Турбореактивный двухконтурный двигатель

 

Использование: в турбореактивных двигателях малой тяги. Сущность изобретения: вентилятор второго контура выполнен в виде ступени центробежного компрессора, а компрессор первого контура выполнен центробежным, двухступенчатым, причем рабочие колеса всех трех компрессоров выполнены в виде одного интегрального колеса. 1 ил.

Изобретение относится к турбореактивным двигателям малой тяги.

Известен турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД); см. например, М.М.Масленников, Ю.И.Шальман "Авиационные газотурбинные двигатели", Машиностроение, М. 1975, с. 29. Двигатель содержит вентилятор (компрессор) с каналом II-го контура; двухкаскадный осевой компрессор, камеру сгорания и турбины привода компрессоров I-го контура и вентилятора II-го контура.

Для повышения степени сжатия воздуха во II-м контуре вентилятор выполнен двухступенчатым.

Недостатками такого двигателя является его сложная конструкция из-за ограничений окружной скорости по лопастям вентилятора, а также большие осевые габариты из-за применения многоступенчатого осевого компрессора.

Сложность конструкции и большие габариты повышают стоимость двигателя.

Известен также, принятый за прототип, ТРДД малой тяги, содержащий одноступенчатый вентилятор (компрессор) с каналом II-го контура; многоступенчатый компрессорную камеру сгорания и турбину привода компрессора I-го вентилятора (компрессора) II-го контура, (см. например, М.М.Масленников, Ю.И. Шальман "Авиационные газотурбинные двигатели", Машиностроение, М. 1975, с. 486).

Для обеспечения высокой степени сжатия в I-м контуре двигателя его многоступенчатый компрессор состоит из трех осевых ступеней и одной центробежной.

Недостатком такой конструкции двигателя является большой осевой габарит ротора компрессора и существенные вентиляционные потери трения на задней стенке диска рабочего колеса центробежного компрессора. Вентиляционные потери трения снижают КПД двигателя.

Большой осевой габарит осе-центробежного компрессора приводит к увеличению металлоемкости, трудоемкости изготовления и повышению стоимости двигателя.

В двигателях малой мощности (тяги) для обеспечения высокой степени сжатия воздуха применяется двухступенчатый центробежный компрессор, в котором рабочие колеса ступеней располагаются последовательно на одной оси и на некотором расстоянии друг от друга (см. например, двигатель Эйрисеч 331 фирмы Геррит в книге М. А.Коссов "Автомобильные газотурбинные двигатели", Машиностроение, М. 1964, с. 299).

В схеме с двумя последовательно расположенными центробежными колесами вентиляционные потери трения возрастут, что также приведет к снижению КПД двигателя.

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности и снижение габаритов турбореактивного двухконтурного двигателя малой тяги.

Указанная задача достигается тем, что компрессор (вентилятор) первого контура выполнен в виде двухступенчатого центробежного компрессора, у которого первая ступень также используется в качестве вентилятора второго контура, при этом рабочие колеса компрессора первого контура и вентилятора второго контура выполнены совмещенными в одном рабочем колесе двухступенчатого центробежного компрессора, одна сторона которого является как вентилятором второго контура, так и первой степенью компрессора первого контура, а другая второй ступенью последнего.

Предложенный двигатель отличается от известного, принятого в качестве прототипа, признаками, приведенными выше, следовательно, предложенное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Существенным отличием предлагаемого технического решения является применение интегрального рабочего колеса, соединяющего в себе рабочие колеса вентилятора и I-й и II-й ступеней компрессора двухконтурного двигателя.

На чертеже представлен продольный разрез двигателя.

Двигатель содержит первую ступень компрессора вентилятора, состоящую из рабочего колеса 1 и лопаточного диффузора 2. Первая ступень соединяет в себя ступень компрессора I-го контура и вентилятор II-го контура двигателя. Лопаточный диффузор 2 первой ступени компрессора-вентилятора смонтирован в наружном корпусе 3, который совместно с внутренним корпусом 4 образуют канал II-го контура 5. На лопатках диффузора первой ступени компрессора-вентилятора смонтирован тор 6. Внутренний корпус двигателя 4 и тор 6 образуют петлевой канал 7. Вторая ступень компрессора I-го контура состоит из рабочего колеса 8 и лопаточного диффузора 9, включенного в тор 6.

Рабочие колеса вентилятора, первой и второй ступеней компрессора выполнены в виде одного интегрального колеса. Интегральное колесо, в отличие от известного двухстороннего колеса, имеет различные геометрические размеры проточных частей и различные газодинамические параметры воздуха на входе и на выходе из них.

Полость А тора и полость Б камеры сгорания соединены между собой патрубками 10.

Камера сгорания, турбина и другие узлы двигателя условно не показаны.

Двигатель работает следующим образом.

Атмосферный воздух, поступающий в двигатель, сжимается в рабочем колесе 1 и лопаточном диффузоре 2. Далее поток делится на две части, одна из которых поступает в канал II-го контура 5, образованный наружным корпусом 3 и внутренним корпусом 4. Другая часть воздуха по петлевому каналу 7, образованному внутренним корпусом 4 и тором 6, поступает в рабочее колесо 8 и далее в лопаточный диффузор 9 второй ступени компрессора I-го контура двигателя. После лопаточного диффузора 9 воздух поступает в полость А тора 6, из которой по патрубкам 10 перебрасывается в полость Б камеры сгорания. Далее протекание процесса в двигателе известно.

Применение в конструкции интегрального рабочего колеса, соединяющего в себе рабочие колеса вентилятора, I-й и II-й ступеней компрессора, позволяет практически исключить вентиляционные потери трения на дисках рабочих колес и тем самым повысить КПД двигателя, а также существенно уменьшить его осевые габариты.

Существенно улучшает характеристики ТРДД сжатия воздуха II-го контура в центробежном компрессоре. При малых расходах воздуха центробежный компрессор имеет более высокий КПД. В ступени центробежного компрессора обеспечивается более высокая степень сжатия, чем в ступени вентилятора. Повышение степени сжатия воздуха во втором контуре приводит к увеличению скорости потока и, как следствие, к повышению удельных характеристик двигателя.

Формула изобретения

Турбореактивный двухконтурный двигатель, содержащий компрессор первого контура, камеру сгорания, турбину, вентилятор второго контура и канал второго контура, отличающийся тем, что компрессор первого контура выполнен в виде двухступенчатого центробежного компрессора, у которого первая ступень также используется в качестве вентилятора второго контура, при этом рабочие колеса компрессора первого контура и вентилятора второго контура выполнены совмещенными в одном рабочем колесе двухступенчатого центробежного компрессора, одна сторона которого является как вентилятором второго контура, так и первой ступенью компрессора первого контура, а другая второй ступенью последнего.

РИСУНКИ

Рисунок 1