Турбореактивный дисковый двигатель

 

Турбореактивный дисковый двигатель, относящийся к области авиадвигателестроения, содержит нижний корпус с впускным устройством и реактивным соплом. Внутри нижнего корпуса размещен вал с установленным на нем компрессором и газовой турбиной. Вал механически соединен с редуктором. Редуктор в передней части нижнего корпуса выполнен поворотным, размещен в корпусе впускного устройства и посредством вертикального вала соединен с верхним редуктором, размещенным внутри, в средней части верхнего корпуса, установленного над нижним корпусом и смещенного вперед относительно продольной оси нижнего корпуса. На выходных валах верхнего редуктора закреплены диски, каждый из которых имеет переднюю гладкую отполированную поверхность, а на такой же задней поверхности каждого из них выполнены каналы круглого или квадратного сечения, расположенные по концентрическим окружностям в четном количестве в каждой из них. Продольная ось каждого из каналов наклонена и образует угол с плоскостью, проходящей через центр вращения. Дно каждого из каналов выполнено параллельно передней и задней поверхностям диска, вследствие чего площади противоположных боковых сторон каждого из каналов равны в продольном и поперечном направлениях. Изобретение позволяет повысить эксплуатационные качества реактивного двигателя. 12 ил.

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве авиационного двигателя.

Известен турбореактивный двигатель, содержащий корпус, имеющий воздухозаборник, компрессор, закрепленный на одном валу с газовой турбиной, камеры сгорания, расположенные между компрессором и газовой турбиной, реактивное сопло. (Авиация, энциклопедия, гл. ред. Г.П.Свищев, изд. Большая Российская энциклопедия. Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора H.E. Жуковского, М., 1994, с. 593).

Недостатками известного турбореактивного двигателя являются: большой расход топлива, снижение тяги при малых скоростях полета и ее зависимость от температуры и скорости истечения газа.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией турбореактивного двигателя.

Известен также турбовинтовой двигатель, содержащий цилиндрический корпус, в котором расположены впускное устройство, компрессор, находящийся на одном валу с турбиной, реактивное сопло, редуктор, входной вал которого соединен с компрессором, а выходной вал соединен о воздушным винтом, камера сгорания, размещенная между компрессором и турбиной (там же, с. 592).

Известный турбовинтовой двигатель, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатками известного турбовинтового двигателя, принятого за прототип, являются низкий КПД винта, его большие размеры, малая отдача при большой подводимой мощности, а также все недостатки присущие турбореактивному двигателю.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств реактивного двигателя.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что понижающий редуктор и воздушный винт заменены поворотным редуктором, размещенным в конусе впускного устройства нижнего корпуса, верхним корпусом, установленным над нижним корпусом и смещенным вперед относительно продольной оси последнего, скрепленных двумя боковыми накладками, причем внутри верхнего корпуса, в его средней части, размещен верхний редуктор, входной вал которого соединен с выходным валом поворотного редуктора, а выходные валы размещены внутри вдоль продольной оси верхнего корпуса и закреплены в подшипниках конусов впускного и выпускного устройств и на них, закреплены на некотором расстоянии друг от друга, диски, каждый из которых имеет переднюю гладкую отполированную поверхность, а на такой же задней поверхности каждого из них выполнены каналы круглого или квадратного сечения, расположенные по концентрическим окружностям в четном количестве в каждой из них, кроме того продольная ось каждого из каналов наклонена и образует угол с плоскостью, проходящей через центр вращения, причем дно каждого из каналов выполнено параллельно передней и задней поверхностям диска, вследствие чего площади противоположных боковых сторон каждого из каналов равны в продольном и поперечном направлениях.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид турбореактивного дискового двигателя; на фигуре 2 - вид на турбореактивный дисковый двигатель опереди; на фигуре 3 - вид на турбореактивный двигатель сзади; на фигуре 4 - схема устройства турбореактивного дискового двигателя в разрезе; на фигуре 5 - устройство поворотного редуктора; на фигуре 6 - устройство верхнего редуктора; на фигуре 7 - общий вид диска; на фигуре 8 - вид на диск спереди; на фигуре 9 - вид на диск сзади; на фигуре 10 - вид на передний диск с частичным разрезом; на фигуре 11 - вид на задний диск с частичным разрезом; на фигуре 12 - схема создания тяги на диске.

