Турбореактивний двоконтурний двигун

1 Турбореаісгивний двоконтурний двигун, що включає дозвуковий повітрозабірник, компресор низького і високого тиску, двоконтурне реактивне сопло, який відрізняється тим, що у дозвуковому повітрозабірнику застосовуються три робочих колеса осьового вентилятора, останнє з котрих жорстко зв'язане з порожнистим ротором компресора низького тиску, усередині якого розташований циліндричний редуктор осьового вентилятора, що з одного боку шийкою свого корпуса жорстко зв'язаний із корпусом двигуна через диск направляючого апарата, розташованого між компресором низького і високого тиску, а з другого боку осьовий вентилятор і циліндричний редуктор спираються на підшипник вала першого робочого колеса осьового вентилятора, розташований у корпусі внутрішнього обтічника, жорстко зв'язаного з корпусом дозвукового повітрозабірника, при цьому порожнистий ротор компресора низького тиску, що з одного боку жорстко зв'язаний із третім робочим колесом осьового вентилятора дозвукового повітрозабірника, з другого боку через диск останнього робочого колеса порожнистого ротора компресора низького тиску зв'язаний із підшипником, розташованим на нерухомій шийці корпуса циліндричного редуктора, привід якого здійснюється від передостаннього ротора турбіни, забезпечуючи через систему зубцюватих передач циліндричного редуктора наростання оборотів робочих коліс осьового вентилятора дозвукового повітрозабірника по ходу потоку 2 Турбореактивний двоконтурний двигун, що включає дозвуковий повітрозабірник, компресор низького і високого тиску, двоконтурне реактивне сопло, який відрізняється тим, що в двоконтурному реактивному соплі застосовуються два (і більше) робочих колеса надзвукового осьового вентилятора, перше з котрих жорстко зв'язане з останнім ротором турбіни, а друге робоче колесо надзвукового осьового вентилятора жорстко зв'язане з передостаннім ротором турбіни, а перед першим робочим колесом осьового вентилятора у першому контурі встановлений направляючий апарат, при цьому газодинамічний зв'язок між робочими колесами роторів турбін забезпечує наростання оборотів робочих коліс надзвукового осьового вентилятора двоконтурного реактивного сопла по ходу потоку Винахід відноситься до галузі авіадвигунобудівництва Самим небезпечним недоліком авіаційних двигунів є заглохання для ТРДД, ТРД, або втрата гвинтової тягової сили для ТВД при взльоті та наборі висоти до 400м, а також у польоті, включаючи по садку На прикладі ряду аналогів та прототипу послідовно розкриємо фізичну суть цього недоліку та його впливання на екологію навколишнього середовища, безпечність польотів, технікоекономічні показники двигунів, ВІДОМІ гребні та повітряні одинарні гвинти ТВД, 3 Турбореактивний двоконтурний двигун по пп 1, 2, який відрізняється тим, що лопатки робочих коліс і направляючих апаратів містять гідравлічні кути Рі і Р2 що забезпечують зміну осьових швидкостей і прискорень потоку у газо динамічному тракті, що звужується, плавно, наприклад синусоїдально, з обов'язковим виходом на вершини синусоїди на середньому робочому колесі осьового вентилятора дозвукового повітрозабірника, у вихідному перерізі компресора високого тиску перед камерою горіння, у вихідному перерізі двоконтурного надзвукового реактивного сопла О і со ю 53724 [I], с 352 Відомо також, що під впливом розрідження перед повітряним гвинтом повітряний потік від зони спокійного потоку Н до вхідної кромки лопасті повітряного гвинта рухається з наростаючим прискоренням Відомо також, що у всіх авіаційних двигунах, включаючи повітряний гвинт, після вхідної кромки лопастей, або лопаток першого робочого колеса, іде стиснення потоку Кінематичний аналіз зміни осьових швидкостей та прискорень потоку у цих гвинтах по міделю показує, що на ВХІДНІЙ кромці останніх має місце так звана кінематична зона (зона В) жорсткого динамічного удару, тобто це місце, де прискорення потоку миттєво змінює своє значення, миттєва сила жорсткого динамічного удару при цьому дорівнює Р У д=т ґ а У д (1) де т г - секундна масова витрата повітря