ТРЕХКАСКАДНЫЙ ДВУХКОНТУРНЫЙ ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ВЫСОКОЙ СТЕПЕНЬЮ ДВУХКОНТУРНОСТИ Российский патент 2009 года по МПК F02K3/77 

Изобретение касается трехкаскадного двухконтурного турбореактивного двигателя с высокой степенью двухконтурности, причем турбореактивный двигатель имеет передний вентилятор и задний вентилятор спереди промежуточного корпуса, который представляет собой внешнюю несущую решетку в потоке второго контура и внутреннюю несущую решетку в основном воздушном потоке, причем вентиляторы имеют лопасти, которые тянутся в радиальном направлении наружу к корпусу вентилятора, этот корпус вентилятора определяет внешнюю сторону воздушного потока второго контура, причем турбореактивный двигатель также имеет компрессор низкого давления для сжатия воздуха, приходящего в канал для основного воздушного потока, причем упомянутый передний вентилятор и упомянутый задний вентилятор вращаются прямо, и отдельно, посредством двух валов, которые являются соосными.

В современном, высокомощном турбореактивном двигателе с высокой степенью двухконтурности вентилятор имеет большой диаметр, и окружная скорость у верхушек лопастей пропорциональна как этому диаметру, так и скорости вращения вентилятора. Чтобы получить хорошую производительность, окружная скорость должна быть меньше, чем скорость звука. В обыкновенном турбореактивном двигателе, имеющем единственный вентилятор, это возможно посредством промежуточной редукционной передачи между приводным валом и вентилятором. Однако передача значительно увеличивает вес двигателя и также снижает производительность. Другая технология состоит в оснащении турбореактивного двигателя с двумя вентиляторами, передним вентилятором и задним вентилятором, причем упомянутые вентиляторы устанавливаются спереди промежуточного корпуса, и причем каждый вентилятор приводится в движение соответствующим низкоскоростным приводным валом, без какой-либо промежуточной редукционной передачи. Каждый вентилятор подает воздух, текущий в канал второго контура с, по существу, половиной тяговой силы воздуха второго контура.

Уровень техники проиллюстрирован, в частности, патентами США №3861139 и 4860537, которые описывают турбореактивные двигатели типа, упомянутого во введении, причем каждый имеет два противоположно вращающихся вентилятора, эти вентиляторы присоединены к компрессору низкого давления, также имеющему противоположно вращающиеся роторы, причем один из роторов приводится в действие приводным валом для переднего вентилятора, и другой ротор приводится в действие приводным валом для заднего вентилятора. Устанавливается фиксированный шаг лопастей двух вентиляторов для оптимизирования согласования двух вентиляторов с конкретной скоростью двигателя. При других скоростях, тем не менее, производительность неизбежно снижается.

Задачей изобретения является обеспечить возможность оптимизации согласования заднего вентилятора с различными скоростями двигателя.

Изобретение решает эту задачу тем, что компрессор низкого давления размещен в осевом направлении между лопастями переднего вентилятора и лопастями заднего вентилятора, и включает в себя, по меньшей мере, одно кольцо лопастей ротора, тянущихся от периферии колеса, которое приводится в движение приводным валом для переднего вентилятора, и, по меньшей мере, две решетки лопаток статора, расположенных в осевом направлении на одной из сторон упомянутого кольца лопастей ротора и в радиальном направлении внутри несущего кольца решетки, причем упомянутое кольцо поддерживается внешней решеткой, которая размещена в воздушном потоке второго контура, упомянутая внешняя решетка поддерживается корпусом вентилятора; и статор с переменным шагом размещен ниже по потоку от упомянутой внешней решетки для того, чтобы обеспечить приемлемое согласование заднего вентилятора.

Более того, предпочтительно приняты следующие преимущественные расположения.

Внешняя решетка имеет множество неподвижных радиальных рычагов, и статор с переменным шагом имеет множество подвижных радиальных рычагов, которые способны поворачиваться вокруг радиальных осей, причем каждый подвижный рычаг размещен непосредственно при входной точке к неподвижному радиальному рычагу.

Каждый подвижный радиальный рычаг имеет радиально внутренний шарнир, вставленный в несущее кольцо решетки.

Каждый подвижный радиальный рычаг имеет радиально внешний шарнир, вставленный в корпус вентилятора.

Радиально внешний шарнир оснащен приводным рычагом, имеющим свободный конец, который шарнирно прикреплен к регулировочному кольцу.

Особенно предпочтительным является то, что передний вентилятор и задний вентилятор являются противоположно вращающимися вентиляторами.

Другие преимущества и характеристики изобретения будут ясны при ознакомлении с последующим описанием, данным в качестве примера, со ссылкой на сопроводительный чертеж, на котором:

- единственный чертеж - схематичное полусечение передней части турбореактивного двигателя согласно изобретению.

