ВИНТОВЕНТИЛЯТОРНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК F02K3/04 

Изобретение относится к винтовентиляторным газотурбинным авиационным двигателям с задним расположением двухрядного винтовентилятора.

Известен авиационный газотурбинный двигатель, двухрядный винтовентилятор в котором расположен за турбиной и соединен с турбиной через редуктор (патент Великобритании №2186918, В64С 11/38, F01D 7/00, 1987 г.).

Недостатком такой конструкции является низкая надежность винтовентилятора из-за подогрева лопастей винтовентилятора натекающим горячим газом из турбины.

Наиболее близким к заявляемому является винтовентиляторный авиационный газотурбинный двигатель с газогенератором, смеситель газа и воздуха на выходе из которого расположен на входе в газовоздушный канал втулки винтовентилятора (патент Великобритании №2117054, F02К 3/00, 1983 г.).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является низкая надежность лопаток винтовентилятора из-за их повышенной температуры, а также пониженный КПД двигателя из-за увеличенного наружного диаметра втулки винтовентилятора.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и экономичности винтовентиляторного газотурбинного двигателя путем обеспечения пониженной температуры лопаток винтовентилятора на всех режимах работы двигателя и минимизации наружного диаметра втулки винтовентилятора.

Сущность изобретения заключается в том, что в винтовентиляторном газотурбинном двигателе с газогенератором, смеситель газа и воздуха на выходе из которого расположен на входе в газовоздушный канал втулки вентилятора, а лопасти вентилятора установлены на радиально-упорных подшипниках, согласно изобретению выходная кромка смесителя на его периферии расположена ниже по потоку газа входной кромки воздухозаборника газовоздушного канала втулки винтовентилятора, радиально-упорные подшипники лопастей установлены с внутренней стороны от газовоздушного канала, а хвостовики лопастей в газовоздушном канале заключены в аэродинамические обтекатели, причем винтовентилятор выполнен с соплом газовоздушного канала, a D/d=0,8-1,1 и D/L=5-40, где D - наружный диаметр обтекателя втулки винтовентилятора;

d - наружный диаметр обтекателя газогенератора;

L - величина перекрытия входной кромки смесителя на его периферии и входной кромки воздухозаборника газовоздушного канала втулки винтовентилятора.

Температура газа на выходе из смесителя газогенератора может достигать 600-650°С, и поэтому попадание газа на лопасти винтовентилятора, выполненные из композиционных материалов, является недопустимым на любом режиме работы газотурбинного двигателя.

Размещение выходной кромки смесителя на его периферии ниже по потоку газа относительно входной кромки воздухозаборника газовоздушного канала позволяет эжектировать атмосферный воздух в газовоздушный канал с помощью потока газа, выходящего из смесителя, исключая таким образом попадание газа на лопасти винтовентилятора.

Эжектирование потока атмосферного воздуха особенно важно на режимах работы двигателя, когда скорость самолета близка или равна 0, и скоростной напор атмосферного воздуха на воздухозаборнике газовоздушного канала также близок к 0, что создает условия для течения газа помимо газовоздушного канала из-за его повышенного гидравлического сопротивления.

При D/d<0,8 ухудшается экономичность и снижается надежность газотурбинного двигателя из-за повышенного гидравлического сопротивления газовоздушного канала, а при D/d>1,1 снижается экономичность газотурбинного двигателя из-за увеличенного наружного диаметра втулки винтовентилятора.

При соотношении D/L<5 увеличиваются осевые габариты газотурбинного двигателя, а при D/L>40 возможно натекание газа на лопасти винтовентилятора.

Размещение проходящих через газовоздушный канал хвостовиков лопастей в аэродинамических обтекателях также способствует снижению гидравлического сопротивления газовоздушного канала, снижает вероятность течения газа помимо газовоздушного канала и повышает экономичность двигателя.

Размещение радиально-упорных подшипников крепления лопастей с внутренней стороны от газовоздушного канала позволяет разместить подшипники в масляной полости втулки винта, что способствует снижению температуры этих подшипников, повышению их надежности и позволяет уменьшить наружный диаметр втулки винтовентилятора.

Выполнение винтовентилятора с соплом газовоздушного канала позволяет исключить или значительно снизить заброс газовоздушной смеси на лопасти винтовентилятора на режимах реверсирования.

