RU2353790C1 - Aviation bypass turbojet engine - Google Patents

Aviation bypass turbojet engine Download PDF

Info

Publication number
RU2353790C1
RU2353790C1 RU2007135895/06A RU2007135895A RU2353790C1 RU 2353790 C1 RU2353790 C1 RU 2353790C1 RU 2007135895/06 A RU2007135895/06 A RU 2007135895/06A RU 2007135895 A RU2007135895 A RU 2007135895A RU 2353790 C1 RU2353790 C1 RU 2353790C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
pressure
engine
fan
stage
Prior art date
Application number
RU2007135895/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Сергеевич Алексеев (RU)
Юрий Сергеевич Алексеев
Александр Федорович Ивах (RU)
Александр Федорович Ивах
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Мотор" (ФГУП "НПП "Мотор")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Мотор" (ФГУП "НПП "Мотор") filed Critical Федеральное Государственное Унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Мотор" (ФГУП "НПП "Мотор")
Priority to RU2007135895/06A priority Critical patent/RU2353790C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2353790C1 publication Critical patent/RU2353790C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: aviation bypass turbojet engine comprises fan, high-pressure compressor, combustion chamber, high and low pressure turbines, mixer and afterburner and nozzle common for both circuits. Downstream the first stage of high-pressure compressor that provides for full pressure increase extent at takeoff regime of not more than πIext*=1.4…1.5, permanently open annular channel is arranged with honeycomb straightener, through which at all modes of engine operation, some air is relieved downstream stage into cocurrent flow of air in external circuit downstream fan.
EFFECT: increased extent of engine bypass-ratio and increased efficiency at non-augmented modes of operation.
1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а именно к разработке и созданию, в первую очередь, авиационных двухконтурных турбореактивных двигателей со смешением потоков воздуха наружного контура и газов за турбинами и общими форсажной камерой и соплом (ТРДДФ), может быть применено также при разработке двухконтурных бесфорсажных авиадвигателей (ТРДД), в том числе и двигателей с раздельными контурами.The invention relates to aircraft engine manufacturing, and in particular to the development and creation, first of all, of aircraft dual-circuit turbojet engines with a mixture of external air flows and gases behind turbines and common afterburner and nozzle (TRDDF), can also be applied in the development of dual-circuit after-engines aircraft ( Turbofan engine), including engines with separate circuits.

Уровень техникиState of the art

Для сверхзвуковых маневренных самолетов создан ряд ТРДДФ четвертого и пятого поколений в России (РД-33, АЛ-31Ф) и за рубежом (EJ-200, семейство двигателей М.88, F404, F414, F125). Все эти двигатели выполнены по одинаковой схеме, ставшей традиционной, включающей компрессор низкого давления (вентилятор), компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления, турбину низкого давления, смеситель потоков воздуха наружного контура и газов внутреннего контура, общую для обоих контуров форсажную камеру и сверхзвуковое сопло.For supersonic shunting aircraft, a number of fourth and fifth generation turbofan engines were created in Russia (RD-33, AL-31F) and abroad (EJ-200, the M.88, F404, F414, F125 engine family). All these engines are made according to the same scheme that has become traditional, including a low-pressure compressor (fan), a high-pressure compressor, a combustion chamber, a high-pressure turbine, a low-pressure turbine, an mixer for the flow of air from the external circuit and internal circuit gases, the afterburner common to both circuits and supersonic nozzle.

Совершенствование параметров и характеристик двигателей этого класса идет, в первую очередь, в направлении повышения их удельной тяги, которая, при сравнении двигателей, оценивается на взлетном форсажном режиме -Rудф=Rфвзл/Gв∑, где Rфвзл и G в∑, соответственно, тяга и расход воздуха на входе в двигатель на этом режиме. Удельная тяга двигателя при требуемой величине Rфвзл прямо влияет на его размерность и массу.The improvement of the parameters and characteristics of engines of this class is, first of all, in the direction of increasing their specific thrust, which, when comparing engines, is evaluated on the take-off afterburning mode -R udf = R fvzl / G v∑ , where R fvzl and G v∑ , accordingly, thrust and air flow at the engine inlet in this mode. The specific thrust of the engine at the required value of R fvzl directly affects its dimension and mass.

Двигатели 70-х-80-х годов имели Rудф, несколько превышающую 1100 Н·с/кг, а двигатель F414-GE-400, начало разработки которого относится к 90-м годам, имеет Rудф>1350 Н·с/кг (Сведения по перечисленным зарубежным двигателям представлены в справочнике ЦИАМ «Иностранные авиационные двигатели», выпуск 14, под редакцией В.А.Скибина и В.И.Солонина. Москва, изд. Дом «Авиамир», 2005 г.).Engines of the 70s-80s had R udf slightly exceeding 1100 N · s / kg, and the F414-GE-400 engine, the development of which dates back to the 90s, has R udf > 1350 N · s / kg (Information on the listed foreign engines is presented in the TsIAM reference book “Foreign Aircraft Engines”, issue 14, edited by V. A. Skibin and V. I. Solonin. Moscow, ed. Aviamir House, 2005).

Удельная тяга двигателя, прямо пропорциональная скорости истечения газов из сопла, при достигнутых предельных уровнях температур газов перед соплом на форсажном режиме, становится зависимой только от величины перепада давления газов в сопле. На взлетном режиме, при близких между собой (с разницей не более 3%) полных давлениях воздуха и газа в контурах на выходе из смесителя, величина перепада давления газов в сопле практически прямо определяется величиной полного давления воздуха в наружном контуре, т.е. для всех применяемых ТРДДФ традиционной схемы величина перепада давления газов в сопле зависит от степени повышения давления воздуха в вентиляторе πв*.The specific thrust of the engine, which is directly proportional to the rate of gas outflow from the nozzle, at the reached maximum temperature levels of the gases in front of the nozzle in the afterburner mode, becomes dependent only on the differential pressure of the gases in the nozzle. In the take-off mode, at close to each other (with a difference of no more than 3%) total pressures of air and gas in the circuits at the outlet of the mixer, the pressure drop across the nozzle is almost directly determined by the total air pressure in the external circuit, i.e. for all conventional turbofan engines used in the traditional scheme, the differential pressure of the gases in the nozzle depends on the degree of increase in air pressure in the fan π in * .

Поэтому повышение удельных тяг двигателей от Rудф≥1100 Н·с/кг до Rудф≥1350 Н·с/кг сопровождалось соответствующим увеличением πв*. На двигателе F414-GE-400 с Rудф≥1350 Н·с/кг установлен и самый высоконапорный вентилятор, обеспечивающий πв*=5.0.Therefore, an increase in specific engine thrusts from R udf ≥1100 N · s / kg to R udf ≥1350 N · s / kg was accompanied by a corresponding increase in π in *. The F414-GE-400 engine with R udf ≥1350 N · s / kg also has the highest-pressure fan, providing π at * = 5.0.

Однако повышение πв* приводит к необходимости понижать степень двухконтурности двигателя на взлетном режиме (m о) для обеспечения приемлемого соотношения полных давлений в контурах на выходе из смесителя

Figure 00000001
где
Figure 00000002
- полные давления газа и воздуха, соответственно, контурах на выходе из смесителя.However, an increase in π in * leads to the need to reduce the bypass ratio of the engine in the take-off mode (m о ) to ensure an acceptable ratio of the total pressures in the circuits at the outlet of the mixer
Figure 00000001
Where
Figure 00000002
- full pressure of gas and air, respectively, the circuits at the outlet of the mixer.

На двигателе F414-GE-400 mо=0,29.On the engine F414-GE-400 m o = 0.29.

Дальнейшее снижение двухконтурности двигателя приближает двухконтурный двигатель к одноконтурному с соответствующим ухудшением его характеристик по удельному расходу топлива на бесфорсажных крейсерских режимах работы.A further decrease in the dual-circuit engine brings the dual-circuit engine closer to single-circuit with a corresponding deterioration in its performance in specific fuel consumption in non-cruising cruising modes.

Кроме того, увеличение πв* повышает нагруженность турбины низкого давления, что может привести к увеличению ступеней турбины низкого давления.In addition, an increase in π in * increases the loading of the low pressure turbine, which can lead to an increase in the stages of the low pressure turbine.

Например, в планах дальнейшего развития двигателя F414-GE-400, наряду с другими мероприятиями по улучшению параметров двигателя, предусматривается увеличить πв* на 10% и заменить одноступенчатую турбину низкого давления на двухступенчатую.For example, plans for further development engine F414-GE-400, along with other measures to improve the engine parameters provided in the π * increase by 10% and replaced by a single stage low pressure turbine to the two.

Традиционная принципиальная схема двигателя, являющаяся базовой для двигателей РД-33, АЛ-31Ф, EJ-200 и двигателей семейств М.88, F404, F414 и F125 принята в качестве прототипа.The traditional engine schematic, which is the basis for the RD-33, AL-31F, EJ-200 engines and engines of the M.88, F404, F414 and F125 families, is adopted as a prototype.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Данным изобретением решается задача расширения арсенала средств, обеспечивающих повышение удельной тяги ТРДДФ; технический результат заключается в реализации этого назначения.This invention solves the problem of expanding the arsenal of tools that increase the specific thrust of the turbofan engine; The technical result consists in the implementation of this purpose.

