Способ работы двухконтурного турбореактивного двигателя Российский патент 2024 года по МПК F02K3/75 

Область техники

Изобретение относится к авиационным турбореактивным двигателям, включая двигатели для сверхзвуковых многорежимных летательных аппаратов.

Уровень техники

Известен способ работы трехконтурного турбореактивного двигателя (патент RU 2637153) с форсажной камерой, заключающийся в том, что сжатый воздух из адаптивного вентилятора разделяют на три потока. Поток первого контура подают в газогенератор, выхлопные газы из которого подают в турбину низкого давления, а от нее через смеситель и форсажную камеру в основное реактивное сопло. Поток второго контура подают через смеситель и форсажную камеру в основное реактивное сопло. Поток третьего контура через распределительное устройство подают либо в сопло третьего контура, либо через форсажную камеру в основное реактивное сопло. Задают основные и переходные режимы работы двигателя. В качестве параметров работы двигателя контролируют температуру торможения потока воздуха на входе в двигатель, расход топлива по времени и значения частоты вращения ротора газогенератора и ротора низкого давления. Работу двигателя регулируют переходом с трехконтурной схемы работы на двухконтурную схему работы и обратно, а также изменением степени двухконтурности двигателя путем переключения распределительными устройствами направления потоков сжатого воздуха и включения в работу форсажной камеры. На малом, взлетном и максимальном режимах, а также на переходных режимах без форсирования двигателя его работу осуществляют по двухконтурной схеме, а поток сжатого воздуха третьего контура направляют в канал второго контура, а на крейсерском режиме работы без форсирования двигателя поток сжатого воздуха третьего контура через канал третьего контура подают в сопло третьего контура. На максимальном и переходных режимах работы с форсированием двигателя поток сжатого воздуха третьего контура подают непосредственно из канала третьего контура через форсажную камеру в основное реактивное сопло, а открытие и закрытие распределительных устройств для подключения и отключения канала третьего контура осуществляют по значениям приведенной частоты вращения ротора низкого давления. Изобретение направлено на повышение максимальной полетной тяги турбореактивного двигателя на максимальных и переходных режимах с форсированием двигателя при сохранении параметров расхода топлива. Недостатком управляемого изложенным способом трехконтурного турбореактивного двигателя является увеличение веса конструкции и снижение надежности двигателя, в том числе в связи с увеличением числа элементов контроля и управления.

Наиболее близким аналогом изобретения, который содержит признаки, совпадающие с существенными признаками предлагаемого изобретения, является высотный турбовентиляторный двигатель (патент RU 2793000).

Высотный турбовентиляторный двигатель содержит воздухозаборник, вентилятор, два контура движения воздушного потока, внутренний и внешний. Внутренний контур содержит компрессор низкого давления, соединенный валом ротора низкого давления с турбиной низкого давления, компрессор высокого давления, соединенный полым валом ротора высокого давления с турбиной высокого давления, камеру сгорания и сопло. Наружный контур, также заканчивающийся соплом, отличается тем, что он снабжен устройством, имеющим возможность перекрывать на заданной высоте полета внешний контур движения воздушного потока и направлять весь входящий в воздухозаборник воздушный поток во внутренний контур. Устройство установлено на наружной стороне внутреннего контура в районе компрессора и камеры сгорания и состоит из гидроцилиндров, штоками соединенных шарнирно с цилиндрической шайбой. Шайба охватывает по периметру весь внутренний контур и имеет возможность перемещаться вдоль оси двигателя, и соединена шарнирно тягами со створками. Створки установлены с нахлестом друг относительно друга, закреплены шарнирно на торце корпуса внутреннего контура и имеют возможность разделять воздушный поток на внутренний и внешний. При движении шайбы по направлению движения воздушного потока створки имеют возможность раскрываться и перекрывать внешний контур движения воздушного потока, направляя весь входящий в воздухозаборник воздушный поток во внутренний контур. При движении шайбы против направления движения воздушного потока створки могут закрываться и открывать внешний контур движения воздушного потока. С внешней стороны устройство частично закрыто обтекателем. Недостаток проекта высотного турбовентиляторного двигателя состоит в невозможности применять двигатель в многорежимных сверхзвуковых летательных аппаратах.

