Способ регулирования двухконтурного турбореактивного двигателя Советский патент 1993 года по МПК F02K11/00 

Изобретение относится к способам регулирования двухкоктурных двигателей с турбиной и камерой сгорания во внешнем контуре, предназначенных, главным образом, для высокоскоростных самолетов.

Цель изобретения - расширение диапазона дроссельных режимов, характерных постоянным расходом воздуха через двигатель.

Для осуществления этой цели на бесфорсажных режимах при уменьшении температуры в камере сгорания наружного контура уменьшают проходное сечение соплового аппарата и увеличивают критическое сечение сопла так, что степень сжатия компрессора низкого давления него обороты поддерживают равными их значениям на максимальном бесфорсажном режиме.

... При регулировании двигателя таким способом становится возможным при уменьшении температуры перед турбиной наружного контура сохранить постоянной суммарную мощность турбины низкого давления и турбины наружного контура за счет

увеличения степени расширения на обеих турбинах. Полная компенсация снижения температуры возможна при относительно малой степени расширения на максимальном бесфорсажном режиме - только в этом случае прирост степени расширения способен значительно увеличить мощности турбины.

Именно такая степень расширения характерна для турбины наружного контура.

Одновременно с раскрытием створок сопла при уменьшении температуры в камере наружного контура уменьшают проходную площадь соплового аппарата, т.к. последний оказывается переразмеренным и не может поддержать заданную степень сжатия компрессора низкого давления.

Отметим, что регулирование критического сечения сопла и положения сопловых аппаратов производится теми же регуляторами, что и на форсажных режимах - обороты компрессора низкого давления и его степень сжатия поддерживаются программным механизмом в зависимости от темпераел

с

00

§

Ј

Ю

туры торможения воздуха на входе в двигатель. Однако, в отличие от способа регулирования двигателя-прототипа регуляторы не отключаются на максимальном бесфорсажном режиме, а функционируют и на бес- форсажных режимах.

В двухконтурном двигателе с турбиной в наружном контуре при степени двухкон- турности на взлетном режиме m 0,6 предлагаемый способ регулирования позволяет:

- на крейсерском режиме при скорости полета, соответствующей ,5 на высоте км уменьшить минимальную относительную тягу (R JL-)

с 0,195 до 0,096 при увеличении величины относительного удельного расхода топлива (Суд) с 1,513 кг/кг.час до 1,595 кг/кг.час, что вполне допустимо;

- на крейсерском режиме полета на вы- соте км при ,8 минимальная относительная тяга при постоянном расходе уменьшается с 0,22 до 0,16 при одновременном улучшении экономичности с Суд 1,15 кг /кг.час до Суд 0,87 кг/кг.час

- на крейсерском режиме у земли ( км) при скорости полета ,9 минимальная относительная тяга уменьшается с 0,83 до 0,6 при уменьшении удельного расхода с 1,27 кг/кг.час, до 1,04 кг/кг.час.

Предложенный способ регулирования может быть осуществлен не только в различных двигателях с.турбиной в наружном контуре; но также в двухконтурных двигателях с раздельными форсажными камерами и в одноконтурных двигателях. Однако, из-за больших исходных значений степени расширения на турбине в этих двигателях такое регулирование менее эффективно.

На чертеже схематично изображено для примера устройство двухконтурного двигателя, в котором регулирование осуществляется по предложенному способу.

Двигатель состоит из компрессора низ- кого давления 1, выход из которого соеди- нен с внутренним и наружным каналами 2 и 3. Во внутреннем канале 2 последовательно установлены, компрессор высокого давле- .ния4, камера сгорания 5, турбина высокого давления 6, жестко связанная с компрессе- ром 4, и турбина низкого давления 7, жестко связанная с компрессором 1. На выходе из турбины 7 установлен переходник 8, в котором внутренний и наружный каналы перекрещиваются, причем выход из турбины 7 сообщен с диффузором 9.

В-наружном канале за переходником 8 установлена камера сгорания 10 и турбина 11 с поворотным сопловым аппаратом 12,

жестко связанная с турбиной 7. Выход из турбины 11 и выход из диффузора 9 соединены с входом в форсажную камеру 13, на выходе из которой установлено сопло 14 с регулируемым критическим сечением.

Привод механизмов, управляющих створками сопла 14 и соплового аппарата 12, осуществляется регуляторами 15 и 16, связанными с датчиками температуры воздуха на входе в двигатель 17, оборотов компрессора низкого давления 18 и степени сжатия этого компрессора 19.

Регулирование двигателя на бесфорсажных режимах производится следующим образом, При дросселировании двигателя, работающего на максимальном режиме, ручкой управления двигателем уменьшается подача топлива в камеру 10 и, следовательно, температура перед турбиной 11. Это приводит к уменьшению оборотов компрессора 1 и его степени сжатия.

Регулятор 15 не допускает снижения оборотов ниже заданных на максимальном бесфорсажном режиме. Последние задаются в функции температуры воздуха на входе в двигатель, которая замеряется датчиком 17. Обороты поддерживаются путем увеличения критического сечения сопла 14.

Регулятор 16 не допускает снижения степени сжатия ниже заданной на максимальном режиме в виде функции температуры воздуха на входе в двигатель. Степень сжатия поддерживается путем уменьшения проходной площади соплового аппарата 12. Одновременное изменение площади критического сечения и соплового аппарата обес- печивает подобный режим работы компрессора 1 и, следовательно, постоянство расхода воздуха через двигатель. Обороты компрессора 4 поддерживаются постоянным дозированием топлива в камеру 5. .

Регуляторы 15 и 16 перестают функцио- пировать при уменьшении площади сопло- вогоаппарата 12 до минимального значения - при установке на упор. Положение упора назначается, исходя из максимального значения коэффициента приведенной скорости на выходе из турбины низкого давления 7.

Дальнейшее дросселирование после установки соплового аппарата на упор производится, как в двигателе-прототипе и в двухконтурных двигателях обычных схем, - с уменьшением расхода воздуха через двигатель. При этом камера 10 полностью выключается, сопловые аппараты и критическое сечение сопла фиксируются в положений минимальной площади. Уменьшение тяги производится ручкой управления двигателем путем уменьшения подачи

топлива в камеру 5. Увеличение тяги двигателя производится в обратном порядке..

Регулирование двигателя на форсажных режимах при переменной температуре форсажа производится при одновременном функционировании четырех регуляторов, поддерживающих заданные в функции температуры воздуха на входе в Двигатель законы изменения оборотов компрессора 1, его степени сжатия, температуру газа перед турбинами 6 и 10.

Формула изобретения Способ регулирования двухконтурного турбореактивного двигателя путем изменения проходной площади соплового аппарата турбины наружного контура и критического сечения сопла, отличающийся тем, что с целью расширения диапазона работы двигателя с постоянным расходом воздуха, уменьшают проходное сечение соплового аппарата и увеличивают критическое сечение сопла для поддержания числа оборотов компрессора низкого давления равным их значению на максимальном бесфорсажном режиме.

Использование: в авиадвигателестрое- нии для газотурбинных двигателей высоко- скоростных самолетов. Сущность изобретения: при дросселировании двух- контурного турбореактивного двигателя с камерой сгорания и турбиной в наружном контуре на бесфорсажных режимах увеличивают критическое сечение сопла при одновременном уменьшении проходной площади соплового аппарата турбины наружного контура. 1 ил.