RU2253745C2 - Three-circuit gas-turbine engine - Google Patents
Three-circuit gas-turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2253745C2 RU2253745C2 RU2003125051/06A RU2003125051A RU2253745C2 RU 2253745 C2 RU2253745 C2 RU 2253745C2 RU 2003125051/06 A RU2003125051/06 A RU 2003125051/06A RU 2003125051 A RU2003125051 A RU 2003125051A RU 2253745 C2 RU2253745 C2 RU 2253745C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- turbine
- engines
- turbine engine
- circuit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к авиадвигателестроению.The invention relates to aircraft engine manufacturing.
Известны турбоэжекторные двигатели (RU 2190772, F 02 С 3/32, 2002). Недостатком указанных двигателей является низкая экономичность на дозвуковых скоростях полета. Причиной низкой экономичности является ограничение по степени повышения давления воздуха компрессором (πк~4,0), накладываемое газовым эжектором.Known turbojet engines (RU 2190772, F 02
Известны турбовальные двигатели со свободной турбиной (Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей. Под ред. С.М.Шляхтенко, М.: Машиностроение, 1987, стр.354, рис.11.4), которые нашли широкое применение в качестве турбостартеров в газотурбинных двигателях различного назначения. Турбовальные двигатели отличаются высокой экономичностью на дозвуковых скоростях полета.Known turboshaft engines with a free turbine (Theory and calculation of jet engines. Edited by S.M.Shlyakhtenko, M .: Mechanical Engineering, 1987, p. 354, Fig. 11.4), which are widely used as turbostarter in gas turbine engines for various purposes. Turboshaft engines are highly economical at subsonic flight speeds.
Известны комбинированные турбопрямоточные двигатели, в которых прямоточный и газотурбинный двигатели имеют общие входное и выходное устройства (Вестник Академии космонавтики, №2, М.: Академия космонавтики, 1998, стр.105, рис.5).Combined turbofan engines are known in which ramjet and gas turbine engines have common input and output devices (Bulletin of the Academy of Cosmonautics, No. 2, Moscow: Cosmonautics Academy, 1998, p. 105, Fig. 5).
Ближайшим к предложенному изобретению аналогом является трехконтурный двигатель, описанный в SU 1760806, F 02 К 3/04,1995.The closest analogue to the proposed invention is a three-circuit engine described in SU 1760806, F 02
Предлагаемое техническое решение направлено на улучшение расходных характеристик турбоэжекторных двигателей на дозвуковых скоростях полета.The proposed technical solution is aimed at improving the flow characteristics of turbojet engines at subsonic flight speeds.
Поставленная цель достигается комбинацией двух двигателей: турбоэжекторного (ТРДЭ) и турбовального со свободной турбиной (ТВаД). При этом оба двигателя имеют общие входное и выходное устройства, а свободная турбина ТВаД кинематически связана с турбиной ТРДЭ.This goal is achieved by a combination of two engines: turbojet (TRDE) and turbojet with a free turbine (TVaD). In this case, both engines have a common input and output device, and a free turbine turbine engine is kinematically connected with the turbine engine.
Суть изобретения состоит в том, что свободная турбина ТВаД является дополнительной турбиной ТРДЭ, что позволяет за счет снижения мощности турбины ТРДЭ повысить перепад давлений газа в выходном устройстве (на сопле) и, тем самым, улучшить тяговые и расходные характеристики ТРДЭ на дозвуковых скоростях полета. При этом исходное (в условиях взлета) соотношение мощностей ТВаД и ТРДЭ задается соотношением расходов воздуха через компрессор ТВаД и компрессор ТРДЭ, которое в условиях взлета составляет 0,15-0,3.The essence of the invention lies in the fact that a free turbine turbine engine is an additional turbofan engine, which, by reducing the power of the turbofan engine, increases the pressure drop in the output device (at the nozzle) and, thereby, improves the traction and flow characteristics of the turbofan engine at subsonic flight speeds. In this case, the initial (under take-off) ratio of TVAD and TRDE power is set by the ratio of air flow through the TV-AD compressor and the TRDE compressor, which is 0.15-0.3 under take-off conditions.
На фиг.1 изображена схема трехконтурного ГТД;Figure 1 shows a diagram of a three-circuit gas turbine engine;
на фиг.2 изображена зависимость приведенной лобовой тяги от скорости полета по типовой траектории гиперзвукового ЛА для трехконтурного ГТД;figure 2 shows the dependence of the reduced frontal thrust on the flight speed along a typical trajectory of a hypersonic aircraft for a three-circuit gas turbine engine;
на фиг.3 изображена зависимость приведенного удельного расхода топлива от скорости полета по типовой траектории гиперзвукового ЛА для трехконтурного ГТД.figure 3 shows the dependence of the specific fuel consumption on flight speed along a typical trajectory of a hypersonic aircraft for a three-circuit gas turbine engine.
Трехконтурный ГТД состоит из входного устройства 1, выходного устройства 2, турбоэжекторного двигателя 3, турбовального двигателя со свободной турбиной 4. Турбоэжекторный двигатель содержит внутренний канал (первый контур), внутри которого расположены компрессор и основная камера сгорания, наружный канал (второй контур), лепестковый смеситель, соединяющий наружный и внутренний каналы с камерой смешения, турбину, расположенную за камерой смешения. Турбовальный двигатель содержит турбокомпрессор, свободную турбину. ТВаД расположен в канале (третий контур), соединяющем выход из входного устройства 1 с входом в выходное устройство 2. Свободная турбина ТВаД через редуктор соединена с валом ТРДЭ.A three-circuit gas turbine engine consists of an
Работа двигателя осуществляется следующим образом. Воздух через входное устройство 1 поступает в ТВаД и ТРДЭ. Мощность, создаваемая свободной турбиной ТВаД, через редуктор передается на вал ТРДЭ, а горячие газы, выходящие из ТВаД, направляются в выходное устройство 2. Горячие газы, выходящие из ТРДЭ, также направляются в выходное устройство 2. В выходном устройстве газы, поступающие от обоих двигателей, смешиваются и ускоряются, создавая тягу двигателя.The engine is as follows. Air through the
Появление положительного эффекта (улучшение расходных характеристик ТРДЭ на дозвуковых скоростях полета) напрямую связано с распределением расходов воздуха между ТВаД и ТРДЭ. Указанное распределение характеризуется коэффициентом трехконтурности t, равным отношению расходов воздуха через третий и первый контуры, что соответствует отношению расходов воздуха через компрессор ТВаД и компрессор ТРДЭ. Коэффициент трехконтурности в условиях взлета составляет 0,15-0,3.The appearance of a positive effect (improvement of the flow characteristics of the turbojet engine at subsonic flight speeds) is directly related to the distribution of air flow between the high-speed engine and the engine. The specified distribution is characterized by a three-circuit coefficient t equal to the ratio of air flow through the third and first circuits, which corresponds to the ratio of air flow through the TVAD compressor and the TRDE compressor. The three-loop coefficient in take-off conditions is 0.15-0.3.
На дозвуковых скоростях полета ТРДЭ имеет низкие перепады давлений на сопле (менее критических), что ведет к существенному увеличению удельных расходов топлива двигателя. Передача мощности свободной турбины ТВаД на вал ТРДЭ позволяет понизить перепад давлений на турбине ТРДЭ (за счет снижения ее мощности) и, соответственно, повысить перепад давлений на сопле, что повышает удельную тягу двигателя и снижает удельные расходы топлива.At subsonic flight speeds, the TRRE has low pressure drops at the nozzle (less critical), which leads to a significant increase in specific fuel consumption of the engine. Transferring the power of a free turbine turbine engine to the turbojet engine shaft allows reducing the pressure drop across the turbojet engine (by reducing its power) and, accordingly, increasing the pressure drop across the nozzle, which increases the specific thrust of the engine and reduces specific fuel consumption.
При увеличении скорости полета работа свободной турбины вследствие снижения располагаемого перепада давлений уменьшается, что ведет к дефициту мощности на валу ТРДЭ (тем большему, чем выше t) и, как следствие, снижению частоты вращения и расхода воздуха через основные (первый и второй) контуры двигателя. Третий контур в этом случае компенсирует снижение расхода воздуха через первые два, но это, как показывают расчеты, возможно только до определенных значений коэффициента t, после которых происходит заметное ухудшение характеристик двигателя.With an increase in the flight speed, the operation of a free turbine decreases due to a decrease in the available pressure drop, which leads to a power shortage on the turbojet engine shaft (the larger the higher t) and, as a result, to reduce the speed and air flow through the main (first and second) engine circuits . The third circuit in this case compensates for the decrease in air flow through the first two, but this, as the calculations show, is possible only up to certain values of the coefficient t, after which there is a noticeable deterioration in engine performance.
На фиг.2 и фиг.3 показаны скоростные характеристики трехконтурного ГТД, приведенные к скоростной характеристике ТРДЭ (t=0), для четырех значений коэффициента трехконтурности в условиях взлета to: 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 (индекс "о" соответствует условиям взлета). Видно, что тяговые и расходные характеристики на малых и средних скоростях полета (Мп<2) с увеличением to заметно улучшаются, например, на взлете лобовая тяга увеличивается более чем на 30%, а удельный расход топлива снижается более чем на 15%. Что касается больших скоростей (Мп>2), то влияние to на характеристики двигателя не столь однозначно: если to<0,3, то ухудшения характеристик по отношение к ТРДЭ (t=0) практически не происходит, если же to>0,3, то уже на скоростях Мп>2,5 наблюдается заметное снижение лобовой тяги (фиг.2) и ухудшение экономичности двигателя (фиг.3). Данный факт объясняется тем, что при малых to снижение энергетического потока через основной контур (вследствие снижения суммарной мощности турбин трехконтурного ГТД по сравнению с мощностью турбины ТРДЭ: t=0) компенсируется подводом дополнительной энергии (горячий газ), генерируемой ТВаД. При больших to>0,3 снижение мощности турбин столь значительно, что энергетический поток, проходящий через ТВаД, уже не компенсирует снижения энергетического потока, проходящего через основные (первый и второй) контуры двигателя, что ведет к ухудшению характеристик двигателя.Figure 2 and figure 3 shows the speed characteristics of the three-circuit gas turbine engine, reduced to the high-speed characteristic of the turbojet engine (t = 0), for the four values of the coefficient of three-circuit in take-off conditions t o : 0.2; 0.3; 0.4; 0.5 (index “o” corresponds to take-off conditions). It can be seen that the traction and flow characteristics at low and medium flight speeds (Mn <2) significantly increase with increasing t o , for example, when taking off, the frontal thrust increases by more than 30%, and the specific fuel consumption decreases by more than 15%. As for the high speeds (Mn> 2), the influence of t o on the engine performance is not so clear: if t o <0.3, then performance degradation with respect to the engine fuel economy (t = 0) practically does not occur, but if t o > 0.3, then already at speeds Mn> 2.5 there is a noticeable decrease in frontal thrust (figure 2) and a deterioration in engine efficiency (figure 3). This fact is explained by the fact that, at low t o, the decrease in the energy flow through the main circuit (due to a decrease in the total power of the turbine gas turbine turbine compared to the turbojet turbine engine capacity: t = 0) is compensated by the supply of additional energy (hot gas) generated by the high-pressure fuel pump. At large t o > 0.3, the decrease in turbine power is so significant that the energy flow passing through the fuel assembly does not compensate for the decrease in energy flow passing through the main (first and second) engine circuits, which leads to a deterioration in engine performance.
