Обтекатель-нагнетатель на входе в воздухозаборник компрессора турбовинтовентиляторного двигателя

Изобретение относится к турбореактивным двигателям летательных аппаратов. Обтекатель-нагнетатель на входе в воздухозаборник компрессора турбовинтовентиляторного двигателя включает корпус (1) и оси-валы (3) подвижных относительно собственной оси широких лопастей (5) винтов. Обтекатель содержит выступы на внешней поверхности, размещенные под каждой лопастью (5), установленные под углом к оси обтекателя и выполненные в виде профилированных лопаток (2). Длина лопаток (2) выполнена высотой не менее высоты кольцевого канала. В случае равенства количества лопаток (2) обтекателя количеству лопастей (5) винта лопатки (2) обтекателя по всей длине выполнены с отверстиями для прохода осей-валов (3). В случае если лопатки (2) для обтекателя выполнены с ограниченным числом лопастей (5), то лопатки с отверстиями и без отверстий установлены чередующимися, при этом лопатки без отверстий расположены между лопатками с отверстиями по одной, две или N лопаток без отверстий, где N – целое произвольное число. Изобретение повышает эффективность работы двигателя на всех режимах работы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности, к аэродинамическим обтекаемым устройствам, обтекателю-нагнетателю, расположенным на входе в кольцевой воздухозаборник компрессора турбовинтовентиляторного двигателя (ТВВД) летательного аппарата и может быть использовано при конструировании обтекателей двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД).

Уровень техники.

Известны лопатки вентилятора с изменяемым углом установки, каждая из которых содержат опорный диск (концевую шайбу) размером, соизмеримым с длиной профиля основания лопасти, своего рода уплотнитель в месте сопряжения оси - вала лопасти с обтекателем, сам обтекатель с механизмом поворота лопастей внутри (Пат. RU 2523928 С2, опубл. 27.07.2014).

Известны обтекатели винта примыкающие к основанию каждой лопасти (Пат. RU 2523928 С2,.) и (Пат. ЕР 0166573, опуб. 02.01.1986 г.) Недостатком указанных устройств является нарушение плавности контура линий тока потока набегающего воздуха по поверхности корпуса обтекателя с образованием уступов и впадин в области сопряжения основания лопасти с концевой шайбой и конусной или цилиндрической поверхностью обтекателя. Это приводит к турбулизации воздуха при относительном движении потока вдоль обтекателя и потерям энергии на входе в воздухозаборник компрессора газогенератора двигателя. Кроме того, поскольку воздухозаборник компрессора газогенератора располагается в следе по направлению потока воздуха от части лопасти и основания с концевой шайбой винта при реверсе лопастей, для осуществления торможения самолета на режиме посадки, на входе в воздухозаборник компрессора газогенератора образуется обратный по направлению турбулизированный поток воздуха, что приводит к снижению эффективности работы и потери газодинамической устойчивости компрессора ТРДД.

Известен обтекатель турбовинтовентиляторного двигателя Д-27, содержащий корпус обтекателя в виде конуса переходящего в цилиндр с отверстиями, через которые проходят оси-валы подвижных широких лопастей винтов. Корпус обтекателя совершает вращательное движение вместе с лопастями относительно оси двигателя. Внутри корпуса обтекателя располагается механизм поворота подвижных лопастей винтов относительно их собственной оси, (приложение: рисунок прототипа из монографии «Газотурбинные двигатели» авт. А.А. Иноземцев, В.П. Сандрацкий. ОАО «Авиадвигатель» г. Пермь. 2006 г. Стр. 31, Рис 1.2. 1.3_26).

Недостатком является наличие значительного зазора между основанием широких лопастей и корпусом обтекателя возникающем при установке лопастей в диапазоне углов поворота 30…90°, приводящее к перетеканию воздуха через этот зазор и образованию вихревого следа от концевого эффекта потока, попадающего в канал воздухозаборника ТВВД. В месте зазора возникает турбулизация потока воздуха и потери энергии при вращательном движении основания лопастей на входе в воздухозаборник газогенераторами тем самым не обеспечивается повышение полного давления (наддув) на входе в газогенератор двигателя, что снижает эффективность работы ТВВД, Кроме того, поскольку воздухозаборник компрессора газогенератора располагается в следе по направлению потока воздуха, от основания части лопасти винта при их реверсе, во время осуществления торможения самолета на режиме посадки, на входе в воздухозаборник газогенератора образуется обратный направлению движения турбулизированный поток воздуха, что приводит к снижению эффективности работы и потере газодинамической устойчивости компрессора газогенератора ТВВД.

Известны обтекатель воздушного винта на входе в воздухозаборник турбовинтового двигателя и обтекатель втулки ротора винтовентилятора ТРДД, содержащие корпус обтекателя в виде конуса переходящего в цилиндр с отверстиями, через которые проходят оси-валы подвижных широких лопастей винтов, который содержит дополнительные части лопастей являющиеся продолжением лопасти винта и установленные в зазоре между основанием винтов и поверхностью обтекателя, жестко соединенные с ним и расположенные под углом к оси двигателя в условиях крейсерского полета.

Корпус обтекателя совершает вращательное движение вместе с лопастями относительно оси двигателя. Внутри корпуса обтекателя располагается механизм поворота подвижных лопастей винтов относительно их собственной оси (А.С. № 1667336, опуб. 1991 г) и (Пат. RU 2261356 C1, опуб. 2004 г.).

Недостатком является отсутствие специального профилирования этих частей лопастей для цели эффективного наддува и повышения полного давления на входе в воздухозаборник компрессора турбовинтового двигателя. Поскольку цель профилирования винта - это создание силы, приложенной к лопасти и направленной по направлению полета, называемой винтовой тягой, с этой целью и выбирается количество лопастей, которое может быть ограниченно. В области сопряжения основания лопастей с обтекателем, где относительно малые скорости потока из-за наличия пограничного слоя на обтекателе, вклад дополнительных частей лопастей в силу винтовой тяги незначителен, а для цели наддува они непригодны из-за отсутствия специального профилирования. Дополнительные части лопастей обеспечивают лишь уменьшение концевого эффекта у основания винтов в условиях совпадения их углов установки на крейсерском режиме полета путем уменьшения зазора между основанием лопасти и обтекателем. При различии в углах установки основания подвижных лопастей винта и дополнительных частей лопастей, а также, поскольку высота последних меньше высоты канала воздухозаборника на всех режимах полета, включая режим реверса, а указанный зазор полностью не устранен, возникает вихревой след, а на режиме реверса и частично обратный поток, попадающий в канал воздухозаборника на вход компрессора двигателя, вызывая неустойчивость его работы.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении эффективности работы двигателя на всех режимах, включая реверс, и обеспечении газодинамической устойчивости компрессора газогенератора ТВВД.

Существенные признаки.

