Система охолодження гарячих деталей двигуна літального апарата і двигун літального апарата, обладнаний такою системою охолодження

1. Система (30) охолодження гарячих деталей двигуна (10) літального апарата, в якій двигун (10) розташований в картері (24), потік первинного повітря (100) надходить в двигун, а потік вторинного повітря (200) омиває двигун (10) всередині картера (24), яка відрізняється тим, що має щонайменше один тракт (32), який відбирає холодне повітря (300) від потоку вторинного повітря (200), і щонайменше один розташований на тракті (32) теплообмінник (34), в якому циркулює гаряче повітря (420), що надходить від потоку первинного повітря (100) для свого охолодження перед подачею (440) на гарячі деталі для їх охолодження, щонайменше один тракт (32), який має три послідовних ділянки: систему (322) підвідних каналів, розташовану вище щонайменше одного теплообмінника (34), причому ця система (322) підвідних каналів жорстко з'єднана з картером (24), систему (326) відвідних каналів, розташовану нижче щонайменше одного теплообмінника (34), причому ця система (326) відвідних каналів жорстко з'єднана з картером (24), і проміжний кожух (324), розташований між системою (322) підвідних каналів і системою (326) відвідних каналів, в якому розташований щонайменше один теплообмінник (34), причому проміжний кожух (324) жорстко з'єднаний з двигуном (10). 2. Система (30) охолодження за п. 1, яка відрізняється тим, що подовжній переріз проміжного 2 (19) 1 3 86348 4 12. Система охолодження (30) за п. 1, яка відрізник (34), розташований вздовж всього обводу двиняється тим, що включає щонайменше два тепгуна (10), який розташований на відповідному лообмінники (34), встановлених вздовж обводу єдиному кільцевому тракті. навколо двигуна (10), причому кожний теплооб14. Двигун (10) літального апарата, який відрізнямінник (34) розташований на окремому тракті (32). ється тим, що обладнаний системою (30) охоло13. Система охолодження (30) за п. 1, яка відріздження за будь-яким із пп. 1-13. няється тим, що включає тільки один теплообмін Даний винахід стосується систем охолодження гарячих деталей двигунів літальних апаратів. Він стосується, зокрема, системи охолодження із множиною теплообмінників для охолодження гарячих деталей двигуна літального апарата, таких як лопатки турбіни високого тиску двигуна літального апарата. Винахід стосується також двигуна літального апарата, обладнаного такою системою охолодження. Відома практика розміщення теплообмінників у двигуні літального апарата для охолодження гарячих деталей цього двигуна. У матеріалах FR 2400618 описаний двигун літального апарата турбокомпресорного типу, в якому застосовується система охолодження "повітря - повітря" і відповідний їй спосіб охолодження. Гарячі деталі, такі як нерухомі і рухомі лопатки турбіни високого тиску, охолоджуються охолодним повітрям, яке містить частково первинне повітря, відібране на виході компресора або між його ступенями. Це повітря для охолодження гарячих деталей заздалегідь охолоджується до надходження на охолоджувані деталі, проходячи трубами теплообмінника, встановленого в потоці більш холодного повітря. Цей потік більш холодного повітря частково містить повітря, що надходить від повітродувки, або вторинне повітря. Воно відбирається в каналі повітродувки, зокрема, в кільцевому проточному просторі, обмеженому з одного боку газогенератором і з іншого боку кожухом, що охоплює частково газогенератор вздовж його довжини. Ця частина розріджувального повітря, відібрана кожухом, надходить у дифузорне відділення, в якому значною мірою відновлюється його динамічний тиск, потім прямує теплообмінником, в якому воно поглинає тепло охолодного повітря, відібраного на ділянці компресора. Після того як він охолодить повітря для охолодження гарячих деталей, ця частина розріджувального повітря поступає зворотно в канал повітродувки, при цьому його статичний тиск вирівнюється зі статичним тиском всередині каналу повітродувки. У матеріалах US 5 269 135 розкрита система охолодження типу "повітря - пальне", що включає