ДВУХКОНТУРНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СНАБЖЕННЫЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ОХЛАДИТЕЛЕМ Российский патент 2011 года по МПК F02K3/06 

Настоящее изобретение относится к двухконтурному газотурбинному двигателю, снабженному предварительным охладителем.

Известно, что на борту воздушного судна необходимо иметь горячий воздух, посредством которого можно выполнять определенные функции, например, кондиционирование воздуха в кабине экипажа и пассажирском салоне или борьбу с обледенением определенных частей воздушного судна.

Известно также, что этот горячий воздух отбирают из газотурбинных двигателей воздушного судна и что его необходимо охладить в значительной степени до того, как его можно будет использовать. Для выполнения этой задачи предусмотрен теплообменник, в общем, известный как предварительный охладитель, в котором горячий воздух, отбираемый из центрального генератора турбореактивного двигателя, охлаждают, используя холодный воздух, отбираемый из канала вентилятора, т.е. из холодного потока газотурбинного двигателя, таким образом прерывая корректное действие этого двигателя. Кроме того, упомянутый предварительный охладитель, по существу, размещен в упомянутом канале вентилятора, и это добавляет аэродинамические возмущения к прерыванию, вызываемому отводом холодного воздуха.

Кроме того, холодный воздух, отбираемый из холодного потока газотурбинного двигателя и используемый для охлаждения горячего потока, отбираемого из центрального генератора, приводит к усилению потока нагретого холодного воздуха, который необходимо выпускать наружу из газотурбинного двигателя, таким образом увеличивая тягу воздушного судна.

Целью настоящего изобретения является устранение недостатков уровня техники.

Для этого согласно настоящему изобретению предложен двухконтурный газотурбинный двигатель воздушного судна, содержащий:

- полую гондолу с продольной осью, снабженную спереди впуском для воздуха и сзади - выпуском для воздуха;

- центральный генератор горячего потока, расположенный в осевом направлении в гондоле;

- вентилятор, расположенный в осевом направлении в гондоле перед центральным генератором и выполненный с возможностью генерирования холодного потока для газотурбинного двигателя;

- наружный обтекатель, расположенный внутри гондолы, и внутренний обтекатель, окружающий центральный генератор, при этом наружный и внутренний обтекатели ограничивают между ними канал вентилятора, имеющий кольцевое поперечное сечение для холодного потока; и

- предварительный охладитель, содержащий впуск для потока горячего воздуха, отбираемого из центрального генератора, и выпуск для потока горячего воздуха, охлаждаемого с использованием холодного потока;

при этом предварительный охладитель расположен внутри, по меньшей мере, участка задней части внутреннего обтекателя вокруг продольной оси и находится в тепловом контакте с задней частью внутреннего обтекателя, чтобы он охлаждался холодным потоком, выдуваемым на заднюю часть внутреннего обтекателя.

Таким образом, с помощью настоящего изобретения можно исключить аэродинамические возмущения в канале вентилятора, которые могут быть отнесены на счет предварительного охладителя, так как предварительный охладитель теперь размещен в задней части внутреннего обтекателя. Кроме того, исключаются недостатки, которые могут быть отнесены на счет отвода воздуха от холодного потока и выпуска нагретого холодного воздуха, так как с помощью предварительного охладителя можно, без отвода или выпуска, осуществлять прямое использование холодного потока, отбираемого из канала вентилятора и выдуваемого на заднюю часть внутреннего обтекателя.

Таким образом, исключаются недостатки, имеющиеся в уровне техники.

Предпочтительно для обеспечения удовлетворительного пространства для теплообмена между горячим воздухом, проходящим через предварительный охладитель, и холодным потоком, выдуваемым на него, предусмотрено, чтобы предварительный охладитель имел кольцевое поперечное сечение и проходил по всей внутренней периферии задней части внутреннего обтекателя.

Известно, что в некоторых газотурбинных двигателях внутренний обтекатель и центральный генератор ограничивают между ними промежуточную камеру с кольцевым поперечным сечением, окружающую центральный генератор, при этом промежуточную камеру используют для циркуляции потока холодного воздуха, посредством которого можно регулировать температуру центрального генератора. В данном случае вариант осуществления настоящего изобретения особенно предпочтителен, так как предварительный охладитель расположен с той же стороны, что и промежуточная камера.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения внутренний обтекатель, по меньшей мере, в его задней части, содержит двойную стенку, т.е. содержит внутреннюю стенку и наружную стенку, которые отделены друг от друга пространством в виде кольцевого зазора, а предварительный охладитель расположен в пространстве.

