RU2013149555A

RU2013149555A - Газотурбинный двигатель

Info

Publication number: RU2013149555A
Application number: RU2013149555/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Артюхов; Дмитрий Юрьевич Еричев; Андрей Сергеевич Ефимов; Игорь Николаевич Иванов; Владимир Валентинович Кирюхин; Виктор Викторович Куприк; Андрей Ростиславович Котельников; Ирик Усманович Манапов; Евгений Ювенальевич Марчуков; Сергей Анатольевич Симонов; Вадим Николаевич Селиванов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо")
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2015-05-20
Also published as: RU2555933C2

Abstract

1. Газотурбинный двигатель, характеризующийся тем, что выполнен двухконтурным, двухзальным и содержит не менее восьми модулей и сборочных единиц, включая компрессор низкого давления (КНД) со статором, имеющем входной направляющий аппарат (ВНА), не более трех промежуточных направляющих и выходной спрямляющий аппараты, а также с ротором, имеющем вал и систему наделенных лопатками, предпочтительно, четырех рабочих колес; промежуточный корпус; газогенератор, включающий сборочные единицы - компрессор высокого давления (КВД), имеющий статор, а также ротор с валом и системой оснащенных лопатками рабочих колес, число которых не менее чем в два раза превышает число упомянутых рабочих колес КНД; основную камеру сгорания и турбину высокого давления (ТВД); за газогенератором последовательно соосно установлены турбина низкого давления (ТНД),смеситель, фронтовое устройство, форсажная камера сгорания и поворотное реактивное сопло, включающее поворотное устройство, неподвижно, предпочтительно, разъемно прикрепленное к форсажной камере сгорания, и регулируемое реактивное сопло, прикрепленное к поворотному устройству с возможностью выполнения совместно с подвижным элементом последнего поворотов для изменения направления вектора тяги; причем ось вращения поворотного устройства относительно горизонтальной оси повернута на угол не менее 30°, предпочтительно, на (32÷34)° по часовой стрелке (вид по н.п.) для правого расположения двигателя и на угол не менее 30°, предпочтительно, на (32÷34)° против часовой стрелки (вид по н.п.) для левого расположения двигателя в составе двигательной установки самолета; кроме того вокруг корпуса осно�

Claims

1. Газотурбинный двигатель, характеризующийся тем, что выполнен двухконтурным, двухзальным и содержит не менее восьми модулей и сборочных единиц, включая компрессор низкого давления (КНД) со статором, имеющем входной направляющий аппарат (ВНА), не более трех промежуточных направляющих и выходной спрямляющий аппараты, а также с ротором, имеющем вал и систему наделенных лопатками, предпочтительно, четырех рабочих колес; промежуточный корпус; газогенератор, включающий сборочные единицы - компрессор высокого давления (КВД), имеющий статор, а также ротор с валом и системой оснащенных лопатками рабочих колес, число которых не менее чем в два раза превышает число упомянутых рабочих колес КНД; основную камеру сгорания и турбину высокого давления (ТВД); за газогенератором последовательно соосно установлены турбина низкого давления (ТНД),

смеситель, фронтовое устройство, форсажная камера сгорания и поворотное реактивное сопло, включающее поворотное устройство, неподвижно, предпочтительно, разъемно прикрепленное к форсажной камере сгорания, и регулируемое реактивное сопло, прикрепленное к поворотному устройству с возможностью выполнения совместно с подвижным элементом последнего поворотов для изменения направления вектора тяги; причем ось вращения поворотного устройства относительно горизонтальной оси повернута на угол не менее 30°, предпочтительно, на (32÷34)° по часовой стрелке (вид по н.п.) для правого расположения двигателя и на угол не менее 30°, предпочтительно, на (32÷34)° против часовой стрелки (вид по н.п.) для левого расположения двигателя в составе двигательной установки самолета; кроме того вокруг корпуса основной камеры сгорания во внешнем контуре установлен воздухо-воздушный теплообменник, собранный не менее чем из шестидесяти трубчатых блок-модулей; двигатель содержит также коробку приводов двигательных агрегатов; причем статоры КНД и КВД выполнены каждый в виде продольно-сегментных блоков в количестве не менее двух, объединенных, преимущественно, на разъемных соединениях с возможностью разборки для ремонта или замены деталей соответствующего модуля или сборочной единицы, кроме того в виде аналогичных продольно-сегментных блоков выполнены и объединены на разъемных соединениях сопловые аппараты турбин ТНД и ТВД; причем двигатель проверен на газодинамическую устойчивость (ГДУ) работы компрессора, по крайней мере, на стадии серийного промышленного производства, для чего конкретный или идентичные для статистической репрезентативности результатов три - пять экземпляров из партии серийно произведенных двигателей испытаны на стенде, снабженном входным аэродинамическим устройством с регулируемо пересекающим воздушный поток, преимущественно, дистанционно управляемым выдвижным интерцептором с отградуированной шкалой положений интерцептора, имеющей фиксированную критическую точку, отделяющую двигатель на 2-5% от перехода в помпаж, при необходимости, с повтором испытания на определенном по регламенту наборе режимов, соответствующих режимам, характерным для последующей реальной работы ГТД в полетных условиях.

2. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит электрическую, пневматическую, гидравлическую - топливную и масляную системы, а также датчики, командные блоки, исполнительные механизмы и кабели систем диагностики и автоматического управления двигателем, объединяющие указанные сборочные единицы и модули.

3. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что КНД объединен с ТНД по валу с возможностью передачи от указанной турбины крутящего момента, а КВД объединен с ТВД с возможностью получения последним крутящего момента от турбины высокого давления через автономный вал ротора КВД-ТВД, коаксиально с возможностью вращения охватывающий вал ротора КНД-ТНД на части длины и выполненный короче последнего, по меньшей мере, на совокупную осевую длину промежуточного корпуса, основой камеры сгорания и турбины низкого давления.

4. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что статор КВД содержит входной направляющий аппарат, не более восьми промежуточных направляющих и выходной спрямляющий аппараты.

5. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что входной направляющий аппарат компрессора низкого давления снабжен состоящими из неподвижного и управляемого подвижного элементов радиальными стойками, равномерно разнесенными в плоскости входного сечения с угловой частотой в диапазоне (3,0÷4,0) ед/рад.

6. Газотурбинный двигатель по п.5, отличающийся тем, что входной направляющий аппарат компрессора низкого давления содержит, предпочтительно, двадцать три радиальные стойки, длина которых ограничена наружным и внутренним кольцами ВНА, при этом, по меньшей мере, часть радиальных стоек совмещена с каналами масляной системы, размещенными в неподвижных элементах стоек, с возможностью подачи и отвода масла, а также суфлирования масляной и предмасляных полостей передней опоры ротора компрессора низкого давления.

7. Газотурбинный двигатель по п.5, отличающийся тем, что площадь фронтальной проекции входного проема F_{вx. пр.} ВНА КНД, геометрически определяющая поперечное сечение входного устья воздухозаборного канала, ограниченного на большем радиусе внутренним контуром наружного кольца ВНА, а на меньшем радиусе контуром внутреннего кольца ВНА, выполнена превышающей суммарную площадь аэродинамического затенения F_зт, создаваемого фронтальной проекцией кока и радиальных стоек, в (2,54÷2,72) раза и составляет (0,67÷0,77) от полной площади круга F_пдн., ограниченного радиусом внутреннего контура наружного кольца ВНА в плоскости входного проема.

8. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что ось поворотного реактивного сопла выполнена отклоненной от оси двигателя вниз на угол, составляющий в нейтральном положении двигателя (2°÷3°30′).

9. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что при испытаниях экспериментально подтверждена область газодинамической устойчивости работы двигателя, в том числе для режима с наименьшим запасом ГДУ при встречной приемистости, проверенной по регламенту: выдержка на максимальном режиме, сброс частоты вращения путем установки рычага управления двигателем в положение «малый газ» и в фазах частоты вращения, соответствующего значениям промежуточных неравномерностей с проверкой приемистости двигателя на максимальный режим при установке рычага управления двигателем в положение «максимальные обороты» с результирующим определением запасов газодинамической устойчивости компрессора двигателя.

10. Газотурбинный двигатель, характеризующийся тем, что выполнен, предпочтительно двухконтурным, двухвальным и содержит две последовательно соединенные по ходу рабочего тела группы модулей и узлов, первая из которых, по меньшей мере, функционально образует генерирующий энергию потока рабочего тела комплексный модуль - газогенератор, а вторая группа, по меньшей мере, функционально образует силовой модуль и в зависимости от целевого назначения двигателя вариантно содержит последовательно, преимущественно, разъемно соединенных узлов, предназначенный для формирования и преобразования упомянутого потока либо в регулируемую по мощности и вектору реактивную тягу, либо в крутящий момент с возможностью передачи последнего на присоединяемый внешний приводной агрегат;