в себе щонайменше один теплообмінник, в якому циркулює паливо. Цей теплообмінник розташований на тракті, яким циркулює більш холодне повітря, відібране у верхній зоні каналу повітродувки і повертане в нижню зону каналу. Тракт частково обмежений внутрішньою стінкою каналу повітродувки. Описані системи охолодження мають ряд недоліків. Перший недолік стосується догляду за двигуном, зокрема, за газогенератором. За відсутності системи охолодження догляд проводиться відкриванням капота картера для безпосереднього доступу до двигуна, зокрема, до паливних форсунок. За наявності системи охолодження, відомої з рівня техніки, зокрема, за наявності кожуха, що охоплює газогенератор, або тракту, жорстко з'єднаного з картером, ускладнюється доступ до деяких деталей двигуна для догляду за ними. Другий недолік відомих із рівня техніки систем охолодження полягає в тому, що більш холодне повітря, використовуване для охолодження рідини, що циркулює в теплообміннику, повертається в нижню зону каналу повітродувки. Отже, його тиск вирівнюється з тиском всередині каналу повітродувки на цій ділянці. Однак є ризик виникнення ситуації, за якої повітря може почати циркулювати в зворотному напрямі або взагалі не циркулювати, що зробить неефективною роботу теплообмінника. Метою винаходу є усунення недоліків, властивих відомим із рівня техніки системам охолодження. За першим аспектом винаходу система охолодження гарячих деталей двигуна літального апарата застосовується в двигуні літального апарата, встановленому в капоті, при цьому потік первинного повітря поступає в двигун, а потік вторинного повітря омиває двигун всередині капота. Система охолодження включає в себе щонайменше один тракт, за допомогою якого відбирається холодне повітря в потоці вторинного повітря, і щонайменше один розташований на тракті теплообмінник із циркулюючим всередині нього гарячим повітрям, відібраним від потоку первинного повітря для охолодження перед його подаванням на охолодження гарячих деталей. Вказаний щонайменше один тракт включає в себе три таких ділянки: - систему підвідних каналів, розташовану у верхній зоні згаданого єдиного теплообмінника, при цьому система підвідних каналів жорстко з'єднана з картером; - систему відвідних каналів, розташовану в нижній зоні єдиного теплообмінника, причому ця система відвідних каналів жорстко з'єднана з картером; - проміжний кожух, розташований між системами підвідних і відвідних каналів, в якому встановлений єдиний теплообмінник, причому проміжний кожух жорстко з'єднаний з двигуном. В оптимальному варіанті подовжній переріз проміжного кожуха має приблизно прямокутний профіль. 5 86348 6 Перевага віддається варіанту, коли подовжній Детальніше винахід пояснюється нижче за допереріз проміжного кожуха має приблизно вигляд помогою своїх варіантів здійснення, приведених трапеції, більша основа якої розташована навпроєдино з метою інформації, які є суто ілюстративти двигуна, а менша - навпроти картера. ними і не є обмежувальними, з посиланнями на Перевага віддається також варіанту, коли сисприкладені креслення, на яких: тема охолодження має додатково герметичне на Фіг.1 схематично зображено двигун літальз'єднання у верхній зоні між системою підвідних ного апарата із системою охолодження згідно з каналів і проміжним кожухом, а також герметичне винаходом, подовжній переріз; з'єднання в нижній зоні між проміжним кожухом і на Фіг.2 зображено загальний вид ззаду заднижньою системою каналів. ньої ділянки двигуна літального апарата із систеЗгідно з винаходом кожний теплообмінник мою охолодження, згідно з винаходом; сполучений: на Фіг.3 зображено інший загальний вид ззаду із щонайменше одним підвідним патрубком, двигуна, при цьому видалена задня частина на що відбирає повітря від потоку гарячого первинноділянці системи охолодження, і показано розташуго повітря і подає його в теплообмінник для оховання теплообмінників в розрізі. лодження, і Докладний опис варіантів здійснення, яким із щонайменше одним відвідним патрубком, віддається перевага що приймає охолоджене в теплообміннику повітря