Способ форсирования турбореактивного двухконтурного двигателя Российский патент 2025 года по МПК F02K3/06 F01D15/10 B64D27/33 

Изобретение относится к системам форсажа газотурбинных двухконтурных двигателей.

Широко известны различные способы форсажа газотурбинных двигателей, основанные на впрыске в проточный тракт воды (патенты RU 2284418 C1, RU 2005109449 A, RU 2523510 C1). Способы заключаются в организации систем впрыска воды в камеру сгорания, компрессор перед компрессором. В некоторых вариантах решения в воду добавляют горючую жидкость.

Очевидный недостаток данных решений - необходимость нести на борту летательного аппарата запас жидкости, обеспечивающей работу двигателя в режиме форсажа и систему подачи этой жидкости в рабочий тракт газотурбинного двигателя.

Известен способ подачи в камеру сгорания газотурбинного двигателя газа (патент RU 2562822 C2). Вне корпуса устанавливается газогенератор, к входу которого присоединены трубопроводы окислителя и горючего, а к выходу - газовод, соединенный с воздушным трактом основного двигателя.

Недостатком приведенного решения является целесообразность его применения только при больших высотах полёта и сравнительная сложность технической реализации.

Известен способ форсажа газотурбинного двигателя (патент RU 2523510 C1), по ряду признаков принятый за наиболее близкий аналог. Способ заключается в подаче в камеру сгорания или в компрессор количества топлива, необходимого для его полного сгорания. Также осуществляют подачу в камеру сгорания дополнительного топлива в количестве, необходимом для снижения температуры газов в камере сгорания до безопасного предела (атмофорсаж). При включении атмофорсажа двигателя на выходе из турбины в атмосферу одновременно включают поджигающее устройство любого типа.

Недостатком данного способа является то, что продукты сгорания во время форсажа содержат большое количество токсичных газов, таких как окись углерода, оксиды азота, недогоревшие углеводороды и сажа. Второй недостаток - это существенное, до нескольких раз, увеличение объёма сжигаемого топлива.

Целью данного изобретения является разработка способа кратковременного повышения мощности газотурбинного двухконтурного двигателя длительностью до 30 сек без ухудшения удельной мощности двигателя и без необходимости внесения существенных изменений в конструкцию двигателя.

Поставленная цель достигается комплектацией газотурбинного двигателя стартером повышенной мощности по сравнению с необходимой для запуска двигателя на 40% - 60% с максимальными рабочими оборотами, позволяющими увеличивать рабочие обороты газотурбинного двигателя на 10%. Такая техническая возможность обеспечивается применением в качестве стартера бесколлекторного двигателя постоянного тока с ротором на магнитах высокой энергии в комплекте с регулятором скорости стартера на базе силовых полевых транзисторов низкого сопротивления типа - MOSFET или HEXFET, при этом при кратковременном включении стартера в работу не более чем на 30 сек дополнительных мероприятий по его охлаждению не требуется и увеличение мощности бесколлекторного двигателя при такой постановке задачи не требует существенного увеличения его габаритов и массы не более чем на 30%. Масса же стартера на базе бесколлекторного двигателя не превышает 2% от массы конструкции газотурбинного двухконтурного двигателя. Увеличение оборотов ротора приводит к увеличению количества воздуха, подаваемого в камеру сгорания, пропорционально увеличивается объём подаваемого топлива в камеру сгорания за счёт увеличения перепада давления на топливных форсунках, в результате чего увеличивается объём продуктов сгорания. Избыточные объёмы продуктов сгорания, подающиеся в сопловой блок внутреннего контура, и увеличенный воздушный поток через сопло наружного контура приводят к увеличению тяги двухконтурного газотурбинного двигателя. Увеличение тепловой мощности двигателя в режиме форсажа приведёт к росту температуры в камере сгорания, в блоке турбины и в сопловом блоке внутреннего контура это ограничивает время работы двигателя в режиме форсажа, ориентировочно продолжительность форсажа определена для газотурбинного двигателя малой мощности типовой разрез, который показан на фиг. 1, для данной конструкции время форсажа не должно превышать 30 сек.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг. 1 изображён осевой разрез газотурбинного двухконтурного двигателя малой мощности, укомплектованного стартером на базе бесколлекторного электродвигателя постоянного тока. Подсоединение стартера поз. 1 к ротору выполнено по безредукторной схеме. Стартер расположен под колпаком обтекателя поз. 2 вентилятора поз. 3, нагнетающего воздух в оба контура. Наружный контур отмечен поз. 5, внутренний контур поз. 4. Многоступенчатый осевой компрессор - поз. 6. Топливный коллектор с форсунками - поз. 7. Камера сгорания кольцевого типа поз. 8. Сопловой блок наружного контура поз. 9. Сопловой блок внутреннего контура поз. 10. Блок турбины - поз. 11.

Техническое решение изобретения позволяет кратковременно, ориентировочно на время до 30 сек, увеличить тягу газотурбинного двухконтурного двигателя до 10% от максимальной рабочей тяги, при этом конструктив двигателя в целом не усложняется и удельный вес двигателя меняется несущественно.

Изобретение относится к газотурбинным двухконтурным двигателям. Способ форсирования турбореактивного двухконтурного двигателя заключается в увеличении объема воздуха, подаваемого вентилятором двигателя в оба контура, за счет кратковременного включения в работу бесколлекторного электростартера, увеличивая за счет этого обороты ротора турбореактивного двигателя на 5-10% в течение 10-30 сек с одновременным пропорциональным увеличением количества топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя. Способ позволяет кратковременно, на время взлета летательного аппарата или выполнения воздушного маневра, увеличить тяговые характеристики, при этом не увеличив удельный вес турбореактивного двигателя. 1 ил.

Способ форсирования турбореактивного двухконтурного двигателя, заключающийся в увеличении объёма воздуха, подаваемого вентилятором в оба контура, за счёт кратковременного включения в работу электростартера, при использовании в качестве стартера электродвигателя бесколлекторного типа, увеличивая обороты ротора двигателя таким образом на 5-10% в течение 10-30 сек работы турбореактивного двигателя с одновременным пропорциональным увеличением количества топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя.