RU2094640C1 - Double-flow turbojet engine with heat exchanger - Google Patents
Double-flow turbojet engine with heat exchanger Download PDFInfo
- Publication number
- RU2094640C1 RU2094640C1 RU94025919A RU94025919A RU2094640C1 RU 2094640 C1 RU2094640 C1 RU 2094640C1 RU 94025919 A RU94025919 A RU 94025919A RU 94025919 A RU94025919 A RU 94025919A RU 2094640 C1 RU2094640 C1 RU 2094640C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- air
- channels
- pressure compressor
- engine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится в двигателестроению и может быть использовано на тяжелых транспортных самолетах и пассажирских аэробусах. The invention relates to engine building and can be used on heavy transport aircraft and passenger air buses.
Во втором контуре двухконтурного турбореактивного двигателя установлен теплообменник. Это позволяет увеличить Пк компрессора в три раза по сравнению с существующими двигателями. В этом случае температура воздуха за компрессором высокого давления получается ниже, чем у существующих двигателях, а это значит, что увеличивается удельная тяга двигателя за счет большего подвода топлива в камеру сгорания. Сжатый воздух после компрессора среднего давления поступает в теплообменник, где отдает свою тепловую энергию воздуху второго контура. За счет подогрева воздуха второго контура его скорость увеличивается, что увеличивает тягу двигателя и улучшает экономичность двигателя. Охлажденный воздух в теплообменнике проходит по каналам наружного корпуса, где дополнительно охлаждается обтекаемым наружным воздухом, и попадает в компрессор высокого давления. За счет того, что температура воздуха значительно ниже, чем в существующих двигателях, работа компрессора высокого давления уменьшается на 1/3 и составляет примерно такую же величину, как и свободная энергия турбины. Значит, свободная энергия турбины увеличивается в два раза. Если у существующих ДТРД вентилятор при Пк 1,42 прокачивает через второй контур в пять раз больше воздуха m 5, то у предлагаемого двигателя можно степень двухконтурности увеличить в два раза. Теплообменник выполнен из набора сегментов спиралевидной формы из легкого металла, например из алюминия. За счет выполнения сегментов по спирали Архимеда сохраняется равномерный шаг между сегментами, что позволяет набрать максимальную площадь теплообмена при минимальном объеме теплообменника. По внутренним каналам сегментов проходит сжатый воздух и его примерно в десять раз меньше, чем прокачиваемого воздуха по наружным каналам, поэтому внутренние каналы по проходным сечениям могут быть значительно меньше, чем наружные каналы. Внутренний воздух, сжатый примерно до 10 ата, имеет значительно больший коэффициент теплоотдачи, чем у наружного воздуха, значит и внутренняя площадь теплообменника должна быть значительно меньше, чем наружная. Наружная поверхность теплообменника набирается за счет оребренной поверхности сегментов. Для устранения вибраций сегментов и создания необходимой жесткости по наружной поверхности сегментов выполняются упоры, на которые сегменты опираются и образуют единый узел.A heat exchanger is installed in the second circuit of the turbofan engine. This allows you to increase P to the compressor three times in comparison with existing engines. In this case, the air temperature behind the high-pressure compressor is lower than that of existing engines, which means that the specific thrust of the engine increases due to a larger supply of fuel into the combustion chamber. The compressed air after the medium-pressure compressor enters the heat exchanger, where it gives its thermal energy to the secondary air. By heating the air of the second circuit, its speed increases, which increases the thrust of the engine and improves the efficiency of the engine. The cooled air in the heat exchanger passes through the channels of the outer casing, where it is additionally cooled by the streamlined outside air, and enters the high-pressure compressor. Due to the fact that the air temperature is much lower than in existing engines, the operation of the high-pressure compressor decreases by 1/3 and is approximately the same as the free energy of the turbine. This means that the free energy of the turbine doubles. If an existing DTRD fan at P to 1.42 pumps five times more air m 5 through the second circuit, then the proposed engine can be doubled. The heat exchanger is made of a set of spiral-shaped segments of light metal, such as aluminum. Due to the execution of segments in a spiral of Archimedes, a uniform step between the segments is maintained, which allows you to gain the maximum heat transfer area with a minimum heat exchanger volume. Compressed air passes through the internal channels of the segments and it is about ten times less than the pumped air through the external channels, so the internal channels through the passage sections can be much smaller than the external channels. The internal air, compressed to about 10 atm, has a much higher heat transfer coefficient than that of the external air, which means that the internal area of the heat exchanger should be much smaller than the external. The outer surface of the heat exchanger is recruited due to the finned surface of the segments. To eliminate the vibrations of the segments and create the necessary stiffness on the outer surface of the segments, stops are made on which the segments rest and form a single unit.