через січню В, а у д - прискорення удару Уся сила жорсткого динамічного удару припадає на елементарний об'єм повітря у зоні СІЧНІ В, тиск у якому миттєво зростає, вибивая потужну ударну хвилю у коливальному режимі (звук), фронт якої несе в собі зайвий тиск цього елементарного об'єму повітря Будучи направлена проти потоку, ударна хвиля у коливальному режимі при взльоті та наборі висоти до 400м зменшує Са (осьову швидкість входу потоку у робоче колесо), звеличує кут атаки і, що приводить до зриву потоку з випуклої частини лопасті при одночасному звеличенню аеродинамічного навантаження на лопасті повітряного гвинта, що може привести до поломки лопастей, катастрофи Якщо зрив потоку зі спинки лопастей носить розвинений характер, наступає втрата тягової гвинтової сили, катастрофи, які багаторазово мали і мають місце у ВІТЧИЗНЯНІЙ та закордонній практиці Таким чином, головним недоліком одинарних гребних та повітряних гвинтів є присутність однієї кінематичної зони жорсткого динамічного удару (зона В), котра є генератором потужних коливань потоку (звука), що звеличує втрати потуги, що означає звеличення потреби палива, що одноряд зі звуком погіршує екологію навколишнього середовища, суттєво звужує діапазон стійкої роботи (знижує безпечність польотів), накладає обмеження на Са, U, W-i, W2, знижує техніко-економічні показники двигунів ВІДОМІ контробертаючі гребні та повітряні гвинти, [І], с 353, двигунів з біротативною турбіною Кінематичний аналіз зміни осьових швидкостей та прискорень потоку у цих гвинтах по міделю показує, що на ВХІДНІЙ кромці лопастей першого робочого колеса (зона В) і на ВХІДНІЙ кромці лопастей другого контробертаючого робочого колеса (зона В1) мають місце кінематичні зони (В, В1) жорсткого динамічного удару, котрі є потужними генераторами ударних хвиль (звука) у коливальному режимі При взльоті та наборі висоти до 400м розповсюдження ударних хвиль у коливальному режимі проти потоку приводить до різкого зменшення Са, звеличенню кута атаки і, що приводить до зриву потоку з випуклої частини лопастей першого повітряного гвинта при одночасному звеличенню аеродинамічного навантаження на лопасті, що може привести до поломки лопастей, катастрофи Ударна хвиля (у зоні В) у коливальному режимі за потоком приводить до різкого звеличення Са на вході у лопасті другого контробертаючого повітряного гвинта, що приводить до зменшення кута атаки і, до розвиненого зриву потоку з вогнутої частини лопастей, до втрати тягової гвинтової сили, катастрофи Спільна дія ударних хвиль, генеруємих у зонах В і В1, може привести до інтерференцій ударних хвиль між січнями В і В1 що теж може мати фатальний характер Таким чином, головним недоліком контробертаючих гребних та повітряних гвинтів є присутність двох кінематичних зон (В, В1) жорсткого динамічного удару, проміж котрими можуть виникнути інтерференційно-резонансні зони Усі ці зони є генераторами потужних коливань потоку (звуку), що звеличує втрати потуги, що означає звеличення потреби палива, що одноряд зі звуком погіршує екологію навколишнього середовища, суттєво звужує діапазон стійкої роботи (знижує безпечність польотів), накладає обмеження на Са, U, Wi W2, знижує техніко-економічні показники двигунів (контробертаючих гребних та повітряних гвинтів) Відомим також є турбореактивний двоконтурний двигун (ТРДД), [1], с 17, 350, вибраний нами за прототип Цей двигун має дозвуковий повітрязабірник, компресор низького та высокого тиску (КНД, КВД), камеру горіння, двоконтурне реактивне сопло Дозвуковий повітрязабірник при швидкості польоту Vn2, які забезпечують зміну осьових швидкостей потоку у звужаючомуся газодинамічному тракті, по плавному, наприклад, синусоїдальному характеру з обов'язковим виходом на вершини синусоїди на середньому робочому колесі осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника, у вихідному січенні компресора високого тиску перед камерою горіння, у вихідному січенні двоконтурного реактивного сопла Принципова різниця запропонованого винаходу від прототипу полягає у методиці проектування "Сьогоденна" методика безперспективна, оскільки породжує двигуни з грубими конструктивними помилками, у яких при роботі проявляються кінематичні зони жорсткого динамічного удару, напри 53724 клад, у "сьогоденних" ТРДД їх шість, вони є генераторами потужних ударних хвиль (звука), котрі при взльоті і наборі висоти до 400м, а також у польоті, включаючи посадку, призводять до різкого звуження і без того вузького діапазону стійкої роботи, а то й до повного занепаду його, що приводить до заглохання, катастрофи Запропонована методика проектування заснована на принципово новій формулі тяги Р!