Турбореактивний двоконтурний двигун

Реферат: Турбореактивний двоконтурний двигун з лопатями переднього вентилятора в їх опорах й, далі, спрямними поворотними лопатками в оболонці його зовнішнього обтічника, де, у продовженні тракта вентилятора, з утворенням обвідного каналу, розміщено порожнистий кільцевий роздільний корпус, при цьому під роздільним корпусом утворений внутрішній канал із вхідними направляючими лопатками за вентилятором на вході в компресор, а пристрої регулювання положення лопаток взаємопоєднані з роздільним корпусом, при цьому направляючі лопатки на вході в компресор взаємопов'язані кожна шарнірними циліндричними опорами у вигляді цапф із внутрішньою оболонкою роздільного корпусу у порожнині між опорою вентилятора та вказаними направляючими лопатками. Вказані спрямні лопатки встановлені у вказаному обтічнику навкруги роздільного корпусу своїми внутрішніми циліндричними шарнірними опорами у вигляді цапф у зустрічній зовнішній стінці. Ступені вказаних лопаток, спрямних і направляючих, кожен, своїми циліндричними шарнірними опорами у вигляді цапф, додатково взаємопов'язані з пристроями регулювання положення тих чи інших вказаних лопаток. UA 90089 U (12) UA 90089 U UA 90089 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Технічне рішення, що заявляється, належить до турбореактивних двоконтурних двигунів (далі ТРДД) надвисокого ступеня двоконтурності, а саме із переднім розміщенням вентилятора у кільцевому обтічнику, механізмів регулювання спрямних лопаток вентилятора й направляючих лопаток наступного по потоку вузла компресора. При наявності додаткових вимог конкретна конструкція, разом із регулюванням вказаних, спрямних і направляючих, статорних лопаток може мати й поворотні лопаті вентилятора з передбачуваним механізмом регулювання їх положення. Відповідно до останнього, відомий турбореактивний двоконтурний двигун НК-93, (див.«Авиационные двигатели" під ред. И.Г. Шустова, М. 2007, ООО "АЭРО-СФЕРА", стор. 328, а також стандарт ISBN 978-5-902539-08-7, стор. 112.) Оптимізація режимів роботи, в тісному взаємопоєднанні газодинамічних, геометричних та вагових параметрів авіаційних газотурбінних двигунів, й, частково, турбореактивних двоконтурних, є актуальною для їх удосконалення. Так схемна пропозиція тривального турбореактивного двигуна (цив. FIG.1 патент US № 3,867,813, кл. 60/225, пріоритет MTU 05.10.1972), припускає оптимізацію режимів двигуна введенням зовні до вентиляторного контуру бокового потоку повітря з поворотом роторних лопатей 30 й, далі по потоку, статорних поворотних лопаток 31. Відомий також багатовальний газотурбінний двигун (див. патент US № 7,765,789 GE, кл. 60/268, кл. МПК F02K3/00 от 03.08.2010, аналог - патент GB № 2,444,839, МПК F02C3/067). На вході 27 вентилятора 30 направляючі поворотні лопаті встановлені перед нерегульованим роторним ступенем 60. При цьому у роторний ступінь 58 в обвідному каналі введено поворотні статорні лопатки 62 направляючого апарата. Загальні рішення (див. FIG. 1, 2, 3) зі статорними лопатками вхідного направляючого апарата в оболонці вентиляторного контуру мають стабільну частину від вхідної кромки лопатки й далі - поворотну до її вихідної кромки. На FIG. 4 - статорні лопатки в їх повному профіліповоротні у вентиляторному контурі й у вхідних направляючих апаратах осьових компресорів як низького, так і високого тиску. В патенті US № 3,870,434, кл. 416/16 (GE) представлено вентилятор газотурбінного двигуна з регулюванням шестеренчастою передачею кроку робочих лопатей його ротора. У цьому рішенні від 21.12.1973 результат режимних можливостей регулювання положення роторних лопатей вентилятора авіадвигуна планується разом з підвищенням їх надійності й додатковій економічності. Більш конкретне технічне рішення General Electric вентилятора ГТД з регульованим кроком лопатей в патенті US № 3,922,852, 02.12.1975, кл. 60/226, МПК В63Н3/04, F02C3/06, F01D7/00, F02K3/06. Це взаємозв'язок статора й управління лінійним активатором із кулачком гелікоїдального типу. Кулачок пов'язаний із ротором вентилятора через попередньо навантажений упорний підшипник. Лінійний рух активатора перевтілюється в кутовий рух вказаного кулачка, забезпечуючи необхідну зміну кроку лопатей ротора вентилятора. Далі корпус розподіляє канал 24 на концентричні зовнішній 52 і внутрішній 26 входи у компресор зміною положення лопаток тільки одного ступеня. Відомий турбовентиляторний двигун із регульованими вентиляторними вихідними направляючими лопатками (патент General Electric US № 7,730,714, кп. 60-226.1, МПК F02K3/06, його аналоги №№ RU 2435057, EP1790831,CA2560481, CN 1975130), де вентиляторний контур на вході має роторний ступінь із нерегульованими лопатями 32, і далі статорний, і з регульованими лопатками 35 від зовнішнього приводу. Цей ступінь залежно від контуру може мати роль і направляючого, і спрямного. Тракт вентиляторного контуру у зовнішній і внутрішній оболонках направлений за аеродинамічні стійки 31 з каналу 56 у зовнішній канал 52, що проходить від внутрішнього роздільного корпусу 48 до відкривної/закривної заслінки 44 під порожнистим кільцевим обтічним роздільним корпусом 74. У корпус 74 введені механізми повороту попередніх двох напрямних статорних лопаток основного тракту 86 компресора, й проміжних, до виходу через канал 56 у канал 52. Роздільний корпус 48 від кільцевого зовнішнього канала і концентрично йому, відділяє внутрішній канал до компресора низького тиску з регульованим направляючим апаратом на його вході. Механізми повороту його лопаток, як і подальших, введені у вказаний, як порожнистий, корпус 74. В патенті US № 7,730,714 (див. частину 3, строки 29/30) заявник мінімізує вагу вузла вентилятора виключенням його вхідних направляючих лопаток, фіксованих і регульованих. Пристрій за патентом US № 7, 730,714 та його аналогами, при конструктивній складності має явно збільшену вагу самого вузла й двигуна в цілому, але по суттєвих ознаках може бути прототипом технічному рішенню, що заявляється. 1 UA 90089 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Перед авторами стояла задача на основі відомого технічного рішення по патенту US № 7, 730, 714, як прототипу, виконати його удосконалення й одержати у виробництві та експлуатації наступні технічні та економічні результати, а саме: - підвищення економічності двигуна на всіх режимах з урахуванням взаємозв'язку управління поворотом його статорних спрямних лопаток і далі наступних лопаток вхідного направляючого апарата компресора; - підвищення надійності роботи двигуна зі скороченням номенклатури вузлів, - при оптимізації робочих режимів двигуна управлінням потоків повітря від робочих і спрямних лопаток вентилятора з одночасним розширенням діапазону режимів зі зниженням робочих шумів; - з підвищенням безпеки польоту літального апарата при відключенні одного з двигунів зменшенням розгортального моменту взаємним флюгеруванням спрямних і направляючих лопаток, і можливим регулюванням робочих лопатей вентилятора; - зі зниженням ваги двигуна і частковим скороченням поздовжніх розмірів вентиляторного вузла при додатковій функції управління поворотом його робочих лопатей. Вказана задача вирішується вдосконаленням відомого турбореактивного двоконтурного двигуна з лопатями переднього вентилятора в оболонці його зовнішнього обтічника, у продовженні тракту якого введено порожнистий кільцевий роздільний корпус із продовженням його у вентиляторному тракті зі спрямними поворотними лопатками в обвідному каналі. Під роздільним корпусом утворено спрямований до компресора внутрішній канал із вхідними поворотними направляючими лопатками, а вузли регулювання положення вказаних поворотних направляючих лопаток поєднані із роздільним корпусом. Для отримання означеного вище сукупного технічного результату у турбореактивному двоконтурному двигуні, що заявляється, здійснені удосконалення, а саме: - вказані спрямні поворотні лопатки встановлені навкруги роздільного корпусу за вентилятором у його обтічнику своїми зовнішніми циліндричними шарнірними опорами, і внутрішніми циліндричними шарнірними опорами у зустрічній зовнішній стінці вказаного роздільного корпусу. При цьому вхідні направляючі лопатки компресора взаємопоєднані кожна шарнірно циліндричними опорами своєї радіальної осі у внутрішній оболонці роздільного корпусу, а на вході у компресор - в його внутрішній оболонці. Ці спрямні й направляючі лопатки доповнені кожна своїми вказаними