"Авиационный двигатель для сверхзвуковых скоростей полета "Шарм" Советский патент 1993 года по МПК F02K3/06 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к авиационному двигате- лестроению.

Цель изобретения - увеличение КПД преобразования химической и тепловой энергии топлива в тягу самолета посредством смещенного цикла работы двигателя влево от энтропии окружающей среды, выполнения изотермического КПД и резкого увеличения верхней температуры и среднего индикаторного давления реального цикла, установкой гипердизельного модуля, с приближением его к циклу Карно. При этом эффективный КПД предлагаемого устройства достигает 72% по сравнению 32% у прототипа.

Улучшение эффективности работы достигается посредством установки гибкой электрической связи между агрегатами, а

работоспособность рабочего тела возрастает в 8 раз по сравнению с прототипом благодаря введению в устройство гипердизеля. Улучшение термостабилизации устройства производит за счет применения высокотеплопроводных конструкционных материалов двигателя и применения испарительной рубашки охлаждения. Максимальная разность температур в устройстве не превышает десятка градусов по сравнению с сотнями градусов теплонапряженности у прототипа, при этом температура выхлопа в номинальном режиме близка к температуре окружающей среды,

Авиационный двигатель для сверхзвуковых скоростей полета, содержащий турбину, компрессор, подключенный к его выходу, контур ожижения воздуха с насосом, теплообменником, подключенным по

нагреваемой среде к магистрали подачи жидкого водорода, .отличающийся тем. что, с целью повышения КПД при выполнении двигателя с вентиляторным контуром, двигатель снабжен дизельным модулем,соеди- ненным с вентилятором, контур ожижения воздуха турбодетандером, водородовоз- душным испарителем-конденсатором и форсунками впрыске жидкого воздуха, уста- новленными в проточной части компрессора ... и дизельного модуля, причем теплообменник охлаждения воздуха по на- греваемой среде подключен к выходу из вентилятора и расположен в вентиляторном контуре, водородно-воздушный испари- тель-конденсатор - по нагреваемой среде к магистрали жидкого водорода, а по охлаждаемой - к выходу из гурбодетандера к входу в-насос. При этом у двигателя каждый модуль компрессора и турбины снабжен встроенными электродвигателем и электрогенератором, а компрессорный и дизельный модули снабжены рубашками охлаждения.

На фиг. 1 представлена принципиаль- ная схема винтовентиляторного двигателя Шарм модульного исполнения. На фиг.2 изображены в I-S координатах процессы цикла предлагаемого двигателя и для сравнения процессы цикла Бройтона прототипа.

Устройство авиационного винтовенти ляторного двигателя Шарм выполнено так, что трансзвуковые лопасти 1 винтовентилятора 2 размещены в капоте 3 и при помощи пилонов 4 прикреплены к корпусу двигателя 5. Саблевидные трансзвуковые лопасти 1 установлены в поворотных узлах 6 втулки 7 винтовентилятора 2, а в корпусе двигателя 5 размещены модуль 8 изотермического воздушного многоступенчатого осе- вого компрессора низкого давления, модуль 9 адиабатического компрессора высокого давления, модуль 10 водородного двухтактного звездообразного многоразрядного гипердизеля и модуль 11 электрического турбогенератора. Двигатель снабжен контуром ожижения воздуха, состоящим из узла 12 отбора воздуха из коллектора модуля адиабатного КВД 9, воздуховоздушного радиатора 13 в пилонах 4, топливовоздушного теплообменника 14, электротурбодетанде- pa 15. водородно-воздушного испарителя- конденсатора 16, электронасоса 17 подачи жидкого воздуха и узла форсунок 18, управляемого дозированного впрыска жидкого воздуха в проточной части модуля изотермического КНД в, который снабжен встроенным электродвигателем привода с неподвижным внутренним статором 19 и наружным ротором 20. Электропривод модуля адиабатического КВД 9 осуществлен от

5

.