Для достижения названного технического результата в обтекателе - нагнетателе на входе в воздухозаборник компрессора ТВВД, содержащем корпус в виде конуса, переходящего в цилиндр с отверстиями и выступами над ними, неподвижными относительно корпуса обтекателя, через которые проходят оси - валы подвижных относительно собственной оси широких лопастей винтов, и вращающимся вместе с ними на входе в воздухозаборник компрессора ТВВД относительно оси двигателя, на внешней поверхности цилиндра обтекатель содержит выступы под каждой лопастью обтекателя, установленные под углом к оси обтекателя для работы на режиме прямой тяги, дополнительно выступы на обтекателе выполнены в виде профилированных лопаток с возможностью эффективного наддува - повышения полного давления воздуха на входе в воздухозаборник компрессора ТВВД. Длина лопаток выполнена высотой не менее высоты кольцевого канала воздухозаборника компрессора. В случае равенства количества лопаток обтекателя количеству лопастей винта, лопатки обтекателя по всей длине выполнены с отверстиями для прохода осей-валов, а если лопатки для обтекателя выполнены с ограниченным числом лопастей, то лопатки с отверстиями и без отверстий установлены чередующимися, при этом лопатки без отверстий расположены между лопатками с отверстиями по одной, две или N лопаток без отверстий, где N - целое произвольное число. Если количество лопастей винтов ограничено и суммарное количество лопаток без отверстий на обтекателе превышает число лопастей винта, то обеспечивается возможность получения максимального значения степени повышения полного давления на входе в воздухозаборник компрессора ТВВД в условиях крейсерского полета летательного аппарата и безотрывное обтекание профиля лопаток потоком воздуха для устойчивой работы компрессора на всех режимах, в том числе в условиях посадки при реверсировании винтов. Кроме того, для обеспечения согласования расходов воздуха через обтекатель-нагнетатель и компрессор газогенератора ТВВД на всех режимах его работы, выполнена щель между плоскостью входа канала воздухозаборника компрессора двигателя и плоскостью вращения задней кромки профилированных неподвижных лопаток обтекателя-нагнетателя, выполненная с возможностью обеспечивать на входе в воздухозаборник компрессора турбовинтовентиляторного двигателя (ТВВД) перетекание воздуха наружу или во внутрь канала воздухозаборника. Более того, профилирование каждого сечения пера неподвижной лопатки, угол установки и степень закрутки пера выполняют в зависимости от эпюры осевых скоростей набегающего потока вдоль их высоты, отсчитываемой от поверхности корпуса обтекателя так, чтобы обеспечить эффективный угол натекания потока в каждом сечении лопатки обтекателя при относительном их движении по окружности вращения в условиях крейсерского полета. Между каждым подвижным основанием лопасти винта и неподвижной лопаткой устанавливают концевую шайбу для снижения перетекания воздуха и концевых эффектов. Оси-валы заканчиваются концевой шайбой винта, выполненной с закрепленной на ней лопастью винта, а внутри корпуса обтекателя, оси-валы заканчиваются узлом крепления и механизмом поворота лопастей винта. Профилирование каждого сечения пера неподвижных лопастей обтекателя выполняется специально с целью получения максимального значения степени повышения полного давления на входе в воздухозаборник компрессора двигателя в условиях крейсерского полета и безотрывного обтекания профиля потоком воздуха в других условиях, например взлета и посадки.

Такое выполнение заявленного обтекателя на входе в воздухозаборник компрессора позволит обеспечить эффективность работы газогенератора ТВВД за счет дополнительного, независимо от компрессора, наддува воздуха в условиях крейсерского полета и устойчивую работу компрессора на всех режимах его работы, в том числе в условиях посадки при реверсировании винтов, обеспечивая газодинамическую устойчивость компрессора газогенератора ТВВД.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:

на фиг. 1 - фрагмент обтекателя-нагнетателя на входе в воздухозаборник компрессора ТВВД в условиях крейсерского полета, где стрелками показано направление потока;

на фиг. 2 - пример треугольника скоростей и схема течения воздуха на обтекателе при вращении его с угловой скоростью W с реверсированием винтов ТВВД в условиях посадки на скорости V;

на фиг. 3 - вид обтекателя-нагнетателя на входе в воздухозаборник компрессора ТВВД по направлению набегающего потока при равном количестве числа лопаток обтекателя и лопастей винта;

на фиг. 4 - пример вида обтекателя-нагнетателя на входе в воздухозаборник компрессора ТВВД по направлению набегающего потока при количестве лопаток обтекателя и лопастей винта «два к одному» и чередовании при их расположении в соотношении 1:1.

Обтекатель-нагнетатель на входе в воздухозаборник компрессора ТВВД (фиг. 1…3) содержит: корпус, составленный из кольцевой конической части 1 и неподвижных профилированных лопаток 2, выполненных с отверстиями, внутри которых проходят оси - валы 3, каждый из которых, с одной стороны, заканчивается концевой шайбой 4 с закрепленной на ней лопастью винта 5, с другой, уже внутри корпуса, узлом крепления и механизмом поворота оси-вала лопастей винта 6,

Пример вида обтекателя-нагнетателя (вариант), (фиг. 4), на котором неподвижные профилированные лопатки 2 выполнены с отверстиями, внутри которых проходят оси - валы 3, каждый из которых с одной стороны заканчивающийся концевой шайбой 4, с закрепленной на ней лопастью винта 5 и чередуются с неподвижными профилированными лопатками 9, выполненными без отверстий.