Известен двухконтурный турбореактивный двигатель с большой степенью двухконтурности m 5 и Пв 1,42 вентилятора, степень повышения давления компрессора равна 27 [1]
Основным недостатком его является невысокая степень повышения давления компрессора Пк 27 при большой механической работе, затрачиваемой на привод компрессора газовой турбиной. В связи с этим на привод вентилятора остается незначительная свободная энергия газовой турбины. Это снижает удельную мощность двигателя и его экономичность.Known dual-circuit turbojet engine with a large bypass ratio of m 5 and P in 1.42 fans, the degree of compressor pressure increase is 27 [1]
Its main disadvantage is the low degree of increase in compressor pressure P to 27 with large mechanical work spent on the compressor drive by a gas turbine. In this regard, a slight free energy of the gas turbine remains on the fan drive. This reduces the specific power of the engine and its efficiency.
Известен двухконтурный двигатель, содержащий вентилятор, установленный в наружном контуре, компрессор среднего давления, установленный во внутреннем корпусе, компрессор высокого давления, теплообменник, расположенный за вентилятором, между наружным и внутренним корпусом двигателя [2]
Недостатком известного двигателя является низкая экономичность.Known dual-circuit engine containing a fan installed in the outer circuit, a medium pressure compressor installed in the inner casing, a high pressure compressor, a heat exchanger located behind the fan, between the outer and inner engine casing [2]
A disadvantage of the known engine is its low efficiency.
Задачей изобретения является повышение удельной мощности и экономичности двигателя. The objective of the invention is to increase the specific power and efficiency of the engine.
Задача достигается тем, что за вентилятором между наружным и внутренним корпусом устанавливается теплообменник, выполненный в виде спиралевидных сегментов с наружным оребрением и внутренними каналами. В наружном корпусе выполнены каналы, которые омываются наружным воздухом, что дополнительно снижает температуру сжимаемого в компрессоре воздуха, и значительно уменьшается работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре высокого давления газовой турбиной. Сбрасываемая тепловая энергия сжатого воздуха первого контура подогревает воздух второго контура, что увеличивает его скорость, а значит и удельный импульс двигателя, а это приводит к увеличению экономичности двигателя. The task is achieved by the fact that behind the fan between the outer and inner casing a heat exchanger is installed, made in the form of spiral segments with external fins and internal channels. In the outer casing there are channels that are washed by outside air, which further reduces the temperature of the air compressed in the compressor, and significantly reduces the work required to compress the air in the high-pressure compressor by a gas turbine. The discharged thermal energy of the compressed air of the first circuit heats the air of the second circuit, which increases its speed, and hence the specific impulse of the engine, and this leads to an increase in engine efficiency.
На фиг. 1 изображен двигатель, общий вид; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1 в увеличенном масштабе; на фиг. 3 узел I на фиг. 2 в увеличенном масштабе; на фиг. 4 сечение Б-Б в увеличенном масштабе. In FIG. 1 shows an engine, a general view; in FIG. 2 section AA in figure 1 on an enlarged scale; in FIG. 3 node I in FIG. 2 on an enlarged scale; in FIG. 4 section BB on an enlarged scale.
Двухконтурный турбореактивный двигатель с теплообменником состоит из вентилятора 1, который установлен в корпусе вентилятора 2. За вентилятором расположен компрессор среднего давления 3, который установлен в корпусе компрессора среднего давления 4. За компрессором среднего давления расположен компрессор высокого давления 5, за которым расположена кольцевая камера сгорания 6. За кольцевой камерой сгорания расположены газовые турбины 7, которые посредством валов соединены с компрессорами высокого и среднего давления, а также с вентилятором. За газовой турбиной установлено реактивное сопло 8. За вентилятором между наружным и внутренним корпусом установлен теплообменник 9, который соединен с компрессором среднего давления каналом подвода воздуха в теплообменник 10. Канал отвода воздуха из теплообменника 11 соединяет теплообменник с каналами наружного корпуса 12, которые соединены каналами подвода воздуха 13 в компрессор высокого давления. Каналы в наружном корпусе образованы волнообразной поверхностью корпуса 14, которая позволяет увеличить площадь теплообмена. Теплообменник состоит из набора спиральных профилей теплообменника 15. Эти профили имеют наружное оребрение 16 и внутренние перегородки 17. На наружной поверхности профиля между оребрением расположены упоры профиля 18. Между каналами подвода воздуха расположен теплоизолятор 19, профиль цельнотянутый с внутренними каналами 20, а наружный канал 21 образуется двумя соседними профилями. A dual-circuit turbojet engine with a heat exchanger consists of a fan 1, which is installed in the
Двухконтурный турбореактивный двигатель с теплообменником работает следующим образом. A double-circuit turbojet engine with a heat exchanger operates as follows.
Двигатель запускается от внешнего источника энергии раскруткой компрессора аналогично прототипу. В камеру сгорания подается топливо, где происходит его сгорание в сжатом воздухе. За счет выделенной энергии происходит раскрутка турбин до необходимых оборотов, а значит раскручивается вентилятор и компрессор. Всасываемый в двигатель воздух сжимается компрессором среднего давления 3 и по каналу 10 поступает в теплообменник 9. Сжатый в компрессоре воздух имеет высокую температуру и проходит по внутренним каналам 20 теплообменника и омывает внутренние стенки канала и перегородки профиля 17. По наружным каналам 21 прокачивается вентилятором 1 холодный воздух второго контура, который омывает наружные стенки профиля 15 и наружное оребрение профиля 16. Между горячим воздухом первого контура и холодным воздухом второго контура происходит теплообмен, в результате которого воздух первого контура охлаждается почти до температуры воздуха второго контура. В связи с тем, что степень двухконтурности составляет порядка m 10, наружный воздух нагревается в десять раз слабее, чем охлаждается воздух первого контура. Подогрев воздуха второго контура составляет порядка 40-50oC и этот подогрев увеличивает скорость воздуха второго контура, что повышает удельный импульс и экономичность двигателя. Охлажденный воздух первого контура по каналу 11 попадает в каналы 12, которые образуются стенками наружного корпуса 14. Эта поверхность выполнена волнистой для увеличения площади контакта внешнего воздуха, омывающего двигатель при полете. В канале 12 происходит дополнительное охлаждение воздуха первого контура, который по каналу 13 попадает в компрессор высокого давления 5. В связи с тем, что начальная температура воздуха перед компрессором 5 имеет минимальную величину, работа на его сжатие уменьшается, а значит уменьшается работа газовой турбины на привод компрессора высокого давления. Энергия, выделенная в кольцевой камере сгорания 6, преобразуется турбиной 7 в механическую работу. На привод компрессора работа уменьшается на 1/3, а свободная энергия увеличивается в два раза.The engine is started from an external energy source by the compressor spin-up similarly to the prototype. Fuel is supplied to the combustion chamber, where it is burned in compressed air. Due to the energy released, the turbines spin up to the required revolutions, which means that the fan and compressor are untwisted. The air that is sucked into the engine is compressed by the medium-pressure compressor 3 and enters the heat exchanger 9 through the
Таким образом, на вентилятор второго контура подается в два раза больше механической работы, что позволяет увеличить прокачку воздуха через второй контур в два раза. Соответственно в два раза увеличивается тяга двигателя. Повышается удельная мощность двигателя и его экономичность. Thus, twice as much mechanical work is supplied to the fan of the second circuit, which allows to double the air pumping through the second circuit. Accordingly, the engine thrust doubles. The specific power of the engine and its efficiency are increased.
Теплообменник 9 выполнен из набора спиральных профилей 15. Эти профили можно получить из легкого металла, например алюминия, путем протяжки. Внутренние перегородки 17 образуют внутренние каналы 20, по которым проходит горячий воздух первого контура, и они обеспечивают необходимую для теплообмена поверхность. Профиль вытягивают в виде спирали Архимеда для того, чтобы уложить их в корпусе теплообменника с постоянным шагом. Эти профили вытягиваются одновременно с наружным оребрением 16, которое омывается воздухом второго контура и составляет необходимую площадь теплообмена. Между оребрением 16 с определенным шагом расположены упоры 18, которые позволяют сжать весь пакет профилей 15 в единый теплообменник 9, а также предотвратить возникновение вибраций профилей. Передняя часть профиля выполнена аэродинамической формы и образует канал отвода воздуха 11 и приваривается к профилю 15. Задняя часть профиля приваривается к профилю 15 и образует канал 10. К этому каналу закрепляется стойка аэродинамической формы, которая образует канал 13. Между каналом 10 и каналом 13 установлена теплоизолирующая прокладка 19 для исключения теплообмена между горячим воздухом в канале 10 и холодным в канале 13. Аэродинамическая форма каналов 11 и 13 необходима для уменьшения сопротивления прокачиваемому воздуху второго контура. Потери воздуха второго контура на трение о теплообменник несколько снизят напор вентилятора, но от трения температура воздуха второго контура повысится и эти потери частично будут использованы на разгон потока за счет повышения температуры потока второго контура. Холодный воздух первого контура после теплообменника попадает в компрессор высокого давления 5 и может сжиматься до Пк более 70, при этом температура воздуха первого контура за компрессором будет значительно ниже, чем температура за компрессором в обычном ДТРД при Пк 27 без промежуточного охлаждения. Примерно затрачивается и одинаковая работа на привод компрессоров, а это повышает экономичность двигателя и его удельную мощность. Удельная мощность растет примерно в два раза, а экономичность увеличивается на 20%
