Способ повышения тяги двухконтурного турбореактивного двигателя Российский патент 2017 года по МПК F02K3/04 F02K3/06 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к выходным устройствам двухконтурного турбореактивного двигателя.

Известен способ повышения тяги двигателя (РФ №2215889), заключающийся в том, что в реактивном двигателе рабочее тело (само и/или минимум один компонент из его составляющих с давлением выше давления внешней среды) делят на минимум два противоположных потока, расширяя прямой поток минимум в сопле и преобразуя его энергию в маршевую тягу, а энергию обратного потока, с изменением его направления в интервале от начального до обратного, преобразуют в маршевую тягу с помощью минимум одного криволинейного профильного перепускного канала с профильными рабочими лопатками на внутренней поверхности, ориентированными поперек перепускаемого обратного потока рабочего тела. Осуществление данного способа возможно с помощью устройства, содержащего по меньшей мере минимум один криволинейный профильный перепускной канал для перепуска обратного потока рабочего тела, на внутренней поверхности которого профильные рабочие лопатки выполнены охватывающими обратный поток и поперек него ориентированы. Недостатком данного устройства являются большие гидравлические потери на разворот потока и трение о профильные рабочие лопатки, а также наличие дополнительной силы, действующей на поверхность поворотного устройства, направленной в сторону, противоположную направлению силы тяги и приводящей к тому, что выигрыш от вязкостных эффектов трения об обратный канал становится меньше потерь тяги на трение и разворот потока.

Известен способ повышения тяги двигателя, относящийся к бесклапанным-пульсирующим воздушно-реактивным двигателям, в частности к двигателям беспилотных летательных аппаратов. Способ заключается в повышении реактивной тяги бесклапанного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя за счет циклического выброса продуктов сгорания и всасывания атмосферного воздуха. Во впускном канале в цикле всасывания одновременно осуществляют генерацию двух кольцевых вихрей. Одновременная генерация в цикле всасывания двух кольцевых вихрей интенсифицирует массоперенос и горение, что приводит к росту амплитуды пульсаций давления и росту тяги двигателя (RU 429366 С2, F02K 7/02).

Недостатком данного способа является незначительное увеличение тяги и большие потери полного давления в камере сгорания.

Известен способ повышения тяги двигателя, заключающийся в использовании реакции газов, выбрасываемых из резонаторной трубы, и эжектировании атмосферного воздуха. Во время цикла всасывания дополнительно используют энергию возвратного течения газов в резонаторную трубу посредством установки поворотного колена, расположенного внутри эжектора, для создания во входной части последнего дополнительной вертикальной подъемной силы.

В другом варианте осуществления способа увеличения силы тяги пульсирующего воздушно-реактивного двигателя вертикального взлета во время цикла всасывания дополнительно используют энергию возвратного течения газа в резонаторную трубу посредством выполнения механических элементов, установленных в хвостовой части резонаторной трубы в виде решетки крыловых профилей, располагаемых с нулевым углом атаки, для создания дополнительной вертикальной силы. Изобретение направлено на увеличение силы тяги пульсирующего воздушно-реактивного двигателя вертикального взлета (RU 2333378 С2, F02K 7/02).

Недостатком данного способа является увеличение веса двигателя и снижение прироста тяги при большой скорости полета.

Предлагаемый способ повышения тяги двухконтурного турбореактивного двигателя заключается в том, что в канале наружного контура перед соплом устанавливают направляющие лопатки, обеспечивающие закрутку потока воздуха наружного контура. В результате, за срезом сопла внутреннего контура образуется зона пониженного давления, которая позволяет увеличить перепад давления на турбине и повысить скорость газового потока, вытекающего из внутреннего контура. При этом увеличиваются частота вращения и мощность турбины низкого давления, что приводит к возрастанию расхода воздуха через двигатель. Увеличение расхода воздуха и скорости газа, вытекающего из сопла внутреннего контура, приводит к возрастанию тяги двигателя. Благодаря установке в канале наружного контура направляющих лопаток, имеющих незначительный вес, обеспечивается существенное увеличение тяги при практически неизменном весе двигателя.

Схема варианта конструктивного исполнения предлагаемого способа повышения тяги двухконтурного турбореактивного двигателя представлена на рис. 1. Двигатель содержит вентилятор 1, компрессор 2, камеру сгорания 3, турбину высокого давления 4, турбину низкого давления 5, сопло внутреннего контура 6, направляющие лопатки 7, создающие закрутку потока, и сопло наружного контура 8.

Образование за срезом сопла внутреннего контура зоны пониженного давления подтверждено расчетным путем. На рис. 2 представлено расчетное поле статических давлений, формирующееся за срезом сопла двухконтурного реактивного двигателя. Расчет проведен с использованием пакета газодинамических расчетов ANSYS Fluent при параметрах, показанных на рис. 2.

Способ повышения тяги двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащего вентилятор, компрессор, камеру сгорания, турбину высокого давления, турбину низкого давления, сопло внутреннего контура и сопло наружного контура, заключается в том, что в канале наружного контура перед входом в сопло устанавливаются направляющие лопатки, позволяющие получить за срезом сопла внутреннего контура зону пониженного давления, что обеспечивает увеличение скорости истечения из сопла внутреннего контура и возрастание расхода воздуха через двигатель. Изобретение направлено на повышение тяги при сохранении веса двигателя. 2 ил.

Способ повышения тяги двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащий вентилятор, компрессор, камеру сгорания, турбину высокого давления, турбину низкого давления, сопло внутреннего контура и сопло наружного контура, отличающийся тем, что в канале наружного контура перед входом в сопло устанавливаются направляющие лопатки, позволяющие получить за срезом сопла внутреннего контура зону пониженного давления, что обеспечивает увеличение скорости истечения из сопла внутреннего контура и возрастание расхода воздуха через двигатель.