Существенные признаки:Salient features:

- Ограничительные: авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий вентилятор, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давления, смеситель и общие для обоих контуров форсажную камеру и сопло.- Restrictive: an aircraft dual-circuit turbojet engine containing a fan, a high-pressure compressor, a combustion chamber, high-pressure and low-pressure turbines, a mixer, and an afterburner and a nozzle common to both circuits.

- Отличительные: за первой ступенью компрессора высокого давления, обеспечивающей на взлетном режиме степень повышения давления не более πIст*=1,4…1,5, выполнен кольцевой канал со спрямляющей решеткой, через который на всех режимах работы двигателя осуществляется постоянный перепуск части воздуха из-за ступени в спутный поток воздуха наружного контура за вентилятором.- Distinctive: behind the first stage of the high-pressure compressor, which ensures the degree of pressure increase not more than π Ist * = 1.4 ... 1.5 in the take-off mode, an annular channel with a straightening grate is made through which constant part of the air is constantly bypassed at all engine operation modes due to a step in a satellite stream of air of the external circuit behind the fan.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Сущность изобретения поясняется представленными чертежами:The invention is illustrated by the drawings:

На фиг.1 представлена принципиальная схема двухконтурного турбореактивного двигателя с каналом перепуска части воздуха из-за первой ступени компрессора высокого давления в поток воздуха наружного контура за вентилятором.Figure 1 presents a schematic diagram of a dual-circuit turbojet engine with a channel for bypassing part of the air due to the first stage of the high-pressure compressor into the air flow of the external circuit behind the fan.

На фиг.2 представлена схема канала перепуска части воздуха из-за первой ступени компрессора в наружный контур в большем масштабе, чем на фиг.1.In Fig.2 presents a diagram of the channel bypass part of the air due to the first stage of the compressor into the outer circuit on a larger scale than in Fig.1.

На фиг.3 представлена цилиндрическая развертка спрямляющей решетки в канале перепуска воздуха.Figure 3 presents a cylindrical scan of the rectifier lattice in the air bypass channel.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель содержит вентилятор 1, компрессор высокого давления 2, камеру сгорания 3, турбину высокого давления 4, турбину низкого давления 5, смеситель 6, форсажную камеру 7 и сверхзвуковое сопло 8.An aircraft dual-circuit turbojet engine contains a fan 1, a high-pressure compressor 2, a combustion chamber 3, a high-pressure turbine 4, a low-pressure turbine 5, a mixer 6, an afterburner 7, and a supersonic nozzle 8.

За первой ступенью 9 компрессора высокого давления 2, обеспечивающей на взлетном режиме степень повышения давления не более πIст*=1,4…1,5, выполнен постоянно открытый кольцевой канал 10 со спрямляющей решеткой 11, через который осуществляется перепуск части воздуха из-за первой ступени 9 компрессора высокого давления 2 в канал наружного контура 12 за вентилятором 1.Behind the first stage 9 of the high-pressure compressor 2, which ensures during takeoff operation the degree of pressure increase is not more than π Ist * = 1.4 ... 1.5, a constantly open annular channel 10 is made with a straightening grill 11 through which part of the air is bypassed due to the first stage 9 of the high pressure compressor 2 into the channel of the outer circuit 12 after the fan 1.

Ограничение степени повышения давления первой ступени 9 компрессора высокого давления 2 не более πIст*=1,4…1,5 вводится для исключения местных зон течения со звуковой скоростью на выходе воздуха из канала перепуска воздуха 10 за ступенью в канал наружного контура 12 за вентилятором 1. Спрямляющая решетка 11 в канале перепуска 10 обеспечивает осевое направление входа перепускаемого воздуха в канал наружного контура 12.The limitation of the degree of increase in pressure of the first stage 9 of the high-pressure compressor 2 is not more than π Ist * = 1.4 ... 1.5 is introduced to exclude local flow zones with sound speed at the air outlet from the air bypass channel 10 after the stage to the channel of the external circuit 12 behind the fan 1. The straightening grid 11 in the bypass channel 10 provides the axial direction of the passage of the bypassed air into the channel of the outer circuit 12.

