Многорежимный газотурбинный двигатель твердого топлива

Многорежимный газотурбинный двигатель твердого топлива содержит твердотопливный заряд и корпус, образующий газовоздушный тракт двигателя. В газовоздушном тракте двигателя последовательно размещены компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство. Твердотопливный заряд размещен вне газовоздушного тракта двигателя и заключен в собственный корпус, образуя газогенератор. В корпусе газогенератора сформированы две независимые форкамеры с общей стенкой в виде твердотопливного заряда. Форкамеры снабжены собственными запальными устройствами. Выход одной форкамеры пневматически сообщен по меньшей мере одним газоводом с камерой сгорания, а выход другой пневматически сообщен по меньшей мере одним газоводом с газовоздушным трактом за турбиной. Газоводы снабжены дроссельными устройствами. Изобретения обеспечивает устойчивую работу на нескольких режимах газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе, а также упрощает его конструкцию. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и касается устройства газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе.

Известен газотурбинный двигатель твердого топлива, содержащий твердотопливный заряд и корпус, образующий газовоздушный тракт двигателя, в котором последовательно размещены компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство, при этом твердотопливный заряд размещен вне газовоздушного тракта двигателя и заключен в собственный корпус, образуя газогенератор (прототип: RU 173530, МПК B64D 33/02, опубл. 30.08.2017).

Недостатком известного решения является сложность настройки двигателя для поддержания устойчивого режима его работы на различных режимах. Это связано с тем, что в известном решении газотурбинный двигатель снабжен контуром реактивных двигателей с собственной системой топливопитания, реализованной на отличном от газотурбинного двигателя виде топлива, а именно твердом топливе, откуда возникает необходимость параллельного регулирования принципиально разных систем в пределах одного двигателя.

Задачей заявленного изобретения является создание многорежимного газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе, лишенного недостатков прототипа. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является обеспечение нескольких устойчивых режимов работы двигателя, при одновременном упрощении его конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в многорежимном газотурбинном двигателе твердого топлива содержащем твердотопливный заряд и корпус, образующий газовоздушный тракт двигателя, в котором последовательно размещены компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство, при этом твердотопливный заряд размещен вне газовоздушного тракта двигателя и заключен в собственный корпус, образуя газогенератор, согласно заявленному изобретению в корпусе газогенератора сформированы две независимые форкамеры с общей стенкой в виде твердотопливного заряда, содержащего небольшое количество окислителя, способного гореть в газогенераторе без доступа воздуха с образованием газифицированных продуктов сгорания, способных гореть в воздухе в камере сгорания и имеющих давление, достаточно высокое для стабилизации скорости химической реакции в твердотопливном заряде, при этом форкамеры снабжены собственными запальными устройствами, причем выход одной форкамеры пневматически сообщен по меньшей мере одним газоводом с камерой сгорания, а выход другой пневматически сообщен по меньшей мере одним газоводом с газовоздушным трактом за турбиной, при этом газоводы снабжены дроссельными устройствами. Кроме того, корпус твердотопливного заряда выполнен охватывающим корпус двигателя за турбиной, а сам твердотопливный заряд выполнен составным, с непрогараемой стенкой между его частями.

Вынос твердотопливного заряда за пределы газовоздушного тракта двигателя с заключением его в собственный корпус, образующий газогенератор, в котором сформирована форкамера, снабженная запальным устройством, и пневматическое сообщение выхода из форкамеры с камерой сгорания по меньшей мере одним газоводом, позволит обеспечить устойчивую работу двигателя за счет следующего. Используемое твердое топливо содержит в своем составе небольшое количество окислителя, которое позволят твердотопливному заряду работать как генератору горючего газа, подаваемого по газоводам в камеру сгорания. При горении твердотопливного заряда без доступа воздуха образуются газифицированные продукты сгорания (горючий газ), способные гореть в воздухе и имеющие давление, достаточно высокое для того, чтобы стабилизировать скорость химической реакции в топливной шашке. Высокое давление горючего газа исключает обратную связь между режимом работы двигателя и режимом горения твердотопливной шашки, поскольку давление в газовоздушном тракте двигателя существенно ниже, чем давление в газогенераторе, и возмущения давления в газовоздушном тракте не передаются внутрь газогенератора. И, так как газогенератор не участвует в формировании геометрии газовоздушного тракта, то в процессе выгорания твердотопливного заряда обозначенная геометрия не изменяется. Соответственно, при необходимости увеличения массы твердотопливного заряда, например с целью повышения продолжительности полета объекта, нет необходимости внесения конструктивных изменений в элементы газовоздушного тракта двигателя, в частности, увеличивать длину вала под расширение места установки твердотопливного заряда, что, в свою очередь, может потребовать установки дополнительной опоры или увеличения толщины самого вала.

