Двухконтурный турбореактивный двигатель

(К 1 сОВЕТСКИХ СОЦИАЛИГ ГИЕСКИХ РЕСПУГ ЧИК(1 у Р ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ мерой 10 сгорания и турбиной 11 в наружный контур перепускают газ из-за турбины низкого давления через перекрещивающиеся каналы и кольцевой диффузор 9 на периферию форсажной камеры 13, а воздух иэ наружного контура - к камере сгорания 13, установленной внутри кольцевого диффуэора 9, Лопатки турбины 11 наружного контура устанавливают на диске беэ отверстия, что позволяет при сохранении запасов прочности повысить обороты ротора низкого давления, при этом вдоль стенок форсажной камеры 13 выпускают более холодный гэз, 2 э.п, ф-лы, 1 ил. Бюл, М 14роизводственноеА.М.Л юл ькинцов, Н,С,Дембоеликобритании й объединение А, М.Люлька 1069033, кл,Целесообдлины двигэтнал после пеаааЬ диффуэора, 00В результате осуществления предло- С) женного устройства вес двигателя по мате-О риалам эскизного проекта уменьшен,несмотря на установку переходника, вес которого составляет 2-3 от веса двигателя., +ьСнижение веса достигнуто за счет повышения оборотов ротора низкого давления иповышения окружных скоростей до уровня,характерного для двухконтурных двигате-лей обычной схемы, Действительно, в результате перепуска газа из-за турбинынизкого давления на периферию двигателя,турбина наружного контура может быть выполнена по общепринятой и наиболее благоприятной с точки зрения прочности схеме- ее рабочие лопатки устанавливаются надиске беэ отверстия, причем высота лопаток дви- ждеГОСУДАРСТВЕННОГ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(21) 1553144 (22) 07.08.72 (46) 15,04.93 (71) Научно- "Сатурн"им (72) А,В,Вор (56) Патент Р 13, 1966, (54) ДВУХК НЫЙ ДВИГ (57) Исполь нии для дв двигателей, контурном т ОНТУРНЫЙ ТУРБОРЕАКТИВАТЕЛЬФзование: в эвиадвигателестроеухконтурных турбореактивныхСущность изобретения: в двухурбореактивном двигателе с ка Изобретение относится к турбореактивным двигателям, предназначенным, главным образом, для самолетов-перехватчиков,Цель изобретения - снижение веса гателя и повышение надежности охла ния форсажной камеры,Для осуществления этой цели эа турбиной низкого давления установлен переходник, в котором внутренний и наружный каналы перекрещиваются так, что полость за турбЯной низкого давления сообщена с наружным кольцевым каналом, а полость за компрессором низкого давления - с турбиной наружного контура,Целесообразно для повышения надежности охлаждения переходника камеру наружного контура разместить между переходником и турбинои наружного контура,разно также для перемещения еля наружный кольцевой кареходника выполнить в видезначительно меньше суммарной высоты лопаток двухъярусной турбины.В предлагаемой конструкции ни прочность лопаток, ни прочность диска не препятствуют существенному повышениюоборотов ротора (до 40 оь) по сравнению соборотами двухъярусной турбины. Наибольшее повышение оборотов возможно при равенстве отметаемых площадей турбины. низкого давления и турбины наружного контура,Отметим, что величина максимальныхоборотов ротора определяется, как правило, не предельными окружными скоростямикомпрессора, а прочность турбины. Поэтому повышение оборотов позволяет увеличить окружные скорости в лопаткахсверхзвукового компрессора и этим сократить число его ступеней в 1,5-2,0 раза, Вестурбины низкого давления также снижаетсяза счет уменьшения числа ее ступеней илиза счет уменьшения среднего диаметра приодинаковых окружных скоростях,При оптимальных для этой схемы двигателя степени сжатия компрессора низкогодавления и степени двухконтурности общееуменьшение числа ступеней ротора низкогодавления составляет 5-7, что позволяет снизить вес двигателя до 250 и уменьшить егодлину при сохранении положительных термодинамических особенностей схемы,Повышение надежности охлажденияфорсажной камеры достигнуто за счет выпуска горячего газа из турбины наружногоконтура с температурой Т = 1500-1600 К невдоль стенок форсажной камеры, а в видегорячего шнура по оси камеры, В кольцевоепространство между стенками и горячейструей выпускается относительно холодныйгаз - его температура без подмешиваниявоздуха из-эа компрессора ниже температуры газа за турбиной одноконтурных турбореактивных двигателей. При высокихскоростях полета (Мп3,0) температурапристеночного слоя равна или ниже температуры воздуха эа компрессором низкогодавления, что позволяет увеличить предельную скорость полета. Ликвидация отбора3-5;6 воздуха от компрессора на охлаждение камеры повышает эффективность дви-гателя.Кроме того, при расположении горячейструи в центре камеры повышается надежность конструкции стабилизаторов и коллекторов, которые могут быть выполненынеохлажденными, т.к, их тяги не пронизывают зону повышенной температурь 1,Расположение камеры наружного контура непосредственно перед турбиной позволяет предельно упростить конструкцию45 50 55 лость за компрессором низкого давлением 1 - с камерой сгорания 10 и турбиной наружного контура 11 с поворотными сопловыми аппаратами 12, Выходы иэ турбины 11 и из кольцевого канала 9 соединены с форсажной камерой 13, тракт охлаждения которой 14 сообщен с кольцевым каналом 9. На выходе из форсажной камеры 13 установленО сопло 15 с регулируемым критическим сечением.