Турбореактивный двухконтурный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности

Турбореактивный двухконтурный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности с противоточной схемой газовоздушного тракта содержит на выходе из компрессора низкого давления ресивер с защитной сеткой. Защитная сетка установлена под острым углом к оси двигателя. Отношение проходной площади защитной сетки к площади газовоздушного тракта на входе в компрессор высокого давления составляет 1,5-40, а отношение площади газовоздушного тракта на входе в компрессор низкого давления к площади газовоздушного тракта на выходе из компрессора низкого давления составляет 1,5-3,0. Изобретение позволяет повысить надежность и КПД турбореактивного двигателя за счет предотвращения обледенения защитной сетки и снижения ее гидравлического сопротивления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к турбореактивным двигателям сверхвысокой степени двухконтурности авиационного применения.

Известен турбореактивный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности с однорядным вентилятором, привод которого осуществляется через редуктор [С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1981, с.548, рис.13.3.1].

Недостатком такой конструкции является низкая надежность при попадании посторонних предметов в газовоздушный тракт двигателя, что приводит к лавинообразному разрушению малоразмерных лопаток компрессора высокого давления и лопаток турбины.

Наиболее близким к заявляемому является турбореактивный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности с противоточной схемой газовоздушного тракта, в котором на выходе из компрессора низкого давления выполнен ресивер, на выходе из которого установлена защитная сетка [Патент РФ №2075658, F16C 21/00, 1997 г.].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является низкая надежность и низкий КПД турбореактивного двигателя из-за повышенного гидравлического сопротивления защитной сетки и возможности ее обледенения при низких температурах окружающей среды, а также из-за скопления посторонних предметов в газовоздушном тракте двигателя перед сеткой при длительной эксплуатации двигателя..

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности и КПД турбореактивного двигателя за счет предотвращения обледенения защитной сетки и снижения ее гидравлического сопротивления.

Сущность изобретения заключается в том, что в турбореактивном двухконтурном двигателе сверхвысокой степени двухконтурности с противоточной схемой газовоздушного тракта, на выходе из компрессора низкого давления которого выполнен ресивер с защитной сеткой, согласно изобретению защитная сетка установлена под острым углом к оси двигателя, причем отношение проходной площади F₃ защитной сетки к площади F₄ газовоздушного тракта на входе в компрессор высокого давления составляет 1,5-40, а отношение площади F₁ газовоздушного тракта на входе в компрессор низкого давления к площади F₂ газовоздушного тракта на выходе из компрессора низкого давления составляет 1,5-3,0.

Кроме того, на внешней стороне ресивера перед защитной сеткой установлен лючок сброса посторонних предметов.

Постановка защитной сетки в ресивере между компрессором низкого давления и газогенератором под острым углом к оси двигателя решает задачу защиты лопаток газогенератора и лопаток установленной за газогенератором турбины от повреждения посторонними предметами, но при этом возможно обледенение самой защитной сетки с последующей ее поломкой и попаданием в проточную часть газогенератора.

Для предотвращения обледенения сетки воздух подогревается в процессе сжатия в компрессоре низкого давления, причем степень сжатия воздуха определяется соотношением площадей проточной части на входе и на выходе из компрессора низкого давления.

При F₁/F₂<1,5 возможно обледенение защитной сетки из-за малого подогрева воздуха в процессе его сжатия в компрессоре низкого давления, а в случае F₁/F₂>3 - снижается надежность турбореактивного двигателя из-за увеличения количества ступеней, незащищенных защитной сеткой.

Гидравлическое сопротивление сетки должно быть минимальным, чтобы не ухудшать экономичность двигателя, что достигается увеличением ее проходной площади.

При F₃/F₄<1,5 ухудшается КПД турбореактивного двигателя из-за повышенного гидравлического сопротивления защитной сетки, однако в случае, когда F₃/F₄>40, излишне возрастают габариты и масса турбореактивного двигателя из-за возрастания габаритов защитной сетки. Причем защитная сетка установлена под острым углом α к оси двигателя, что позволяет увеличить ее проходную площадь F₃.

