ДВУХКОНТУРНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СНАБЖЕННЫЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ОХЛАДИТЕЛЕМ
AIRCRAFT BYPASS GAS TURBINE ENGINE FURNISHED WITH PRECOOLER

Настоящее изобретение относится к двухконтурному газотурбинному двигателю, снабженному предварительным охладителем.
Известно, что на борту воздушного судна необходимо иметь горячий воздух, необходимый для выполнения определенных функций, таких как кондиционирование воздуха в кабине экипажа и пассажирском салоне, или для борьбы с обледенением отдельных частей воздушного судна.
Также известно, что данный горячий воздух отбирают из газотурбинных двигателей воздушного судна, и он должен быть существенно охлажден перед тем, как его можно будет использовать. С этой целью предусмотрен теплообменник, общеизвестный как предварительный охладитель, в котором горячий воздух, отбираемый из центрального генератора турбореактивного двигателя, охлаждается холодным воздухом, отбираемым из канала вентилятора, то есть из холодного потока из газотурбинного двигателя. Подобный теплообменник для предварительного охлаждения обычно размещен в канале вентилятора, и это создает аэродинамические возмущения в холодном потоке из газотурбинного двигателя.
Более того, холодный воздух, отбираемый из холодного потока газотурбинного двигателя и используемый для охлаждения горячего потока, отбираемого из центрального генератора, приводит к возникновению потока нагретого холодного воздуха, который должен быть выпущен наружу из газотурбинного двигателя, в результате чего увеличивается лобовое сопротивление движению воздушного судна.
Задача настоящего изобретения заключается в устранении недостатков предшествующего уровня техники.
С этой целью в соответствии с изобретением предложен двухконтурный газотурбинный двигатель для воздушного судна, содержащий:
- полую гондолу с продольной осью, снабженную спереди впуском для воздуха и сзади - выпуском для воздуха;
- центральный генератор горячего потока, расположенный в осевом направлении в гондоле;
- вентилятор, расположенный в осевом направлении в гондоле перед центральным генератором и выполненный с возможностью генерирования холодного потока для газотурбинного двигателя;
- наружный обтекатель, расположенный внутри гондолы, и внутренний обтекатель, окружающий центральный генератор, при этом наружный и внутренний обтекатели ограничивают между ними канал вентилятора кольцевого поперечного сечения для холодного потока, и внутренний обтекатель с центральным генератором ограничивают промежуточную камеру кольцевого поперечного сечения, окружающую центральный генератор и выполненную с, по меньшей мере, одним задним отверстием на периферии горячего потока; и
- предварительный охладитель, содержащий впуск для потока горячего воздуха, отбираемого из центрального генератора, и выпуск для потока охлажденного горячего воздуха, образуемого с использованием холодного потока,
при этом предварительный охладитель расположен внутри промежуточной камеры в тепловом контакте с задней частью внутреннего обтекателя, образуя промежуточный канал между предварительным охладителем и центральным генератором; и
- перед предварительным охладителем предусмотрен, по меньшей мере, один воздухозаборник, проходящий через внутренний обтекатель и отбирающий из холодного потока поток охлаждающего воздуха, способный, по меньшей мере частично, охладить поток горячего воздуха, поступающий в предварительный охладитель.
Таким образом, посредством настоящего изобретения можно избежать аэродинамических возмущений в канале вентилятора, обусловленных предварительным охладителем, поскольку предварительный охладитель теперь расположен в задней части внутреннего обтекателя. Кроме того, можно избежать недостатков, обусловленных выпуском нагретого холодного воздуха, поскольку предварительный охладитель использует с наружной стороны холодный поток, который выходит из канала вентилятора и который обдувает заднюю часть внутреннего обтекателя, и с внутренней стороны поток охлаждающего воздуха, отбираемый из холодного потока посредством воздухозаборника, проходящий по промежуточному каналу из воздухозаборника до заднего отверстия и выпускаемый через заднее отверстие из промежуточной камеры.
В качестве предпочтительного варианта воздухозаборник снабжен регулируемым перекрывающим устройством. Таким образом, когда условия полета таковы, что заданная температура потока охлажденного горячего воздуха может быть получена посредством использования только холодного потока, воздействующего на наружную сторону предварительного охладителя, воздухозаборник закрыт, так что никакой поток охлаждающего воздуха не отбирается из холодного потока.
Существует возможность выполнения множества воздухозаборников, распределенных по периферии внутреннего обтекателя. Тем не менее, в качестве предпочтительного варианта используется только один единственный воздухозаборник, который соединен со средствами для приведения потока охлаждающего воздуха во вращение внутри промежуточной камеры вокруг продольной оси.
В качестве предпочтительного варианта для получения достаточных зон для теплообмена между горячим воздухом, проходящим через предварительный охладитель, холодным потоком, обдувающим предварительный охладитель снаружи, и потоком охлаждающего воздуха, проходящим по промежуточному каналу, предусмотрено, что предварительный охладитель и промежуточный канал имеют кольцевое поперечное сечение и проходят по всей внутренней периферии задней части внутреннего обтекателя вокруг продольной оси.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения внутренний обтекатель, по меньшей мере в его задней части, выполнен с двойными стенками, то есть содержит внутреннюю стенку и наружную стенку, которые отделены друг от друга пространством в виде кольцевого зазора, а предварительный охладитель расположен в пространстве.