циліндричними шарнірними опорами у вигляді цапф, взаємопоєднаних з пристроями регулювання положення тих та інших вказаних лопаток. Пристрої регулювання ступеня поворотних спрямних лопаток розміщені всередині роздільного корпусу, а направляючих лопаток - у порожнині внутрішнього корпусу направляючого апарата перед компресором. При цьому внутрішні циліндричні опори у вигляді цапф, разом з пристроєм регулювання спрямних статорних лопаток вентилятора встановлені у стінці роздільного корпусу під обвідним зовнішнім каналом. Кожна зі спрямних лопаток важелем внутрішньої опори поворотно поєднана з наступними важелями й шарніром у кільці U-подібного перерізу, а в U-подібний переріз поворотно введені ролики, взаємопоєднані дотиком котіння зі вказаною зовнішньою стінкою роздільного корпусу всередині його порожнини. Кільце U-подібного перерізу має додатково виступ, в основному спрямований радіально до осі двигуна й дотиком взаємопоєднаний із зустрічним важелем пристрою регулювання положення спрямних лопаток з його приводом. Вказані статорні направляючі лопатки перед компресором шарнірно встановлені у внутрішній стінці вказаного роздільного корпусу й взаємопоєднані кожна зі внутрішньою стінкою направляючого апарата до входу компресора також із важелем через циліндричний шарнір. Цей важіль далі, через проміжний шарнір, пов'язаний наступним важелем з кільцем U-подібного перерізу, куди теж поворотно введені ролики, взаємопоєднані дотиком котіння від його приводу зі вказаною стінкою направляючого апарата компресора. В місцях поєднання вказаних роликів із зовнішньою стінкою внутрішнім дотиком роздільного корпусу із внутрішньою стінкою корпуса компресора виконані співвісні вказаним стінкам обводові пояси, в основному, циліндричні. Турбореактивний двоконтурний двигун, що заявляється, у зовнішній оболонці його обтічника може мати встановлений передній вентилятор із поворотними лопатями у підшипникових опорах кожна, взаємопоєднаних, як між собою, такі з пристроями регулювання положення цих лопатей за рахунок додаткових взаємозв'язаних з цими лопатями шарнірно-важільних вузлів, їх деталей та елементів. Рішення означеної вище задачі пояснюється кресленнями, де: - на Фіг. 1, як початок 1/1 частини турбореактивного двоконтурного двигуна, що заявляється, а саме загальний вид передньої частини його ротора вентилятора у його виконанні з неповоротними лопатями на вході у вентиляторний тракт; 2 UA 90089 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - на Фіг. 2, як подовження 2/1, вказаної передньої частини двигуна, що заявляється, з розділенням вихідного каналу за вентилятором на зовнішній і внутрішній контури; - на Фіг. 3 показана передня частина турбореактивного двоконтурного двигуна, що заявляється, у виконанні з його поворотними лопатями, а саме її загальний вид на вході у тракт попередньої частини ротора вентилятора. У конкретному виконанні технічного рішення, що заявляється, турбореактивний двигун високого ступеня двоконтурності (ТРДД), із переднім розміщенням у роторі 1 вентилятора з його робочими лопатями 2 у каналі 3 під порожнистим вентиляторним кільцевим обтічником 4 з його оболонками - зовнішньою 5 і внутрішньою 6. Під оболонку 6 обтічника 4, за лопатями 2 ротора вентилятора 1 в канал 3 введено порожнистий кільцевий роздільний корпус 7, що додатково поділяє канал 3 за робочими лопатями 2 ротора 1 вентилятора на: - зовнішній обвідний канал 8 між внутрішньою оболонкою 6 обтічника 4 за лопатями 2 ротора 1 вентилятора й роздільним корпусом 7, а саме його зовнішньою стінкою 9; - внутрішній обвідний канал 10 між внутрішньою оболонкою 11 роздільного корпусу 7 і внутрішньою оболонкою 12 напрямного апарата на вході в компресор. У зовнішньому обвідному каналі 8 за вентилятором 1 далі розміщені спрямні лопатки 13. Вони встановлені шарнірно своїми верхніми циліндричними хвостовиками 14 у внутрішній оболонці 6 зовнішнього обтічника 4 у подовженні канала 3 за лопатями 2 ротора 1 вентилятора. При цьому нижніми хвостовиками 15, лопатки 13 встановлені в стінці 9 роздільного корпусу 7 (ті й інші хвостовики далі означені, як "цапфи", див. Политехнический словарь, М. 1980, ст. 595, термін Шарнир-подвижное соединение деталей, допускающее их вращение вокруг общей оси или общей точки", й Энциклопедический словарь, Ф.