RU2209329C2 - Turbofan engine - Google Patents
Turbofan engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2209329C2 RU2209329C2 RU2001109130A RU2001109130A RU2209329C2 RU 2209329 C2 RU2209329 C2 RU 2209329C2 RU 2001109130 A RU2001109130 A RU 2001109130A RU 2001109130 A RU2001109130 A RU 2001109130A RU 2209329 C2 RU2209329 C2 RU 2209329C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- fan
- air
- engine according
- speed compressor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится (3) к области двигателестроения, в частности к авиационным двухконтурным трубореактивным двигателям. The invention relates (3) to the field of engine building, in particular to aircraft dual-circuit tube-jet engines.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий установленный на входе контуров вентилятор и последовательно расположенные во внутреннем контуре компрессор, камеру сгорания и двухступенчатую турбину, приводящую во вращение компрессор и вентилятор, реактивное сопло, теплообменник, пароводяной нагреватель (генератор пара) [см. SU 10456890, МПК 7 F 02 К 3/04, 1994). The closest technical solution to the invention is a dual-circuit turbojet engine containing a fan installed at the input of the circuits and a compressor sequentially located in the internal circuit, a combustion chamber and a two-stage turbine that rotates the compressor and fan, a jet nozzle, a heat exchanger, a steam-water heater (steam generator) [ cm. SU 10456890, IPC 7 F 02 K 3/04, 1994).
Недостатками этого двигателя являются недостаточно высокие кпд и мощность. The disadvantages of this engine are not high enough efficiency and power.
Задачей настоящего изобретения является повышение кпд и мощности. An object of the present invention is to increase efficiency and power.
Поставленная задача достигается за счет того, что двухконтурный газотурбинный вентиляторный двигатель, содержащий вентилятор, высокоскоростной компрессор, камеру сгорания, двухступенчатую турбину, приводящую во вращение компрессор и вентилятор, реактивное сопло, теплообменник, пароводяной нагреватель (генератор пара), согласно изобретению, снабжен воздушно-водородным азотно-кислородным тепломассобменником, форсажной камерой сгорания, мультипликатором, при этом вентилятор выполнен соосным, двухрядным, шестнадцатилопастным, изменяемого шага, с диаметром 3-3,4 м, двухступенчатая турбина выполнена активно-реактивной, а на ее выходе размещено сопло Лаваля, высокоскоростной компрессор выполнен со степенью повышения давления ПК=40, с числом оборотов в минуту 6000-7600, двигатель выполнен тягой 100 т, с расходом воздуха через первый контур - 400 кг/с, через второй - 1000 кг/с, температурой газа перед турбиной 1800 К.The problem is achieved due to the fact that the double-circuit gas turbine fan engine containing a fan, a high-speed compressor, a combustion chamber, a two-stage turbine, which rotates the compressor and fan, a jet nozzle, a heat exchanger, a steam-water heater (steam generator), according to the invention, is equipped with an air hydrogen nitrogen-oxygen heat exchanger, afterburner combustion chamber, multiplier, while the fan is made coaxial, double-row, sixteen-blade, variable step, with a diameter of 3-3.4 m, the two-stage turbine is made active-reactive, and a Laval nozzle is placed at its outlet, a high-speed compressor is made with a pressure increase degree П К = 40, with a speed of 6000-7600 rpm, the engine is made thrust of 100 tons, with an air flow through the primary circuit of 400 kg / s, through the second circuit of 1000 kg / s, the gas temperature in front of the turbine is 1800 K.
Поставленная задача достигается также за счет того, что мультипликатор своей ведущей шестерней закреплен на валу вентилятора, а сателлиты (5 шт.) расположены на осях сателлитодержателя, одновременно являющегося корпусом переднего подшипниками, и входит в целом в переднюю опору двигателя. The task is also achieved due to the fact that the multiplier with its drive gear is mounted on the fan shaft, and the satellites (5 pcs.) Are located on the axes of the satellite holder, which is also the front bearing housing, and is included in the front engine support as a whole.
Поставленная задача достигается также за счет того, что воздушно-водородный азотно-кислородный тепломассообменник расположен между первой и второй ступенями высокоскоростного компрессора и служит для понижения энтальпии воздушного потока и получения жидкого воздуха, с последующим разложением его на азот и кислород. The task is also achieved due to the fact that the air-hydrogen nitrogen-oxygen heat and mass exchanger is located between the first and second stages of the high-speed compressor and serves to reduce the enthalpy of the air flow and to obtain liquid air, followed by its decomposition into nitrogen and oxygen.