Для этого предварительный охладитель может содержать:

- распределительную трубу, соединенную с впуском для потока горячего воздуха и выполненную с возможностью распределения горячего воздуха, по меньшей мере, приблизительно вдоль всей длины (параллельно продольной оси гондолы) кольцевого пространства; и

- собирающую трубу, соединенную с выпуском для потока охлажденного горячего воздуха и выполненную с возможностью сбора охлажденного горячего воздуха, по меньшей мере, приблизительно вдоль всей длины кольцевого пространства.

Предпочтительно между распределительной трубой и собирающей трубой (трубы расположены около внутренней периферии задней части внутреннего обтекателя так, чтобы оптимизировать охлаждение горячего воздуха), предварительный охладитель содержит множество криволинейных каналов для направления горячего воздуха, и каналы расположены перпендикулярно продольной оси гондолы и распределены по длине кольцевого пространства.

Такие каналы предпочтительно образованы каркасом, который усиливает внутренний обтекатель, прикрепленный к его внутренней и наружной стенкам.

Предпочтительно для обеспечения еще более тонкого и более легкого регулирования температуры охлажденного горячего воздуха предусмотрен канал, предпочтительно снабженный регулировочным клапаном, установленный параллельно предварительному охладителю и соединяющий его впуск для горячего воздуха с его выпуском для охлажденного горячего воздуха.

Прилагаемые чертежи способствуют облегчению понимания принципов осуществления настоящего изобретения. На чертежах одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы.

Фиг.1 представляет собой схематичный осевой разрез известного двухконтурного газотурбинного двигателя.

Фиг.2 и 3 представляют собой две альтернативные формы газотурбинного двигателя (разрезы, подобные изображенному на фиг.1), выполненные согласно настоящему изобретению.

Фиг.4 представляет собой схематичный продольный половинный разрез внутреннего обтекателя, окружающего горячий поток газотурбинных двигателей, показанных на фиг.2 и 3.

Фиг.5 и 6 представляют собой вид конструкции обтекателя (в увеличенном масштабе), показанного на фиг.4.

Фиг.7 представляет собой внешний вид в перспективе сзади внутреннего обтекателя.

Фиг.8 представляет собой внешний вид спереди внутреннего обтекателя.

Фиг.9 и 10 представляют собой частичные поперечные разрезы IX-IX и X-X на фиг.7 соответственно.

Двухконтурный газотурбинный двигатель, показанный на фиг.1, 2 и 3, содержит полую гондолу 1 с продольной осью L-L, снабженную спереди впуском 2 для воздуха и сзади - выпуском 3 для воздуха. Внутри полой гондолы 1 расположен обтекатель 4, предпочтительно, по меньшей мере, частично покрытый покрытием 5, вызывающим затухание звуковых колебаний, предназначенным для снижения уровня внутреннего шума газотурбинного двигателя.

Внутри полой гондолы 1 расположены:

- центральный генератор 6 горячего потока, содержащий, известным образом, компрессоры низкого давления и высокого давления, камеру сгорания и турбины низкого давления и высокого давления, посредством которых генерируют осевой горячий поток 7 газотурбинного двигателя;

- вентилятор 8, расположенный в осевом направлении перед центральным генератором 6 и генерирующий кольцевой холодный поток 9 газотурбинного двигателя; и

- внутренний обтекатель 10, окружающий центральный генератор 6 и образующий между ними и корпусом 11 генератора промежуточную камеру 12 кольцевого поперечного сечения, окружающую генератор, при этом задняя часть 10R обтекателя образует наружную стенку реактивного сопла 16 для горячего потока 7.

Между внутренним обтекателем 10 и обтекателем 4, внешним по отношению к первому, образован канал 13 вентилятора кольцевого поперечного сечения, окружающий центральный генератор 6 и через который проходит холодный поток 9.

Между внутренним обтекателем 10 и центральным генератором 6 расположены: спереди кольцевая воздухозаборная щель 14, сзади - кольцевая щель 15 для выпуска воздуха. Таким образом, через промежуточную камеру 12 может проходить поток f холодного воздуха, отбираемый из холодного потока 9 перед щелью 14 и отбираемый у границы между горячим потоком 7 и холодным потоком 9 у задней щели 15, причем этот поток f холодного воздуха используют для регулирования температуры центрального генератора 6.

Кроме того, гондолу 1 обычным образом поддерживают с помощью крыла 17 воздушного судна (это крыло показано частично) посредством подвесного пилона 18.