при этом модуль - газогенератор включает, по меньшей мере, компрессор низкого давления (КНД) со статором, имеющем входной направляющий аппарат (ВНА), не более трех промежуточных направляющих и выходной спрямляющий аппараты, а также с ротором, имеющем вал и систему наделенных лопатками дисков, предпочтительно, четырех рабочих колес с нарастанием числа лопаток каждого последующего диска; промежуточный корпус; компрессор высокого давления (КВД), имеющий статор, а также ротор с валом и системой оснащенных лопатками рабочих колес, число которых не более чем в 2,3 раза превышает число упомянутых рабочих колес КНД; основную камеру сгорания (ОКС) с жаровой трубой, наделенной системой форсунок, равномерно разнесенных по окружности входного кольцевого торца последней, и корпусом, вокруг которого во внешнем контуре установлен воздухо-воздушный теплообменник, собранный не менее чем из шестидесяти трубчатых блок-модулей; за ОКС последовательно соосно установлены турбина высокого давления (ТВД) и турбина низкого давления (ТНД), снабженная на выходе, по меньшей мере, по торцу соответствующего участка наружного корпуса двигателя элементом, предпочтительно, разъемного соединения с силовым модулем двигателя; а силовой модуль двигателя в варианте преобразования потенциальной и кинетической энергии потока рабочего тела в крутящий момент с возможностью передачи последнего на внешний приводной агрегат выполнен содержащим узел силовой турбины и газоотводный канал; при этом двигатель по крайней мере, на стадии серийного промышленного производства, проверен, по меньшей мере, на газодинамическую устойчивость (ГДУ) работы компрессора, для чего конкретный или идентичные для статистической репрезентативности результатов три-пять экземпляров из партии серийно произведенных двигателей испытаны на стенде, снабженном входным аэродинамическим устройством с регулируемо пересекающим воздушный поток, преимущественно, дистанционно управляемым выдвижным интерцептором с отградуированной шкалой положений интерцептора, имеющей фиксированную критическую точку, отделяющую двигатель на 2-5% от перехода в помпаж, при необходимости, с повтором испытания на определенном по регламенту наборе режимов, соответствующих режимам, характерным для последующей реальной работы ГТД в полетных условиях.

11. Газотурбинный двигатель по п.10, отличающийся тем, что силовой модуль в варианте целевого назначения двигателя, предназначенном для формирования и преобразования упомянутого потока в регулируемую, по меньшей мере, по мощности реактивную тягу, содержит последовательно соединенные по ходу рабочего тела смеситель, фронтовое устройство, форсажную камеру сгорания и соединенное с последней через поворотное устройство всережимное реактивное сопло с изменяемым критическим сечением и вектором тяги.

12. Газотурбинный двигатель по п.10, отличающийся тем, что силовой модуль в варианте целевого назначения двигателя, предназначенном для преобразования упомянутого потока в крутящий момент с возможностью передачи последнего на присоединяемый внешний приводной агрегат, выполнен в виде последовательного сочетания двух узлов - силовой турбины, имеющей корпус, ротор, статор, газодинамически сообщенной с модулем газогенератора по рабочему телу и газоотводного канала.

13. Газотурбинный двигатель по п.10, отличающийся тем, что система наделенных лопатками дисков рабочих колес ротора КНД выполнена с нарастанием числа лопаток каждого последующего диска, определенном в диапазоне соотношений (31÷41):(38÷50):(48÷63):(65÷85).

14. Газотурбинный двигатель по п.10, отличающийся тем, что система форсунок жаровой трубы основной камеры сгорания разнесена по окружности входного кольцевого торца с угловой частотой (2,38÷3.35) ед/рад.

15. Газотурбинный двигатель по п.10, отличающийся тем, что ТВД содержит сопловый аппарат, имеющий (36÷48) охлаждаемых лопаток, для уменьшения перетечек рабочего тела объединенных в (12÷16), предпочтительно, литых трехлопаточных блоков, а также ротор, содержащий, предпочтительно, одно рабочее колесо с диском, наделенным рабочими лопатками, количество которых в (1.78÷2,85) раза превышает количество лопаток соплового аппарата.

16. Газотурбинный двигатель по п.10, отличающийся тем, что силовой модуль двигателя, вариантно предназначенный для формирования и регулирования реактивной тяги, содержит смеситель, фронтовое устройство, форсажную камеру сгорания (ФКС), поворотное реактивное сопло, включающее поворотное устройство, неподвижно, предпочтительно, разъемно прикрепленное к ФКС, и регулируемое реактивное сопло, прикрепленное к поворотному устройству с возможностью выполнения совместно с подвижным элементом последнего поворотов для изменения направления вектора тяги; причем ось вращения поворотного устройства относительно горизонтальной оси повернута на угол не менее 30°, предпочтительно, на (32÷34)° по часовой стрелке (вид по н.п.) для правого расположения двигателя и на угол не менее 30°, предпочтительно, на (32÷34)° против часовой стрелки (вид по н.п.) для левого расположения двигателя в составе двигательной установки самолета.