ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2019 года по МПК F02C3/26 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и касается устройства газотурбинного двигателя работающего на твердом топливе.

Известен газотурбинный двигатель твердого топлива, содержащий твердотопливный заряд и корпус, образующий газовоздушный тракт двигателя, в котором последовательно размещены компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство, при этом твердотопливный заряд размещен вне газовоздушного тракта двигателя и заключен в собственный корпус, образуя газогенератор (прототип: RU 173530, МПК B64D 33/02, опубл. 30.08.2017).

Недостатком известного решения является сложность настройки двигателя для поддержания устойчивого режима его работы. Это связано с тем, что в известном решении газотурбинный двигатель снабжен контуром реактивных двигателей с собственной системой топливопитания, реализованной на отличном от газотурбинного двигателя виде топлива, а именно твердом топливе, откуда возникает необходимость параллельного регулирования принципиально разных систем в пределах одного двигателя.

Задачей заявленного изобретения является создание газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе, лишенного недостатков прототипа. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является обеспечение устойчивости работы двигателя, при одновременном упрощении его конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в газотурбинном двигателе твердого топлива, содержащем твердотопливный заряд и корпус, образующий газовоздушный тракт двигателя, в котором последовательно размещены компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство, при этом твердотопливный заряд размещен вне газовоздушного тракта двигателя и заключен в собственный корпус, образуя газогенератор, согласно заявленному изобретению выход из газогенератора пневматически сообщен, по меньшей мере, одним газоводом с камерой сгорания, твердотопливный заряд содержит небольшое количество окислителя, способного гореть в газогенераторе без доступа воздуха с образованием газифицированных продуктов сгорания, способных гореть в воздухе в камере сгорания и имеющих давление, достаточно высокое для стабилизации скорости химической реакции в твердотопливном заряде, причем газовод снабжен дроссельным устройством. Кроме того, корпус твердотопливного заряда выполнен охватывающим корпус двигателя за турбиной.

Вынос твердотопливного заряда за пределы газовоздушного тракта двигателя с заключением его в собственный корпус, образующий газогенератор, и пневматическое сообщение выхода из последнего с камерой сгорания по меньшей мере одним газоводом, позволит обеспечить устойчивую работу двигателя за счет следующего. Используемое твердое топливо содержит в своем составе небольшое количество окислителя, которое позволят твердотопливному заряду работать как генератору горючего газа, подаваемого по газоводам в камеру сгорания. При горении твердотопливного заряда без доступа воздуха образуются газифицированные продукты сгорания (горючий газ), способные гореть в воздухе и имеющие давление, достаточно высокое для того, чтобы стабилизировать скорость химической реакции в топливной шашке. Высокое давление горючего газа исключает обратную связь между режимом работы двигателя и режимом горения твердотоплвной шашки, поскольку давление в газовоздушном тракте двигателя существенно ниже, чем давление в газогенераторе, и возмущения давления в газовоздушном тракте не передаются внутрь газогенератора. И, так как газогенератор не участвует в формировании геометрии газовоздушного тракта, то в процессе выгорания твердотопливного заряда обозначенная геометрия не изменяется. Соответственно, при необходимости увеличения массы твердотопливного заряда, например с целью повышения продолжительности полета объекта, нет необходимости внесения конструктивных изменений в элементы газовоздушного тракта двигателя, в частности, увеличивать длину вала под расширение места установки твердотопливного заряда, что, в свою очередь, может потребовать установки дополнительной опоры или увеличения толщины самого вала.

Снабжение газоводов дроссельным устройством обеспечит постоянный расход горючего газа, при этом пропускная способность дроссельного устройства подбирается под требуемый расход.

Выполнение корпуса твердотопливного заряда охватывающим корпус двигателя с размещением его за турбиной упростит монтаж/демонтаж твердотопливного заряда, позволяя производить указанную операцию без демонтажа двигателя с объекта.

Сущность заявленного изобретения поясняется схемой продольного разреза газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе.

Газотурбинный двигатель твердого топлива содержит корпус 1, образующий газовоздушный тракт 2, в котором последовательно размещены компрессор 3, камера сгорания 4, турбина 5 и выходное устройство 6. Компрессор 3 и турбина 5 установлены на общем валу 7. За пределами газовоздушного тракта 2 размещен твердотопливный заряд 8, заключенный в собственный корпус 9, образуя газогенератор, выход из которого пневматически сообщен по меньшей мере одним газоводом 10 с камерой сгорания 4, причем газовод 10 снабжен дроссельным устройством 11. В частном случае реализации, конструкция предусматривает наличие двух газоводов 10, а собственный корпус 9 твердотопливного заряда 8 выполнен охватывающим корпус 1 двигателя и размещен за турбиной 5.

Газотурбинный двигатель твердого топлива работает следующим образом.

Твердое топливо, содержащее в своем составе небольшое количество окислителя, горит в газогенераторе без доступа воздуха. Образующийся в ходе горения горючий газ поступает через газоводы 10, снабженные дроссельным устройством 11, к камере сгорания 4. Расходная характеристика дросселя 11 с геометрической формой твердотопливного заряда 8, размещенного в собственном корпусе 9, обеспечивают требуемый расход горючего газа в камеру сгорания 4. Воздух из атмосферы, поступая в газовоздушный тракт 2 двигателя, проходит через компрессор 3, где его давление повышается. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания 4, где он смешивается с горючим газом, поступающим по газоводам 10. Полученная газовоздушная смесь сгорает в камере сгорания 4, что приводит к повышению температуры в газовоздушном тракте 2. Далее горячий газ расширяется в турбине 5, совершая при этом работу. Мощность, создаваемая турбиной 5, через вал 7 передается на компрессор 3, приводя его в движение.

Реализация заявленного изобретения обеспечит устойчивую работу газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе, а также упростит его конструкцию.

Газотурбинный двигатель твердого топлива содержит твердотопливный заряд и корпус, образующий газовоздушный тракт двигателя, в котором последовательно размещены компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство. Твердотопливный заряд размещен вне газовоздушного тракта двигателя и заключен в собственный корпус, образуя газогенератор. Выход из газогенератора пневматически сообщен, по меньшей мере, одним газоводом с камерой сгорания. Твердотопливный заряд содержит небольшое количество окислителя, способного гореть в газогенераторе без доступа воздуха с образованием газифицированных продуктов сгорания, способных гореть в воздухе в камере сгорания и имеющих давление, достаточно высокое для стабилизации скорости химической реакции в твердотопливном заряде, причем газовод снабжен дроссельным устройством. Корпус твердотопливного заряда выполнен охватывающим корпус двигателя за турбиной. Изобретение обеспечивает устойчивую работу газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе, а также упрощает его конструкцию. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газотурбинный двигатель твердого топлива, содержащий твердотопливный заряд и корпус, образующий газовоздушный тракт двигателя, в котором последовательно размещены компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство, при этом твердотопливный заряд размещен вне газовоздушного тракта двигателя и заключен в собственный корпус, образуя газогенератор, отличающийся тем, что выход из газогенератора пневматически сообщен, по меньшей мере, одним газоводом с камерой сгорания, твердотопливный заряд содержит небольшое количество окислителя, способного гореть в газогенераторе без доступа воздуха с образованием газифицированных продуктов сгорания, способных гореть в воздухе в камере сгорания и имеющих давление, достаточно высокое для стабилизации скорости химической реакции в твердотопливном заряде, причем газовод снабжен дроссельным устройством.

2. Газотурбинный двигатель твердого топлива по п. 1, отличающийся тем, что корпус твердотопливного заряда выполнен охватывающим корпус двигателя за турбиной.