На форсажных режимах двигатель работает следующим образом, Воздух сжимается компрессором низкого давления 1 и поступает частично в последовательно установленные компрессор высокого давления4, камеру сгорания 5, турбину высокого давления 6 и турбину низкого давления 7, а частично - в наружный канал 3, Из турбины переходника и этим повысить надежностьдвигателя,Суммарная длина камеры сгорания итурбина наружного контура близка к по 5 требной длине диффузора, необходимогодля организации процесса в периферийнойчасти форсажной камеры, Поэтому использование кольцевого канала в качестве диффузора сокращает длину двигателя -10 турбина и камера располагаются в кокекольцевого диффузора, Торможение потокавозможно начинать в каналах переходника,В предложенном двигателе уменьшенуровень шума по сравнению с двигателем 15 прототипом, т,к, турбина и камера сгораниянаружного контура отделены от стенок двигателя кольцевым газовым каналом, что является дополнительным положительнымэффектом,20 При замене двухъярусной турбины двумя независимыми по среднему диаметрутурбинами коэффициент полезного действия каждой из них может быть повышен, чтотакже увеличивает эффективность двигате 25 ля.Предлагаемый двигатель в варианте собщей для обоих контуров форсажной камерой схематично изображен на чертеже.Двигатель состоит из компрессора низ 30 кого давления 1, выход из которого соединен с внутренним и наружным каналами 2 и3, Во внутреннем канале 2 последовательноустановлены компрессор высокого давления 4, камера сгорания 5, турбина высокого35 давления б, жестко связанная с компрессором 4, турбина низкого давления 7, жесткосвязанная с компрессором 1. На выходеизтурбины 7 установлен переходник 8, в котором внутренний и наружный каналы 2 и 340 перекрещиваются, Полость за турбиной 7сообщена с наружными кольцевым каналом9, выполненным в виде диффузора, а по1809145 4 6 б 7 8 УРЮК 7 газ поступает через переходник 8 в наружный кольцевой канал 9 и далее в форсажнуюкамеру 13 и в ее тракт охлаждения 14. Воздух из наружного канала 3 поступает черезпереходник 8 в камеру сгорания 10 и турбину наружного контура 11 и далее - в форсажную камеру 13 и сопло 15, Механизмавтоматического регулирования сопловыхаппаратов 12 устанавливает их в положение, которое обеспечивает максимальную 10тягу на каждом режиме полета и необходимый запас устойчивости компрессора низкого давления 1, С увеличением скоростиполета температура газа в камере 5 постепенно уменьшается, а доля мощности турбины 11 - увеличивается принезначительном уменьшении тяги,На бесфорсажных режимах с включенной камерой сгорания наружного контура10 сопловые аппараты 12 устанавливаются 20в зависимости от температуры в камере 10в положение, которое обеспечивает режимработы компрессора низкого давления 1,подобный режим при включенном форсаже.Расход воздуха через двигатель при наличии камеры 10 не изменяется, а с 4. ранениеоборотов компрессора низкого давленияобеспечивается за счет роста степени расширения газа в тубинах 7 и 1 О при увеличенииплощади критического сечения сопла 16, 30На бесфорсажных режимах с выключенной камерой 10 сопловые аппараты 12 икритическое сечение сопла 16 устанавливаются в фиксированное положение в зависимости от температуры торможения 35набегающего воздуха, Дросселированиедвигателя осуществляют уменьшением под- .ачи топлива в камеру сгорания 5, Оборотыроторов высокого и низкого давления и положение рабочей точки на характеристике 40компрессора низкого давления 1 определяется однозначно для каждой температуры газа в камере 5, Положение сопловых аппаратов и сопла выбирается, исходя из требований минимального удельного расхода топлива на каждом режиме и обеспечения необходимых запасов устойчивости компрессора 1. При этих режимах турбина наружного контура 11 работает как воздушная турбина. Подвод мощности от этой турбины на вал компрессора 1 частично компенсирует падение экономичности из-за расширения газа на турбине 11,Восстановление экономичности до уровня двухконтурных двигателей производится эа счет вйбора более высокой суммарной степени сжатия компрессоров. Этот способ невозможен в обычном двухконтурном двигателе для скоростного самолета, т.к, там недопустимо уменьшать температуру газа перед турбиной с ростом скорости полета,Формула изобретения 1, Двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий компрессор низкого давления, внутренний газотурбинный контур с турбиной низкого давления привода компрессора, кинематически соединенной с размещенной за камерой сгорания турбиной наружного контура, форсажную камеру и реактивное сопло, о л и ч а ю щ и Й- с я тем, что, с целью повышения надежности и уменьшения веса двигателя, между турбинамиустановлен переходник, сообщающий полость за турбиной низкого давления скольцевым каналом на входе форсажной камеры, расположенным по периферии турбины наружного контура.2,Двигатель поп. 1, от лича ю щийс я тем, что.камера сгорания размещена за переходником.3. Двигатель по пп 1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что кольцевой канал выполнен диффузорным,