Чертеж является схемой, которая показывает переднюю часть 1 турбореактивного двигателя относительно оси X, которая имеет передний вентилятор 3 и задний вентилятор 5 спереди промежуточного корпуса 2, причем передний вентилятор 3 приводится в движение внутренним приводным валом 4, а задний вентилятор 5 приводится в движение промежуточным приводным валом 6, соосным с внутренним валом 4 и окружающим упомянутый внутренний вал, и компрессор низкого давления, размещенный в осевом направлении между передним вентилятором 3 и задним вентилятором 5, чтобы сжимать воздух, входящий в канал 8 для основного воздушного потока F1.

Передний вентилятор 3 имеет лопасти 10, которые тянутся от периферии колеса 11 к корпусу 12 вентилятора, который определяет внешнюю сторону канала 13 для потока F2 воздуха второго контура.

Задний вентилятор также имеет лопасти 14, которые тянутся от периферии колеса 15 к корпусу вентилятора 12, через канал 8 для основного воздушного потока F1 и через канал 13 для потока F2 воздуха второго контура.

Колесо 11 переднего вентилятора 3 присоединено к внутреннему валу 4 конусом 16, и колесо 15 заднего вентилятора 5 присоединено к промежуточному валу 6 конусом 17.

Опора 18 внутри вала и роликовый подшипник 19 внутри вала помещается между внутренним валом 4 и промежуточным валом 6. Промежуточный вал 6 поддерживается промежуточным корпусом 2 посредством упорного подшипника 20 и роликового подшипника 21. Позиция 22 обозначает упорный подшипник, дающий возможность промежуточному корпусу 2 поддерживать приводной вал 23 компрессора 24 высокого давления, который располагается позади промежуточного корпуса 2.

Промежуточный корпус 2 имеет внешнюю несущую решетку 30 в воздушном потоке F2 второго контура и внутреннюю несущую решетку 31 в основном воздушном потоке F1. Внешняя несущая решетка 30 присоединена снаружи к корпусу 12 вентилятора. Кольцевой корпус 32 помещается между внешней несущей решеткой 30 и внутренней несущей решеткой 32, ниже по потоку от разделительной верхушки 33 для отделения основного воздушного потока F1 от воздушного потока F2 второго контура. Разделительная верхушка 33 помещается выше от лопастей 14 заднего вентилятора 5.

Компрессор 7 низкого давления помещается между передним вентилятором 3 и задним вентилятором 5. Упомянутый компрессор имеет кольцо лопастей 40 ротора в основном воздушном потоке F1, эти лопасти тянутся от периферии колеса 41, которое конструктивно присоединено к конусу 16 противоположно направленным конусом 42 и к платформам лопастей 10 переднего вентилятора 3 кожухом 43, который определяет внутреннюю часть канала 8 для основного воздушного потока F1, и две решетки лопаток статора 45 и 46, которые в осевом направлении размещены на одной из сторон кольца лопастей 40 ротора.

Две решетки лопаток статора 45 и 46 тянутся в радиальном направлении в отверстие несущего кольца 47 решетки, причем упомянутое несущее кольцо решетки поддерживается корпусом 12 вентилятора через внешнюю несущую решетку 48, имеющую рычаги 49, которые тянутся радиально через канал 13 для воздушного потока F2 второго контура. Радиально внутренние концы рычагов 49 присоединяются к передней части несущего кольца 47 решетки.

Статор 50 с переменным шагом размещен непосредственно ниже от внешней несущей решетки. Статор 50 имеет множество подвижных радиальных рычагов 51 обтекаемой формы, которые способны к синхронному повороту вокруг радиальных осей и которые тянутся через канал 13 для воздуха F2 второго контура. Число подвижных рычагов 51 равно числу неподвижных рычагов 49 во внешней несущей решетке 48, и каждый подвижный рычаг размещен непосредственно ниже от неподвижного рычага 49. Каждый подвижный рычаг 51 имеет радиально внутренний шарнир 52, вставленный в несущее кольцо 47 решетки, радиально внешний шарнир 5, вставленный в корпус 12 вентилятора. В этом особенном варианте осуществления шарниры 52, 53 вращаются. Радиально внешние шарниры 53 оснащены приводными рычагами, имеющими свободные концы 55, которые шарнирно присоединены к регулировочному кольцу 56 относительно оси X. Осевое перемещение регулировочного кольца 56 при смещении силовым приводом (не показано) заставляет все приводные рычаги 54 вращаться вокруг их радиальных осей, как определено шарнирами 52 и 53, и изменяет шаг статора 50 как функцию параметров полета, и, в особенности, как функция скорости вращения двух вентиляторов 3 и 5 при различных скоростях двигателя.