С этой целью указанный предварительный охладитель может содержать:
- распределительную трубу, соединенную с впуском для потока горячего воздуха и выполненную с возможностью распределения горячего воздуха, по меньшей мере, приблизительно по всей длине (параллельной продольной оси гондолы) кольцевого пространства; и
- собирающую трубу, соединенную с выпуском для потока охлажденного горячего воздуха и выполненную с возможностью сбора охлажденного горячего воздуха, по меньшей мере, приблизительно по всей длине кольцевого пространства.
В качестве предпочтительного варианта между распределительной трубой и собирающей трубой (при этом трубы расположены у внутренней периферии задней части внутреннего обтекателя оптимальным образом для охлаждения горячего воздуха) предварительный охладитель содержит множество криволинейных каналов для направления горячего воздуха, при этом каналы проходят перпендикулярно продольной оси гондолы и распределены по длине кольцевого пространства.
Подобные каналы предпочтительно могут быть образованы каркасом, который усиливает внутренний обтекатель, будучи прикрепленным к его внутренней и наружной стенкам.
Предпочтительно для обеспечения еще более точного и простого регулирования температуры охлажденного горячего воздуха предусмотрен канал, предпочтительно снабженный регулировочным клапаном, установленный параллельно предварительному охладителю и соединяющий его впуск для горячего воздуха с его выпуском для охлажденного горячего воздуха.
Чертежи облегчают понимание того, каким образом может быть реализовано изобретение. На этих чертежах идентичные ссылочные позиции обозначают аналогичные элементы.
Фиг.1 иллюстрирует в схематическом сечении известный двухконтурный газотурбинный двигатель.
Фиг.2 и 3 иллюстрируют на видах, аналогичных фиг.1, два альтернативных варианта газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4 иллюстрирует частичный вид в перспективе воздухозаборника для холодного воздуха в канале вентилятора.
Фиг.5 иллюстрирует на схематическом продольном полусечении внутренний обтекатель, окружающий горячий поток из двигателей по фиг.2 и 3.
Фиг.6 и 7 иллюстрируют в большем масштабе конструкцию обтекателя по фиг.5.
Фиг.8 представляет собой внешний вид в перспективе сзади, показывающий внутренний обтекатель.
Фиг.9 представляет собой внешний вид спереди внутреннего обтекателя.
Фиг.10 и 11 представляют собой частичные поперечные сечения соответственно по линиям X-X и XI-XI на фиг.8.
Двухконтурный газотурбинный двигатель, показанный на каждой из фиг.1, 2 и 3, содержит полую гондолу 1 с продольной осью L-L, снабженную спереди впуском 2 для воздуха и сзади - выпуском 3 для воздуха. Полая гондола 1 внутри несет обтекатель 4, предпочтительно, по меньшей мере частично, покрытый покрытиями 5 для обеспечения затухания звуковых колебаний, предназначенными для уменьшения внутреннего шума газотурбинного двигателя.
Внутри полой гондолы 1 расположены:
- центральный генератор 6 горячего потока, содержащий, известным образом, компрессоры низкого давления и высокого давления, камеру сгорания и турбины низкого давления и высокого давления и образующий осевой горячий поток 7 газотурбинного двигателя;
- вентилятор 8, расположенный в осевом направлении перед центральным генератором 6 и генерирующий кольцевой холодный поток 9 газотурбинного двигателя; и
- внутренний обтекатель 10, который окружает центральный генератор 6 и который обеспечивает образование - между ним самим и корпусом 11 данного генератора - промежуточной камеры 12 с кольцевым поперечным сечением, окружающей генератор, при этом задняя часть 10R обтекателя образует наружную стенку реактивного сопла 16 для горячего потока 7.
Между внутренним обтекателем 10 и обтекателем 4, внешним по отношению к нему, образован канал 13 вентилятора с кольцевым поперечным сечением, который окружает центральный генератор 6 и по которому проходит холодный поток 9.
Между внутренним обтекателем 10 и центральным генератором 6 спереди образована кольцевая щель 14 для впуска воздуха и сзади образована кольцевая щель 15 для выпуска воздуха. Таким образом, через промежуточную камеру 12 может проходить вентиляционная струя f, отбираемая из холодного потока 9 у передней щели 14 и выпускаемая на границе между горячим потоком 7 и холодным потоком 9 у задней щели 15, при этом данная вентиляционная струя f используется для регулирования температуры центрального генератора 6.
Кроме того, обычным образом гондола 1 опирается на крыло 17 воздушного судна (данное крыло показано частично) посредством подвесного пилона 18.
В известном газотурбинном двигателе, показанном на фиг.1, предусмотрен предварительный охладитель 19, расположенный в верхней части канала 13 вентилятора в холодном потоке 9. В данный предварительный охладитель 19 из центрального генератора 6 подается поток горячего воздуха 20 по каналу 21, в котором имеется клапан 22 для регулирования подачи горячего воздуха. Охлажденный горячий воздух 23, образуемый предварительным охладителем 19, направляется к пользовательскому оборудованию (не показан) по каналу 24, который проходит через подвесной пилон 18 и который может быть снабжен регулировочным клапаном 25.
