ТУРБОРЕАКТИВНАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области авиации, более конкретно - к турбореактивным двигательным установкам летательных аппаратов.
Известна турбореактивная двигательная установка, содержащая турбореактивный двигатель и устройство-стартер для его запуска. Последнее представляет собой газотурбинный двигатель со средством для сцепления его вала с валом запускаемого турбореактивного двигателя (патент США №4461143, опубл. 24.07.1984 [1]).
Использование газотурбинного двигателя-стартера, предусмотренное в данной двигательной установке, ограничивает диапазон высот полета, на которых может быть произведен запуск заглохшего турбореактивного двигателя, поскольку мощность газотурбинного двигателя с ростом высоты снижается и может оказаться недостаточной. Кроме того, эта установка весьма сложна, так как в качестве стартера используется устройство,
само являющееся газотурбинным двигателем, представляющим тяжелое и объемное устройство и обладающим собственным временем запуска в работу. Эти обстоятельства существенно ухудшают массогабаритные характеристики данной установки и являются дополнительным фактором, снижающим ее надежность.
Известна также турбореактивная двигательная установка по патенту Российской Федерации №2196240 (опубл. 10.01.2003 [2]). Эта установка тоже содержит турбореактивный двигатель и устройство для запуска этого двигателя со средством для сцепления с его валом. Устройство для запуска турбореактивного двигателя в этой установке содержит используемые параллельно газотурбинный двигатель-стартер и пороховой стартер.
Данная установка обеспечивает большую надежность запуска заглохшего турбореактивного двигателя, чем установка по патенту США [1], поскольку пороховой двигатель не имеет такой существенной зависимости развиваемой мощности от высоты полета, которая присуща газотурбинному двигателю. Однако эта установка еще более сложна в конструктивном отношении, чем предыдущая, и поэтому имеет соответственно меньшую надежность и худшие массогабаритные характеристики.
К двигательной установке по предлагаемой полезной модели наиболее близка установка по патенту США [1].
Техническое решение по предлагаемой полезной модели направлено на конструктивное упрощение турбореактивной двигательной
установки, улучшение ее массогабаритных характеристик и повышение надежности, в том числе надежности функционирования на больших высотах полета.
Предлагаемая турбореактивная двигательная установка, как и указанная наиболее близкая к ней известная, содержит турбореактивный двигатель и устройство-стартер для его запуска со средством для сцепления вала устройства-стартера и турбореактивного двигателя.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемой установке, в отличие от наиболее близкой к ней известной, устройство-стартер для запуска турбореактивного двигателя выполнено в виде электродвигателя. При этом указанный электродвигатель и турбореактивный двигатель установлены с обеспечением соосности их валов. Средство для сцепления вала устройства-стартера с валом турбореактивного двигателя содержит расположенную на валу указанного электродвигателя втулку, установленную с возможностью перемещения вдоль этого вала и соединенную с этим валом посредством запрессованного в него штифта. Последний проходит через винтообразный паз, выполненный во втулке. Во втулке со стороны, обращенной к концу вала турбореактивного двигателя, закреплен наконечник, выполненный из эластичного материала. Ориентированные навстречу друг другу поверхности наконечника и конца вала имеют сопряженную форму для передачи вращающего момента с вала электродвигателя на вал турбореактивного
двигателя при вхождении указанных поверхностей в контакт друг с другом.
Совместное использование в предлагаемой установке электродвигателя-стартера и турбореактивного двигателя лишь незначительно увеличивает габариты и массу установки по сравнению с самим турбореактивным двигателем и обеспечивает минимальные габариты установки в целом. Высокая надежность и простота запуска в работу электродвигателя, являющегося стартером в данной установке, в сочетании с простотой описанной конструкции средства для сцепления валов устройства-стартера и турбореактивного двигателя обусловливает повышение надежности предлагаемой двигательной установки. Электродвигатель, обладая меньшими габаритами и массой по сравнению с газотурбинным двигателем наиболее близкой известной установки, функционирует с эффективностью, не зависящей от высоты полета. Упомянутая конструкции средства для сцепления валов устройства-стартера и турбореактивного двигателя, содержащая втулку, установленную на валу электродвигателя возможностью перемещения вдоль него и соединенную ним посредством запрессованного в вал штифта, проходящего через винтообразный паз во втулке, снабженной наконечником из эластичного материала, обладает отмеченной простотой и вместе с тем реализует необходимую логику функционирования системы, обеспечивая автоматический характер сцепления при запуске в работу электродвигателя-стартера.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
- на фиг.1 - общая схема предлагаемой турбореактивной двигательной установки с устройством-стартером в виде электродвигателя;
- на фиг.2 - электродвигатель-стартер совместно со средством для сцепления его вала с валом турбореактивного двигателя;
- на фиг.3 и 4 - взаимное расположения конца вала турбореактивного двигателя и элементов средства для сцепления этого вала с валом электродвигателя-стартера соответственно до и во время запуска;
- на фиг.5 - средство для сцепления вала электродвигателя-стартера с валом турбореактивного двигателя, представленное в более крупном масштабе.
Предлагаемая двигательная установка, показанная на фиг.1, содержит корпус 1, в котором размещены узлы турбореактивного двигателя 30, и электродвигатель 9 с валом 10. Электродвигатель 9 закреплен на корпусе 1 с помощью кронштейна 8. Турбореактивный двигатель 30 содержит размещенные в корпусе 1 камеру сгорания 2, вал 3 и сопловой блок 4, а также установленные на валу 3 компрессор 5, турбину 6 и подшипники 7. На корпусе 1 установлены система воспламенения 15 и система подачи топлива 16. На компрессоре 5 и турбине 6 установлены
лопатки 17 компрессора 5 и лопатки 18 турбины 6. Узлы турбореактивного двигателя 30 и электродвигатель 9 на кронштейне 8 установлены таким образом, что валы 3 и 10 обоих двигателей соосны.
Электродвигатель 9, выполняющий роль стартера, не имеет до запуска турбореактивного двигателя 30 механической связи с ним (фиг. 3). На валу 10 электродвигателя 9 (см. фиг.1-5) установлена втулка 11. Втулка 11 установлена с возможностью перемещения вдоль вала 10 и соединена с валом 10 посредством запрессованного в этот вал штифта 12. Последний проходит через винтообразный паз 13, выполненный во втулке 11. Кроме того, во втулке 11 со стороны, обращенной к левому по фиг.1, 2-5 концу 29 вала 3 турбореактивного двигателя 30 закреплен наконечник 14 выполненный из эластичного материала. Обращенные навстречу друг другу поверхности наконечника 14 и левого по фиг.1, 2-4 конца 29 вала 3 турбореактивного двигателя 30 имеют сопряженную форму. Это позволяет осуществлять передачу вращающего момента с вала 10 электродвигателя 9 на вал 3 турбореактивного двигателя 30 при вхождении указанных поверхностей в контакт друг с другом (см. фиг.5, где средство для сцепления вала электродвигателя-стартера с валом турбореактивного двигателя, представлено в более крупном масштабе).
Двигательная установка работает и используется следующим образом.
Перед запуском вал 3 турбореактивного двигателя и вал 10 электродвигателя механически не соединены (фиг.3). Запуск турбореактивного двигателя 9 осуществляется посредством стартера, в роли которого выступает электродвигатель 9. Момент вращения с вала 10 электродвигателя 9 передается через штифт 12 на корпус втулки 11 (см. фиг.2, 5). Последняя под действием момента вращения перемещается вдоль вала 10 электродвигателя 9 и соприкасается наконечником 14 с ответной поверхностью конца 29 вала 3 двигателя 30 (фиг.4, 5). Происходит раскручивание вала 3 с закрепленными на нем компрессором 5 и турбиной 6. Это обеспечивает посредством лопаток 17 компрессора 5 подсос воздушной массы в камеру сгорания двигателя 2, где воздушная масса в процессе горения топлива смешивается с продуктами горения, расширяется, и вращает посредством лопаток 18 турбину 6, которая расположена за камерой сгорания 2. Турбина 6, связанная с компрессором 5 посредством вала 3, вращает компрессор 5, обеспечивая тем самым постоянный приход воздушной массы в камеру сгорания 2.
Когда обороты вала 10 электродвигателя 9 достигают величины порядка 15000 об/мин, электродвигатель 9 обесточивают. При этом вал 10 электродвигателя 9, сохраняющий сцепление с валом 3 турбореактивного двигателя 30, продолжает вращаться по инерции, и электродвигатель 9, может работать в режиме рекуперации как генератор, и возвращать электроэнергию в бортовую сеть. Наконечник 14 отсоединяется от вала 3 двигателя 30 при прекращении подачи топлива через систему
подачи топлива 17, сопровождающемся падением момента вращения на валу 3 за счет сил трения, возникающих в подшипниках 7.
Предлагаемую конструкцию турбореактивной двигательной установки наиболее целесообразно использовать на малогабаритных беспилотных летательных аппаратах.
Источники информации:
1. Патент США №4461143, опубл. 24.07.1984.
2. Патент Российской Федерации №2196240, опубл. 10.01.2003.