Таким образом, известные технические решения связывают возможность повышения тяговых характеристик двухконтурных турбореактивных двигателей при сохранении их показателей расхода топлива с технологией применения третьего контура, что сопряжено с повышением весовых и снижением надежностных характеристик двигателей.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение максимальной полетной тяги на крейсерском сверхзвуковом режиме работы без форсирования двигателя и на максимальном дроссельном режиме работы с форсированием двигателя за счет изменения степени двухконтурности.

Раскрытие сущности изобретения

а. Предлагается способ работы двухконтурного турбореактивного двигателя, заключающийся в том, что сжатый воздух из вентилятора разделяют на два потока, внутренний и внешний. Внутренний поток передают во внутренний канал двигателя, состоящий из компрессора низкого давления, соединенного валом ротора низкого давления с турбиной низкого давления, компрессора высокого давления, соединенного полым валом ротора высокого давления с турбиной высокого давления, камеры сгорания и сопла, форсажной камеры и реактивного сопла. Внешний воздушный поток передают через наружный контур в форсажную камеру. Регулируют работу двигателя включением в работу форсажной камеры. Изменение степени двухконтурности двигателя осуществляется путем раскрытия или закрытия створок, причем на взлетном режиме с форсированием двигателя, на режиме малого газа и в режиме дозвукового полета без форсирования двигателя его работу осуществляют по двухконтурной схеме с раскрытыми створками, а на крейсерском сверхзвуковом режиме работы без форсирования двигателя и на максимальном дроссельном режиме работы с форсированием двигателя осуществляют работу двигателя закрытыми створками.

Задачей этого изобретения является повышение максимальной полетной тяги двухконтурного турбореактивного двигателя на крейсерском сверхзвуковом режиме работы без форсирования двигателя и на максимальном дроссельном режиме работы с форсированием двигателя за счет изменения степени двухконтурности.

Поставленная задача решается тем, что способ работы двухконтурного турбореактивного двигателя, заключающийся в том, что сжатый воздух из вентилятора разделяют на два потока, внутренний и внешний, внутренний поток передают во внутренний канал двигателя, состоящий из компрессора низкого давления, соединенного валом ротора низкого давления с турбиной низкого давления, компрессора высокого давления, соединенного полым валом ротора высокого давления с турбиной высокого давления, камеры сгорания и сопла, форсажной камеры и реактивного сопла, внешний воздушный поток передают через наружный контур в форсажную камеру, регулируют работу двигателя включением в работу форсажной камеры, согласно изобретению изменение степени двухконтурности осуществляется путем раскрытия или закрытия створок, причем на взлетном режиме с форсированием двигателя, на режиме малого газа и в режиме дозвукового полета без форсирования двигателя его работу осуществляют по двухконтурной схеме с раскрытыми створками, а на крейсерском сверхзвуковом режиме работы без форсирования двигателя и на максимальном дроссельном режиме работы с форсированием двигателя осуществляют работу двигателя с закрытыми створками.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На фиг. 1 приведена схема двухконтурного турбореактивного двигателя.

На этом чертеже:

1 - воздухозаборник;

2 - вентилятор;

3 - компрессор низкого давления;

4 - компрессор высокого давления;

5 - вал ротора низкого давления;

6 - полый вал ротора высокого давления;

7 - камера сгорания;

8 - турбина высокого давления;

9 - турбина низкого давления;

10 - сопло;

11 - форсажная камера;

12 - реактивное сопло;

13 - гидроцилиндр;

14 - шток гидроцилиндра;

15 - цилиндрическая шайба;

16 - тяга;

17 - створка;

18 - обтекатель.

