RU2397351C2 - Turbine engine (versions) - Google Patents
Turbine engine (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2397351C2 RU2397351C2 RU2008131981/06A RU2008131981A RU2397351C2 RU 2397351 C2 RU2397351 C2 RU 2397351C2 RU 2008131981/06 A RU2008131981/06 A RU 2008131981/06A RU 2008131981 A RU2008131981 A RU 2008131981A RU 2397351 C2 RU2397351 C2 RU 2397351C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- engine
- rotor
- turbine
- boundary layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к турбореактивным двигателям (ТРД) и газотурбинным двигателям (ГТД), а также газовым осевым компрессорам и паровым турбинам.The invention relates to turbojet engines (turbojet engines) and gas turbine engines (GTE), as well as gas axial compressors and steam turbines.
Известные ТРД, см., например, пат. России 2067683 или 1763695, состоящие из осевого компрессора, камеры сгорания, турбины, форсажной камеры и сопла. Компрессор двигателя склонен к возникновению помпажа при переходных режимах. Предположительно, одной из причин, ускоряющих развитие помпажа, является разность давлений на периферии ступени, где окружная скорость лопаток больше, и вблизи ротора, где эта скорость меньше, то есть на периферии лопатки работают эффективнее, и создаваемое ими давление больше, причем намного. Возможно, вследствие этого возникает радиальный переток воздуха в зону с меньшим давлением, переходящий во встречный поток в околороторной зоне, что ускоряет срыв обтекания лопаток.Known turbojet engines, see, for example, US Pat. Russia 2067683 or 1763695, consisting of an axial compressor, combustion chamber, turbine, afterburner and nozzle. The engine compressor is prone to surge during transient conditions. Presumably, one of the reasons accelerating the development of surging is the pressure difference at the periphery of the stage, where the peripheral speed of the blades is greater, and near the rotor, where this speed is lower, that is, they operate more efficiently on the periphery and the pressure created by them is greater, and much more. Perhaps, as a result of this, a radial flow of air into the zone with lower pressure arises, passing into the oncoming flow in the near-rotor zone, which accelerates the stall flow around the blades.
Второй возможной причиной ускорения помпажа является наличие пограничного слоя у поверхности ротора и около поверхности наружной обечайки двигателя, где скорость потока меньше.The second possible reason for accelerating surge is the presence of a boundary layer at the surface of the rotor and near the surface of the outer shell of the engine, where the flow rate is lower.
Все приведенные ниже технические решения имеют целью улучшения противопомпажных качеств, улучшения приемистости, повышение надежности, а изобретение 4, кроме того, еще и получение нового качества двигателя - его способность работать в пограничном слое в хвостовой оконечности фюзеляжа.All the following technical solutions are aimed at improving the anti-surge properties, improving the throttle response, increasing reliability, and invention 4, in addition, also obtaining a new quality of the engine - its ability to work in the boundary layer at the rear end of the fuselage.
Все варианты турбодвигателя содержат компрессор, камеру сгорания, турбину, реактивное сопло и, возможно, второй контур.All turbo engine options include a compressor, a combustion chamber, a turbine, a jet nozzle, and possibly a second circuit.
Изобретение 1. Так как мы не можем увеличить эффективность лопаток в околороторной (прикорневой) зоне, то для уменьшения упомянутой разницы давлений надо уменьшить эффективность лопаток на периферии. Для выравнивания давлений по сечению ступени компрессора одна, несколько или все ступени компрессора имеют лопатки, сужающиеся к периферии, в частности, до нуля и/или имеющие на периферии меньший шаг, и/или имеющие меньшую высоту, считая от ротора, то есть меньший диаметр венца, чем диаметр статора, но имеющие высоту, не меньшую, чем толщина пограничного слоя (здесь и далее «шаг» - расстояние, на которое лопатка ввинчивается в продольном направлении за один оборот, а высота лопатки - разность между радиусом венца и радиусом ротора).Invention 1. Since we cannot increase the efficiency of the blades in the near-rotor (basal) zone, to reduce the mentioned pressure difference, it is necessary to reduce the efficiency of the blades on the periphery. To equalize the pressure over the cross section of the compressor stage, one, several or all stages of the compressor have vanes that taper to the periphery, in particular to zero and / or have a smaller pitch on the periphery, and / or have a lower height, counting from the rotor, i.e. a smaller diameter crown than the diameter of the stator, but having a height not less than the thickness of the boundary layer (hereinafter “step” is the distance by which the blade is screwed in the longitudinal direction for one revolution, and the height of the blade is the difference between the radius of the crown and the radius of the rotor) .