дж = PHF H - PcFc (2) див патент № 2027902 (Способ создания тяги), і новому, розробленому на и основі, науковому напрямку, що дозволяє проектувати безшумні двигуни нового покоління будь-якого класу, у яких цілком відсутні кінематичні зони жорсткого динамічного удару - генератори ударних хвиль, а це означає поліпшення екологи, підвищення безпеки польотів на будь-яких режимах (на 300% розширюється діапазон стійкої роботи), знімаються усі обмеження по Са, U, Wi W2, поліпшуються всі технікоекономічні показники, включаючи тягу, потребу палива й ІНШІ, ЩО зробить ці двигуни поза межами конкуренції на світовому ринці Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг 1, представлено кінематичну схему ТРДД, а на фіг 2 газодинамічні характеристики по першому і другому контуру по будь-якому січенню Турбореактивний двоконтурний двигун складається з корпуса 1, до якого кріпляться корпус дозвукового повітрязабірника 2, корпус двоконтурного реактивного сопла 3, усередині яких розміщені ротора турбін 4, 5, 6, що служать для приводу у обертальний рух робочих коліс 7, 8, 9 осьового вентилятора по патенту № 2027902 (Способ создания тяги), полого ротора компресора низького тиску 10, компресора високого тиску 11, робочих коліс 12, 13 надзвукового осьового вентилятора по патенту № 2027902 (Способ создания тяги) двоконтурного реактивного сопла, при цьому перед першим робочим колесом надзвукового осьового вентилятора у першому контурі встановлений направляючий апарат 14, а усередині полого ротора компресора низького тиску розташований циліндричний редуктор 15 осьового вентилятора по патенту № 2027902, що з одного боку шийкою корпуса 16 циліндричного редуктора жорстко зв'язаний з диском направляючого апарата 17, жорстко зв'язаного з корпусом двигуна, а з другого боку осьовий вентилятор і циліндричний редуктор опираються через підшипник на корпус дозвукового повітрязабірника, а полий ротор компресора низького тиску з одного боку жорстко пов'язаний із третім по ходу потоку робочим колесом осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника, а з другого боку через підшипник спирається на шийку корпуса циліндричного редуктора У критиці аналогів і в основі описання роботи турбореактивного двоконтурного двигуна застосовані такі позначення Rfl>K -тяга двигуна, Рн - тиск навколишнього середовища, FH - площа вхідної струмені у зоні спокійного потоку, що дає осьову складову сили Рн FH, Рс - статичний тиск на виході з двоконтурного реактивного сопла, Fc - площа вихідного січення двоконтурного 10 реактивного сопла, Н - січення у спокійному потоці, розташовано на невеликій відстані від вхідного січення повітрязабірника, Са - осьова швидкість входу потоку у робоче колесо, U - окружна швидкість по міделю, Wi - відносна швидкість входу потоку в лопатки робочого колеса, W2 - відносна швидкість виходу потоку з лопаток робочого колеса, V(M/C) - ордината графіка зміни осьових швидкостей (Са) потоку уздовж осі двигуна, t(c) - абсциса графіка зміни осьових швидкостей (Са) і прискорень (а) потоку уздовж осі двигуна, dV/dT (м/с2) - ордината графіка зміни осьових прискорень потоку, dV/dt = а - прискорення потоку, В - графік зміни статичного тиску потоку уздовж осі двигуна, V - графік зміни осьових швидкостей потоку уздовж осі двигуна, В - січення входу потоку у вхідну кромку лопаток першого робочого колеса, К - січення входу потоку в камеру горіння, С - вихідне січення двоконтурного реактивного сопла, Q - витрата газу,