Непосредственно за обтекателем располагается кольцевой канал воздухозаборника 7 компрессора газогенератора 8 с образованием щели между плоскостью входа 10 канала воздухозаборника и плоскостью вращения задней кромки 11 профилированных неподвижных лопаток обтекателя-нагнетателя, через которую осуществляется перетекание воздуха наружу или во внутрь канала воздухозаборника.

Обтекатель-нагнетатель работает следующим образом.

При работе ТВВД в условиях полета (фиг. 1) набегающий поток воздуха движется вдоль поверхности корпуса обтекателя. В результате из-за трения часть его энергии напора теряется, образуется пограничный слой с минимальной энергией напора потока вблизи кольцевой конической части корпуса обтекателя 1. Далее по направлению потока между основанием лопастей винта и обтекателем, из-за обеспечения возможности поворота лопастей винта, всегда образуется зазор, в котором этот поток не получает дополнительную энергию напора. Таким образом, в районе сопряжения винта с обтекателем из-за концевых эффектов винт не производит полезной работы, а только турбулизирует набегающий поток воздуха. Попав в воздухозаборник компрессора газогенератора, такой низкоэнергетичный поток воздуха, участвуя в термодинамическом цикле работы ТВВД, уменьшил бы степень повышения давления цикла, и как следствие произошло бы снижение тяги и мощности двигателя. Этого не происходит в предлагаемом устройстве, поскольку часть корпуса обтекателя содержит неподвижные относительно оси лопасти винта, специально профилированные для цели нагнетания лопатки 2 и 9 высотой, равной высоте кольцевого канала воздухозаборника 7 компрессора газогенератора 8, которые вращаются вместе с винтом 5 и увеличивают полное давление потока воздуха по тракту двигателя. Поскольку при работе обтекатель-нагнетатель участвует в термодинамическом цикле ТВВД, увеличивается степень повышения давления цикла, как следствие происходит увеличение тяги и мощности двигателя. Эффективность работы обтекателя-нагнетателя достигается путем независимого от подвижных лопастей винта относительно собственной оси 3 специального профилирования неподвижных относительно той же оси 3 лопаток обтекателя-нагнетателя 2 и 9 для цели повышения полного давления. Наличие концевой шайбы 4 между основанием лопасти винта и лопатками обтекателя-нагнетателя обеспечивает снижение влияния концевых эффектов на характеристики потока попадающего на вход воздухозаборника компрессора.

Специальное профилирование неподвижных лопаток обтекателя-нагнетателя известно и заключается в связи толщины профиля лопаток, радиуса закругления передней и задней кромки профиля, длины хорды профиля, крутки профиля по высоте, количества лопаток с обеспечением получения максимального значения степени повышения полного давления на входе в воздухозаборник компрессора двигателя в условиях крейсерского полета и безотрывного обтекания профиля потоком воздуха в других условиях.

При работе ТВВД в условиях посадки при движении самолета со скоростью V и вращении винтов с угловой скоростью W, а также углом установки винтов соответствующих режиму торможения летательного аппарата с их реверсом реализуется типичная картина течения потока в области основания винтов согласно треугольнику скоростей, как показано на фиг. 3. При этом поток воздуха за винтом 4 турбулизуется и движется в обратном направлении. Такой поток воздуха, попав в воздухозаборник компрессора газогенератора 8 привел бы к потере газодинамической устойчивости двигателя и как следствие снижению безопасности в условиях посадки. Этого не произойдет, поскольку обтекатель-нагнетатель содержит неподвижные относительно оси лопасти винта, лопатки 2 высотой равной высоте кольцевого канала воздухозаборника 7 газогенератора 8 которые не участвуют в реверсировании и не изменяют направление потока поступающего на вход воздухозаборника компрессора газогенератора 8. Тем самым обеспечивается устойчивая работа ТВВД в условиях посадки.

