ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
TURBOJET

Изобретение относится к авиационным турбореактивным двигателям, включая двигатели изменяемого цикла, для сверхзвуковых самолетов.
Известно, что регулирование площадей смесителя турбореактивных двухконтурный двигателей в сочетании с регулированием сопла позволяет улучшать тягово-экономические и акустические характеристики двигателей для многорежимных самолетов в различных условиях полета.
Известен турбореактивный двигатель с регулируемым кольцевым смесителем (С.А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, стр.552, рис.13.5).
Недостатком такой конструкции является низкая эффективность кольцевого смесителя, что ухудшает экономичность двигателя.
Наиболее близким к заявляемому является турбореактивный двигатель с регулируемым смесителем, выполненный в виде отдельных поворотных створок (Патент Великобритании №2244098, F02K 3/02, 1990 г.).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за большого числа поворотных створок, расположенных на выходе из турбины и омываемых высокотемпературным потоком газа, а также низкая эффективность смесителя.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и экономичности двигателя за счет высокой эффективности смешения потоков наружного и внутреннего контуров, снижения гидравлического сопротивления и повышения тяги двухконтурного турбореактивного двигателя при трансзвуковых режимах полета сверхзвуковых самолетов.
Сущность изобретения заключается в том, что в турбореактивном двигателе, содержащем турбину низкого давления и регулируемый смеситель на ее выходе, согласно изобретению, смеситель выполнен лепестковым и содержит коническую обечайку. Между турбиной и смесителем установлена кольцевая обечайка, образующая промежуточную кольцевую полость между газовым каналом внутреннего контура и воздушным каналом наружного контура, на выходе соединенную через выходную кольцевую щель с газовым каналом и с зоной смешения потоков воздуха и газа, а на входе - с воздухозаборником. Воздухозаборник образован радиальным кольцевым ребром корпуса турбины и конической обечайкой смесителя и выполнен с возможностью перекрытия проходного сечения подвижным в осевом направлении радиальным кольцом, причем кольцевое ребро выполнено с внешней стороны от последней рабочей лопатки турбины, а радиальное кольцо установлено на наружном корпусе турбины с помощью исполнительных элементов.
Выполнение между турбиной и смесителем кольцевой обечайки, образующей промежуточную кольцевую полость между газовым каналом внутреннего контура и воздушным каналом наружного контура на выходе соединенную через выходную кольцевую щель с газовым каналом и с зоной смешения потоков воздуха и газа, а на выходе - с воздухозаборником, выполненным с возможностью перекрытия проходного сечения подвижным в осевом направлении радиальным кольцом, позволяет регулировать проходную площадь смесителя по воздуху, что дает возможность повысить тягу двигателя при трансзвуковых режимах полета сверхзвуковых самолетов.
Воздухозаборник образован радиальным кольцевым ребром корпуса турбины и конической обечайкой смесителя, а радиальное кольцо установлено на наружном корпусе турбины, что позволяет минимизировать загромождение канала наружного контура двигателя, снижая гидравлическое сопротивление от применения регулируемого смесителя и способствует повышению экономичности двигателя.
Кроме того, размещение кольцевого ребра с внешней стороны от последней рабочей лопатки турбины обеспечивает непробиваемость наружного корпуса турбины в случае поломки рабочей лопатки. Размещение исполнительных элементов и радиального кольца в канале наружного контура вне зоны доступа высокотемпературного газового потока позволяет повысить надежность конструкции и снизить ее вес и габариты. Выполнение смесителя лепестковым повышает эффективность смешения потока газа из газогенератора и потока воздуха из канала наружного контура.
Изобретение иллюстрируется следующим образом.
На фиг.1 показан продольный разрез турбореактивного двигателя с регулируемым смесителем, на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, на фиг.3 - элемент II на фиг.2 в увеличенном виде. На фиг.4 представлен элемент II на фиг.2 в увеличенном виде с открытым воздухозаборником смесителя.
Турбореактивный двигатель с регулируемым смесителем 1 состоит из вентилятора 2 с каналом наружного контура 3 и газогенератора 4 с компрессором 5, камерой сгорания 6, турбиной высокого давления 7 и с турбиной низкого давления 8.
На выходе из газогенератора 4, для смешения потока воздуха 9 из канала наружного контура 3 и потока газа 10 из газогенератора 4 установлен лепестковый смеситель 11.
Между турбиной низкого давления 8 и лепестковым смесителем 11 выполнена кольцевая полость12, ограниченная с внутренней стороны закрепленной на наружном корпусе 13 турбины низкого давления 8 кольцевой обечайкой 14, а с внешней стороны - конической обечайкой 15 смесителя 11. На выходе полость 12 через кольцевую щель 16 соединена с газовым каналом 17 смесителя 11 и ниже по потоку - с зоной смешения 18 потоков воздуха 9 и газа 10.
На входе полость 12 соединена через воздухозаборник 19 с каналом наружного контура 3, причем воздухозаборник 19, образованный радиальным кольцевым ребром 20 наружного корпуса 13 турбины 8 и конической обечайкой 15 смесителя 11, выполнен с возможностью периодического перекрытия своего проходного сечения подвижным в осевом направлении радиальным кольцом 21, установленным с помощью исполнительных элементов 22 на наружном корпусе 23 опоры 24 турбины 8.
Радиальное кольцевое ребро 20 выполнено с внешней стороны от рабочей лопатки 25 последней ступени турбины 8 и обеспечивает непробиваемость наружного корпуса 13 в случае обрыва лопатки 25.
Со стороны газового потока 10 на кольцевой обечайке 14 установлены профилированные стойки 26, на которых закреплен задний корпус 27.
Для обеспечения вибропрочности, лепестковый смеситель 11 с помощью радиальных ребер 28 закреплен на наружном корпусе 13 турбины 8 и с помощью телескопического в осевом направлении соединения 29 - на наружном корпусе 30 двигателя 1. Позицией 31 обозначен дополнительный поток воздуха 9, поступающий из полости 12 в газовый канал 17 смесителя 11 в случае перемещения кольца 21 из положения 32 в положение 33.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
На трансзвуковых режимах полета для получения необходимой повышенной тяги двигателя, радиальное подвижное кольцо 21 с помощью исполнительных элементов 22 перемещается вперед, из положения 32 в положение 33, против потока воздуха 9 в канале наружного контура 3, открывая тем самым воздухозаборник 19 и увеличивая проходную площадь смесителя 11 по воздуху.
Дополнительный поток воздуха 31 поступает из канала наружного контура 3 и кольцевой полости 12 через выходную кольцевую щель 16 в зону смешения 18, что повышает тягу двигателя.
В качестве исполнительных элементов 22 могут быть использованы гидроцилиндры или пневмоцилиндры, а также шариковинтовые механизмы.
Минимальные вес и габариты регулируемого элемента в виде радиального кольцевого ребра 21, установленного в канале наружного контура 3, позволяет производить регулирование проходной площади по воздуху смесителя 11 без дополнительного загромождения канала наружного контура 3.
Закрывается воздухозаборник 19 перемещением кольцевого ребра 21 по потоку воздуха 9 из положения 33 в положение 32, т.е. до упора кольца 21 в радиальное ребро 20 и в коническую обечайку 15.