяги сопла наружного контура.

На фиг.1 изображен продольный разрез турбореактивного двигателя сверхвысокой степени двухконтурности.

На фиг.2 - элемент l на фиг.1 в увеличенном виде.

Турбореактивный двигатель 1 сверхвысокой степени двухконтурности состоит из вентилятора 2, канала наружного контура 3 с установленным на выходе регулируемым по площади соплом 4 наружного контура и канала внутреннего контура 5 с размещенными в нем компрессором низкого давления 6, компрессором высокого давления 7, камерой сгорания 8, турбиной высокого давления 9, турбиной низкого давления 10 и соплом внутреннего контура 11. Канал наружного контура 3 ограничен с внешней стороны гондолой 12, в нижней по течению потока воздуха 13 части которой расположен подвижный в осевом направлении кольцевой элемент 14 сопла 4, который при своем осевом перемещении на величину l может занимать крайние положения 15 и 16 с минимальной проходной площадью сопла F₁ и с максимальной проходной площадью сопла F₂ соответственно. Радиально кольцевому элементу 14 на выходе из сопла 4 расположен конический центральный обтекатель 17, который по наружной поверхности 18 на выходе из сопла 4 наружного контура 3 выполнен на длине L с углом образующей конуса α с плавным переходом к углу β на срезе обтекателя внутреннего контура 17.

Работает устройство следующим образом. При работе турбореактивного двигателя сверхвысокой степени двухконтурности 1 на взлетном режиме сопло 4 наружного контура 3 максимально открыто и занимает положение 16 с максимальной площадью F₂, что увеличивает КПД вентилятора и снижает температуру газа перед турбиной высокого давления 9. С увеличением скорости полета, при переходе на крейсерский режим, сопло 4 наружного контура 3 закрывается и подвижный кольцевой элемент 14 перемещается в расположение 15 с минимальной площадью F₁, что способствует повышению КПД вентилятора 2 и снижению удельного расхода топлива двигателя 1. Из-за увеличенного угла α образующей конуса на участке L обтекателя 17 величина осевого перемещения l кольцевого элемента 14 минимальна, что способствует уменьшению веса и осевых габаритов двигателя 1. Благодаря плавному переходу от угла образующей конуса α=15-25° на выходе из сопла наружного контура 4 к углу β=0-15° на срезе обтекателя 17 потери тяги сопла 4 минимальны, что способствует повышению КПД двигателя 1.

Турбореактивный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности выполнен с расположенным в нижней по течению части внешней гондолы подвижным в осевом направлении кольцевым элементом и размещенным радиально внутри гондолы коническим центральным обтекателем. Обтекатель выполнен по его наружной поверхности на длине L с углом образующей конуса α=15-25° на выходе из сопла наружного контура с плавным переходом к углу β=0-15° на срезе обтекателя, причем L/l=0,5-2,5, где l - величина осевого перемещения кольцевого элемента внешней гондолы. Изобретение позволяет снизить осевые габариты, вес и повысить КПД турбореактивного двигателя. 2 ил.

Турбореактивный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности с расположенным в нижней по течению части внешней гондолы подвижным в осевом направлении кольцевым элементом и размещенным радиально внутри гондолы коническим центральным обтекателем, отличающийся тем, что обтекатель выполнен по его наружной поверхности на длине L с углом образующей конуса α=15-25° на выходе из сопла наружного контура с плавным переходом к углу β=0-15° на срезе обтекателя, причем L/l=0,5-2,5, где l - величина осевого перемещения кольцевого элемента внешней гондолы.