Турбореактивный двигатель Советский патент 1992 года по МПК F02K3/00 

Известны турбинные агрегаты, в которых происходит разворот набегающего потока в цикле работы.

В этих агрегатах направление движения газового потока хотя и отличается от прямолинейного, но продолжает оставаться фиксированным, что схематично показано на фиг.2. Следовательно, не устраняются недостатки, присущие предыдущим аналогам.

Известны различные механизмы, позволяющие отклонять реактивную струю за соплом двигателя.

Эти механизмы позволяют регулировать только направление истечения реактивной струи, требуя при этом значительных энергетических затрат на разворот потока, но не позволяют регулировать направление потока, забираемого двигателем, что схематично представлено на фиг.З.

Известны механизмы, позволяющие осуществлять перемещения, в том числе и повороты, двигателя относительно транспортного средства.

Недостатком зтих механизмов является жесткая связь направления движения газового потока внутри двигателя с конструкцией самого двигателя. Иными словами, если требуется изменить направление забора воздуха из атмосферы, не меняя при этом направления выхлопа реактивной струи, то указанные механизмы такую задачу не решают, как это показано на фиг.4.

Известны двигатели с переменной формой корпуса, как сохраняющие постоянное направление движения потока рабочего тела внутри себя, но улучшающие режимы работы двигателя, так и изменяющие его. Такие технические решения по сущности и большинству совпадающих существенных признаков наиболее близки к предлагаемому турбореактивному двигателю. Поэтому прототип выбран из числа двигателей с переменной формой корпуса. Указанный прототип содержит подвижные модули корпуса, причем первый, неподвижный, и второй соединены таким образом, что обеспечивается вращение второго по отношению к первому вокруг общей продольной оси, тогда как третий модуль имеет возможность поворачиваться относительно поперечной оси. Система поворота модулей имеет общий привод для их перемещения и фиксации, что схематично изображено на фиг.5. Приведенный прототип заявлен как сопловой аппарат авиационного реактивного двигателя с угловым поворотным соплом. Цель изобретения - расширение расчетных режимов работы турбореактивного

двигателя, Эта цель изобретения является следствием актуальной технической задачи независимого управления работой воздухо- заборного и выхлопного устройств, когда 5 набегающий поток атмосферного воздуха должен быть всегда перпендикулярен плоскости вращения турбокомпрессора, а реактивная струя должна быть направлена так, что обеспечить заданный режим движения

0 транспортного средства или выполнение заданного маневра, и может не совпадать с направлением набегающего потока и, более того, изменяться в процессе функционирования двигателя. Аналогично может изме5 няться и направление набегающего потока (фиг.6).

Указанная цель изобретения достигается введением в известный турбореактивный двигатель, содержащий неподвижный мо0 дуль корпуса 1 (см, фиг.7), приводы подвижных модулей турбины 3, приводы подвижных модулей компрессора 10, вал турбины 4, вал компрессора б, компрессор 5, турбину 11, новых элементов: подвижных

5 модулей компрессора 7, промежуточных валов 8, узлов соединения промежуточных валов 9, при этом привод подвижных модулей компрессора 10 связан с подвижными модулями компрессора 7, которые соединены

0 между собой и с неподвижным модулем корпуса 1 подвижно и герметично с возможностью изменения конфигурации, промежуточные валы 8 соединены последовательно узлами соединения промежуточ5 ных валов 9, причем крайние промежуточные валы 8.1 и 8.2 связаны соответственно с валом компрессора бис валом турбины 4 узлами соединения промежуточных валов 9. Узлы соединения промежуточ0 ных валов 9 могут быть выполнены, например, в виде сферических шарнироо,

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется схемой, приведенной на фиг.7.

5Неподвижный модуль корпуса 1 жестко

связан с самим движущимся средством и представляет собой в сущности полую конструкцию с двумя отверстиями, к одному из I которых подвижно крепятся подвижные мо0 дули турбины 2, соединенные последовательно, как и в прототипе, с возможностью изменения их общей конфигурации, а к другому - подвижные модули компрессора 7, также соединенные последовательно и по5 движно с возможностью изменения их общей конфигурации. Турбина 11 с валом турбины 4 размещается внутри конфигурации подвижных модулей турбины 2 с возможностью свободного вращения при

изменении конфигурации. Компрессор 5

размещается внутри конфигурации подвижных модулей компрессора 7такжес возможностью свободного вращения при изменении конфигурации и жестко соединен с валом компрессора. При этом в состав компрессора 5 с валом компрессора бив состав турбины 11 с валом турбины 4 могут входить редукторы компрессора и турби- ны, предназначенные для изменения частоты вращения валов и величины передаваемого от турбины к компрессору крутящего момента.

Подвижные модули турбины 2 связаны с приводом подвижных модулей турбины 3, а подвижные модули компрессора 7 связаны с приводом подвижных модулей компрессора 10. Приводы подвижных модулей 3 и 10 обеспечивают перемещение подвижных модулей турбины и компрессора и самих компрессоров 5 с валом компрессора 6 и турбины 11 с валом турбины 4, обеспечивая их поворот за счет изменения конфигурации.