Таким образом, в данной известной компоновке некоторая часть холодного потока отбирается посредством предварительного охладителя 19 для охлаждения потока горячего воздуха 20 и для создания потока 23 охлажденного горячего воздуха, и это также приводит к тому, что предварительный охладитель образует поток нагретого холодного воздуха (не показан), соответствующий отбираемой части холодного потока. Данный поток нагретого холодного воздуха выпускается наружу любым известным способом, не показанным на фиг.1, и, как правило, вызывает увеличение лобового сопротивления.
Следовательно, легко можно понять, что наличие предварительного охладителя 19 в канале 13 вентилятора и выпуск нагретого холодного воздуха оказывают отрицательное влияние на эксплуатационные характеристики известного двигателя, показанного на фиг.1.
В гондоле 1.1, выполненной в соответствии с настоящим изобретением и показанной на фиг.2, можно обнаружить все элементы 2-18 и 20-25, описанные со ссылкой на фиг.1.
Тем не менее, в данной гондоле 1.1 предварительный охладитель 19 был заменен предварительным охладителем 30, расположенным внутри промежуточной камеры 12 в тепловом контакте с задней частью 10R обтекателя 10. Предварительный охладитель 30 имеет кольцевое поперечное сечение вокруг оси L-L и проходит по всей периферии задней части 10R. Кроме того, предварительный охладитель 30 образует промежуточный канал 26 с кольцевым поперечным сечением вокруг оси L-L, проходящий между предварительным охладителем и центральным генератором 6, при этом промежуточный канал 26 открыт по направлению назад посредством кольцевой щели 15 для выпуска воздуха.
Кроме того, в гондоле 1.1 по фиг.2 перед предварительным охладителем 30 предусмотрен воздухозаборник 27, снабженный перекрывающим средством 28 и проходящий через обтекатель 10. Когда воздухозаборник 27 открыт, он может обеспечить отбор потока охлаждающего воздуха 29 из холодного потока 9.
Таким образом, с наружной стороны предварительный охладитель 30 охлаждается холодным потоком 9, выходящим из канала 13 вентилятора и обтекающим заднюю часть 10R внутреннего обтекателя 10, в то время как с внутренней стороны, когда воздухозаборник 27 открыт, предварительный охладитель дополнительно охлаждается потоком охлаждающего воздуха 29, проходящим по промежуточному каналу 26 и выходящим через щель 15.
Предварительный охладитель 30 имеет впуск 31, соединенный с каналом 21, обеспечивающим подачу потока 20 горячего воздуха, и выпуск 32, соединенный с каналом 24, по которому перемещается охлажденный горячий воздух 23.
Фиг.3, которая показывает все элементы по фиг.2, дополнительно показывает наличие в гондоле 1.2 согласно изобретению перепускного канала 33, установленного параллельно предварительному охладителю 30, соединяющего его впуск 31 и его выпуск 32 и снабженного клапаном 34. Таким образом, в случае необходимости горячий воздух может быть направлен прямо из впуска 31 в выпуск 32, в результате чего он будет обходить предварительный охладитель 30.
Фиг.4 показывает вариант осуществления воздухозаборника 27 с его затвором 28 (но без средств для приведения последнего в действие). В камере 12 на корпусе 11 генератора 6 расположены лопасти 29А для приведения потока охлаждающего воздуха 29 во вращение вокруг оси L-L.
Приведенный в качестве примера вариант осуществления предварительного охладителя 30, который показан посредством фиг.5-11, конструктивно встроен в заднюю часть 10R внутреннего обтекателя 10.
Как можно видеть на фиг.5-7, задняя часть 10R содержит внутреннюю стенку 35 и наружную стенку 36, которые параллельны и расположены на расстоянии друг от друга с образованием между ними пространства 37 в виде кольцевого зазора. В данном пространстве расположен каркас 38 (фиг.6) или 39 (фиг.7), прикрепленный к внутренней и наружной стенкам 35 и 36 и ограничивающий криволинейные каналы 40, которые обеспечивают разделение пространства 37. Каналы 40 расположены перпендикулярно оси L-L гондолы и распределены вдоль задней части 10R.
Кроме того, предварительный охладитель содержит (см. фиг.8):
- распределительную трубу 41, соединенную с впуском 31 для горячего воздуха и выполненную с возможностью распределения горячего воздуха (см. стрелки 42) внутри пространства 37 (и, следовательно, в каналы 40) вдоль всей задней части 10R и поперек к ней; и
- трубу 43, соединенную с выпуском 32 для охлажденного горячего воздуха и выполненную с возможностью сбора воздуха (см. стрелки 44), проходящего через пространство 37 по каналам 40, вдоль длины задней части 10R.
Как показано на фиг.8-11, поперечное сечение труб 41 и 43 уменьшается спереди назад, в то время как обратное справедливо для распределительных отверстий 45 и отверстий 46 для сбора, с которыми они соответственно выполнены.