Осуществление изобретения

Пример возможной реализации предложенного технического решения

На фиг. 1 приведена схема двухконтурного турбореактивного двигателя. Двигатель имеет воздухозаборник 1, вентилятор 2 и два контура движения воздушного потока, внутренний и внешний. Внутренний контур содержит компрессор низкого давления 3, компрессор высокого давления 4, вал ротора низкого давления 5, полый вал ротора высокого давления 6, камеру сгорания 7, турбину высокого давления 8, турбину низкого давления 9, сопло 10, форсажную камеру 11 и реактивное сопло 12. Вал ротора низкого давления 5 соединяет вентилятор 2 и компрессор низкого давления 3 с турбиной низкого давления 9. Полый вал ротора высокого давления 6 соединяет компрессор высокого давления 4 с турбиной высокого давления 8. Устройство, обеспечивающее изменение степени двухконтурности двигателя, включает гидроцилиндр 13, шток которого 14 шарнирно соединен с цилиндрической шайбой 15. Шайба 15 тягой 16 шарнирно соединена со створкой 17. Створка 17 шарнирно закреплена на торце внутреннего контура и обеспечивает частичное перекрытие внешнего контура движения воздушного потока при раскрытии на заданный угол. На фиг. 1 створка 17 отклонена на заданный угол и обеспечивает движение части воздушного потока внешнего контура во внутренний контур на взлетном режиме с форсированием двигателя, на режиме малого газа и в режиме дозвукового полета без форсирования двигателя. В закрытом положении створка, показанная пунктиром, обеспечивает движение внешнего воздушного потока по наружному контуру двигателя. Раскрытие створки 17 на заданный угол производится путем перемещения штока 14 гидроцилиндра 13 и соединенного с ним цилиндрической шайбы 15 по направлению движения воздушного потока. Возвращение створки 17 в исходное закрытое положение производится путем перемещения штока 14 гидроцилиндра 13 и соединенного с ним цилиндрической шайбы 15 в направлении, противоположном движению воздушного потока. С внешней стороны устройство частично закрыто обтекателем 18. Гидроцилиндры расположены равномерно по периметру внутреннего контура двигателя. Их количество составляет не менее четырех штук.

Высотный турбореактивный двигатель имеет следующие характеристики: диаметр двухступенчатого вентилятора 1,1 м, степень двухконтурности 1,2. Двигатель имеет двухступенчатый компрессор низкого и четырехступенчатый компрессор высокого давления, двухступенчатую турбину высокого и двухступенчатую турбину низкого давления и обеспечивает максимальную тягу в форсированном режиме 20 тс и скорость полета летательного аппарата 2,8 Маха. Крейсерская высота сверхзвукового полета равна 20 км.

В результате применения настоящего изобретения техническое решение, направленное на разработку способа работы двухконтурного турбореактивного двигателя, обеспечивающего повышение максимальной полетной тяги двухконтурного турбореактивного двигателя на крейсерском сверхзвуковом режиме работы без форсирования двигателя и на максимальном дроссельном режиме работы с форсированием двигателя, реализуется за счет изменения степени двухконтурности двигателя.

Изобретение относится к авиационным турбореактивным двигателям, включая двигатели для сверхзвуковых многорежимных летательных аппаратов, и касается способа работы двухконтурного турбореактивного двигателя, который содержит воздухозаборник, вентилятор, два контура движения воздушного потока, две турбины, форсажную камеру и реактивное сопло. Двигатель снабжен устройством изменения степени двухконтурности. Устройство установлено на наружной стороне внутреннего контура в районе компрессора и камеры сгорания и состоит из гидроцилиндров, штоками соединенных шарнирно с цилиндрической шайбой. Шайба соединена шарнирно тягами со створками, закрепленными шарнирно на торце корпуса внутреннего контура. С внешней стороны устройство частично закрыто обтекателем. Достигается повышение тяговых и скоростных характеристик сверхзвукового полета. 1 ил.

Способ работы двухконтурного турбореактивного двигателя, заключающийся в том, что сжатый воздух из вентилятора разделяют на два потока, внутренний и внешний, внутренний поток передают во внутренний канал двигателя, состоящий из компрессора низкого давления, соединенного валом ротора низкого давления с турбиной низкого давления, компрессора высокого давления, соединенного полым валом ротора высокого давления с турбиной высокого давления, камеры сгорания и сопла, форсажной камеры и реактивного сопла, внешний воздушный поток передают через наружный контур в форсажную камеру, регулируют работу двигателя включением в работу форсажной камеры, отличающийся тем, что изменение степени двухконтурности осуществляется путем раскрытия или закрытия створок, причем на взлетном режиме с форсированием двигателя, на режиме малого газа и в режиме дозвукового полета без форсирования двигателя его работу осуществляют по двухконтурной схеме с раскрытыми створками, а на крейсерском сверхзвуковом режиме работы без форсирования двигателя и на максимальном дроссельном режиме работы с форсированием двигателя осуществляют работу двигателя с закрытыми створками.