ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ЗАДНИМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ВИНТОВЕНТИЛЯТОРА
GAS TURBINE ENGINE WITH AFT FAN

Изобретение относится к авиационным газотурбинным двигателям с задним расположением незакапотированного винтовентилятора.
Известен газотурбинный двигатель с входным направляющим аппаратом, поворотные лопатки в котором для предотвращения обледенения подогреваются горячим воздухом и выполнены с каналами, соединенными на входе через наружную цапфу и кольцевой коллектор с промежуточной ступенью компрессора, а на выходе через внутренний торец пера лопатки - с проточной частью компрессора на его входе (Патент РФ №2156381, F04D 29/40, 2000 г.).
Недостатком такой конструкции является низкая экономичность газотурбинного двигателя из-за повышения работы сжатия подогретого на входе в компрессор воздуха. При этом подогрев воздуха на входе в компрессор происходит в основном за счет подмешивания горячего воздуха, выходящего из пера лопатки, к основному потоку воздуха.
Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель с задним расположением винтовентилятора, на входе в компрессор газогенератора которого установлен обтекатель втулки компрессора, соединенный входными стойками с воздухозаборником (Патент Великобритании №2174762, F02K 3/072, F01D 5/06, F02C 3/04, 1986 г.).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за возможности обледенения необогреваемых входного обтекателя втулки компрессора, стоек и воздухозаборника, а также низкая газодинамическая устойчивость компрессора из-за отсутствия поворотного входного направляющего аппарата.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя за счет исключения обледенения входного обтекателя втулки компрессора, входных стоек и воздухозаборника при минимальном расходе подогревающего воздуха, отбираемого от компрессора.
Сущность изобретения заключается в том, что в газотурбинном двигателе с задним расположением винтовентилятора, на входе в компрессор газогенератора которого установлен обтекатель втулки компрессора, соединенный входными стойками с воздухозаборником и далее - с мотогондолой, согласно изобретению обтекатель втулки компрессора и воздухозаборник выполнены с кольцевыми щелевыми полостями вдоль поверхностей, обтекаемых атмосферным воздухом, а между стойками и ротором компрессора установлен обогреваемый поворотный входной направляющий аппарат, внутренние полости в лопатках которого через внешние цапфы лопаток на входе соединены с промежуточной ступенью компрессора, а на выходе через внутренние цапфы лопаток и промежуточную полость - с щелевой кольцевой полостью обтекателя втулки компрессора, которая через полые входные стойки соединена со щелевой полостью воздухозаборника, соединенной на выходе с атмосферой.
Установка между стойками и ротором компрессора обогреваемого поворотного направляющего аппарата позволяет повысить газодинамическую устойчивость компрессора с соответствующим повышением надежности газотурбинного двигателя.
Выполнение обтекателя втулки компрессора и воздухозаборника с кольцевыми щелевыми полостями вдоль поверхностей, обтекаемых атмосферным воздухом, и соединение внутренних полостей в лопатках поворотного входного направляющего аппарата через внешние цапфы лопаток на входе с промежуточной ступенью компрессора, а на выходе через внутренние цапфы лопаток и промежуточную полость - с щелевой кольцевой полостью обтекателя внутри компрессора, которая через полые входные стойки соединена со щелевой полостью воздухозаборника, позволяет при минимальных отборах горячего воздуха из-за промежуточной ступени компрессора организовать подогрев рабочих поверхностей обтекателя и воздухозаборника, предотвратить образование на них льда с максимальным использованием теплосодержания подогревающего воздуха.
Соединение щелевой полости воздухозаборника на выходе с атмосферой на внешней поверхности мотогондолы позволяет исключить поступление подогретого воздуха на вход в двигатель на всех режимах работы, что повышает его надежность и экономичность.
На фигуре 1 представлен продольный разрез газотурбинного двигателя с задним расположением винтовентилятора. На фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, а на фиг.3 - элемент II на фиг.2 в увеличенном виде. Фиг.4 представляет собой элемент III на фиг.2 в увеличенном виде, а фиг.5 - элемент IV на фиг.2 в увеличенном виде.
Газотурбинный двигатель с задним расположением винтовентилятора 1 состоит из газогенератора 2 с компрессором 3, камерой сгорания 4 и турбиной 5, на выходе из которой установлен двухрядный винтовентилятор 6 с противоположным направлением вращения первого ряда лопастей 7 и второго ряда лопастей 8.
На входе в компрессор 3 установлен воздухозаборник 9, в котором на полых входных стойках 10 установлен обтекатель 11 втулки 12 компрессора 3.
Между входными стойками 10 и первыми рабочими лопатками 13 компрессора 3 установлен входной поворотный направляющий аппарат 14, лопатки 15 которого выполнены с внутренней полостью 16, соединенной на входе через полую внешнюю цапфу 17 и кольцевой коллектор 18 с промежуточной ступенью 19 компрессора 3, а на выходе через полую внутреннюю цапфу 20 и промежуточную кольцевую полость 21 - с соплом 22 на входе в щелевую кольцевую полость 23 обтекателя 11, которая через внутренние полости 24 входных стоек 10 и каналы 25 соединена с щелевой кольцевой полостью 26 воздухозаборника 9, соединенной на выходе с атмосферой 27 с помощью перфорации 28 на внешней поверхности 29 мотогондолы 30.
Кольцевые щелевые полости 23, 26 обтекателя 11 и воздухозаборника 9 выполнены вдоль рабочих поверхностей 31 обтекателя 11 и 32 воздухозаборника, обтекаемых воздухом при работе двигателя 11 и потенциально опасных с точки зрения образования на них льда.
Данное устройство работает следующим образом.
При работе газотурбинного двигателя 1 в условиях повышенной влажности и околонулевой температуры атмосферного воздуха на рабочих поверхностях 31 обтекателя 11 и 32 воздухозаборника 9, а также на внешней поверхности стоек 10 и лопаток 15 входного поворотного направляющего аппарата 14 возможно образование льда, куски которого могут попасть в компрессор 3, вызвав его поломку. Однако этого не происходит, так как горячий воздух из-за промежуточной ступени 19 компрессора 3 последовательно обогревает лопатки 15, обтекатель 11, стойки 10 и воздухозаборник 9, препятствуя тем самым образованию льда.
Отборы воздуха от компрессора 3 при такой системе подогрева минимальны, так как теплосодержание отбираемого воздуха используется в максимальной степени, а выброс этого воздуха на внешней поверхности 29 мотогондолы 30 исключает попадание горячего воздуха на вход в компрессор 3, что повышает надежность двигателя 1.