Комбинированный газотурбинный двигатель

 

Использование: в авиадвигателестроении, в частности в двигательных устройствах для летательных аппаратов больших скоростей полета. Сущность изобретения: двигатель с целью повышения эффективности в области больших скоростей полета содержит последовательно установленные в корпусе теплообменник-охладитель, компрессор, пароводородную турбину, установленную на одном валу с компенсатором посредством соединения через редуктор, камеру сгорания, теплообменник-испаритель, газовый эжектор и реактивное сопло, а также контур ожижения. Новым в двигателе является выполнение контура ожижения воздуха, который установлен снаружи корпуса, в виде кольцевой трубы, соединенной посредством регулируемой створки с полостью за компрессором, внутри которой находится теплообменник-конденсатор и сепаратор со сборником и баком накопителем, соединенным посредством трубопровода с выходом сепаратора, а также снабжение его насосом подачи окислителя в камеру сгорания, соединенным посредством трубопроводов с блоком форсунок, установленных внутри камеры сгорания, который установлен на одном валу с компрессором и пароводородной турбиной между ними посредством соединения через редуктор, причем вход камеры сгорания соединен с выходом пароводородной турбины, а выход - с первичным соплом эжектора, вход которого соединен с внутренним корпусом, где смонтирована камера сгорания с теплообменником-испарителем. 1 ил.

Изобретение относится к авиационной технике конкретно к реактивным двигателям, и может быть использовано в силовых установках летательных аппаратов больших скоростей полета.

В качестве прототипа изобретения выбран пароводородный РТД, содержащий внутренний контур с последовательно установленными в его корпусе теплообменником-охладителем, компрессором, пароводородной турбиной, соединенной с валом последнего посредством редуктора, камеру сгорания, подключенную входом к выходу пароводородной турбины, теплообменник-испаритель и реактивное сопло.

Недостатком прототипа является низкая эффективность двигателя из-за ограничения работы на турбине вследствие малого относительного расхода рабочего тела, который в 35--40 раз меньше расхода воздуха через компрессор.

Сущность нового технического решения по комбинированному газотурбинному двигателю заключается в повышении термического КПД путем увеличения перепада давления на сопле за счет вторичного газодинамического сжатия.

Поставленная цель достигается тем, что двигатель снабжен наружным контуром, имеющим кожух и дополнительную камеру сгорания, контуром ожижения воздуха, регулируемой створкой, сепаратором со сборником и баком-накопителем, соединенным посредством трубопровода с выходом сепаратора, насосом подачи окислителя в камеру сгорания, установленным на одном валу между компрессором и пароводородной турбиной посредством соединения через редуктор, кожух наружного контура установлен относительно корпуса внутреннего контура с образованием эжектора, подключенного пассивным соплом к выходу дополнительной камеры сгорания и активным к внутреннему контуру, контур ожижения воздуха выполнен в виде кольцевой трубы, установленной снаружи кожуха, компрессор выполнен с полостью, соединенной посредством регулируемой створки с кольцевой трубой.

На чертеже представлена схема комбинированного газотурбинного двигателя.

Комбинированный двигатель 1 содержит последовательно установленные входное устройство 2 с центральным телом 3, теплообменник-охладитель 4, компрессор 5, за которым воздушный поток разделяется на два контура внутренний 6 и наружный 7, где в последнем установлен теплообменник-конденсатор 8 с сепаратором 9, который посредством трубопроводов подключен к баку-накопителю жидкого воздуха 10. Во внутреннем контуре 6 установлена камера сгорания 11 с теплообменником-испарителем 12. Привод компрессора 5 осуществляется через редуктор 13 пароводородной турбиной 14, где часть энергии отбирается на привод насоса 15 подачи окислителя. На выходе турбины 14 установлен газогенератор 16 с блоком форсунок 17, который с внутренним контуром 6 образует газовый эжектор 18, совмещенный с реактивным соплом 19. Регулирование подачи окислителя и горючего осуществляется посредством кранов 20 и 21, а регулирование подачи топлива в камере сгорания 11, отбираемого из-за турбины 14, дроссельным краном- регулятором 22. Регулирование подачи водорода в теплообменник 4 осуществляется двухпозиционным краном 23. Перепуск воздуха в наружный контур осуществляется посредством створок 24.

Двигатель работает следующим образом. Водород, проходя через теплообменник-ожижитель 8 в теплообменник- испаритель 12, нагревается и поступает на турбину 14. Турбина 14 через редуктор 13 приводит во вращение компрессор 5 и насос 15. Воздух после компрессора 5 разделяется на два потока, поступающие в наружный контур 7 и во внутренний контур 6, на вход камеры сгорания 11, куда из турбины 14 через дроссельный кран-регулятор 22 подается топливо водород. При сгорании топлива в камере 11 выделяется тепловая энергия, которая в теплообменнике-испарителе 12 нагревает водород, поступающий на турбину 14. Жидкий кислород, давление которого повышается насосом 15, через форсуночный коллектор 17 направляется в камеру газогенератора 16. Воздух, пройдя через теплообменник 8, ожижается, очищается в сепараторе 9 и накапливается в баке 10 для последующего использования. Продукты сгорания газогенератора 16 повышают давление газового потока внутреннего контура 6 в газовом эжекторе 18. В эжекторе происходит также процесс дожигания топлива, и температура газа перед реактивным соплом повышается. При истечении газа из реактивного сопла создается тяга двигателя.

Формула изобретения

КОМБИНИРОВАННЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий внутренний контур с последовательно установленными в его корпусе теплообменником-охладителем, компрессором и пароводородной турбиной, соединенной с валом последнего посредством редуктора, камеру сгорания, подключенную входом к выходу пароводородной турбины, теплообменник-испаритель и реактивное сопло, отличающийся тем, что он снабжен наружным контуром, имеющим кожух и дополнительную камеру сгорания, контуром ожижения воздуха, регулируемой створкой, сепаратором со сборником и баком-накопителем, соединенным посредством трубопровода с выходом сепаратора, насосом подачи окислителя в камеру сгорания, установленным между компрессором и пароводородной турбиной на одном валу с ними и соединенным с последними через редуктор, кожух наружного контура установлен относительно корпуса внутреннего контура с образованием эжектора, подключенного пассивным соплом к выходу дополнительной камеры сгорания и активным к внутреннему контуру, контур ожижения воздуха выполнен в виде кольцевой трубы, установленной снаружи кожуха, компрессор выполнен с полостью, соединенной посредством регулируемой створки с кольцевой трубой.

РИСУНКИ

Рисунок 1