Поставленная задача решается также за счет того, что камера сгорания содержит в своей центральной части, внутри корпуса шароторовой конвектор, служащий для приготовления топливовоздушной смеси с водяным паром. The problem is also solved due to the fact that the combustion chamber contains in its central part, inside the housing, a charotor convector that serves to prepare the air-fuel mixture with water vapor.
Поставленная задача решается также за счет того, что лопатки двухступенчатой турбины от корневого сечения до 70-75% длины образуют активный канал, а по высоте лопатки - реактивный канал, при этом рабочие и сопловые лопатки охлаждают воздухом, отбираемым из-за высокоскоростного компрессора. The problem is also solved due to the fact that the blades of a two-stage turbine form an active channel from the root section up to 70-75% of the length, and a reactive channel along the height of the blade, while the working and nozzle blades are cooled by air drawn due to the high-speed compressor.
Поставленная задача решается также за счет того, что пароводяной нагреватель (генератор пара) выполнен шаровым, расположен по оси двигателя за его задней опорой и обогревается выходящими из сопла Лаваля газами, служащего одновременно корпусом задней опоры двигателя. The problem is also solved due to the fact that the steam-water heater (steam generator) is made spherical, is located on the axis of the engine behind its rear support and is heated by the gases exiting the Laval nozzle, which simultaneously serves as the body of the rear engine support.
Поставленная задача решается также за счет того, что соосный двухрядный вентилятор имеет разную ширину лопастей, второй ряд короче первого и его лопатки закрыты по внешнему диаметру входным обогреваемым обтекателем наружного корпуса высокоскоростного компрессора. The problem is also solved due to the fact that the coaxial double-row fan has different blade widths, the second row is shorter than the first and its blades are closed in outer diameter with the input heated fairing of the outer casing of the high-speed compressor.
Поставленная задача решается также за счет того, что лопасти первого ряда вентилятора имеют шаровые лунки, направляемые на борьбу со срывом потока воздуха. The problem is also solved due to the fact that the blades of the first row of the fan have ball holes, aimed at combating the stall of the air stream.
В двигателе включены следующие схемы:
1) турбореактивного двигателя (ТРД);
2) турбовинтового двигателя (ТВД) - вместо вентилятора может быть винт;
3) двухконтурного турбореактивного двигателя (ДТРД);
4) жидкостного реактивного двигателя (ЖРД) - камера сгорания -смеситель I и II контуров;
5) прямоточного - воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) -второй контур работает в экономичном режиме на всех скоростях полета, включая взлетный режим.The following circuits are included in the engine:
1) turbojet engine (turbojet engine);
2) turboprop engine (TVD) - instead of a fan, there may be a screw;
3) a dual-circuit turbojet engine (DTRD);
4) liquid propellant engine (LRE) - combustion chamber - mixer of I and II circuits;
5) ramjet - air-jet engine (ramjet) - the second circuit operates in an economical mode at all flight speeds, including takeoff mode.
Главное достоинство двигателя - реактивно-активная турбина, где более эффективно срабатывается значительный теплоперепад - критерий тяги. Введение дополнительных мероприятий позволяет:
- снизить волновые потери, связанные с обтеканием лопастей винтовентилятора (ВВ), до минимума, что существенно повышает кпд ВВ;
- увеличить адиабатическую работу сжатия I ступени высокоскоростного компрессора за счет введения в схему двигателя мультипликаторя;
- осуществить более быстрый переход с режима малого газа до взлетного за счет введения стартер-турбины, приемистость 2-3 с (высокая газодинамическая устойчивость двигателя даже в экстремальных условиях, исключает появление разного рода вибраций, колебаний, резонансных явлений;
- получить в камере сгорания кумулятивный эффект и условия кинетического горения;
- совершенствование рабочего процесса двигателя достигается за счет улучшения циклов двигателя (Брайтона, Отто, термического) с использованием хладоресурса и работоспособности водорода, тепломассообменника для понижения энтальпии газообразного воздуха и парогенератора (нагревателя)- теплоносителя пара (р= 60-80 атм, Т -1200-1300oС). Техническим эффектом изобретения является повышение кпд и тяги за счет введения в газодинамическую часть двигателя, воздушно-водородного азотно-кислородного тепломассообменника.The main advantage of the engine is a reactive turbine, where significant heat transfer is more efficiently triggered - a thrust criterion. The introduction of additional activities allows you to:
- reduce wave losses associated with the flow around the rotor blades of the fan (BB) to a minimum, which significantly increases the efficiency of the explosive;
- increase the adiabatic compression work of the first stage of a high-speed compressor by introducing a multiplier into the engine circuit;
- to carry out a faster transition from idle to take-off mode due to the introduction of a starter turbine, acceleration of 2-3 s (high gas-dynamic stability of the engine even in extreme conditions, eliminates the appearance of various kinds of vibrations, vibrations, resonance phenomena;
- to obtain a cumulative effect and kinetic combustion conditions in the combustion chamber;
- improvement of the engine working process is achieved by improving the engine cycles (Brighton, Otto, thermal) using the cold resource and the working capacity of hydrogen, a heat and mass exchanger to reduce the enthalpy of gaseous air and a steam generator (heater) - steam coolant (p = 60-80 atm, T -1200 -1300 o C). The technical effect of the invention is to increase the efficiency and thrust due to the introduction into the gas-dynamic part of the engine, an air-hydrogen nitrogen-oxygen heat and mass exchanger.
На фиг.1 изображен продольный разрез предлагаемого двигателя. Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed engine.
На фиг.2 - вид А фиг.1
На фиг.3 - вид Б фиг.1.Figure 2 is a view A of figure 1
Figure 3 is a view B of figure 1.
На фиг.4 - вид В фиг.1. Figure 4 is a view In figure 1.
На фиг.3 - вид Г фиг.1. Figure 3 is a view G of figure 1.
На фиг.6 - вид сзади на фиг.1. Figure 6 is a rear view of figure 1.
Двухконтурный, газотурбинный вентиляторный двигатель (фиг.1) содержит соосный двухрядный шестнадцатилопастной вентилятор (или винт) изменяемого шага (ВИШ)-1, высокоскоростной компрессор (ВСК) 2, камеру сгорания 3, двухступенчатую турбину 4, приводящую во вращение ВСК 2 и через мультипликатор 5 вентилятор 1, реактивное сопло 6. Для повышения энерговооруженности и кпд двигателя на нем дополнительно установлены воздушно-водородный азотно-кислородный теплообменник 7, пароводяной нагреватель (генератор пара) 8, сопло Лаваля 9 на выходе из турбины, форсажная камера сгорания 10. A dual-circuit, gas turbine fan engine (Fig. 1) contains a coaxial double-row sixteen-blade fan (or screw) of variable pitch (VISH) -1, a high-speed compressor (VSK) 2, a combustion chamber 3, a two-
Мультипликатор 5 своей ведущей шестерней 11 закреплен на валу ВИШ 1. Сателлиты 12 расположены на осях 13 сателлитодержателя 14. The multiplier 5 with its pinion gear 11 is mounted on the shaft VISH 1.
Воздушно-водородный азотно-кислородный теплоомассообменник 7 расположен между первой и второй ступенями ВСК 2 и служит для понижения энтальпии воздушного потока и получения жидкого воздуха, с последующим разложением на азот и кислород. На наружной поверхности корпуса передней опоры выполнен теплообменник 15. На внутренней поверхности корпуса ВСК 2 перед второй его ступенью выполнен коллектор 16 отбора воздуха на нужды воздушно-водородного азотно-кислородного тепломаслообменника 7. Air-hydrogen nitrogen-oxygen heat and mass exchanger 7 is located between the first and second stages of
Воздушно-водородный азотно-кислородный теплообменник 7 (см. фиг.3) содержит трубу подвода водорода 17 из коллектора 18, сборник жидкого кислорода 19, сборник азота 20, лопатки направляющие 21, коллектор отбора жидкого кислорода 22. Снаружи воздушно-водородный азотно-кислородный теплообменник 7 содержит двухстенный корпус 23, крепящийся к сборнику жидкого водорода 24, и фланец отбора жидкого водорода, заборник воздуха 26, патрубок отбора жидкого азота 27 и накопитель жидкого азота 28. The air-hydrogen nitrogen-oxygen heat exchanger 7 (see Fig. 3) contains a
Силовой пояс двигателя 29 (фиг.4) соединен шестью трубами 30 со вторым силовым поясом 31. На трубах 30 установлены лопатки 32, заполненные жидким водородом, при этом носок 33, лопатки 32 обогреваются воздухом. В трубах 30 выполнены отверстия 34, а в носке 33 лопатки 32 имеются отверстия 35. The power belt of the engine 29 (Fig. 4) is connected by six
К диску 36 компрессора ВСК 2 крепится диск 37 последней ступени ВСК 2, который опирается на подшипник 38, который сам сидит на втулке 39 корпуса средней опоры. В верхней части диска 37 имеются лопатки 40 стартера 4, на которые подается из полости 41 пар от парогенератора 8 или воздух от наземной станции к патрубку 42 и далее в полость 43. В полость 41 пар подводится через фланец 44. На корпусе камеры сгорания 3 расположен коллектор пускового топлива с каналами 45 и 46. Здесь же выполнен штуцер отбора воздуха 47 на обогрев носка корпуса входного направляющего аппарата (не показан). The
Двигатель также (фиг. 6) имеет форсунки 48, в центре форсунки 49 с реверсом тяги, смеситель потоков I и II контуров 50, 51 и коллектор подвода топлива 52 и сопло двигателя 53, форсунки 54 и форсунки 55 первого и второго ряда форсажной камеры 56.На фиг. 6 изображен также элемент подвески 57. The engine also (Fig. 6) has
Камера сгорания 3 в центральной части содержит торовый конвектор 58, служащий для смещения подводимого пара с водородом. The combustion chamber 3 in the Central part contains a torus convector 58, which serves to bias the supplied steam with hydrogen.