Формирование в корпусе газогенератора двух независимых форкамер с общей стенкой в виде твердотопливного заряда, а также их снабжение собственными запальными устройствами, с пневматическим сообщением выхода одной форкамеры (передней) по меньшей мере одним газоводом с камерой сгорания, а выхода другой (задней) по меньшей мере одним газоводом с проточной частью выходного устройства позволит реализовать дополнительный режим работы двигателя.

Снабжение газоводов дроссельными устройствами обеспечит постоянный расход горючего газа, при этом пропускная способность дроссельных устройств подбирается под требуемый расход.

Выполнение корпуса твердотопливного заряда охватывающим корпус двигателя с размещением его за турбиной упростит монтаж/демонтаж твердотопливного заряда, позволяя производить указанную операцию без демонтажа двигателя с объекта.

Выполнение твердотопливного заряда составным, с непрогараемой стенкой между его частями, позволит установить требуемое время поступления горючего газа в проточную часть двигателя за турбиной.

Сущность заявленного изобретения поясняется схемой продольного разреза многорежимного газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе.

Многорежимный газотурбинный двигатель твердого топлива содержит корпус 1, образующий газовоздушный тракт 2, в котором последовательно размещены компрессор 3, камера сгорания 4, турбина 5 и выходное устройство 6. Компрессор 3 и турбина 5 установлены на общем валу 7. За пределами газовоздушного тракта 2 размещен твердотопливный заряд 8, заключенный в собственный корпус 9, образуя газогенератор. Твердотопливный заряд 8 разделен в корпусе 9 непрогараемой стенкой 10 и оснащен независимо действующими запальными устройствами: 11 в передней части и 12 в задней части. В корпусе газогенератора сформированы две независимые форкамеры: передняя форкамера 13 газогенератора пневматически сообщена газоводом 14 с камерой сгорания 4, причем газовод 14 снабжен дроссельным устройством 15, а задняя форкамера 16 газогенератора пневматически сообщена газоводом 17 с газовоздушным трактом 2 за турбиной 5, причем газовод 17 снабжен дроссельным устройством 18. В частном случае реализации, конструкция предусматривает по два газовода 14 и 17, а собственный корпус 9 твердотопливного заряда 8 выполнен охватывающим корпус 1 двигателя и размещен за турбиной 5.

Многорежимный газотурбинный двигатель твердого топлива работает следующим образом.

Твердое топливо, содержащее в своем составе небольшое количество окислителя, горит в газогенераторе без доступа воздуха. На основном (бесфорсажном) режиме твердое топливо горит только со стороны передней форкамеры 13 пневматически сообщенной с камерой сгорания 4. Образующийся в ходе горения в передней форкамере 13 горючий газ поступает через газовод 14, снабженный дроссельным устройством 15, к камере сгорания 4. Расходная характеристика дросселя 15 с геометрической формой твердотопливного заряда 8, размещенного в собственном корпусе 9, обеспечивают требуемый расход горючего газа в камеру сгорания 4. Воздух из атмосферы, поступая в газовоздушный тракт 2 двигателя, проходит через компрессор 3, где его давление повышается. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания 4, где он смешивается с горючим газом, поступающим по газоводу 14. Полученная газовоздушная смесь сгорает в камере сгорания 4, что приводит к повышению температуры в газовоздушном тракте 2. Далее горячий газ расширяется в турбине 5, совершая при этом работу. Мощность, создаваемая турбиной 5, через вал 7 передается на компрессор 3, приводя его в движение. После турбины 5 смесь продуктов сгорания с воздухом разгоняется в выходном устройстве 6 и создает реактивную тягу.

При необходимости повышения тяги двигателя приводится в действие запальное устройство 12 в задней части твердотопливного заряда, при этом подвод горючего газа в камеру сгорания 4 остается неизменным. Образующийся в задней форкамере 16 горючий газ поступает через газовод 17, снабженный дроссельным устройством 18, в газовоздушный тракт двигателя за турбиной. Расходная характеристика дросселя 18 с геометрической формой твердотопливного заряда 8, размещенного в собственном корпусе 9, обеспечивают требуемый расход горючего газа через газовод 17. Газовоздушная смесь, имеющая в своем составе кислород воздуха, выходя из турбины 5, поступает в канал перед выходным устройством 6, где она смешивается с горючим газом, поступающим по газоводу 17. Полученная смесь продуктов сгорания, воздуха и горючего газа сгорает перед выходным устройством 6, что приводит к дополнительному повышению температуры перед выходным устройством и увеличению реактивной тяги. После достижения фронтом пламени в заряде твердого топлива непрогараемой стенки 10 в корпусе 9 горение в задней части твердотопливного заряда 8 прекращается, и многорежимный газотурбинный двигатель переходит на бесфорсажный режим работы.

Реализация заявленного изобретения обеспечит устойчивую работу на нескольких режимах газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе, а также упростит его конструкцию.

1. Многорежимный газотурбинный двигатель твердого топлива, содержащий твердотопливный заряд и корпус, образующий газовоздушный тракт двигателя, в котором последовательно размещены компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство, при этом твердотопливный заряд размещен вне газовоздушного тракта двигателя и заключен в собственный корпус, образуя газогенератор, отличающийся тем, что в корпусе газогенератора сформированы две независимые форкамеры с общей стенкой в виде твердотопливного заряда, содержащего небольшое количество окислителя, способного гореть в газогенераторе без доступа воздуха с образованием газифицированных продуктов сгорания, способных гореть в воздухе в камере сгорания и имеющих давление, достаточно высокое для стабилизации скорости химической реакции в твердотопливном заряде, при этом форкамеры снабжены собственными запальными устройствами, причем выход одной форкамеры пневматически сообщен по меньшей мере одним газоводом с камерой сгорания, а выход другой пневматически сообщен по меньшей мере одним газоводом с газовоздушным трактом за турбиной, при этом газоводы снабжены дроссельными устройствами.

2. Многорежимный газотурбинный двигатель твердого топлива по п. 1, отличающийся тем, что корпус твердотопливного заряда выполнен охватывающим корпус двигателя за турбиной.

3. Многорежимный газотурбинный двигатель твердого топлива по п. 1, отличающийся тем, что твердотопливный заряд выполнен составным с непрогараемой стенкой между его частями.



 

Похожие патенты:

Двигатель // 2674832
Изобретение относится к двигателю, используемому в аэрокосмической области. Двигатель содержит ракетную камеру сгорания для сгорания топлива и окислителя, воздушно-реактивную камеру сгорания для сгорания топлива и окислителя, компрессор для создания давления воздуха для подачи в воздушно-реактивную камеру сгорания, первую систему подачи топлива для подачи топлива в ракетную камеру сгорания, вторую систему подачи топлива для подачи топлива в воздушно-реактивную камеру сгорания, систему подачи окислителя для подачи окислителя в ракетную камеру сгорания, причем воздушно-реактивная камера сгорания и ракетная камера сгорания выполнены с возможностью независимой эксплуатации, указанный двигатель выполнен с возможностью переключения из воздушно-реактивного режима в полный ракетный режим, причем двигатель дополнительно содержит первое устройство теплообменника, имеющего впуск и выпуск, установленное для охлаждения воздуха, подлежащего подаче в компрессор, с использованием теплопередающей среды, перед сжатием компрессором, контур теплопередающей среды для теплопередающей среды, второе устройство теплообменника, выполненное с возможностью охлаждения теплопередающей среды за счет топлива, подаваемого первой или второй системой подачи топлива.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к двухрежимным реактивным двигателям. Способ работы двухрежимного реактивного двигателя включает работу на первом режиме при повышенном давлении и работу на втором режиме при пониженном давлении в камере сгорания.

Двигатель // 2669220
Изобретение относится к двигателю, используемому в аэрокосмической области. Двигатель имеет два режима работы: воздушно-реактивный и ракетный, которые могут быть использованы, например, в воздушном летательном аппарате, летательном аппарате или воздушно-космическом самолете.

Изобретение относится к системе захолаживания и продувки контуров криогенного ракетного топлива летательного аппарата. Объектом изобретения является устройство захолаживания оборудования (6, 7, 8) криогенных контуров летательного аппарата во время полета, содержащее средства забора воздуха снаружи летательного аппарата, средства извлечения азота из этого воздуха при помощи сепаратора азота типа OBIGGS (3) и средства (4, 5) распределения этого азота вокруг указанных компонентов.

Изобретение относится к устройству запуска турбонасоса (1) ракетного двигателя летательного аппарата, содержащего тяговый газотурбинный двигатель и ракетный двигатель, которое содержит систему пневматического питания запуска турбины (1а) турбонасоса сжатым воздухом, отбираемым при помощи отвода (4) на ступени (6а) компрессора тягового турбинного двигателя (5) летательного аппарата на входе в камеру (7) сгорания указанного газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть применено для многоразовых возвращаемых ракетно-космических систем, способных совершать пилотируемый полет в атмосфере.

Группа изобретений относится к устройствам для пуска летательных аппаратов (ЛА). ЛА содержит корпус с силовой обшивкой, силовые рамы, прикрепленные к обшивке, и агрегаты, закрепленные на силовых рамах, включая стартовую двигательную установку с реактивным соплом, прикрепленную к корпусу устройством, выполненным с возможностью расфиксации крепления, и систему управления.

Газотурбинный двигатель твердого топлива содержит твердотопливный заряд и корпус, образующий газовоздушный тракт двигателя, в котором последовательно размещены компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Установка для производства энергии на твердом топливе включает блок помола твердых углеродосодержащих топлив и/или отходов, средство преобразования тепловой энергии газового потока в электрическую энергию, вход которого соединен с выходом камеры сгорания, первый вход которой соединен с выходом блока инициализации горения в ней, а второй вход соединен с выходом средства подачи микро-нанокомпозитной смеси помола твердых углеродосодержащих топлива и/или отходов с водой в камеру сгорания, котел-утилизатор тепла с установленным внутри него парогенератором и дымосос с трубой.

Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к устройствам получения тепловой и электрической энергии путем сжигания твердого углеродсодержащего топлива и может быть использовано для преобразования тепловой энергии в механическую или электрическую энергию, в стационарных и передвижных теплоэлектростанциях, а также в транспортных средствах.

Изобретение относится к энергетике. Твердотопливная газотурбинная установка, содержащая компрессор, турбину, полезную нагрузку, расположенные на одном валу, твердотопливную камеру сгорания, выполненную в виде последовательно установленных газификатора, дожигателя и смесителя, и теплообменник.

Изобретение относится к способу и устройству для подачи порошкообразного топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя открытого цикла для быстрого, безопасного и эффективного сжигания этого топлива с целью генерирования электроэнергии, в частности к новым способу и устройству, предусматривающим использование винтового питателя закрытого типа.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для преобразования тепломеханической энергии в электрическую, как двигатель на транспорте и т.п.

Многорежимный газотурбинный двигатель твердого топлива содержит твердотопливный заряд и корпус, образующий газовоздушный тракт двигателя. В газовоздушном тракте двигателя последовательно размещены компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство. Твердотопливный заряд размещен вне газовоздушного тракта двигателя и заключен в собственный корпус, образуя газогенератор. В корпусе газогенератора сформированы две независимые форкамеры с общей стенкой в виде твердотопливного заряда. Форкамеры снабжены собственными запальными устройствами. Выход одной форкамеры пневматически сообщен по меньшей мере одним газоводом с камерой сгорания, а выход другой пневматически сообщен по меньшей мере одним газоводом с газовоздушным трактом за турбиной. Газоводы снабжены дроссельными устройствами. Изобретения обеспечивает устойчивую работу на нескольких режимах газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе, а также упрощает его конструкцию. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх