ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, в частности к конструкциям турбореактивных двигателей (ТРД) для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).
Известны турбореактивные двигатели [Дынкин А.Л., Самолет начинается с двигателя. Книга вторая. - Рыбинское подворье, 1998. - 544 с. Стр.301, фиг.2.6.2 и www.uav.ru Растопчин В.В., Микро-ТРД для БПЛА, рис.6], содержащие компрессор, турбину, включающую рабочее колесо, и выходное устройство, состоящие из наружной оболочки и конуса-обтекателя, имеющего сквозную внутреннюю полость. Конус-обтекатель выполнен металлическим и соединен с наружной оболочкой радиальными стойками.
Поскольку к БПЛА предъявляются жесткие требования по массе и габаритам, в них применяют укороченные выходные устройства, как в указанных аналогах. Однако за счет этого массу удается снизить незначительно, так как конус-обтекатель выполнен цельнометаллическим и, кроме того, крепится к наружной обечайке с помощью радиальных стоек.
Таким образом к недостаткам известных конструкций следует отнести большую массу цельнометаллических конусов-обтекателей.
Техническим результатом, на достижение которого направлена предложенная полезная модель является уменьшение массы конуса-обтекателя, за счет обеспечения возможности формирования его оконечной части потоком воздуха, т.н. «жидкими» стенками.
Заявленный технический результат достигается тем, что турбореактивный двигатель, содержащий компрессор, турбину, включающую рабочее колесо с лопатками, снабженными прикорневыми полками, образующими кольцевой бандаж, канал для подвода воздуха от компрессора к рабочему колесу, и выходное устройство, состоящие из наружной оболочки и конуса-обтекателя, имеющего сквозную внутреннюю полость.
Новым в полезной модели является то, что канал для подвода воздуха от компрессора к рабочему колесу сообщен со сквозной полостью конуса-обтекателя.
Вследствие значительного уменьшения длины конуса-обтекателя, возможно его выполнение в виде кольцевого бандажа выступающего за выходные кромки лопаток рабочего колеса, что позволяет исключить необходимость его крепления к наружной оболочке радиальными стойками.
На чертеже изображен заявляемый турбореактивный двигатель.
Турбореактивный двигатель содержит компрессор (не показан), последнюю ступень турбины (не показана), включающую рабочее колесо 1 с лопатками 2, снабженными прикорневыми полками 3, образующими кольцевой бандаж 4, выступающий за выходных кромок 5 лопаток 2, выходное устройство 6, включающее наружную оболочку 7. Кольцевой бандаж 4, выступающий за выходные кромки 5 имеет сквозную внутреннюю полость 8. Канал 9 для подвода воздуха от компрессора (не показан) к рабочему колесу 1 сообщен со сквозной внутренней полостью 8 кольцевого бандажа 4, выступающего за выходные кромки 5 лопаток 2.
Предложенная конструкция работает следующим образом.
В процессе работы турбореактивного двигателя воздух, отбираемый из-за первой ступени компрессора для охлаждения рабочего колеса 1 турбины поступает в полость 9 кольцевого бандажа 4 и выходя из нее формирует т.н. «жидкие» стенки, которые поддерживает кольцевое течение газов, проходящих через выходное устройство 6.
Поскольку конус-обтекатель сформирован кольцевым бандажом 4, образованным прикорневыми полками 3 лопаток 2, в отличие от прототипа, не требуется его крепление к наружной оболочке 7 выходного устройства 6.
Таким образом, подвод воздуха в сквозную полость конуса-обтекателя позволяет значительно уменьшить его длину и, как следствие, массу, поскольку воздух выходящий из него будет выполнять функцию «жидких» стенок, необходимых для обеспечения постепенного перехода горячих газов из турбины от кольцевого течения к сплошному.
Проведено расчетное исследование предлагаемой конструкции турбореактивного двигателя.
Исследование выполнено в 3-D постановке с использованием программного комплекса вычислительной газодинамики CFX TASCflow 12.2. Для расчетов использовалась модель турбулентности SST. В расчетах принята газовая постоянная R=287 Дж/кг*К, параметры турбулентности на входе Tu=0.12, L=0.003 м. Удельная теплоемкость газа при постоянном давлении является функцией температуры.
ад
По результатам расчета использование предлагаемой конструкции не приводит к снижению ее эффективности (адиабатический КПД η*=90,93% - без учета влияния радиального зазора), а потери полного давления в выходном устройстве  составили 2% - не выше чем у выходного устройства классического ТРД. Параметры двигателя представлены в таблице.
Таблица
Параметры турбины в общепринятых обозначениях
Параметры
Значения
Параметры
Значения
Параметры
Значения
T*<sub>0</sub>, K
1500,00
β<sub>2</sub>°
34,69
Потери энергии в СА, %
6,457
T*<sub>2</sub>, K
1138,27
α<sub>2</sub>°
79,00
Потери энергии в РК, %
5,505
р*<sub>0</sub>, МПа
1,03
M<sub>1</sub>
1,16
Степень реактивности ρ
0,420
р*<sub>2</sub>, МПа
0,27
M<sub>w1</sub>
0,48
π<sub>T</sub>*
3,751
α<sub>1</sub>°
18,86
M<sub>w2</sub>
1,23
η<sub>ад</sub>, %
90,93
β<sub>1</sub>°
50,94
M<sub>2</sub>
0,73
Параметр нагрузки Y
0,494
Таким образом, возможность формирования оконечной части конуса-обтекателя потоком воздуха, позволяет значительно уменьшить массу.