На Фіг.1 схематично зображений двигун 10 ліі подає його до гарячих деталей двигуна для охотального апарата з віссю 12 обертання. лодження. До певної міри відомо, що двигун 10 літальноПеревага віддається варіанту, коли кожний го апарата включає в себе ступені 14 компресора підвідний патрубок має на одному зі своїх кінців низького тиску, ступені 16 компресора середнього кріпильний фланець для свого кріплення на двигутиску, ступені 18 компресора високого тиску, камені. Аналогічно кожний відвідний патрубок має на ру 20 згоряння і турбіни 22. Двигун 10 літального одному зі своїх кінців кріпильний фланець для своапарата розміщений в картері 24, який закінчуєтьго кріплення на двигуні. Всі ці кріпильні фланці ся випускним патрубком 26. забезпечують механічне кріплення кожуха на двиДо певної міри відомо, що потік первинного гуні. повітря, позначений стрілками 100, циркулює всеЗа одним варіантом здійснення щонайменше редині двигуна 10. Він нагрівається при прохоодин із підвідних патрубків обладнаний клапаном. дженні через ступені 14, 16, 18 компресора передЗа іншим варіантом здійснення щонайменше надходженням у турбіни 22. один із відвідних патрубків обладнаний клапаном. До певної міри відомо, що потік вторинного За окремим варіантом здійснення, кожний теповітря, позначений стрілками 200, циркулює всеплообмінник сполучений з чотирма підвідними і редині картера 24 навколо двигуна 10. Вторинне чотирма відвідними патрубками. повітря 200, яке знаходиться зовні двигуна 10, Згідно з винаходом, вихід системи відвідних холодніше від первинного повітря 100, яке знахоканалів трубопроводу кожного тракту розташовадиться всередині двигуна 10. ний на рівні виходу випускного патрубка картера За винаходом, двигун 10 включає в себе сисабо вище за ним. Таким чином, повітря, що вихотему 30 охолодження для охолодження гарячих дить із системи відвідних каналів, має атмосфердеталей двигуна 10, таких як, наприклад, лопатки ний тиск. В результаті попереджається виникнення турбін 22. Принцип дії цієї системи охолодження рециркуляції повітря в теплообміннику, а втрати полягає в охолодженні повітря, яке поступає потім напору в ньому зростають. на або в гарячі охолоджувані деталі. За варіантом здійснення, якому віддається пеСистема 30 охолодження включає в себе щоревага, система підвідних каналів кожного тракту найменше один тракт 32, яким циркулює повітря має вихідний переріз, що перевищує вхідний пе(позначене стрілками 300, 400), відібране від потореріз. ку вторинного повітря в картері 24, а також щоЗа ще одним варіантом здійснення, якому віднайменше один теплообмінник 34, розташований дається перевага, система відвідних каналів кожна цьому тракті 32. Теплообмінником 34 може буного тракту має вихідний переріз, який менше вхіти, наприклад, трубчатий або пластинчатий тепдного перерізу. лообмінник. Перевага віддається варіанту здійснення, коли Кожний тракт 32 складається з трьох послідосистема охолодження включає в себе щонайменвно розташованих ділянок: ше два теплообмінники, розташовані вздовж об- системи 322 підвідних каналів, жорстко з'єдводу навколо двигуна, причому кожний теплообнаної з картером 24 і розташованої у верхній зоні мінник розташований на окремому тракті. по відношенню до напряму потоку повітря (стрілки Перевага віддається варіанту, коли теплообмінни100, 200, 300, 400); ків чотири. - системи 326 відвідних каналів, жорстко з'єдЗа ще одним варіантом здійснення, система наної з картером 24 і розташованої в нижній зоні охолодження включає в себе тільки один теплопо відношенню до напряму потоку повітря (стрілки обмінник, розташований вздовж всього обводу 100, 200, 300, 400); двигуна на відповідному єдиному кільцевому трак- проміжного кожуха 324, жорстко з'єднаного з ті. двигуном 10 і розташованого між системою 322 За іншим аспектом, винахід стосується двигупідвідних каналів і системою 326 відвідних каналів. на літального апарата, обладнаного системою З'єднання 342 між системою 322 підвідних каохолодження за першим аспектом винаходу. налів і проміжним кожухом 324 утворене продов 7 86348 8 женням вихідного перерізу 323 системи 322 підвірюється в системах відвідних каналів перед своїм дних каналів і вхідного перерізу 328 проміжного виходом назовні, що обмежує втрати напору. кожуха 324, розміри яких для цієї мети задані приНа Фіг.3 зображені тільки системи 322 підвідблизно однаковими. З'єднання 342 доповнене них каналів і проміжні кожухи 324 трактів 32. верхнім герметичним з'єднанням (не показано), На цій фігурі детальніше показані проміжні коузгодженим із згаданими перерізами. жухи 324, в яких розташовані теплообмінники 34, Аналогічним чином з'єднання 346 між проміжпідвідні патрубки 42 і відвідні патрубки 44. У зоним кожухом 324 і системою 326 відвідних каналів браженому прикладі підвідні патрубки 42 передбаутворено продовженням вихідного перерізу 329 чені в кількості чотирьох штук для одного проміжпроміжного кожуха 324 і вхідного перерізу 325 сисного кожуха 324 і розташовані в напрямі вгору до теми 326 відвідних каналів, які для цієї мети викопроміжних кожухів 324. Аналогічним чином відвідні нані приблизно однаковими. З'єднання 346 доповпатрубки передбачені в кількості чотирьох штук нене нижнім герметичним з'єднанням (не для одного проміжного кожуха 324 і розташовані в показано), яке узгоджене з вказаними перерізами. напрямі вниз до проміжних кожухів 324. Підвідні Перевага віддається варіанту, коли кінцеві пепатрубки 42 і відвідні патрубки 44 закінчуються з рерізи проміжного кожуха 324 на ділянці відповідбоку двигуна 10 кріпильними фланцями 43 для них з'єднань 342, 346 виконані - в подовжньому жорсткого кріплення проміжних кожухів 324 з двирозрізі - у вигляді профілю, що має вигляд перегуном 10. Таким чином, підвідні патрубки 42 і відвіважно трапеції, більша основа якої знаходиться дні патрубки 44 є одночасно засобами кріплення навпроти двигуна 10, а менша - навпроти картера проміжних кожухів 324 і, отже, теплообмінників 34, 24. з'єднаних з двигуном 10. Вхід 321 тракту 32, розташований на рівні вхоПідвідні патрубки 42 закріплені на кожному ду системи 322 підвідних каналів, може бути вхопроміжному кожусі 324 на ділянці розподільного дом для статичного або динамічного повітря. пристрою 46, який забезпечує живлення всіх труб Вихід 327 тракту 32, що є виходом системи або пластин теплообмінника або теплообмінників 326 відвідних каналів, розташований так, що він по 34, розташованих у проміжному кожусі 324. Повітсуті збігається з вільним кінцем випускного патрубря, охолоджене від контакту з теплообмінником ка картера 24. Таким чином, повітря, що відвоабо теплообмінниками 34, збирається в колекторі диться системою 326 відвідних каналів, має атмо48, на якому закріплені відвідні патрубки 44. сферний тиск. У прикладі, показаному на фігурах, підвідні паТеплообмінник 34 встановлений в проміжному трубки 42 є в основному прямолінійними і відбикожусі 324 тракту 32. рають повітря безпосередньо на виході з компреПроміжний кожух 324 розташований навпроти сора 14, 16, 18 для подачі його в теплообмінники двигуна 10, на певній відстані від нього. Він з'єд34. Відвідні патрубки 44 виконані зігненими таким наний з двигуном 10 за допомогою щонайменше чином, щоб можна було подавати повітря, що поодного підвідного патрубка 42, призначеного для ступило в теплообмінники 34, в більшій мірі в нижподачі (стрілка 420) повітря, відібраного на виході ню зону на вхід турбін 22. з компресора 14, 16, 18, до теплообмінника 34 на Описана система охолодження має ряд переохолодження, і щонайменше одного відвідного ваг. патрубка 44, призначеного для відведення охолоПерша з них полягає в можливості забезпедженого повітря до турбін 22 (стрілка 440). чення догляду за деякими деталями двигуна 10, На Фіг.2 і Фіг.3 детальніше показаний приклад такими як, наприклад, паливні форсунки (не покасистеми 30 охолодження за винаходом, яка вклюзані) Згідно з винаходом, система 322 підвідних чає чотири тракти 32, розподілені вздовж перифеканалів і система 326 відвідних каналів кожного рії картера 24. Для спрощення фігур двигун 10 на тракту 32 жорстко з'єднані з картером 24, а проміних не показаний. Стрілками 200 