Вариант исполнения специального профилирования неподвижных лопаток обтекателя-нагнетателя представлен на фиг. 4. От количества лопаток также зависит степень повышения полного давления на выходе обтекателя-нагнетателя и может отличаться от количества лопастей винта в большую сторону. Так чем больше количество лопаток, тем больше степень повышения полного давления. В предлагаемом обтекателе-нагнетателе предусмотрено чередование лопаток с отверстиями 2 и без них 9 числом 1, 2,.… N шт, с дополнительной целью сохранения балансировки корпуса обтекателя-нагнетателя при его вращательном движении.

Поскольку скорости вращения винта и вместе с ним обтекателя-нагнетателя и компрессора независимы друг от друга, так как приводятся во вращение разными турбинами, согласование расходов воздуха через них осуществляется посредством перепуска воздуха через щель между воздухозаборником компрессора двигателя 10 и задней кромкой профилированных неподвижных лопаток обтекателя-нагнетателя 11.

1. Обтекатель-нагнетатель на входе в воздухозаборник компрессора турбовинтовентиляторного двигателя (ТВВД), содержащий корпус в виде конуса, переходящего в цилиндр с отверстиями, через которые проходят оси-валы подвижных относительно собственной оси широких лопастей винтов и вращающийся вместе с ними на входе в воздухозаборник компрессора ТВВД относительно оси двигателя, выступы на внешней поверхности, размещенные под каждой лопастью, установленные для работы на режиме прямой тяги, отличающийся тем, что выступы на внешней поверхности обтекателя выполнены в виде профилированных лопаток, длина лопаток обтекателя выполнена высотой не менее высоты кольцевого канала воздухозаборника компрессора, причем в случае равенства количества лопаток обтекателя количеству лопастей винта лопатки обтекателя по всей длине выполнены с отверстиями для прохода осей-валов, а в случае если лопатки для обтекателя выполнены с ограниченным числом лопастей, то лопатки с отверстиями и без отверстий установлены чередующимися, при этом лопатки без отверстий расположены между лопатками с отверстиями по одной, две или N лопаток без отверстий, где N – целое произвольное число.

2. Обтекатель-нагнетатель на входе в воздухозаборник компрессора турбовинтовентиляторного двигателя (ТВВД) по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения согласования расходов воздуха через обтекатель-нагнетатель и компрессор газогенератора ТВВД на всех режимах его работы выполнена щель между плоскостью входа канала воздухозаборника компрессора двигателя и плоскостью вращения задней кромки профилированных неподвижных лопаток обтекателя-нагнетателя для обеспечения на входе в воздухозаборник компрессора турбовинтовентиляторного двигателя (ТВВД) перетекания воздуха наружу или во внутрь канала воздухозаборника, между основаниями лопастей винта и лопаток обтекателя установлены концевые шайбы, причем концевая шайба винта выполнена с закрепленной на ней лопастью винта, а внутри корпуса обтекателя оси-валы выполнены с узлом крепления и механизмом поворота лопастей винта.

3. Обтекатель-нагнетатель на входе в воздухозаборник компрессора турбовинтовентиляторного двигателя (ТВВД) по п. 1, отличающийся тем, что профилирование каждого сечения пера неподвижной лопатки, угол установки и степень закрутки пера выполняются в зависимости от эпюры осевых скоростей набегающего потока вдоль их высоты, отсчитываемой от поверхности корпуса обтекателя так, чтобы обеспечить эффективный угол натекания потока воздуха в каждом сечении неподвижной лопатки обтекателя при относительном их движении по окружности вращения в условиях крейсерского полета.



 

Похожие патенты:

Газотурбинный двигатель содержит вентиляторную секцию, содержащую вентилятор, выполненный с возможностью вращения вокруг оси, и редуктор. Редуктор соединен с вентилятором и содержит планетарную приводную зубчатую передачу с заторможенным водилом с передаточным отношением, составляющим по меньшей мере 1,5.

Тело (5a) кожуха для кожуха (5) вентилятора в реактивном двигателе (3) образовано путем использования композитного материала пластика, армированного углеродным волокном.

