ДВУХКОНТУРНЫЙ ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Советский патент 1995 года по МПК F02K3/04 

Изобретение относится к газотурбостроению, в частности к турбореактивным двигателям с вентилятором в кольцевом обтекателе.

Известен наиболее близкий по технической сущности безредукторный соосный турбовинтовентиляторный двигатель фирмы Роллс Ройс, содержащий газогенератор, заднерасположенный вентилятор низкого давления, силовую турбину привода вентилятора со ступенями лопаток противоположного направления вращения, реактивное сопло, образованное цилиндрической обечайкой вентилятора и кольцевым корпусом турбины.

Недостатком двигателя, выбранного в качестве прототипа, является то, что он при увеличенной степени двухконтурности двигателя не позволяет достичь эффективной работы силовой турбины из-за увеличения наружного диаметра вентилятора и снижения частоты вращения вентилятора и силовой турбины для того, чтобы сохранить оптимальные окружные скорости на концах лопаток вентилятора. Падение эффективности силовой турбины можно парировать большим числом ступеней турбины, что увеличивает ее массу. Кроме того, недостатком прототипа является то, что вентилятор имеет ступени с фиксированными углами установок лопаток, что не позволяет выполнять режим реверса тяги. Без регулирования шага лопаток вентилятора оптимизировать можно только один расчетный режим.

Целью изобретения является повышение эффективности работы силовой турбины при сверхвысокой степени двухконтурности двигателя.

На фиг.1 показана конструктивная схема модуля вентилятора и силовой турбины его привода; на фиг.2 кривая зависимости относительных приращений радиусов профилированной наружной поверхности кольцевого корпуса турбины от длины сопла.

Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит газогенератор 1, заднерасположенный вентилятор низкого давления с лопаточными ступенями 2 и 3, силовую турбину привода вентилятора со ступенями противоположного направления вращения, объединенными в роторы 4 и 5, реактивное сопло 6, образованное цилиндрической обечайкой 7 вентилятора и кольцевым корпусом 8 турбины.

Согласно изобретению ступени 2 и 3 вентилятора расположены в зоне "А" первой половины ступеней силовой турбины. Наружная поверхность кольцевого корпуса 8 турбины выполнена профилированной, имеющей на расстояниях от выходной кромки лопатки последней ступени 3 вентилятора, составляющих 0,25, 0,5, 0,75, 0,9 от длины сопла, относительные приращения радиусов ΔR_i равные 0,1-0,2; 0,35-0,55; 0,75-0,9; 0,93-0,99. Здесь R_i текущий радиус на длине сопла l_i; R_o радиус наружной поверхности кольцевого корпуса 8 турбины на выходе из вентилятора; R_c радиус наружной поверхности кольцевого корпуса турбины на среде сопла. Цилиндрическая обечайка 7 поддерживается передней и задней стойками 9 и 10, которые не являются силовыми деталями.

Двигатель работает следующим образом. Вырабатываемый газогенератором 1 газ поступает на лопатки силовой турбины, соединенные в роторы 4 и 5 противоположного направления вращения. Поскольку роторы 4 и 5 лопаток силовой турбины скреплены со втулками вентиляторных ступеней 2 и 3, то энергия их вращения передается лопаткам вентилятора, который в свою очередь преобразует ее в напор, реализуемый в сопле 6 в силу тяги второго контура двигателя. Шаг лопаток вентилятора 2 и 3 изменяется с помощью механизмов 11 и 12, кинематически связанных через рессоры 13 и 14 со втулками лопаток вентилятора. Роторы 4 и 5 силовой турбины установлены на статоре 15 с помощью опор 16 и 17.

Большую степень двухконтурности отношение расхода воздуха в наружном контуре 6 к расходу газа в газогенераторе 1 в заявленном двигателе достигают увеличением наружного диаметра вентилятора, что требует снижения частоты вращения вентилятора и турбины для сохранения оптимальных концевых окружных скоростей на лопатках вентилятора. Повышение эффективности работы силовой турбины при сверхвысокой степени двухконтурности заявленного двигателя достигают расположением лопаток вентилятора в зоне "А" первой половины ступеней силовой турбины с тем, чтобы увеличить диаметр второй половины ступеней силовой турбины. В результате средняя окружная скорость силовой турбины существенно повышается и ее эффективность возрастает.

Вышеуказанные граничные значения относительных приращений радиусов ΔR_i наружной поверхности кольцевого корпуса 8 турбины обосновываются следующим образом. Номинальное значение ΔR_i определяют расчетным путем из условия отсутствия местных зон отрывных течений и получения оптимальных значений скоростей в конфузорном канале сопла 6 с тем, чтобы после выхода потока из сопла на режиме максимальной продолжительности работы (крейсерском режиме) имелись минимальные потери на выравнивание потока. В сечениях, близких к входу сопла, граничные значения ΔR_i определяются допустимым углом поджатия втулки последней ступени вентилятора.

В сечениях, близких к срезу сопла, граничные значения ΔR_i определяются предотвращением срывных явлений после выхода потока из сопла 6, для чего производная должна быть равна или близка к нулю.

В серединных сечениях граничные значения ΔR_i определяют с учетом наличия стоек 10 в соответствии с зависимостью, приведенной на фиг.2.

В результате вышеотмеченных отличительных признаков возрастание эффективности работы силовой турбины приводит к увеличению полетного КПД на крейсерском режиме на 2-3%

Изобретение относится к газотурбостроению, в частности к турбореактивным двигателям с вентилятором в кольцевом обтекателе. Цель изобретения - повышение эффективности работы силовой турбины при сверхвысокой степени двухконтурности двигателя. Двигатель содержит газогенератор, заднерасположенный вентилятор низкого давления с лопаточными ступенями, которые расположены в зоне первых ступеней силовой турбины. Сопло спрофилировано по закону: внутренняя поверхность сопла на расстоянии от выходной кромки лопатки последней ступени вентилятора, состовляющей 0,25, 0,5, 0,75, 0,9 от длины сопла, относительные приращения радиусов равны 0,1 - 0,2; -,35 - 0,55; 0,75 - 0,9; 0,93 - 0,99. 2 ил.

ДВУХКОНТУРНЫЙ ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий газогенератор, заднерасположенный вентилятор низкого давления с лопаточными ступенями, силовую турбину привода вентилятора со ступенями противоположного направления вращения, реактивное сопло, образованное цилиндрической обечайкой вентилятора и кольцевым корпусом турбины, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы силовой турбины при сверхвысокой степени двухконтурности двигателя, ступени вентилятора расположены в зоне первых ступеней силовой турбины, а наружная поверхность кольцевого корпуса турбины выполнена профилированной, имеющей на расстояниях от выходной кромки лопатки последней ступени вентилятора, составляющих 0,25, 0,5, 0,75, 0,9 от длины сопла, относительные приращения радиусов, равные 0,1 0,2; 0,35 0,55; 0,75 0,9; 0,93 0,99.