Тот факт, что компрессор 7 низкого давления содержит статор и ротор, которые должны вращаться с передним вентилятором 3, обеспечивает для обоих вентиляторов 3 и 5 возможность вращаться в одном направлении. Но два вентилятора 3 и 5 могут также вращаться в противоположные стороны и приводиться в движение двумя противоположно вращающимися роторами турбины, имеющими соответственные кольца лопастей ротора, которые чередуются в осевом направлении, таким образом обеспечивая возможность уменьшения длины и веса работающей турбины, благодаря отсутствию статора турбины.

Трехкаскадный двухконтурный турбореактивный двигатель с высокой степенью двухконтурности имеет передний и задний вентиляторы спереди промежуточного корпуса, который представляет собой внешнюю несущую решетку в потоке второго контура и внутреннюю несущую решетку в основном воздушном потоке. Вентиляторы имеют лопасти, которые тянутся в радиальном направлении наружу к корпусу вентилятора. Корпус вентилятора определяет внешнюю сторону воздушного потока второго контура. Турбореактивный двигатель также имеет компрессор низкого давления для сжатия воздуха, приходящего в канал для основного воздушного потока. Передний и задний вентиляторы вращаются в прямом направлении, и отдельно, посредством двух валов, которые являются соосными. Компрессор низкого давления размещен в осевом направлении между лопастями переднего вентилятора и лопастями заднего вентилятора, и включает в себя, по меньшей мере, одно кольцо лопастей ротора, тянущихся от периферии колеса, которое приводится в движение приводным валом переднего вентилятора, и, по меньшей мере, две решетки лопаток статора, расположенных в осевом направлении на каждой стороне кольца лопастей ротора и в радиальном направлении внутри несущего кольца решетки. Кольцо поддерживается внешней решеткой, которая размещена в воздушном потоке второго контура. Внешняя решетка поддерживается корпусом вентилятора. Статор с переменным шагом размещен ниже по потоку от внешней решетки. Изобретение позволяет обеспечить приемлемое согласование заднего вентилятора с различными скоростями двигателя. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Трехкаскадный двухконтурный турбореактивный двигатель с высокой степенью двухконтурности, причем турбореактивный двигатель имеет передний вентилятор (3) и задний вентилятор (5) спереди промежуточного корпуса (2), который представляет собой внешнюю несущую решетку (30) в потоке второго контура (F2) и внутреннюю несущую решетку (31) в основном воздушном потоке (F1), причем вентиляторы имеют лопасти (10, 14), которые тянутся в радиальном направлении наружу к корпусу (12) вентилятора, а этот корпус вентилятора определяет внешнюю сторону воздушного потока (F2) второго контура, причем турбореактивный двигатель также имеет компрессор (7) низкого давления для сжатия воздуха, приходящего в канал (8) для основного воздушного потока (F1), причем упомянутый передний вентилятор (3) и упомянутый задний вентилятор (5) вращаются в прямом направлении, и отдельно, посредством двух валов (4, 6), которые являются соосными, отличающийся тем, что компрессор (7) низкого давления размещен в осевом направлении между лопастями (10) переднего вентилятора (3) и лопастями (14) заднего вентилятора (5), и включает в себя, по меньшей мере, одно кольцо лопастей (40) ротора, тянущихся от периферии колеса (41), которое приводится в движение приводным валом (4) для переднего вентилятора (3), и, по меньшей мере, две решетки лопаток (45, 46) статора, расположенных в осевом направлении на каждой стороне кольца лопастей (40) ротора и в радиальном направлении внутри несущего кольца (47) решетки, причем упомянутое кольцо поддерживается внешней решеткой (48), которая размещена в воздушном потоке (F2) второго контура, причем упомянутая внешняя решетка поддерживается корпусом (12) вентилятора, при этом статор (50) с переменным шагом размещен ниже по потоку от внешней решетки (48) для того, чтобы обеспечить приемлемое согласование заднего вентилятора.

2. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что внешняя решетка (48) имеет множество неподвижных радиальных рычагов (49), и статор (50) с переменным шагом имеет множество подвижных радиальных рычагов (51), которые способны поворачиваться вокруг радиальных осей, причем каждый подвижный рычаг (51) размещен непосредственно позади неподвижного радиального рычага (49).

3. Турбореактивный двигатель по п.2, отличающийся тем, что каждый подвижный радиальный рычаг (51) имеет радиально внутренний шарнир (52), вставленный в несущее кольцо (47) решетки.

4. Турбореактивный двигатель по п.3, отличающийся тем, что каждый подвижный радиальный рычаг (51) имеет радиально внешний шарнир (53), вставленный в корпус (12) вентилятора.

5. Турбореактивный двигатель по п.4, отличающийся тем, что радиально внешний шарнир (53) оснащен приводным рычагом (54), имеющим свободный конец (55), который шарнирно прикреплен к регулировочному кольцу (56).

6. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что передний вентилятор (3) и задний вентилятор (5) являются противоположно вращающимися вентиляторами.