Способ повышения реактивной тяги в турбореактивном двухконтурном двигателе включает подачу окислительного и горючего рабочего тела в проточный тракт первого контура, их смесеобразование, сгорание и последующее истечение из него продуктов сгорания с получением механической энергии для вращения вентилятора двигателя.

Газотурбинный двигатель содержит секцию (22) вентилятора, вал (40), выполненный с возможностью вращения относительно корпуса (64) вентилятора вокруг центральной оси (А) двигателя, зубчатую конструкцию (48), компрессор (44), неподвижную конструкцию (80) и по меньшей мере один опорный подшипник (82) вентилятора, поддерживающий втулку (60) вентилятора для вращения относительно неподвижной конструкции (80).

Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит входное устройство, вентилятор, внутренний контур, внешний контур, сужающееся сопло. Внутри внутреннего контура расположены компрессор с отбором воздуха для охлаждения турбины, камера сгорания, турбины.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям со свободной силовой турбиной авиационного и наземного применения. Силовая свободная турбина включает в себя роликоподшипник, внутреннее кольцо которого закреплено в осевом положении гайкой, а также воздушное лабиринтное уплотнение с лабиринтным кольцом и статорным фланцем лабиринта.

Изобретение относится к капоту (20) газотурбинного двигателя, способному накрывать конус (24) вентилятора. Упомянутый капот содержит крепежное средство (27, 32, 36), способное входить в зацепление с соединительным средством (28, 33, 39) упомянутого конуса (24), чтобы удерживать упомянутый капот (20) и упомянутый конус (24) скрепленными между собой.

Газотурбинный двигатель содержит двигатель внутреннего контура, внутреннюю гондолу, гондолу вентилятора, вентиляторное сопло с изменяемой площадью сечения, вентилятор и редуктор.

Газотурбинный двигатель содержит секцию вентилятора, зубчатую передачу, предназначенную для приведения в действие секции вентилятора, компрессорную секцию и турбинную секцию.

Газотурбинный двигатель содержит гибкую опору для зубчатой передачи привода вентилятора. Первая турбинная секция имеет первую выходную площадь и способна вращаться с первой скоростью.

Изобретение относится к капоту (20) газотурбинного двигателя, способному накрывать конус (24) вентилятора. Упомянутый капот содержит крепежное средство (27, 32, 36), способное входить в зацепление с соединительным средством (28, 33, 39) упомянутого конуса (24), чтобы удерживать упомянутый капот (20) и упомянутый конус (24) скрепленными между собой.

Изобретение относится к области авиации, в частности к устройствам регулирования шага винта. Тяговый двигатель имеет ротор, несущий, по меньшей мере, одну поворотную лопасть и устройство привода, соединенное с лопастью для того, чтобы поворачивать лопасть.

Изобретение относится к авиационной технике и может использоваться при конструировании обтекателей втулок роторов винтовентиляторов двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД) с реверсированием тяги поворотом лопастей винтовентилятора.

Изобретение относится к авиации. .

Изобретение относится к турбореактивным двигателям летательных аппаратов. Обтекатель-нагнетатель на входе в воздухозаборник компрессора турбовинтовентиляторного двигателя включает корпус и оси-валы подвижных относительно собственной оси широких лопастей винтов. Обтекатель содержит выступы на внешней поверхности, размещенные под каждой лопастью, установленные под углом к оси обтекателя и выполненные в виде профилированных лопаток. Длина лопаток выполнена высотой не менее высоты кольцевого канала. В случае равенства количества лопаток обтекателя количеству лопастей винта лопатки обтекателя по всей длине выполнены с отверстиями для прохода осей-валов. В случае если лопатки для обтекателя выполнены с ограниченным числом лопастей, то лопатки с отверстиями и без отверстий установлены чередующимися, при этом лопатки без отверстий расположены между лопатками с отверстиями по одной, две или N лопаток без отверстий, где N – целое произвольное число. Изобретение повышает эффективность работы двигателя на всех режимах работы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх