Полезная модель рф 70315

Авторы патента:


 

Полезная модель относится к газотурбинным двигателям. В предлагаемом турбовинтовентиляторном двигателе газ от двух и более газогенераторов вращает общую двухкаскадную турбину, вращающуюся в разные стороны и передающую крутящие моменты с помощью валов и двухступенчатых редукторов с цилиндрическими шестернями винтовентилятору, имеющему гондолу.

Предлагаемая полезная модель относится к машиностроению и может быть использована как авиационный турбовинтовентиляторный двигатель, так и как газотурбинная наземная установка.

Известен турбовинтовой двигатель (см. Двухконтурные турбореактивные, турбовентиляторные и турбовинтовые двигатели. А.Л.Клячкин. Рижский институт инженеров гражданского воздушного флота имени Ленинского комсомола. Рига-1963 стр.298 Фиг.IV г2 и стр.295) основными узлами которого являются:

1. Входное устройство.

2. Компрессор.

3. Камера сгорания.

4. Турбина.

5. Выхлопное (реактивное) сопло.

6. Воздушный винт.

7. Дифференциальный планетарный редуктор.

Недостатком этого двигателя является наличие вала, проходящего сквозь весь двигатель, что значительно усложняет его конструкцию: увеличивает размеры ступиц дисков компрессора и турбины, усложняет конструкцию опор. Наружный диаметр вала при этом ограничен конструктивно, что приводит к высоким оборотам для передачи необходимой мощности, при сохранении допустимых напряжений у вала. Длинные валы не жесткие, поэтому их практически невозможно точно отбалансировать. Поэтому очень трудно избавиться от вибраций и дефекта (касания валов) при эволюциях самолета (удар при приземлении, например).

Для одновальной турбины оптимальным является дифференциальный планетарный редуктор (см. Новости зарубежной науки и техники №11 1988, стр.19, раздел «редуктор»).

Дифференциальные планетарные редуктора работают надежно только до тяги в 18 тонн. Это связано с тем, что сателлитные шестерни создают большие центробежные силы и изнашивают подшипники, на которых вращаются. К недостаткам данного редуктора можно отнести также большой расход масла, самый низкий к.п.д. среди шестеренчатых редукторов (к.п.д. низкий из-за того, что сателлитные шестерни вместе с корпусом, на котором они расположены, вращаются в воздушно - масляной среде). Дифференциальные планетарные редуктора чувствительны к качеству, температуре и давлению масла, смазывающего зубья и подшипники шестерен. В случае незначительного повышения температуры и падения давления масла, редуктор разрушится немедленно. Из-за наличия венцовой шестерни с внутренними зубьями невозможно применение косозубых, шевронных и др. шестерен, что не позволяет уменьшить размеры редуктора. Наиболее близким к предлагаемому двигателю является реактивная силовая установка для самолетов (см. патент Англии, №1020145, кл. F1G от 7 дек. 1964), содержащая по крайней мере два газогенератора, состоящих из осевого компрессора, камеры сгорания и турбины, расположенных вдоль общего потока воздуха, общего компрессора, подающего сжатый воздух индивидуальным компрессорам, общую турбину, вращаемую от выхлопных газов газогенераторов, которая вращает общий компрессор и сопло. Недостатком такого двигателя является сложность конструкции. Данный двигатель по конструкции можно сравнить с двухвальным газотурбинным двигателем такого же габарита, тяги и удельного расхода топлива. Наличие у реактивного двигателя большого количества каскадов компрессора само по себе не дает существенных различий между ними по массе или характеристикам (см. Новости зарубежной науки и техники №11 1988 стр.19,

левый столбец, 20-23 строки сверху). Так как газогенераторы находятся внутри воздушного потока, то они должны быть обтекаемыми, чтобы не создавать сопротивление. Каждый газогенератор должен управляться агрегатами управления, которые негде расположить, разве что снаружи всего двигателя, что значительно увеличит поперечную площадь двигателя, что создаст большое сопротивление воздуха при полете. К недостаткам этого двигателя можно отнести также и необходимость точной синхронизации прохождения воздуха через газогенераторы. В случае если один из газогенераторов синхронно не выйдет на заданный режим, то очень высока вероятность помпажа компрессора (т.е. срыв потока воздуха и поломки компрессора). От помпажа компрессора в обычных газотурбинных двигателях с одним газогенератором очень трудно отстроится, а с несколькими газогенераторами, связанными между собой единым воздушным потоком, это будет сделать на порядок сложнее, если вообще возможно (см. Справочник авиационного техника. Изд. Третье, перераб. И доп., П.С.Шевелько, Воениздат, 1974. Стр.250, Нерасчетные режимы работы компрессора). Поломка или простая разрегулировка одного из газогенераторов, приведет к немедленной поломке всего двигателя. В двигателе (см. патент Англии, №1020145, кл. F1G от 7 дек. 1964), невозможно встроить реверс тяги, поэтому затруднена его эксплуатация. Задачей предлагаемой полезной модели является возможность создания высокоэкономичного, надежного с любой максимально возможной тягой двигателя.

Задача достигается тем, что двигатель содержит общую двухкаскадную турбину, вращающуюся в разные стороны и передающую крутящие моменты с помощью валов и двухступенчатых редукторов с цилиндрическими шестернями винтовентилятору, имеющему гондолу.

На Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3, схематично изображен турбовинтовентиляторный двигатель: фронтальный вид, вид с входа и разрез сверху соответственно.

Двигатель содержит два газогенератора 1, состоящего из осевого компрессора 2, камеры сгорания 3 и турбины 4, общую двухкаскадную турбину 5, вращающуюся в разные стороны, валы 6, двухступенчатые редуктора с цилиндрическими шестернями 7, винтовентилятор 8, сопло 9, гондола винтовентилятора 10, гондола газогенераторов 11.

При работе двигателя воздух, поступающий в компрессора 2, сжимается и поступает в камеры сгорания 3, продукты сгорания которых проходят через турбины 4, которые вращают компрессора 2 и через общую двухкаскадную турбину 5, вращающуюся в разные стороны, поступают в сопло 9. Турбина 5 через валы 6 передает крутящие моменты двухступенчатым редукторам 7, имеющим общий корпус и от него винтовентилятору 8, имеющему гондолу 10, который создает тягу, отбрасывая воздух назад.

Преимущества предложенной схемы турбовинтовентиляторного двигателя. Использование в двигателе винтовентилятора с гондолой позволяет получить удельный расход топлива до 0,6 кг/кгс час при скорости М=0,8 (см. Новости зарубежной науки и техники №11 1988 стр.15 Рис.1).

Применение двухкаскадой турбины вращающейся в разные стороны позволяет использовать простой двухступенчатый редуктор с цилиндрическими шестернями, при любой передаваемой мощности. Редуктор состоит из двух независимых друг от друга редукторов. Поломка одного из них не приведет к поломке другого. Остановка одного редуктара приведет к остановке одной ступени винтовентилятора, что приведет лишь к потере тяги. Падение давления масла, смазывающего редуктор, не приведет к поломке редуктора. Редуктор будет работать еще довольно долго без поломки, как обычная коробка передач у автомобильного двигателя. Зубья у шестерен могут быть любого профиля и конструкции (шевронные, косозубые и т.д.), что позволит уменьшить размеры (а значит и вес) шестерен и повысить их надежность (так как контакт зубьев шестерен можно сделать безударным) по сравнению с планетарным редуктором.

Расход масла у редуктора в предложенной мной схеме на порядок ниже, чем у планетарного редуктора. А меньше масла - меньше вес. В связи с тем, что в предложенном редукторе отсутствуют сателлитные шестерни, упрощается регулировка через него положения лопастей у винтовентилятора. За счет возможности установки лопастей под оптимальным углом на разных режимах работы двигателя, достигается высокий полетный к.п.д. самолета. Кроме того, простым поворотом лопастей, можно получить реверс тяги. Так как валы находятся между газогенераторами, они не ограничены в размере наружного диаметра, что позволяет изготавливать их жесткими и легкими. Если валы будут жесткими, то их можно будет очень точно отбалансировать, что позволит избежать вибраций. Газогенераторы не связаны между собой газовоздушным потоком, что позволяет отлаживать работу газогенераторов независимо друг от друга. Остановка одного газогенератора не приведет к остановке всего двигателя. Двигатель потеряет только 30% тяги, за счет форсирования другого газогенератора. Газогенераторы не имеют сложной системы отвода мощности для вращения генератора тока. Отвод мощности можно производить прямо от редуктора. Агрегаты регулирования газогенераторов могут быть сразу на два газогенератора и располагаться в проеме между газогенераторами, защищенные гондолой газогенераторов. Гондола газогенераторов имеет створки, что позволяет легко и быстро добраться к агрегатам регулирования и газогенераторам для регламентного обслуживания двигателя. В связи с тем, что газогенераторы не имеют механической связи через валы друг с другом и с двигателем, их можно легко заменить прямо под крылом самолета, не снимая всего двигателя.

Конструкция предложенного мной двигателя состоит из легкозаменяемых модулей: газогенераторы, винтовентилятор с гондолой винтовентилятора, редуктора, свободная турбина с валами, сопла. Изготовление перечисленных модулей двигателя освоено авиационной промышленностью. Технологических трудностей при изготовлении двигателя нет. Более того,

изготовление станет проще. Разделение двигателя на модули упрощает сборку двигателя, делает его ремонтопригодным.

Немаловажным фактором достоинства двигателя является дешевая доводка двигателя. Достаточно довести один газогенератор, на что уйдет в два раза меньше топлива. Возможно использование уже имеющихся газогенераторов от уже доведенных, хорошо зарекомендовавших себя двигателей. Скажем, для создания двигателя с тягой в 40 тонн, уже есть прекрасные газогенераторы тягой 20 тонн. Для создания сверхмощных двигателей не потребуются специальное новое оборудование. Шум у предложенного двигателя будет значительно меньше, чем у аналогичного по мощности газотурбинного двигателя. Кроме того, невозможно, в принципе, изготовить турбовинтовентиляторный двигатель тягой в 40 тонн другой конструкции. Если турбовинтовентиляторный двигатель будет трехвальным, то два вала должны принадлежать газогенератору. Двухвальные газогенераторы являются оптимальными и имеют самые лучшие характеристики. Третий вал служит для передачи крутящего момента от газогенератора через редуктор винтовентилятору. Но редуктор должен быть дифференциальным планетарным. Но планетарные редуктора пока не могут быть с тягой более 18 т. Четырехвальные двигатели не удалось сделать еще никому.

Турбовинтовентиляторный двигатель, содержащий по крайней мере два газогенератора, состоящих из осевого компрессора, камеры сгорания и турбины расположенных вдоль общего потока воздуха и сопла, отличающийся тем, что содержит общую для газогенераторов гондолу, общую двухкаскадную свободную турбину, вращающуюся в разные стороны и передающую крутящие моменты с помощью валов и двухступенчатых редукторов с цилиндрическими шестернями винтовентилятору, имеющему гондолу.



 

Похожие патенты:
Наверх