Лепестковый смеситель двухконтурного турбореактивного двигателя

Полезная модель относится к области авиационного двигателестроения, а именно к устройствам для снижению уровня инфракрасного излучения двухконтурных турбореактивных двигателей.
Наиболее близким к предлагаемому является лепестковый смеситель двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащий фланец и установленную на нем гофрированную обечайку с чередующимися по окружности кольца каналами для потоков наружного и внутреннего контуров, каналы в продольном направлении имеют криволинейную форму и содержат три участка: входной, средний и выходной, при этом угол наклона оси одного из участков канала определяется требованием обеспечения экранирования рабочего колеса турбины низкого давления (А.А. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий «Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок», ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь, М.: Машиностроение, 2006. С. 569-570, фиг. 9.5_3).
Каналы смесителя с блокированием «видимости» лопаток турбины в продольном направлении выполнены криволинейными и состоят из трех участков: входного, среднего и выходного. При этом средний участок канала имеет U-образную форму для обеспечения экранирования рабочего колеса турбины низкого давления, а на входном и выходном участках оси каналов параллельны оси смесителя.
Криволинейная U-образная форма канала обладает значительным гидравлическим сопротивлением в смесителе из-за двойного поворота потока, что негативно сказывается на газодинамической эффективности смесителя. U-образная форма средних участков каналов приводит к повышенным тепловым напряжениям в процессе работы и прогару смесителя в зоне поворота потока. Кроме того из-за высокой температуры каналов внутреннего контура сам смеситель становится источником инфракрасного излучения и вносит значительный вклад в суммарное излучение двигателя.
Задачей полезной модели является создание конструкции лепесткового смесителя, позволяющей снизить инфракрасное  излучение турбореактивного двухконтурного двигателя без существенного ухудшения его газодинамических характеристик путем экранирования рабочего колеса турбины низкого давления.
Технический результат полезной модели состоит в снижении заметности турбореактивного двухконтурного двигателя в инфракрасном диапазоне за счет снижения инфракрасного излучения путем изменения формы каналов смесителя на S-образную.
Дополнительным техническим результатом является снижение газодинамических потерь за счет уменьшения количества и углов поворота потока при прохождении по каналам смесителя.
Технический результат достигается тем, что в лепестковом смесителе двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащем фланец и установленную на нем гофрированную обечайку с чередующимися по окружности кольца каналами для потоков наружного и внутреннего контуров, каналы в продольном направлении имеют криволинейную форму и содержат три участка: входной, средний и выходной, при этом на среднем участке угол наклона оси канала к оси смесителя определяется требованием обеспечения экранирования рабочего колеса турбины низкого давления, в отличие от известного, на входном участке угол наклона оси канала к оси смесителя соответствует углу закрутки потока внутреннего контура, на среднем участке угол наклона оси канала к оси смесителя составляет не более 20°, наклон оси выходного участка определяется требованием обеспечения экранирования стенки канала внутреннего контура.
.
Дополнительно для снижения инфракрасного излучения каждый гофр обечайки может быть снабжен расположенным на среднем участке канала тангенциальным щелевым отверстием с дефлектором
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены: фиг. 1 – схема предлагаемого лепесткового смесителя; фиг. 2 – S-образная форма каналов; фиг. 3 – вид сверху на фиг.1; фиг. 4 – расположение щелевого отверстия на гофрированной обечайке.
Лепестковый смеситель двухконтурного турбореактивного двигателя (фиг.1) содержит фланец 1 и установленную на нем гофрированную обечайку 2. Фланец 1 предназначен для крепления смесителя к корпусу турбины низкого давления и выполнено в виде фланца с цилиндрическими поверхностями.
Гофрированная обечайка 2 образует систему чередующихся по окружности кольца каналов. Одни из каналов 3 предназначены для потоков воздуха наружного (второго) контура турбореактивного двигателя, другие каналы 4 предназначены для потоков горячего газа внутреннего (первого) контура турбореактивного двигателя.
Входная и выходная части каналов смесителя отогнуты на больший угол, по сравнению с прототипом, в результате чего канал приобретает криволинейную S-образную форму (фиг. 2). При этом каждый канал состоит из трех участков со стороны фланца 1: входного 5, среднего 6 и выходного 7.
На входном 5 участке угол наклона оси 8 канала к оси 9 смесителя соответствует углу закрутки потока внутреннего контура на выходе их турбины низкого давления на расчетном режиме работы двигателя. Угол закрутки потока определяется при проведении поузлового расчета при проектировании двигателя.
На среднем 6 участке канала угол наклона его оси 8 к оси 9 смесителя определяется из условия обеспечения экранирования рабочего колеса турбины низкого давления, рассчитывается при проектировании смесителя, и составляет не более 20°. В случае угла наклона оси канала к оси смесителя более 20° возникают повышенные газодинамические потери.
На выходном 7 участке наклон оси 8 канала к оси 9 смесителя определяется из условия обеспечения экранирования стенки смесителя внутреннего контура и рассчитывается при проектировании смесителя.
Каждый гофр обечайки со стороны потока наружного контура может быть снабжен тангенциальным щелевым отверстием 10 с дефлектором 11 (фиг. 3). Щелевое отверстие 10 с дефлектором 11, расположено в начале среднего 6 участка (фиг.4) в видимой со стороны сопла области канала 4 внутреннего контура. Дефлектор 11 для обеспечения тангенциальной подачи воздуха на горячую поверхность канала 4. Дефлектор 11 выполнен методом штамповки зацело со щелевым отверстием 10.
Лепестковый смеситель работает следующим образом.
При работе двухконтурного турбореактивного двигателя по каналу внутреннего контура 4 лепесткового смесителя движется горячий газ, поступающий из турбины низкого давления. По каналу  наружного контура 3 движется воздух, поступающий из вентилятора. S-образная форма каналов закрывает турбину низкого давления со стороны по полету, тем самым снижая заметность турбореактивного двухконтурного двигателя в инфракрасном диапазоне. Но видимая со стороны сопла часть стенки канала 4 внутреннего контура остается горячей и может вносить вклад в излучение. Поступающий через щелевое отверстие 10 воздух благодаря дефлектору 11 закрывает горячую стенку канала 4 внутреннего контура завесой холодного воздуха, эффективно снижая ее температуру, тем самым дополнительно снижая заметность двигателя в целом.
Газодинамические расчёты подтвердили высокую эффективность предлагаемой конструкции лепесткового смесителя, что в совокупности с минимальными затратами на техническое переоснащение двухконтурных турбореактивных двигателей с традиционными лепестковыми смесителями, позволяет говорить о высоком потенциале предложенного решения проблемы снижения заметности в инфракрасном диапазоне. Кроме того использование предлагаемого лепесткового смесителя позволит уменьшить инфракрасное излучение существующих двухконтурных турбореактивных двигателей без изменения конструкции камеры смешения и затурбинного обтекателя, а также без увеличения осевой длины двигателя.