Способ усиления тяги газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель

b-Qia.690/06
СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ТЯГИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ГАЗОТУРБИННЫЙ
Изобретение относится к энергетике, а более конкретно - к способу усиления тяги газотурбинного двигателя и к газотурбинному двигателю.
Изобретение может найти применение в авиационной и автомобильной промышленности, судостроении и в других отраслях промышленности, где газотурбинные двигателя используют для получения тягового усилия транспортного средства.
Известно усиление тяги газотурбинного двигателя путем присоединения к высокотемпературной вытекающей из газотурбинного двигателя струе газов больших масс атмосферного воздуха (В. Г. Ененков и др., «Авиационные эжекторные усилители тяги, М., Машиностроение, 1980 г., стр. 7-9; 32-33). При этом забор атмосферного воздуха производится эжектором, установленным на выходе проточной части турбины. Таким образом, суШеествующая за турбиной реактивная тяга усиливается благодаря увеличению массы выходящего из двигателя рабочего тела. При этом сравнительно простыми средствами достигается усиление тяги примерно на 40-50% { или в 1,5 раза) и более без затрат дополнительной энергии. Это повышает экономичность газотурбинного двигателя на взлетно-посадочных режимах, снижает уровень шума и неблагоприятное воздействие газотурбинного двигателя на окружающую среду. Повышение эффективности этого способа ограничено применением небольшого количества эжекторных сопел (6-8) и определенными пределами увеличения угла закручивания рабочего тела, выходящего из турбины (оптимальный угол закручивания 5-8°). При увеличении угла закручивания возрастают потери и появляется радиальная составляющая тяги (см. там же стр. 73; 81).
В основу изобретения положена задача изменить схему подачи воздуха при атмосферном давлении таким образом, чтобы увеличить количество кинетической энергии, передаваемой воздуху, забираемому из атмосферы для усиления тяги.
Поставленная задача решается тем, что в способе усиления тяги газотурбинного двигателя, при котором вводят в проточную часть турбины воздух
ДВИГАТЕЛЬ
г95  6W
5
при атмосферном давлении, в соответствии с изобретением, воздух вводят между сопловым алларатом и рабочим колесом лервой ступени турбины.
При таком способе лоявляется возможность забора воздуха из атмосферы через 30-50 солел (т, е. практически через все сопла существующего соплового аппарата газотурбинного двигателя). При этом снижаются потери, так как при использовании большого количества сопел возрастает площадь контакта между забираемым из атмосферы воздухом и рабочим телом, проходящим через сопловой аппарат турбины, используемый в качестве эжектора. Кроме того, рабочее тело, проходящее через сопловой аппарат турбины подвергается закручиванию на углы до 75°. Разумеется, что забираемый из атмосферы воздух также будет закручен на аналогичный угол, что, однако, не приведет к появлению радиальной составляющей тяги, так как поток, выходящий из турбины, всегда имеет практически нулевой угол закручивания. В результате повышается эффективность усиления тяги. Тяга при применении предлагаемого способа может быть увеличена в 2,6-3 раза.
Дополнительным преимуществом является охлаждение рабочего тела на входе в турбину, что позволяет уменьшить количество охладителя, лодаваемого компрессором в камеру сгорания.
Поставленная задача также решается тем, что в газотурбинном двигателе, имеющем турбокомпрессор с турбиной, имеющей сопловой аппарат и рабочее колесо лервой ступени, в соответствии с изобретением, обращенная к рабочему колесу лервой ступени турбины сторона соплового алпарата сообщается с атмосферой.
При таком устройстве, ломимо указанных выше лреимуществ лредлагаемого способа, улучшаются массогабаритные характеристики двигателя, так как, вопервых, отпадает необходимость в уста1| овке дополнительных сопел на выходе турбины. Во-вторых, уменьшается потребная пpoизвoдитeJ5lьнocть компрессора, так как направляемый на усиление тяги воздух используется для охлаждения рабочего тела, и компрессор может подавать меньшее количество воздуха. В связи с этим можно уменьшить массу компрессора. Таким образом, предпагаемый газотурбинный двигатель может иметь массу на 25-30% меньше. Кроме того, возрастает надежность и увеличивается ресурс двигателя, поскольку, во-лервых.
упрощается конструкция (благодаря отсутствию дополнительных сопел), а вовторых, улучшаются условия охлаждения элементов конструкции турбины.
Существо изобретения лоясняется на прилагаемом чертеже, на котором фиг. 1 лредставляет схематичное изображение в продольном разрезе предлагаемого газотурбинного двигателя для осуществления слособа усиления тяги.
Как показано на фиг. 1, предлагаемый газотурбинный двигатель имеет комлрессор 1 и турбину 2 с рабочим колесом 3 первой стулени. Компрессор 1 и рабочее колесо 3 установлены на валу 4 ротора турбокомлрессора. Двигатель имеет камеру сгорания 5, размещенную в его лроточной части, и сопловой апларат 6 турбины 2. Сопловой аппарат 6 имеет любую известную конструкцию и служит для расширения и закручивания потока рабочего тела, поступающего из камеры сгорания 5 и направляемого в турбину 2.
В соответствии с изобретением, сторона 7 соллового алларата 6, обращенная к рабочему колесу 3 турбины, сообщается с атмосферой. Это может быть лрактически осуществлено, налример, путем выполнения коллектора 8, охватывающего сопловой аппарат 6 и сообщающегося с атмосферой.
Предлагаемый способ усиления тяги осуществляется в описанном выше газотурбинном двигателе следующим образом.
При лостуллении рабочего тела из камеры сгорания 5 в сопловой алпарат 6 происходит закручивание рабочего тела на угол до 75° и его расширение, в результате чего статическое давление в зоне соплового аппарата снижается. Это позволяет осуществлять забор воздуха из атмосферы. Забираемый из атмосферы воздух закручивается за сопловым алларатом 6 потоком рабочего тела, выходящим из соплового аппарата. Разумеется, что при этом происходит смешивание атмосферного воздуха с рабочим телом и охлаждение лоследнего до темлературы, необходимой для подачи рабочего тела в лервую стулень турбины.
} о // 690
(оСмесь рабочего тела с атмосферным воздухом поступает на рабочее колесо первой ступени турбины, где угол закручивания потока уменьшается практически до нуля и отдача части кинетической энергии рабочему колесу турбины для совершения полезной работы. Таким образом, на выходе турбины имеет место возрастание тяги, благодаря увеличению массы рабочего тела, выходящего из турбины. Заявители lib fLciUMJ) А. М. Рахмаилов   7 И. Л. Дрозд