Поступление части воздуха из-за первой ступени 9 компрессора 2 с более высоким полным давлением, чем полное давление в потоке за вентилятором 1, обеспечивает повышение общего полного давления в потоке воздуха наружного контура перед смесителем 6 и далее, соответственно, общего полного давления газов на входе в форсажную камеру 7 и перед соплом 8, что увеличивает перепад давления газа в сопле и скорость истечения газа из сопла, повышая удельную тягу двигателя.The intake of part of the air due to the first stage 9 of the compressor 2 with a higher total pressure than the total pressure in the stream behind the fan 1, provides an increase in the total total pressure in the air flow of the external circuit in front of the mixer 6 and then, respectively, the total total pressure of the inlet gases in the afterburner 7 and in front of the nozzle 8, which increases the pressure drop of the gas in the nozzle and the rate of gas outflow from the nozzle, increasing the specific thrust of the engine.

С поступлением в наружный контур 12 дополнительного воздуха из канала перепуска 10 увеличивается общая степень двухконтурности двигателя и повышается его экономичность на бесфорсажных режимах работы.With the addition of additional air to the external circuit 12 from the bypass channel 10, the overall degree of dual-circuit of the engine increases and its efficiency in non-after-operation modes increases.

Claims (1)

Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий вентилятор, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давления, смеситель и общие для обоих контуров форсажную камеру и сопло, отличающийся тем, что за первой ступенью компрессора высокого давления, обеспечивающей на взлетном режиме степень повышения полного давления не более πIст*=1,4…1,5, выполнен постоянно открытый кольцевой канал со спрямляющей решеткой, через который на всех режимах работы двигателя осуществляется перепуск части воздуха из-за ступени в спутный поток воздуха наружного контура за вентилятором. Aircraft dual-circuit turbojet engine containing a fan, a high-pressure compressor, a combustion chamber, high and low pressure turbines, a mixer, and an afterburner and a nozzle common to both circuits, characterized in that behind the first stage of the high-pressure compressor, which ensures a full increase in takeoff pressure not more than π Ist * = 1.4 ... 1.5, a constantly open annular channel with a straightening grate is made, through which part of the air is bypassed at all engine operating modes but because of the step into the satellite stream of air of the external circuit behind the fan.
RU2007135895/06A 2007-09-27 2007-09-27 Aviation bypass turbojet engine RU2353790C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007135895/06A RU2353790C1 (en) 2007-09-27 2007-09-27 Aviation bypass turbojet engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007135895/06A RU2353790C1 (en) 2007-09-27 2007-09-27 Aviation bypass turbojet engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2353790C1 true RU2353790C1 (en) 2009-04-27

Family

ID=41019044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007135895/06A RU2353790C1 (en) 2007-09-27 2007-09-27 Aviation bypass turbojet engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2353790C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2637159C2 (en) Gas turbine engine with high-speed turbine section of low pressure
US20230160337A1 (en) Geared turbofan engine with a high ratio of thrust to turbine volume
US20200200086A1 (en) High speed propulsion system with inlet cooling
US20130025286A1 (en) Gas turbine engine with aft core driven fan section
US20070125066A1 (en) Turbofan engine assembly and method of assembling same
US10316681B2 (en) System and method for domestic bleed circuit seals within a turbine
US20150027101A1 (en) Geared gas turbine engine architecture for enhanced efficiency
US20160090914A1 (en) Diffuser case strut for a turbine engine
US20110150633A1 (en) Intermediate fan stage
CN106438104B (en) A kind of fuel-rich pre-burning fanjet
US7055306B2 (en) Combined stage single shaft turbofan engine
JP2007182873A (en) Thrust augmenting device and its method, and exhaust nozzle
US10436110B2 (en) Rotating detonation engine upstream wave arrestor
US20180355792A1 (en) Annular throats rotating detonation combustor
RU2316662C1 (en) Gas-turbine engine
JP2015072010A (en) Gas turbine engine
US3896615A (en) Gas turbine engine for subsonic flight
EP3239511A1 (en) Turbofan assembly and method of assembling
US11066989B2 (en) Gas turbine engine architecture with nested concentric combustor
US9752585B2 (en) Gas turbine engine architecture with intercooled twin centrifugal compressor
RU2353790C1 (en) Aviation bypass turbojet engine
US10125686B2 (en) Turbine engine assembly and method of manufacturing
Benawra et al. Performance cycle analysis on turbo fan engine PW4000
EP1988274A2 (en) Turbojet engine
Liew et al. Performance cycle analysis of a two-spool, separate-exhaust turbofan with interstage turbine burner

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20100518

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20171016

PD4A Correction of name of patent owner