Двухступенчатая турбина 4 имеет лопатки, которые от корневого сечения до 70-75% длины образуют активный канал, а выше по высоте лопатки - реактивный канал. The two-
Двигатель работает следующим образом: к коллектору запуска от стационарной установки (р=10 кг/см2, GB=50-60 кг/с) подается сжатый воздух. В камеру сгорания 3 поступает от пускового коллектора 45 водород, который поджигается запальником, установленным на корпусе жаровой трубы. Лопатки 40 стартера начинают вращаться, приводя во вращение ВСК 2 и ВИШ1 через мультипликатор 5. На заданных режимах (взлет, например) включается форсажная камера 56 и двигатель начинает работать в режиме ПВРД.The engine operates as follows: compressed air is supplied to the starting manifold from a stationary installation (p = 10 kg / cm 2 , G B = 50-60 kg / s). Hydrogen is supplied to the combustion chamber 3 from the
Первая ступень компрессора ВСК 2, нагнетая воздух по внутреннему контуру, заставляет его обтекать торовый коллектор 58 и воздушно-водородный азотно-кислородный теплообменник 7, тем самым охлаждая нагнетаемый по внутреннему контуру воздух. А отбираемый из ВСК 2 по коллектору отбора 16 воздух направляет воздушно-водородный азотно-кислородный в тепломассообменник 7, где он разлагается на жидкий кислород и азот. Азот по трубопроводу 27 направляется в атомный реактор, а кислород через отверстия поступает в проточную часть компрессора ВСК 2. The first stage of the
Далее компрессор ВСК 2 подает сжатый воздух в камеру сгорания 3, в которую через трубопроводы подается под давлением пар из парогенератора. А в камеру сгорания 3 подается водород, который дожигается в двухступенчатой турбине 4 двигателя. Next, the
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001109130A RU2209329C2 (en) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | Turbofan engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001109130A RU2209329C2 (en) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | Turbofan engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001109130A RU2001109130A (en) | 2003-05-10 |
| RU2209329C2 true RU2209329C2 (en) | 2003-07-27 |
Family
ID=29209465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001109130A RU2209329C2 (en) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | Turbofan engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2209329C2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2271460C2 (en) * | 2003-11-03 | 2006-03-10 | Юрий Михайлович Агафонов | Gas-turbine turbofan engine |
| RU2271461C2 (en) * | 2004-02-12 | 2006-03-10 | Юрий Михайлович Агафонов | Combination double-flow gas-turbine propeppeller-fan engine |
| RU2320885C2 (en) * | 2006-04-07 | 2008-03-27 | Юрий Михайлович Агафонов | Two-loop gas-turbine fan engine |
| RU2369765C1 (en) * | 2008-05-12 | 2009-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" | Turbojet bypass engine with augmenter |
| RU2371588C2 (en) * | 2008-01-09 | 2009-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Gas turbine drive of electric generator |
| RU2730562C1 (en) * | 2019-11-21 | 2020-08-24 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Propfan gas turbine engine |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2911644B1 (en) * | 2007-01-23 | 2012-06-01 | Snecma | TURBOPROPULSEUR COMPRISING A PROPELLED PROPELLER OF BLADES WITH ADJUSTABLE ORIENTATION. |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2680832A1 (en) * | 1991-09-03 | 1993-03-05 | Gen Electric | GAS TURBINE ENGINE HAVING IMPROVED AIR FLOW TAKING APPARATUS AND AIR FLOW TAKING APPARATUS FOR SUCH AN ENGINE. |
| US5317877A (en) * | 1992-08-03 | 1994-06-07 | General Electric Company | Intercooled turbine blade cooling air feed system |