Турбореактивный дисковый двигатель содержит нижний корпус 1 и верхний корпус 2, смещенный вперед относительно нижнего корпуса в продольном направлении. Оба корпуса соединены между собой накладками 3 и 4. В нижнем корпусе расположены: впускное устройство 5, в центре которого установлен на кронштейнах 6 конус 7, который является поворотным редуктором и опорой компрессора 8, соединенного валом 9 с двухрядной газовой турбиной 10, подшипником которой является выходной конус 11, прикрепленный кронштейнами 12 к корпусу и расположенный в реактивном сопле 13. Между компрессором и газовой турбиной размещены камеры сгорания 14 с топливными форсунками 15 и устройством зажигания, не показанным на чертеже. Внутри верхнего корпуса, в его средней части, размещен верхний редуктор 16, установленный на кронштейнах 17, ведущий вал которого посредством вертикального вала 18 с соединительными муфтами 19 связан с ведомым валом поворотного редуктора. Передний выходной вал 20 верхнего редуктора своим передним концом вставлен в подшипник конуса 21, размещенного во входном устройстве 22 верхнего корпуса. Задний выходной вал 23 своим задним концом вставлен в подшипник конуса 24, установленного на кронштейнах 25 выпускного устройства 26, а конус впускного устройства установлен на кронштейнах 27. На переднем выходном валу закреплены передние диски 28, выполненные из легкого и прочного материала и имеющие гладкую и отполированную переднюю поверхность, а на задней поверхности такой же отполированной выполнены каналы 29 круглого или квадратного сечения, установленные под углом равным сорока пяти градусам к плоскости, проходящей через центр вращения, причем каналы размещены по концентрическим окружностям в четном количестве в каждой из них. На заднем выходном валу закреплены задние диски 30, выполненные из легкого и прочного материала и имеющие гладкую и отполированную переднюю поверхность, а на задней поверхности такой же отполированной выполнены каналы 31 круглого или квадратного сечения, установленные под углом равным сорока пяти градусам к плоскости, проходящей через центр вращения, причем каналы размещены по концентрическим окружностям в четном количестве в каждой из них. Дно каждого из каналов, как передних так и задних дисков, выполнено параллельно передней и задней поверхностям диска, вследствие чего площади противоположных боковых сторон каждого канала равны в продольном и поперечном направлениях. Поворотный редуктор содержит корпус, являющийся конусом впускного устройства турбореактивного двигателя, в подшипнике 32 которого закреплен ведущий вал 33, соединенный муфтой 34 с валом компрессора. На ведущем валу закреплена ведущая шестерня 35, входящая в зацепление с ведомой шестерней 36, закрепленной на ведомом валу 37, вставленным в подшипник крышки 38. Верхний редуктор содержит корпус, в подшипнике 39 которого установлен вертикальный ведущий вал 40, на котором закреплена ведущая шестерня 41, входящая в зацепление с ведомыми шестернями 42 и 43, закрепленными на переднем и заднем продольных выходных валах, концы которых вставлены в подшипники 44 и 45 корпуса, закрытого крышкой 46. Турбореактивный двигатель содержит также системы охлаждения, подачи топлива, запуска и управления (не показаны).

Работа турбореактивного дискового двигателя.