На фиг.1 показан продольный разрез винтовентиляторного газотурбинного двигателя заявляемой конструкции, на фиг.2 представлен элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Винтовентиляторный газотурбинный двигатель 1 состоит из газогенератора 2 и размещенного ниже по потоку газа 3 двухрядного винтовентилятора 4 с передними 5 и задними 6 лопастями.

Газогенератор 2 выполнен с силовой газовой турбиной 7, которая через редуктор 8 соединена с втулкой 9 винтовентилятора 4.

Газовый канал 10 силовой турбины 7 через смеситель 11 газа 3 и атмосферного воздуха 12 на своем выходе 13 соединен с входом 14 газовоздушного канала 15, расположенного во втулке 9 винтовентилятора 4.

Газовоздушный канал 15 на своем выходе выполнен с соплом 16.

Выходная кромка 17 смесителя 11 на его периферии 18 расположена ниже по потоку газа 3 входной кромки 19 воздухозаборника 20 газовоздушного канала 15 втулки 9 винтовентилятора 4.

Передние 5 и задние 6 лопасти винтовентилятора 4 установлены на шариковые радиально-упорные подшипники 21 и 22 соответственно, которые размещены с внутренней стороны от газовоздушного канала 15, в масляной полости 23 втулки 9.

Хвостовики 24 и 25 передних 5 и задних 6 лопастей, проходящие через газовоздушный канал 15, заключены в аэродинамические обтекатели 26 и 27 соответственно, что снижает гидравлические потери в газовоздушном канале 15 и снижает температуру хвостовиков 24 и 25 с соответствующим повышением их надежности.

Газогенератор выполнен с внешним обтекателем 28, а втулка 9 винтовентилятора 4 выполнена с внешним обтекателем 29, что снижает гидравлическое сопротивление газотурбинного двигателя 1 при обтекании его атмосферным воздухом 12.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе винтовентиляторного двигателя 1 при обтекании атмосферным воздухом 12 обтекателя 28 газогенератора 2 нарастает турбулентный пограничный слой, поступление которого на лопасти 5 и 6 и винтовентилятора 4 привело бы к снижению надежности и экономичности двигателя 1. Однако этого не происходит, так как турбулентный пограничный слой сливается через воздухозаборник 20 в газовоздушный канал 15 втулки 9 винтовентилятора 4, снижая таким образом температуру газовоздушной смеси.

Винтовентиляторный газотурбинный двигатель выполнен с газогенератором, смеситель газа и воздуха на выходе из которого расположен на входе в газовоздушный канал втулки вентилятора. Лопасти вентилятора установлены на радиально-упорных подшипниках. Выходная кромка смесителя на его периферии расположена ниже по потоку газа входной кромки воздухозаборника газовоздушного канала втулки винтовентилятора. Радиально-упорные подшипники лопастей установлены с внутренней стороны от газовоздушного канала. Хвостовики лопастей в газовоздушном канале заключены в аэродинамические обтекатели. Винтовентилятор выполнен с соплом газовоздушного канала. Отношение наружного диаметра обтекателя втулки винтовентилятора к наружному диаметру обтекателя газогенератора равно 0,8-1,1. Отношение наружного диаметра обтекателя втулки винтовентилятора к величине перекрытия входной кромки смесителя на его периферии и входной кромки воздухозаборника газовоздушного канала втулки винтовентилятора равно 5-40. Изобретение направлено на повышение надежности и экономичности винтовентиляторного газотурбинного двигателя путем обеспечения пониженной температуры лопаток винтовентилятора на всех режимах работы двигателя и минимизации наружного диаметра втулки винтовентилятора. 2 ил.

Винтовентиляторный газотурбинный двигатель с газогенератором, смеситель газа и воздуха на выходе из которого расположен на входе в газовоздушный канал втулки вентилятора, а лопасти вентилятора установлены на радиально-упорных подшипниках, отличающийся тем, что выходная кромка смесителя на его периферии расположена ниже по потоку газа входной кромки воздухозаборника газовоздушного канала втулки винтовентилятора, радиально-упорные подшипники лопастей установлены с внутренней стороны от газовоздушного канала, а хвостовики лопастей в газовоздушном канале заключены в аэродинамические обтекатели, причем винтовентилятор выполнен с соплом газовоздушного канала, a D/d=0,8-1,1 и D/L=5-40, где
D - наружный диаметр обтекателя втулки винтовентилятора;
d - наружный диаметр обтекателя газогенератора;
L - величина перекрытия входной кромки смесителя на его периферии и входной кромки воздухозаборника газовоздушного канала втулки винтовентилятора.