Важным фактором, снижающим ресурс турбореактивного двигателя, является попадание посторонних предметов в газовоздушный тракт двигателя, например, при рулежке самолета по взлетной полосе.

В этом случае поврежденные лопатки вентилятора и компрессора низкого давления могут быть отремонтированы или заменены без съема двигателя с крыла. В то же время замена лопаток компрессора высокого давления или турбины высокого давления без съема газогенератора с крыла является сложной технической задачей ввиду больших окружных скоростей и напряжений на лопатках компрессора высокого давления и турбины высокого давления.

Для удаления накапливающихся в процессе эксплуатации загрязнений (посторонних предметов) перед защитной сеткой во внешней стенке реверса в нижней части двигателя выполнен лючок сброса посторонних предметов.

На чертеже показан продольный разрез турбореактивного двигателя заявляемой конструкции.

Турбореактивный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности 1 состоит из биротативного вентилятора 2 и установленного за ним ниже по потоку компрессора низкого давления 3 с входом 4. Газовоздушный тракт 5 двигателя выполнен по противоточной схеме, и на выходе 6 из компрессора низкого давления выполнен ресивер 7 с установленной в нем защитной сеткой 8, который на выходе соединен с входом 9 газогенератора 10, состоящего из компрессора высокого давления 11, камеры сгорания 12 и турбины высокого давления 13, на выходе которой установлена биротативная турбина 14, которая приводит во вращение биротативный вентилятор 2. На выходе из биротативной турбины 14 установлена турбина низкого давления 15, которая приводит во вращение компрессор низкого давления 3.

Газ 16 через выхлопные патрубки 17 истекает в канал наружного контура 18, смешивается с потоком воздуха 19 и далее истекает в атмосферу через сопло 20.

Во внешней стенке 21 ресивера 7 перед защитной сеткой 8, в нижней части двигателя 1, установлен лючок 22 сброса загрязнений (посторонних предметов), который может быть выполнен открывающимся автоматически, например, при рулежке самолета на режиме малого газа работы двигателя 1.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе двигателя 1 сверхвысокой степени двухконтурности на вход 4 компрессора низкого давления 3 при рулежке самолета по взлетной полосе могут поступать посторонние предметы (например, куски бетонного покрытия аэродрома и т.п.), которые могут вызвать лавинообразное разрушение лопаток газогенератора 10 и установленных за ним турбин 14 и 15. Однако этого не происходит, так как защитная сетка 8 исключает попадание крупных посторонних предметов на вход в газогенератор 10. Одновременно сетка 8 способствует повышению равномерности потока воздуха на входе в газогенератор 10. В двигателе сверхвысокой степени двухконтурности степень сжатия и подогрев воздуха в корневых сечениях вентилятора 2 мала, поэтому оптимальная степень сжатия воздуха с соответствующим его подогревом в компрессоре низкого давления 3 обеспечивает надежную работу двигателя 1 без обледенения защитной сетки 8. Увеличенная проходная площадь защитной сетки 8 позволяет минимизировать ее гидравлическое сопротивление даже при частичном ее загрязнении, что также повышает надежность двигателя 1.

Лючок 22 сброса загрязнений (посторонних предметов), установленный на внешней стенке 21 ресивера 7 в нижней части двигателя 1, позволяет при регламентных работах производить техническое обслуживание защитной сетки 8 и периодический сброс загрязнений, в том числе и в автоматическом режиме.

1. Турбореактивный двухконтурный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности с противоточной схемой газовоздушного тракта, на выходе из компрессора низкого давления которого выполнен ресивер с защитной сеткой, отличающийся тем, что защитная сетка установлена под острым углом к оси двигателя, причем отношение проходной площади защитной сетки к площади газовоздушного тракта на входе в компрессор высокого давления составляет 1,5-40, а отношение площади газовоздушного тракта на входе в компрессор низкого давления к площади газовоздушного тракта на выходе из компрессора низкого давления составляет 1,5-3,0.

2. Турбореактивный двухконтурный двигатель по п.1, отличающийся тем, что на внешней стороне ресивера перед защитной сеткой установлен лючок сброса посторонних предметов.