Ф. Брокгауз и И.А. Эфрон, термін "цапфа" вертикальная цилиндрическая часть вала с её нижней частью - "пятой"). Спрямні лопатки 13, крізь зовнішню стінку 9, своїми, умовно нижніми, хвостовиками цапф 15, введені у порожнину 16 роздільного корпуса 7. На зовнішній стінці 9, у порожнині 16 з розрахунковим зміщенням від вертикальної осі спрямних лопаток 13, розміщено кільцевий виступ 17, направлений до подовжньої вісі двигуна. При цьому важіль 18, встановлений поворотно на кожному хвостовику цапфи 15 й шарнірно взаємопов'язаний з ободом 19 U-подібного перерізу (або U-подібним ободом). В ободі 19 обертально розміщене кільце 20, взаємопов'язане котінням з кільцевим виступом 17. Обід 9 Uподібного перерізу навкруги кільця 20 має направлений радіально до осі двигуна виступ 21 у контакті тиску із зустрічним важелем 22 силового приводу 23 регулювання положення спрямних лопаток 13 у зовнішньому обвідному каналі 8. В свою чергу у внутрішній стінці 11 розділового корпусу 7, сумісно з внутрішньою кільцевою оболонкою 12 направляючого апарата встановлені на вході компресора теж поворотні направляючі лопатки 24. Їх циліндричні хвостовики 25 у вигляді цапф, жорстко зв'язані з умовно нижніми хвостовиками 26 направляючих лопаток 24. Ці хвостовики 26 поворотно пов'язані з важелями 27, шарнірно взаємопоєднаними з ободом 28 Uподібного перерізу. В ободі 28 розміщені кільця 29 у контакті котінням із зустрічним кільцевим циліндричним виступом 30 оболонки 12. При цьому разом з U-подібним ободом 28 виконано виступ 31, направлений до вісі двигуна й в окружному контакті із зустрічним важелем 32 силового приводу 33 регулювання положення напрямних лопаток 24. При необхідності турбореактивний двоконтурний двигун, що заявляється, у каналі 3 під внутрішньою оболонкою 6 обтічника 4 має поворотні лопаті 34 (див. Фіг. 3), встановлені у роторі 1 вентилятора своїми хвостовиками - цапфами 35 (див. ГОСТ 23537-79, п. 46) у поворотних опорах 36 кожної, з можливістю регулювання їх положення за допомогою шарнірно-важільних взаємопоєднань 37. В роботі турбореактивний двоконтурний двигун, що заявляється, із переднім розміщенням вентилятора 2 у роторі 1, діє у підпорядкованості сигналам датчиків управління літальним апаратом і, як наслідок, його розрахованим робочим режимам, від злітного до посадкового, у взаємозв'язку з режимними командами двигунів. Так команда системи автоматичного управління двигуном надходить до силового приводу 23, від нього важіль 22 діє на виступ 21 під ободом 19 U-подібного перерізу. У вказаному ободі 19 кільця 20 котінням по кільцевому виступу 17 в обвідному контакті з зустрічним важелем 22 шарнірно повертається важіль 18. Важіль18 згідно з режимом регулює, за участі цапф 14 і 15, положення спрямних лопаток 13 в обвідному каналі 8, як подовженні вхідного каналу 3 за вентилятором. Це належить до ротора 1 вентилятора як з неповоротними 2, так і з поворотними 33 лопатями. 3 UA 90089 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Взаємопов'язані з системами автоматичного управління двигуном також приймаються команди силовим приводом 33, від якого важіль 32, по виступу 30 у кільцевому ободі 28 кільця 29 забезпечує у контакті котінням взаємодію з зустрічним кільцевим циліндричним виступом 30 оболонки 12. Далі в обводовому контакті з зустрічним важелем 27, з повертом шарнірно його за участю цапф 25 і 26, також поворотно регулюється положення лопаток 24, забезпечуючи у зв'язку з режимами напрямок повітря до обвідного каналу 10 направляючого апарата, що є також подовженням вказаного каналу 3 за лопатями ротора 1 вентилятора. Це має відношення як до двигунів з ротором вентилятора з неповоротними 2, так і з поворотними 34 лопатями. Вказане технічне рішення оптимізує робочі параметри не тільки у вентиляторному контурі, а й в цілому тракті двигуна, а саме його тягу, і як наслідок, результативність двигуна в цілому. Технічний результат даного рішення - це підвищення економічності й надійності експлуатації двигуна в авіації з його конструктивним спрощенням, при оптимізації робочих режимів та підвищенні їх стійкості зі зниженням робочих шумів при скороченні номенклатури вузлів; - з підтриманням безпечності польоту при відключенні одного з двигунів літака зменшенням розворотного моменту взаємним флюгеруванням спрямних і направляючих лопаток; - при зниженні ваги двигуна частковим скороченням подовжніх розмірів вентилятора, - й додатково, з можливістю введення управління поворотом робочих лопатей вентилятора. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Турбореактивний двоконтурний двигун з лопатями переднього вентилятора в їх опорах й, далі, спрямними поворотними лопатками в оболонці його зовнішнього обтічника, де, у продовженні тракта вентилятора, з утворенням обвідного каналу, розміщено порожнистий кільцевий роздільний корпус, при цьому під роздільним корпусом утворений внутрішній канал із вхідними направляючими лопатками за вентилятором на вході в компресор, а пристрої регулювання положення лопаток взаємопоєднані з роздільним корпусом, при цьому направляючі лопатки на вході в компресор взаємопов'язані кожна шарнірними циліндричними опорами у вигляді цапф із внутрішньою оболонкою роздільного корпусу у порожнині між опорою вентилятора та вказаними направляючими лопатками, який відрізняється тим, що вказані спрямні лопатки встановлені у вказаному обтічнику навкруги роздільного корпусу своїми внутрішніми циліндричними шарнірними опорами у вигляді цапф у зустрічній зовнішній стінці, при цьому ступені вказаних лопаток, спрямних і направляючих, кожен, своїми циліндричними шарнірними опорами у вигляді цапф, додатково взаємопов'язані з пристроями регулювання положення тих чи інших вказаних лопаток. 2. Турбореактивний двоконтурний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що пристрій регулювання вказаного ступеня спрямних статорних лопаток вентиляторного контуру розміщено у порожнині роздільного корпусу, а пристрій регулювання направляючих лопаток вентилятора - у внутрішній порожнині корпусу на вході в компресор. 3. Турбореактивний двоконтурний двигун за п. 2, який відрізняється тим, що внутрішні циліндричні опори спрямних статорних лопаток вентилятора взаємопов'язані з пристроями регулювання їх положення, встановленими всередині зовнішньої стінки роздільного корпусу під обвідним зовнішнім каналом, при цьому кожна вказана із спрямних лопаток послідовно зв'язана важелем внутрішньої опори й, далі, поворотно шарнірно з кільцем U-подібного перерізу у його ободі із встановленими у той переріз роликами, взаємопов'язаними котінням із вказаною зовнішньою стінкою роздільного корпусу всередині його порожнини. 4. Турбореактивний двоконтурний двигун за п. 2, який відрізняється тим, що внутрішні циліндричні опори вказаних направляючих лопаток у порожнині перед компресором встановлені шарнірно у внутрішній стінці вказаного роздільного корпусу й взаємопов'язані кожна всередині направляючого апарата компресора на його вході циліндричним шарніром із важелем, що далі, через проміжні шарніри й наступні важелі, взаємопоєднаний із кільцем U-подібного перерізу, а у цей переріз поворотно введені ролики, взаємопов'язані дотиком всередині котінням із вказаним направляючим апаратом перед компресором. 5. Турбореактивний двоконтурний двигун за пп. 3, 4, який відрізняється тим, що вказані кільця U-подібного перерізу, додатково кожне, мають виступ, в основному, радіально направлений до осі двигуна, який з упором взаємопов'язаний із зустрічним важелем пристрою регулювання положення спрямних й направляючих лопаток. 6. Турбореактивний двоконтурний двигун за пп. 3, 4, 5, який відрізняється тим, що у місцях торкання вказаними роликами всередині дотиком вказаної зовнішньої стінки роздільного 4 UA 90089 U 5 корпусу й внутрішньої стінки направляючого апарата до компресора, виконані співвісні вказаним стінкам обводові пояси, в основному циліндричні. 7. Турбореактивний двоконтурний двигун за пп. 1, 2, 3, 4, 5, 6, який відрізняється тим, що вказаний передній вентилятор у вказаній оболонці його обтічника виконаний з поворотними лопатями у підшипникових опорах кожна, взаємопов'язаних і між собою, із пристроями регулювання положення цих лопатей за допомогою додаткових взаємопов'язаних шарнірноважільних вузлів, їх деталей та елементів. 5 UA 90089 U 6 UA 90089 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7