В известном газотурбинном двигателе, показанном на фиг.1, имеющийся предварительный охладитель 19 расположен в верхней части канала 13 вентилятора в холодном потоке 9. В этот предварительный охладитель 19 подают поток горячего воздуха 20 из центрального генератора 6 по каналу 21, в котором установлен клапан 22 для регулирования потока горячего воздуха. Охлажденный горячий воздух 23, получаемый посредством предварительного охладителя 19, направляют в оборудование потребителя (не показано) по каналу 24, который проходит через подвесной пилон 18 и который может быть оснащен регулировочным клапаном 25.

Таким образом, в данном известном решении некоторое количество холодного воздуха выпускают в предварительный охладитель 19 для охлаждения потока горячего воздуха 20 и получения потока 23 охлажденного горячего воздуха, и это также является результатом действия предварительного охладителя, посредством которого образуют поток нагретого холодного воздуха (не показан), соответствующего упомянутой отбираемой части холодного потока. Этот поток нагретого холодного воздуха выпускают наружу любым известным способом (не показано на фиг.1), и, в общем, это вызывает увеличение тяги.

Таким образом, легко понять, что наличие предварительного охладителя 19 в канале 13 вентилятора, отбирание некоторого количества холодного воздуха 9 и выпуск нагретого холодного воздуха являются вредными явлениями при работе известного газотурбинного двигателя, показанного на фиг.1.

В гондоле 1.1 согласно настоящему изобретению, показанной на фиг.2, представлены все элементы 2-18 и 20-25, описанные со ссылками на фиг.1. В этой гондоле 1.1 исключен предварительный охладитель 19, который заменен на предварительный охладитель 30, содержащий впуск 31, соединенный с каналом 21 для подачи потока 20 горячего воздуха, и выпуск 32, соединенный с каналом 24, по которому отводят охлажденный горячий воздух 23.

Предварительный охладитель 30 имеет кольцевое поперечное сечение, и он расположен внутри задней части 10R внутреннего обтекателя 10 с той же стороны, что и промежуточная камера 12, и проходит по всей внутренней периферии задней части. Он расположен соосно оси L-L и находится в тепловом контакте с задней частью 10R. Так как эта задняя часть находится в контакте с холодным потоком 9, выходящим из канала 13 вентилятора, предварительный охладитель 30 охлаждается холодным потоком 9 без необходимости отбирания каким-либо способом некоторого количества воздуха или выпуска охлажденного горячего воздуха.

На фиг.3, на которой показаны все элементы, представленные на фиг.2, дополнительно показано наличие в гондоле 1.2 согласно настоящему изобретению перепускного канала 33, установленного параллельно предварительному охладителю 30, соединяющего его впуск 31 и выпуск 32 и снабженного клапаном 34.

Таким образом, если необходимо, горячий воздух можно направлять прямо от впуска 31 к выпуску 32, посредством чего обходить предварительный охладитель 30.

Примерный вариант выполнения предварительного охладителя 30, который показан на фиг.4-10, конструктивно встроен в заднюю часть 10R внутреннего обтекателя 10.

На фиг.4-6 показано, что задняя часть 10R содержит внутреннюю стенку 35 и наружную стенку 36, расположенные параллельно и на расстоянии 37 друг от друга с образованием кольцевого зазора между ними. В этом пространстве расположен каркас 38 (фиг.5) или 39 (фиг.6), прикрепленный к внутренней и наружной стенкам 35 и 36, посредством которого образованы отдельные криволинейные каналы 40, с помощью которых разделено пространство 37. Каналы 40 расположены перпендикулярно оси L-L гондолы и распределены вдоль задней части 10R.

Кроме того, предварительный охладитель 30 содержит (фиг.7):

- распределительную трубу 41, присоединенную со впуском 31 для горячего воздуха и выполненную с возможностью распределения горячего воздуха (стрелки 42) внутри пространства 37 (и, таким образом, по каналам 40) вдоль всей задней части 10R в поперечном ее направлении; и

- собирающую трубу 43, соединенную с выпуском 32 для охлажденного горячего воздуха и выполненную с возможностью сбора воздуха (стрелки 44), проходящего через пространство 37 по каналам 40, вдоль длины задней части 10R.

Как показано на фиг.7-10, поперечное сечение трубопроводов 41 и 43 уменьшается спереди назад, тогда как обратное справедливо по отношению к распределительным отверстиям 45 и собирающим отверстиям 46, с которыми они соответственно выполнены.

