АВИАЦИОННЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к области авиационного двигателестроения и может быть использована при проектировании авиационных двигателей с встроенными электрогенераторами, приводимыми во вращение без промежуточных редукторов.
Известен газотурбинный авиадвигатель, содержащий встроенный электрогенератор, включающий в себя статор и ротор, соединенный с валом трансмиссии. Генератор размещен во внутренней полости трансмиссии, образованной ее опорами и крышкой (1). Известное устройство имеет сложную конструкцию узла регулирования системы генерирования энергии. Это объясняется тем, что для обеспечения стабилизации выходного напряжения необходимо использование силового управляемого выпрямителя, характеризующегося большой массой и, следовательно, высокими тепловыми потерями, что ведет к снижению КПД и увеличению габаритов всего устройства.
Наиболее близким к полезной модели является газотурбинный авиадвигатель, содержащий встроенную в его внутреннюю полость электрическую машину, включающую в себя статор с рабочими обмотками и ротор. Статический преобразователь, осуществляющий автоматическое регулирование режимов работы электрогенератора и формирование выходного напряжение переменного и постоянного тока системы (115 В, 400 Гц и 270 В) расположен на внешней поверхности корпуса авиадвигателя и соединен с обмотками статора электрической машины силовым кабелем. Для запуска энергетической системы использован отдельный стартер (2). Недостатком известного устройства (2) являются низкие массогабаритные характеристики, обусловленные неэффективной системой теплоотвода, которая предусматривает индивидуальное охлаждение каждого из узлов электрической машины и статического преобразователя. Наличие отдельного стартера, принципиально необходимого для запуска авиадвигателя, усложняет конструкцию установки и также отрицательно сказывается на ее массогабаритных характеристиках. Кроме того, известное устройство имеет высокие электромагнитные помехи, обусловленные наличием высокочастотного кабеля, соединяющего электрическую машину со статическим преобразователем.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является улучшение массо-габаритных характеристик
устройства путем интенсификации системы охлаждения и упрощения конструкции, а также повышение надежности работы путем снижения уровня электромагнитных помех.
Технический результат достигается за счет того, что в авиационном газотурбинном двигатель, содержащем размещенную в его внутренней полости электрическую машину, включающую в себя статор с обмотками и ротор с постоянными магнитами, установленный на валу авиадвигателя, статический преобразователь, силовая часть которого соединена с обмотками статора (2), статор установлен внутри корпуса коаксиально его наружной поверхности, на которой закреплена силовая часть статического преобразователя, корпус статора, имеющий каналы для прохождения хладагента, прикреплен к внутренней поверхности корпуса авиадвигателя, на наружной поверхности которого закреплен блок управления статического преобразователя, обеспечивающего стартерный и генераторный режим работы электрической машины.
На чертеже представлено размещение элементов электроэнергетических узлов в авиадвигателе.
Устройство содержит встроенную во внутреннюю полость авиадвигателя электрическую машину, состоящую из ротора 1 с постоянными магнитами и статора 2 с обмотками. Ротор 1 установлен на валу 3 авиадвигателя. Статор 2 размещен внутри корпуса 4 коаксиально его наружной поверхности. В корпусе 4 статора предусмотрены каналы, предназначенные для подачи жидкого хладагента, например, топлива. На наружной поверхности корпуса 4 установлена силовая часть 5 статического преобразователя, блок управления 6 которого закреплен на наружной поверхности корпуса 7 авиадвигателя. Блок управления 6 включает в себя узлы регулирования, защиты и контроля преобразователя. Корпус 4 статора, выполняющий функцию жидкостного радиатора, прикреплен к внутренней поверхности корпуса 7 авиадвигателя. Электрическая машина вместе со статическим преобразователем образует единую стартер-генераторную систему.
При работе установки вал 3 авиадвигателя (вал его осевого компрессора) вращает установленный на нем ротор 1 генератора, в результате чего в обмотках статора 2 возникает электрический ток. При изменении частоты вращения вала и электрической нагрузки выходное напряжение генератора стабилизируется путем изменения закона регулирования, задаваемым статическим преобразователем.
Хладагент, в качестве которого может быть использовано топливо, поступает через предусмотренные в корпусе 4 статора 2 каналы. Корпус статора выполняет функцию жидкостного радиатора как для статора 2 с обмотками, так и для узлов силовой части преобразователя напряжения, установленных на наружной поверхности корпуса 4 коаксиально со статором 2.
При запуске турбины авиадвигателя электрическая машина функционирует в режиме двигателя, при этом статический преобразователь работает по
принципу преобразования частоты, выполняя функции стартера. После запуска турбины электрическая машина принимает на себя функции генератора, при этом статический преобразователь работает по принципу преобразования напряжения (инвертора). Преобразователь данного типа может быть выполнен по известной схеме (RU 215763 С 2, Н02Р 9/04, 1995 г.)
Использование одного статического преобразователя электроэнергии в качестве стартера, запускающего энергетическую систему, и преобразователя напряжения, обеспечивающего закон регулирования ее электромагнитных характеристик, позволяет упростить конструкцию авиадвигателя (исключив необходимость отдельного стартера) и улучшить ее массо-габаритные характеристики.
Размещение основных узлов стартер-генераторной системы внутри корпуса авиадвигателя позволяет организовать их одновременное охлаждение, значительно упростить процесс охлаждения и повысить его интенсивность, а, следовательно, увеличить надежность работы. Возможность использования топлива в качестве хладагента также упрощает процесс теплоотвода.
Создание единой системы охлаждения основных тепловыделяющих узлов авиадвигателя позволяет существенно улучшить его массо-габаритные характеристики.
Расположение силовой части преобразователя в непосредственной близости с обмотками статора позволяет обойтись без силового кабеля и, следовательно, снизить электромагнитные помехи. Влияние линий связи между силовой частью преобразователя и его блоком управления, характеризующихся слаботочными импульсными сигналами, может быть устранено путем стандартного экранирования.
Оптимальные масса-габаритные показатели и высокая надежность стартер-генераторной системы двигателя позволяют ей быть наиболее предпочтительной для использования в классе двигателей с встроенными электрогенераторами.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
RU 2168024 С F02С 7/32 1998 г.
«Электрооборудование летательных аппаратов» под ред. С.А.Грузкого, Москва, МЭИ, 2005 г., с.173-174.