Передача крутящего момента от вала турбины 4 к валу компрессора 6 обеспечивается последовательно соединенными промежуточными валами 8, крайние из которых 8.1 и 8.2 соединены с валом компрессора бис валом турбины 4 соответственно. Последовательное соединение промежуточных валов должно удовлетворять двум условиям: во-первых, промежуточные валы должны передавать крутящий момент по ломаной осевой линии, а, во-вторых, промежуточные валы должны размещаться внутри неподвижного модуля 1 и подвижных модулей турбины и компрессора, не мешая изменению общей конфигурации в пределах, определенных конкретной конструкцией.

Первое требование обеспечивается введением узлов соединения промежуточных валов, выполненных, например, в виде сферических шарниров, причем при таком способе передачи крутящего момента равномерное вращение вала турбины 4 и вала компрессора 6, как крайних звеньев кинематической цепи, достигается ортогональным расположением сферических шарниров, число которых должно быть на единицу больше, чем число промежуточных валов. Возможна также передача крутящего момента по ломаной осевой линии с помощью различных муфт или других механизмов. Иными словами, эта частная техническая задача вполне реализуема, как, например, в карданных передачах автомобилей, где требуется равномерное вращение вала двигателя преобразовать в равномерное вращение осей колес с по- Mouibto двух сферических шарниров и одного промежуточного карданного вала, оканчивающегося ортогонально расположенными звеньями сферических шарниров.

5Второе условие технически может быть

реализовано, например, системой крепления промежуточных валов в подвижных модулях и неподвижном модуле, как, например, в автомобиле, где ось ведущих

0 колес и карданный вал перемещаются относительно неподвижного вала двигателя в процессе преодоления неровностей дороги.

Предлагаемый турбореактивный двига- 5 тель функционирует следующим образом.

Набегающий воздушный поток А поступает в компрессор 5, который располагается внутри подвижных модулей компрессора 7. При этом подвижные модули компрессора 7 0 с помощью привода подвижных модулей компрессора 10 перемещаются в такое положение, чтобы обеспечить перпендикулярность направления набегающего воздушного потока А (см. фиг.7) плоскости 5 вращения компрессора, или максимально близкое к такому расположение компрессора.

Аналогично, привод подвижных моду0 лей турбины 3 перемещает подвижные модули турбины 2 до тех пор, пока направление истечения реактивной струи не совпадет с заданным направлением В для выполнения необходимого маневра

5 движущимся средством. В частном случае турбина может быть и неподвижной, что фиксируется тем же приводом подвижных модулей турбины 3.

В неподвижном модуле корпуса распо0 лагается камера сгорания, которая геометрически может захватывать и часть подвижных модулей турбины и компрессора. В камере сгорания топливо сжигается в атмосферном воздухе, сжатом компрессо5 ром 5, горячие газы вращают турбину 11, энергия которой через систему подвижных валов 8 передается на компрессор для обеспечения непрерывного процесса сжатия атмосферного воздуха.

0Положительный эффект технического

решения достигается за счет возможности разворота компрессора перпендикулярно набегающему потоку, а турбины - перпендикулярно заданному направлению истечения реактивной струи. Иными словами,

5 расширяется диапазон расчетных режимов работы турбореактивного двигателя.

Таким образом, за счет технического обеспечения возможности независимых поворотов компрессора и турбины достигнута цель изобретения, заключающаяся в расширении расчетных режимов работы турбореактивного двигателя.

Формула изобретения 1. Турбореактивный двигатель, содержащий неподвижный модуль корпуса, два подвижных модуля, имеющих приводы, компрессор и турбину с соответствующими валами, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона расчетных режимов работы, двигатель снабжен двумя дополнительными подвижными модулями, промежуточными валами, узлами их соединения с валами турбины и компрессора, компрессор и турбина размещены внутри подвижных

модулей, герметично соединенных между собой и с неподвижным модулем корпуса, каждый привод подвижного модуля связан с одним дополнительным модулем, проме- жуточные валы закреплены в неподвижном модуле корпуса, подвижных модулях компрессора и турбины с возможностью их вращения и перемещения подви кных модулей.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что узлы соединения валов выполнены в виде сферических шарниров с ортогональным соединением звеньев, причем число шарниров четное.

-S

Использование: в авиационной технике, а также в смежных областях транспорта, где применяются принципы реактивного движения. Сущность изобретения: введение в состав турбореактивного двигателя элементов, позволяющих разворачивать компрессор перпендикулярно набегающему потоку, а турбину- перпендикулярно заданному направлению истечения реактивной струи. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. выходящего потоков газов, которые при расчетном режиме работы должны совпадать с центральной осью двигателя, как это схематично представлено на фиг.1. Отклонение потоков от осп приводит к нерас- четным режимам, которые часто реализуются на практике, например, при движении самолета с некоторыми, отличными от нуля, углами скольжения или атаки, а также при необходимости изменять направление истечения реактивной струи при маневрах. XI XI О 00 СЛ ho

Фиг el

Јяг.З

&1Г.5

4ет%2

U

s

.

S

X S .

V

SMr.fi

Jf