показаний нажний кожух 324 жорстко з'єднаний з двигуном 10. прям витікання вторинного повітря і, отже, показаВнаслідок цього перевага віддається варіанту, за ні верхня і нижня зони трактів 32. яким система 322 підвідних каналів і система 326 На Фіг.2 показаний приклад системи охоловідвідних каналів розташовані таким чином, щоб дження за винаходом, зокрема, тракти 32, а також вони були закріплені на капоті отвору (не показаїхні системи підвідних і відвідних каналів, відповідний) картера 24. Таким чином, при відкритті капота но 322 і 326. обидві вказані системи 322, 326 каналів підіймаЗгідно з зображеним варіантом, якому віддаються одночасно з капотом, в той час як проміжється перевага, здійснення системи охолодження ний кожух 324 з одним або декількома теплообсистеми 322 підвідних каналів мають вхідний пемінниками 34 залишається жорстко з'єднаним із реріз 321, який менше від їхнього вихідного передвигуном 10. Таким чином, спрощується доступ різу 323. Таким чином, повітря (стрілки 300), що оператора до двигуна навіть за наявності тракту поступає з картера 24, сповільнюється в системах 32 завдяки тому, що останній складається з трьох 322 підвідних каналів перед надходженням на діокремих деталей 322, 324, 326. лянку теплообмінників 34, на якій воно нагріваєтьОскільки проміжний кожух 324 розташований ся від контакту з ними. Аналогічним чином системи на деякій відстані від двигуна 10 в зв'язку з наявні326 відвідних каналів мають вхідний переріз 325, стю підвідних патрубків 42 і відвідних патрубків 44, який дорівнює їхньому вихідному перерізу 327. то для оператора полегшується доступ до деталей Таким чином, повітря (стрілки 400), яке було нагрідвигуна, навіть в зону під проміжним кожухом 324, те від контакту з теплообмінниками 34, не прискочерез проміжок між підвідними патрубками 42 і відвідними патрубками 44. Отже, виявляється до 9 86348 10 статнім встановити проміжний кожух 324 навпроти тиску (стрілка 420), пропорційна кількості повітря камери згоряння 20 для того, щоб забезпечити для охолодження турбіни 22 високого тиску (стріллегкий доступ до паливних форсунок для догляду ки 440). Можна передбачити, не виходячи за рамза ними. ки даного винаходу, активну систему охолодженІнша перевага пов'язана з трапецеїдальною ня, яка буде включати в себе щонайменше один формою профілю проміжного кожуха 324. Завдяки клапан (не показаний), розташований на підвідних такій формі досягається стан, при якому під час патрубках 42 або відвідних патрубках 44. Таким закриття капота картера 24 вихідний переріз 323 чином, стане можливим за рахунок керування відсистеми 322 підвідних каналів кожного тракту 32 криттям і/або закриттям таких клапанів підвищити перекриває вхідний переріз 328 проміжного кожуха льотні характеристики двигуна за рахунок збіль324. Аналогічним чином вхідний переріз 325 сисшення його маси і в залежності від різних польоттеми 326 відвідних каналів перекриває вихідний них режимів. переріз 329 проміжного кожуха 324. Така схема У описаній системі охолодження кожний тепдозволяє забезпечити точний збіг системи 322 лообмінник з'єднаний з чотирма підвідними і чотипідвідних каналів і системи 326 відвідних каналів із рма відвідними патрубками на виході. Можна пепроміжним кожухом 324 при закритті капота і, отредбачити, не виходячи за рамки винаходу, щоб же, забезпечити надійну герметичність тракту 32 кількість підвідних і відвідних патрубків на виході на ділянці з'єднань 342 і 346. Така герметичність не дорівнювала чотирьом і/або щоб ці кількості може бути підвищена шляхом застосування гервідрізнялися між собою. метичних з'єднань вздовж периферії з'єднань 342, У описаній системі охолодження вихід тракту 346. співпадає з вільним кінцем випускного патрубка Описана система охолодження є пасивною картера. Можна передбачити, щоб тракт продовсистемою охолодження, тобто кількість повітря, жувався далі вільного кінця випускного патрубка в відібраного на ділянці компресора 18 високого нижньому напрямі. 11 Комп’ютерна верстка В. Мацело 86348 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601