Двухконтурный газотурбинный двигатель для воздушного судна содержит полую гондолу с продольной осью, снабженную спереди впуском для воздуха, а сзади - выпуском для воздуха, центральный генератор горячего потока, расположенный в осевом направлении в гондоле, вентилятор и предварительный охладитель. Вентилятор расположен в осевом направлении в гондоле перед центральным генератором и выполнен с возможностью генерирования холодного потока для газотурбинного двигателя. Внутри гондолы расположен наружный обтекатель, а внутренний обтекатель окружает центральный генератор. Наружный и внутренний обтекатели ограничивают между ними канал вентилятора кольцевого поперечного сечения для холодного потока. Внутренний обтекатель с центральным генератором ограничивают промежуточную камеру кольцевого поперечного сечения, окружающую центральный генератор и используемую для циркуляции потока холодного воздуха, посредством которого можно регулировать температуру центрального генератора. Предварительный охладитель содержит впуск для потока горячего воздуха, отбираемого из центрального генератора, и выпуск для потока горячего воздуха, охлаждаемого с использованием холодного потока. Предварительный охладитель расположен внутри, по меньшей мере, участка задней части внутреннего обтекателя с той же стороны, что и промежуточная камера, и вокруг продольной оси. Предварительный охладитель находится в тепловом контакте с задней частью внутреннего обтекателя так, чтобы он охлаждался холодным потоком, выдуваемым на заднюю часть внутреннего обтекателя. Изобретение направлено на снижение аэродинамических возмущений в канале вентилятора и позволяет осуществлять прямое использование холодного воздуха, отбираемого из канала вентилятора и выдуваемого на заднюю часть внутреннего обтекателя. 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Двухконтурный газотурбинный двигатель для воздушного судна, содержащий полую гондолу (1) с продольной осью (L-L), снабженную спереди впуском (2) для воздуха, а сзади - выпуском (3) для воздуха, центральный генератор (6) горячего потока, расположенный в осевом направлении в гондоле (1), вентилятор (8), расположенный в осевом направлении в гондоле (1) перед центральным генератором (6) и выполненный с возможностью генерирования холодного потока (9) для газотурбинного двигателя, наружный обтекатель (4), расположенный внутри гондолы (1), и внутренний обтекатель (10), окружающий центральный генератор (6), причем наружный и внутренний обтекатели ограничивают между ними канал (13) вентилятора кольцевого поперечного сечения для холодного потока (9), и внутренний обтекатель (10) с центральным генератором (6) ограничивают промежуточную камеру (12) кольцевого поперечного сечения, окружающую центральный генератор и используемую для циркуляции потока холодного воздуха, посредством которого можно регулировать температуру центрального генератора, и предварительный охладитель, содержащий впуск для потока горячего воздуха (20), отбираемого из центрального генератора (6), и выпуск для потока горячего воздуха, охлаждаемого с использованием холодного потока (9), отличающийся тем, что предварительный охладитель (30) расположен внутри, по меньшей мере, участка задней части (10R) внутреннего обтекателя (10) с той же стороны, что и промежуточная камера (12), и вокруг продольной оси (L-L), причем предварительный охладитель (30) находится в тепловом контакте с задней частью (10R) внутреннего обтекателя (10) так, чтобы он охлаждался холодным потоком (9), выдуваемым на заднюю часть (10R) внутреннего обтекателя (10).

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что предварительный охладитель (30) имеет кольцевое поперечное сечение и проходит по всей периферии задней части (10R) внутреннего обтекателя (10).

3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, в его задней части (10R) внутренний обтекатель (10) содержит внутреннюю стенку (35) и наружную стенку (36), расположенные параллельно и отделенные друг от друга пространством (37) в виде кольцевого зазора, а предварительный охладитель (30) расположен в пространстве (37).

4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что он содержит распределительную трубу (41), соединенную с впуском (31) для потока горячего воздуха (20) и выполненную с возможностью распределения горячего воздуха, по меньшей мере, приблизительно по всей длине кольцевого пространства (37), и собирающую трубу (43), соединенную с выпуском (32) для потока охлажденного горячего воздуха (23) и выполненную с возможностью сбора охлажденного горячего воздуха, по меньшей мере, приблизительно по всей длине кольцевого пространства (37).

5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что между распределительной трубой (41) и собирающей трубой (43) предварительный охладитель (30) содержит множество криволинейных каналов (40) для направления горячего воздуха, при этом каналы расположены перпендикулярно продольной оси (L-L) гондолы и распределены по длине кольцевого пространства (37).

6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что каналы (40) образованы каркасом (38, 39), усиливающим заднюю часть (10R) внутреннего обтекателя (10) и прикрепленным к внутренней (35) и наружной (36) стенкам.

7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит перепускной канал (33), установленный параллельно предварительному охладителю (30) и соединяющий впуск (31) для потока горячего воздуха (20) и выпуск (32) для потока охлажденного горячего воздуха (23).

8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что перепускной канал (33) снабжен регулировочным клапаном (34).