ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения.
Известен двухвальный газотурбинный двигатель, содержащий вентилятор, газогенератор и турбину низкого давления со смесителем газового и воздушного потоков на ее выходе, а также реактивное сопло, создающее реактивную тягу двигателя (Патент RU 2250386, МПК F02C 7/06, опубл. 20.04.2005).
Недостатком такой конструкции является отсутствие возможности у такого двигателя генерировать механическую энергию - например, для привода воздушного винта.
Наиболее близким к заявляемому изобретению и принятым за прототип является газотурбинный двигатель, содержащий газогенератор и силовую свободную турбину на выходе из газогенератора (Патент RU 2225523, МПК F02C 7/06, опубл. 10.03.2004).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является невозможность получения реактивной тяги, так как вся энергия газа, истекающего из газогенератора, преобразуется в механическую работу на валу свободной силовой турбины.
Техническая задача, на решение которой направленно данное изобретение, заключается в исключении указанного недостатка путем переключения газового потока, истекающего из газогенератора, на силовую свободную турбину или на реактивное сопло, в зависимости от потребностей летательного аппарата.
Технический результат достигается тем, что в газотурбинном двигателе, содержащем газогенератор, выход которого соединен с силовой свободной турбиной, согласно изобретению выход из газогенератора дополнительно соединен с реактивным соплом, выполненным в виде секторов и размещенным с внешней стороны от силовой свободной турбины, на входе в силовую свободную турбину и на входе в реактивное сопло установлены сопловые аппараты с поворотными сопловыми лопатками с возможностью полного перекрытия поворотными сопловыми лопатками проходной площади газового канала на входе как реактивного сопла, так и силовой свободной турбины, причем поворотные сопловые лопатки реактивного сопла и силовой свободной турбины установлены на одной геометрической оси, соединены с одним поворотным механизмом и поворот поворотных сопловых лопаток силовой свободной турбины на перекрытие ее газового канала соответствует полному открытию поворотными сопловыми лопатками газового канала реактивного сопла, а поворот поворотных сопловых лопаток на полное закрытие газового канала реактивного сопла соответствует полному открытию поворотными сопловыми лопатками газового канала на входе в силовую свободную турбину.
Кроме того, согласно изобретению газогенератор выполнен двухконтурным.
Кроме того, согласно изобретению за поворотными сопловыми лопатками реактивного сопла установлен спрямляющий аппарат.
Соединение газогенератора газотурбинного двигателя на выходе с силовой свободной турбиной и дополнительно с реактивным соплом, с установкой на входе в силовую свободную турбину и в реактивное сопло сопловых аппаратов с поворотными сопловыми лопатками с возможностью полного перекрытия поворотными сопловыми лопатками проходной площади газового канала как на входе в реактивное сопло, так и в силовую свободную турбину позволяет в зависимости от потребностей летательного аппарата (например, скоростного вертолета) превращать энергию газового потока на выходе из газогенератора или в работу на валу силовой свободной турбины, или в реактивную тягу на реактивном сопле двигателя.
При этом имеется возможность получения частичной мощности на валу силовой свободной турбины и частичной тяги реактивного сопла при одновременно частично открытых сопловых аппаратах силовой свободной турбины и реактивного сопла.
Выполнение реактивного сопла с внешней стороны от силовой свободной турбины в виде отдельных секторов, позволяет уменьшить площадь поперечного сечения газотурбинного двигателя на его выходе.
Установка поворотных сопловых лопаток на одной геометрической оси и соединение их с одним поворотным механизмом позволяет синхронизировать поворот всех поворотных сопловых лопаток при минимальной массе конструкции.
Соответствие перекрытия газового канала реактивного сопла на его входе поворотными сопловыми лопатками полному открытию поворотными сопловыми лопатками газового канала на входе в силовую свободную турбину, а также соответствие перекрытия газового канала на входе в силовую свободную турбину открытию газового канала на входе в реактивное сопло исключает помпаж газотурбинного двигателя, что повышает его надежность.
На фиг. 1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя;
на фиг. 2 показан элемент I ГТД в увеличенном виде;
на фиг. 3 показан элемент II ГТД в увеличенном виде;
на фиг. 4 показан вид А фиг. 1.
Газотурбинный двигатель 1 состоит из газогенератора 2, выход 3 которого соединен газовым каналом 4 с силовой свободной турбиной 5 и с реактивным соплом 6, расположенным с внешней стороны от силовой свободной турбины 5 в виде секторов 7 и 8.
Для повышения экономичности газогенератор 2 выполнен двухвальным и двухконтурным и включает в себя вентилятор 9, компрессор высокого давления 10, камеру сгорания 11, турбину высокого давления 12, турбину низкого давления 13 и смеситель воздушного и газового потоков 14.
На входе 15 в силовую свободную турбину 5 установлен внутренний сопловой аппарат 16, а на входе 17 в реактивное сопло 6 установлен внешний сопловой аппарат 18, каждый из которых содержит поворотные сопловые лопатки 19 и 20 соответственно. Поворотные сопловые лопатки 19 и 20 установлены на одной геометрической оси 21 и соединены между собой единым поворотным механизмом 22, синхронизирующим поворот поворотных сопловых лопаток 19 и 20. Между собой поворотные сопловые лопатки 19 и 20 установлены так, что поворот поворотных сопловых лопаток 19 силовой свободной турбины 5 на полное перекрытие газового канала 23 на входе в силовую свободную турбину 5 соответствует максимальному открытию газового канала 24 на входе в реактивное сопло 6, а полное закрытие поворотными сопловыми лопатками 20 газового канала 24 на входе в реактивное сопло 6 соответствует полному открытию газового канала 23 на входе в силовую свободную турбину 5. Промежуточное положение поворотных сопловых лопаток 19 и 20 соответствует частичному открытию (закрытию) газовых каналов 23 и 24.
На выходе из реактивного сопла 6 установлен спрямляющий аппарат 25, обеспечивающий осевой выход газа из реактивного сопла 6 вне зависимости от угла поворота поворотных сопловых лопаток 20.
Силовая свободная турбина 5 выполнена с валом силовой свободной турбины 26, а на выходе из силовой свободной турбины 5 установлен выхлопной патрубок 27.
Работает данное устройство следующим образом.
При работе газотурбинного двигателя 1 газогенератор 2 генерирует поток газа, который в зависимости от потребностей летательного аппарата с помощью поворотных сопловых лопаток 19 и 20 может быть направлен на силовую свободную турбину 5 для создания полезной работы на валу 26 силовой свободной турбины 5, или в реактивное сопло 6 для создания реактивной тяги, или для того и другого вместе.
Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет превращать энергию газового потока на выходе из газогенератора в работу на валу силовой свободной турбины или в реактивную тягу на реактивном сопле двигателя, уменьшить площадь поперечного сечения газотурбинного двигателя на его выходе, синхронизировать поворот всех поворотных сопловых лопаток при минимальной массе конструкции, исключить помпаж газотурбинного двигателя, что повышает его надежность.