Минимальная степень трехконтурности to~0,15 определяется из условия существования системы, состоящей из двух двигателей, один из которых турбоэжекторный. Дело в том, что ТВаД, кроме всего прочего, выполняет функцию стартера для ТРДЭ. Особенностью запуска ТРДЭ является то, что обороты двигателя при запуске должны быть не менее 60% от максимальных (в обычных ГТД - порядка 20%), что необходимо для устойчивой работы газового эжектора. Обеспечение столь высоких оборотов требует значительных мощностей, что и определяет минимальную величину степени трехконтурности.The minimum three-circuit degree t o ~ 0.15 is determined from the condition for the existence of a system consisting of two engines, one of which is turbojet. The fact is that TVAD, among other things, serves as a starter for TRDE. The peculiarity of starting TRRE is that the engine speed at start-up should be at least 60% of the maximum (in conventional gas turbine engines - about 20%), which is necessary for the stable operation of the gas ejector. Ensuring such a high speed requires significant power, which determines the minimum value of the degree of three-circuit.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003125051/06A RU2253745C2 (en) | 2003-08-12 | 2003-08-12 | Three-circuit gas-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003125051/06A RU2253745C2 (en) | 2003-08-12 | 2003-08-12 | Three-circuit gas-turbine engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003125051A RU2003125051A (en) | 2005-02-10 |
RU2253745C2 true RU2253745C2 (en) | 2005-06-10 |
Family
ID=35208570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003125051/06A RU2253745C2 (en) | 2003-08-12 | 2003-08-12 | Three-circuit gas-turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2253745C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU168499U1 (en) * | 2016-06-23 | 2017-02-07 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Remote fan module of an aircraft power plant |
RU2663440C1 (en) * | 2017-08-09 | 2018-08-06 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Unboosted turbojet engine |
-
2003
- 2003-08-12 RU RU2003125051/06A patent/RU2253745C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU168499U1 (en) * | 2016-06-23 | 2017-02-07 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Remote fan module of an aircraft power plant |
RU2663440C1 (en) * | 2017-08-09 | 2018-08-06 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Unboosted turbojet engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003125051A (en) | 2005-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2413859C2 (en) | Combined cycle system interacting combustion chamber and nozzle | |
RU2637159C2 (en) | Gas turbine engine with high-speed turbine section of low pressure | |
US7509797B2 (en) | Thrust vectoring missile turbojet | |
US8117827B2 (en) | Apparatus for operating gas turbine engines | |
US7788899B2 (en) | Fixed nozzle thrust augmentation system | |
US2468157A (en) | Internal-combustion engine power plant | |
US7055306B2 (en) | Combined stage single shaft turbofan engine | |
US11884414B2 (en) | Supersonic aircraft turbofan engine | |
US3896615A (en) | Gas turbine engine for subsonic flight | |
US20170363043A1 (en) | Gas turbine engine | |
US20200386408A1 (en) | Aircraft engine and method of operation thereof | |
JP4034600B2 (en) | Variable cycle propulsion system with compressed air branching means for supersonic aircraft | |
GB1313841A (en) | Gas turbine jet propulsion engine | |
CN116201656B (en) | Turbojet propulsion power system suitable for hypersonic cruising of unmanned aerial vehicle | |
CN2620100Y (en) | Combined fanjet | |
RU2253745C2 (en) | Three-circuit gas-turbine engine | |
US3901026A (en) | Gas turbine with auxiliary gasifier engine | |
CN108626026A (en) | A kind of novel microminiature fan postposition fanjet | |
JPS61101658A (en) | Variable cycle engine | |
Johnson | Variable cycle engines-The next step in propulsion evolution | |
CN108087150B (en) | Boost type small turbofan engine for supersonic missile | |
CN113153577B (en) | Multistage rotary detonation rocket stamping combined engine | |
Eilts et al. | Investigation of a Diesel Engine for Aircraft Application | |
US2500860A (en) | Internal-combustion engine power plant | |
US20200017226A1 (en) | Supersonic aircraft propulsion installation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080813 |