Применение двухконтурного турбореактивного двигателя с теплообменником позволит уже в ближайшее будущее создать тяжелые транспортные самолеты, предназначенные в качестве первой ступени для вывода в космос орбитальных кораблей с огромной экономией топлива, а также создать аэробусы на 1000 и более пассажиров с очень малым расходом топлива.The heat exchanger 9 is made of a set of
The use of a dual-circuit turbojet engine with a heat exchanger will make it possible in the near future to create heavy transport aircraft designed as the first stage for launching spacecraft with huge fuel economy, as well as creating airbuses for 1000 or more passengers with very low fuel consumption.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94025919A RU2094640C1 (en) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Double-flow turbojet engine with heat exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94025919A RU2094640C1 (en) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Double-flow turbojet engine with heat exchanger |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94025919A RU94025919A (en) | 1997-04-27 |
RU2094640C1 true RU2094640C1 (en) | 1997-10-27 |
Family
ID=20158365
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94025919A RU2094640C1 (en) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Double-flow turbojet engine with heat exchanger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2094640C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488710C1 (en) * | 2012-04-18 | 2013-07-27 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Dual-flow turbojet engine |
RU2617026C1 (en) * | 2015-12-09 | 2017-04-19 | Владимир Леонидович Письменный | Double-flow jet turbine engine cooling method |
RU2701034C1 (en) * | 2019-02-15 | 2019-09-24 | Владимир Леонидович Письменный | Double-flow jet turbine engine |
RU2704435C1 (en) * | 2019-02-28 | 2019-10-29 | Владимир Леонидович Письменный | Double-circuit gas turbine unit |
-
1994
- 1994-07-12 RU RU94025919A patent/RU2094640C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Масленников М.А., Шальман Ю.М. Авиационные газотурбинные двигатели. - М.: Машиностроение, 1975, с.482 и 483, рис. 164. 2. FR, патент, 2482196, кл.F 02C 7/10, 1981. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488710C1 (en) * | 2012-04-18 | 2013-07-27 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Dual-flow turbojet engine |
RU2617026C1 (en) * | 2015-12-09 | 2017-04-19 | Владимир Леонидович Письменный | Double-flow jet turbine engine cooling method |
RU2701034C1 (en) * | 2019-02-15 | 2019-09-24 | Владимир Леонидович Письменный | Double-flow jet turbine engine |
RU2704435C1 (en) * | 2019-02-28 | 2019-10-29 | Владимир Леонидович Письменный | Double-circuit gas turbine unit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94025919A (en) | 1997-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2299148C (en) | Compressor system and methods for reducing cooling airflow | |
RU2447302C2 (en) | Engine with compound turbine cooling | |
US6134880A (en) | Turbine engine with intercooler in bypass air passage | |
EP3075983B1 (en) | Gas turbine engine | |
US5724806A (en) | Extracted, cooled, compressed/intercooled, cooling/combustion air for a gas turbine engine | |
US6807802B2 (en) | Single rotor turbine | |
JP5336618B2 (en) | Gas turbine engine assembly | |
US5598697A (en) | Double wall construction for a gas turbine combustion chamber | |
US20110014028A1 (en) | Compressor cooling for turbine engines | |
US20190063313A1 (en) | Disc Turbine Engine | |
US4271665A (en) | Installation for generating pressure gas or mechanical energy | |
US20180355887A1 (en) | Centrifugal compressor cooling | |
US4002414A (en) | Compressor-expander rotor as employed with an integral turbo-compressor wave engine | |
US5224819A (en) | Cooling air pick up | |
RU2094640C1 (en) | Double-flow turbojet engine with heat exchanger | |
US9995216B1 (en) | Disc turbine engine | |
US5154583A (en) | Rotor of a pressure wave machine | |
US11352954B2 (en) | Intercooling systems and methods for aircraft engines | |
RU2707105C2 (en) | Turbojet double-flow engine | |
US6260349B1 (en) | Multi-stage turbo-machines with specific blade dimension ratios | |
US2419689A (en) | Gas turbine | |
GB2074249A (en) | Power Plant | |
Iancu et al. | Feasibility study of integrating four-port wave rotors into ultra-micro gas turbines (UmGT) | |
CN219840726U (en) | High-rotation-speed aviation turbine engine | |
JPH06280797A (en) | Cooling device for gas turbine |