| RU1045686C (en) * | 1981-10-26 | 1994-09-15 | В.Ф. Шевцов | By-pass engine |
| RU1584492C (en) * | 1988-07-01 | 1994-09-30 | Шевцов Валентин Федорович | Two-circuit turbojet engine |
| RU2066777C1 (en) * | 1992-11-17 | 1996-09-20 | Шевцов Валентин Федорович | Engine |
-
2001
- 2001-04-05 RU RU2001109130A patent/RU2209329C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1045686C (en) * | 1981-10-26 | 1994-09-15 | В.Ф. Шевцов | By-pass engine |
| RU1584492C (en) * | 1988-07-01 | 1994-09-30 | Шевцов Валентин Федорович | Two-circuit turbojet engine |
| FR2680832A1 (en) * | 1991-09-03 | 1993-03-05 | Gen Electric | GAS TURBINE ENGINE HAVING IMPROVED AIR FLOW TAKING APPARATUS AND AIR FLOW TAKING APPARATUS FOR SUCH AN ENGINE. |
| US5317877A (en) * | 1992-08-03 | 1994-06-07 | General Electric Company | Intercooled turbine blade cooling air feed system |
| RU2066777C1 (en) * | 1992-11-17 | 1996-09-20 | Шевцов Валентин Федорович | Engine |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2271460C2 (en) * | 2003-11-03 | 2006-03-10 | Юрий Михайлович Агафонов | Gas-turbine turbofan engine |
| RU2271461C2 (en) * | 2004-02-12 | 2006-03-10 | Юрий Михайлович Агафонов | Combination double-flow gas-turbine propeppeller-fan engine |
| RU2320885C2 (en) * | 2006-04-07 | 2008-03-27 | Юрий Михайлович Агафонов | Two-loop gas-turbine fan engine |
| RU2371588C2 (en) * | 2008-01-09 | 2009-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Gas turbine drive of electric generator |
| RU2369765C1 (en) * | 2008-05-12 | 2009-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" | Turbojet bypass engine with augmenter |
| RU2730562C1 (en) * | 2019-11-21 | 2020-08-24 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Propfan gas turbine engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6666018B2 (en) | Combined cycle pulse detonation turbine engine | |
| US6550235B2 (en) | Combined cycle pulse detonation turbine engine operating method | |
| EP0403372B1 (en) | Combined turbo-stato-rocket jet engine | |
| US5014508A (en) | Combination propulsion system for a flying craft | |
| US3496725A (en) | Rocket action turbofan engine | |
| US4845941A (en) | Gas turbine engine operating process | |
| US2479776A (en) | Turbo-jet power plant with fuel vaporizer for afterburners | |
| US20050138914A1 (en) | Turbo rocket with real carnot cycle | |
| US2468461A (en) | Nozzle ring construction for turbopower plants | |
| US20190063313A1 (en) | Disc Turbine Engine | |
| CN109028142A (en) | Propulsion system and the method for operating it | |
| US20060086078A1 (en) | Universal Carnot propulsion systems for turbo rocketry | |
| ZA200410315B (en) | Orbiting combustion nozzle engine | |
| RU2209329C2 (en) | Turbofan engine | |
| CA1235583A (en) | Processes of intensification of the thermoenergetical cycle and air jet propulsion engines | |
| RU2271460C2 (en) | Gas-turbine turbofan engine | |
| US8978387B2 (en) | Hot gas path component cooling for hybrid pulse detonation combustion systems | |
| US3486340A (en) | Gas turbine powerplant with means for cooling compressed air | |
| JPH06212996A (en) | Aero-engine | |
| RU2001109130A (en) | Dual-circuit, gas turbine fan engine | |
| RU2594828C1 (en) | Propulsion engine of supersonic aircraft | |
| RU2271461C2 (en) | Combination double-flow gas-turbine propeppeller-fan engine | |
| RU2665760C1 (en) | Method of increasing a reactive thrust in a turboreactive two-circuit engine and a turboreactive two-concurrent engine for its implementation | |
| RU2591361C1 (en) | Engine of hypersonic aircraft | |
| Tanatsugu et al. | Test results of the air turbo ramjet for a future space plane |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090406 |