После проверки всех вспомогательных систем производится запуск турбореактивного дискового двигателя. Стартером, не показанным на чертеже, раскручивается вал компрессора 8 и газовой турбины 10. При этом компрессор 8 сжимает воздух и подает его в камеры сгорания 14, куда также насосами через форсунки 15 подается топливо, которое поджигается и сгорает при температуре 1500 - 1700 ^oC. Раскаленная газовая струя вырывается из реактивного сопла 13, приводя в движение турбину 10. После запуска двигателя стартер отключается и двигатель выводится на нужный режим, создавая необходимую тягу за счет реакции, вытекающей из реактивного сопла струи газа. При этом вместе с валом компрессора 8 вращается ведущий вал 33 и ведущая шестерня 35 поворотного редуктора 7, которая передает вращение ведомой шестерне 36, ведомому валу 37 и далее вертикальному валу 18 и входному валу 40 верхнего редуктора 16. Входной вал приводит во вращение ведущую шестерню 41, которая через ведомые шестерни 42 и 43 приводит во вращение в противоположные стороны и с меньшей скоростью передний 20 и задний 23 выходные валы, а вместе с ними и передние 28 и задние 30 диски. При вращении дисков на их передних и задних поверхностях образуются движущиеся пограничные слои воздуха, вследствие прилипания частиц воздуха к поверхностям дисков. По Закону Бернулли в движущемся потоке воздуха давление всегда меньше, чем в прилегающих неподвижных слоях. Следовательно на передних и задних поверхностях дисков 28 и 30 создается разрежение. Причем на передних поверхностях дисков оно в два раза больше, чем на задних поверхностях потому, что площадь задней поверхности каждого из дисков в два раза меньше передней поверхности за счет площади каналов 29 и 31. Таким образом к передней части каждого из дисков 28 и 30 приложена сила F_п, а к задней части приложена сила F_з в два раза меньшая. При вращении дисков 28 и 30 из пограничного слоя часть воздуха поступает в каналы 29 и 31 и создает там давление. Силы давления F и F₁ на переднюю и заднюю стенки каналов равны и уравновешивают друг друга потому, что площади их равны l= l₁. Силы, действующие на боковые поверхности в поперечном направлении также равны так, как площади, на которые действуют эти силы также равны (на чертеже не показано). Силы давления F_д на дно каждого из каналов ничем не уравновешены и по направлению совпадают с силами F_п. Равнодействующая этих сил F_р = F_п + F_д - F_з (фиг. 12). Равнодействующие силы F_р каждого диска складываются и через передний 20 и задний 23 выходные валы приложены к верхнему корпусу 2 и стремятся сдвинуть его вперед. Таким образом при работе турбореактивного дискового двигателя общая тяга двигателя складывается из тяги, создаваемой за счет реакции, вытекающего из реактивного сопла 13 раскаленного газа и за счет разрежения, создаваемого на передних поверхностях дисков 28 и 30, а также давления на дно каждого из каналов 29 и 31 упомянутых дисков. Количество каналов в каждой из окружностей должно быть четным, иначе возникнет дисбаланс, который приведет к вибрации, разрушению подшипников и выходу двигателя из строя. Такие системы двигателя, как подачи топлива, охлаждения, управления работают обычным способом и на чертежах не показаны.

Положительный эффект изобретения - более полное использование мощности газовых турбин, меньший шум, большая безопасность и меньший расход топлива.

Формула изобретения

Турбореактивный дисковый двигатель, содержащий нижний корпус с впускным устройством и реактивным соплом, внутри которого размещен вал с установленными на нем компрессором и газовой турбиной, который механически соединен с редуктором, камеры сгорания с форсунками и устройством зажигания, системы охлаждения, подачи топлива, запуска и управления, отличающийся тем, что редуктор в передней части нижнего корпуса выполнен поворотным, размещен в конусе впускного устройства и посредством вертикального вала соединен с верхним редуктором, размещенным внутри, в средней части верхнего корпуса, имеющего впускное и выпускное устройства, установленного над нижним корпусом и смещенного вперед относительно продольной оси нижнего корпуса, причем на выходных валах верхнего редуктора, установленных в подшипниках внутри верхнего корпуса, закреплены диски, каждый из которых имеет переднюю гладкую отполированную поверхность, а на такой же задней поверхности каждого из них выполнены каналы круглого или квадратного сечения, расположенные по концентрическим окружностям в четном количестве в каждой их них, кроме того, продольная ось каждого из каналов наклонена и образует угол с плоскостью, проходящей через центр вращения, причем дно каждого из каналов выполнено параллельно передней и задней поверхностям диска, вследствие чего площади противоположных боковых сторон каждого из каналов равны в продольном и поперечном направлениях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12