0 . -

5

5

встроенного электродвигателя 21. Звездообразный двухтактный многорядный гипердизельный модуль 10 своим коленчатым валом 22 посредством передаточного вала 23 осуществляет непосредственный привод втулки 7 винтовентилятора 2. Топливная система водородного питания двигателя содержит погружной жидководородный электронасос-мультипликатор 24. установленный в топливном баке (не указан на схеме), водородно-воздушный испаритель конденсатор 16, топливовоэдуищуй теплообменник 14 и электронную форсунку 25 управляемого впрыска топлива в гильзого- ловки 26 дизельного модуля 10. Модуль электрического турбогенератора 11 состоит из турбины 27 полного расширения, подвижного ротора 28 с кобальт-самариевым постоянным магнитом (Л-3, стр.20) и неподвижного статора 29 встроенного электрогенератора модуля 11, снабженного теплоизоляцией 30. Компрессоры 8, 9 и дизельные модули 10 снабжены жидкостной рубашкой 31 охлаждения с ребрами 32, на корпусе двигателя 5, теплоотдачи тепла двигателя воздушному потоку окружающей среды.

Изобретение осуществляется в реальном цикле следующим образом на I-S диаграмме.

Атмосферный воздух 41 изотермически сжимается в КНД до состояния 42, а затем адиабатически сжимается в КВД до параметров 43 и поступает в дизельный модуль, где воздух адиабатически сжимается до гипердавления 44. Дозированный впрыск водорода нагревает воздух изобарически до точки 45 с последующим управляемым изотермическим расширением в точку 46, после чего в цилиндрах гипердизеля идет адиабатическое расширение до точки 47 выхлопа из дизеля в турбину полного расширения в Т.48 до атмосферного давления.

Функционирование двигателя прототипа, работающего по циклу Брайтона, также начинается с тоуки 41 атмосферного воздуха, который адиабатически сжимается компрессором до 47 с последующим изобарическим нагревом в камере сгорания до параметров 47 и адиабатически расширяется до давления окружающей среды в точке 48.

Формула изобретения 1. Авиационный двигатель для сверхзвуковых скоростей полета, содержащий турбину, компрессор, подключенный к его выходу, контур ожижения воздуха с насосом, теплообменником охлаждения воздуха и топливовоздушным теплообменником, подключенным по нагреваемой среде к маистрали подачи жидкого водорода, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД 1ри выполнении двигателя с винтовентиляторны- л контуром, двигатель снабжен дизельным моду- ем, соединенным с винтовентилятором. сонтур ожижения воздуха - турбодетанде- юм. водородно-воздушным испарителем - сонденсатором и форсунками впрыска жид- сого воздуха, установленными в проточной 1ЭСТИ компрессора и дизельного модуля, причем теплообменник охлаждения воздуха по нагреваемой среде подключен к выходу из винтовентилятора и расположен в винто- вентиляторном контуре, водородно-возJ

душный испаритель-конденсатор подключен - по нагреваемой среде к магистрали жидкого водорода, а по охлаждаемой - к выходу из турбодетандерэ и входу в насос.

2.Двигатель по п. 1.отличающийся тем, что. с целью повышения эффективности работы, он снабжен электрогенератором и электродвигателем, встроенными соответственно в турбину и компрессор.

3.Двигатель .1, .отличающийся тем, что, с целью улучшения его термостабилизации, компрессор и дизельный модуль снабжены рубашками охлаждения.

2f

3f

7

30

Использование: теплознергетика, в частности авиационное двигателестроение. Сущность изобретения: модульное исполнение двигателя, (выполнение с еговинтовен- тиляторным контуром с приводом его непосредственно от установленного дизельного модуля, снабжение контура ожижения воздуха турбодетэндером, испарителем-конденсатором и форсунками впрыска жидкого воздуха в проточную часть компрессора. При этом у двигателя каждый модуль компрессора и турбины снабжены встроенными электродвигателями-электрогенераторами, а компрессор и дизельный модуль.также снабжены рубашками охлаждения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

ipes&.f