Например, двигатель может иметь добавочную облегченную ступень с лопатками, имеющими в плане в развернутом виде форму треугольника, то есть сужающимися к периферии почти до нуля. Оптимальное место для такой ступени - ближе ко входу компрессора, то есть вторая или третья.For example, the engine may have an additional lightweight stage with blades having a plan in the expanded form of a triangle, that is, tapering to the periphery almost to zero. The optimal place for such a stage is closer to the compressor inlet, that is, the second or third.
Или же двигатель может иметь все ступени с лопатками, имеющими в плане в развернутом виде форму трапеции. В этом случае двигатель также будет иметь количество ступеней компрессора на одну или две больше, чем обычно. Но поскольку лопатки будут легче, общий вес двигателя не изменится или даже уменьшится.Or, the engine can have all stages with blades having a trapezoidal plan in expanded form. In this case, the engine will also have one or two more compressor stages than usual. But since the blades will be lighter, the total weight of the engine will not change or even decrease.
А надежность, приемистость и противопомпажные качества этого двигателя существенно возрастут.And the reliability, throttle response and anti-surge properties of this engine will increase significantly.
Или же двигатель может иметь одну или две ступени с лопатками, имеющими высоту, равную 60, 50, 40% от максимально возможной в данном диаметральном сечении.Or the engine can have one or two stages with blades having a height equal to 60, 50, 40% of the maximum possible in a given diametrical section.
Изобретение 2. Выровнять давление по сечению ступени компрессора можно и другим способом - перепуская воздух из периферийной зоны повышенного давления в околороторную зону с пониженным давлением по полым лопаткам неподвижного направляющего аппарата или по полым лопаткам венца компрессора. Для этого полые лопатки направляющего аппарата или венца компрессора, через которые выравнивают давление по сечению ступени компрессора, перепуская воздух из периферийной зоны повышенного давления в околороторную зону с пониженным давлением, имеют на периферийной части отверстия или щели, расположенные на передней кромке или на вогнутой стороне профиля лопатки, а на околороторной части имеют отверстия или щели, расположенные на задней кромке или на выпуклой стороне профиля лопатки.
При этом при рассмотрении вопроса о целесообразности такого перепуска через полые лопатки венца следует учесть центробежную силу, действующую на воздух внутри вращающейся лопатки. Она может оказаться больше разницы давлений на периферии венца и вблизи ротора.In this case, when considering the feasibility of such a bypass through the hollow blades of the crown, one should take into account the centrifugal force acting on the air inside the rotating blade. It may turn out to be greater than the pressure difference at the periphery of the crown and near the rotor.
Изобретение 3. Для предупреждения инициации срыва потока в зоне пограничного слоя, движущегося с меньшей скоростью, лопатки компрессора и/или турбины имеют на периферии и/или околороторной частях на длине, соответствующей толщине пограничного слоя, плавно уменьшающийся шаг, чтобы не провоцировать закритическое обтекание профиля.The invention 3. To prevent the initiation of flow stall in the zone of the boundary layer moving at a lower speed, the compressor blades and / or turbines have a smoothly decreasing step on the periphery and / or near-rotor parts at a length corresponding to the thickness of the boundary layer so as not to provoke supercritical flow around the profile .
Изобретение 4. С этой же целью двигатель имеет дополнительный венец или дополнительную ступень с лопатками, высота которых равна или больше толщины пограничного слоя. То есть околороторный пограничный слой сдувается, а давление в околороторной зоне повышается. Оптимальное место для такого венца - перед первой ступенью компрессора. Если компрессор не имеет входного направляющего аппарата, то направление вращения дополнительного венца должно быть противоположно направлению вращения первой ступени компрессора.Invention 4. For the same purpose, the engine has an additional crown or additional step with blades, the height of which is equal to or greater than the thickness of the boundary layer. That is, the near-rotor boundary layer is blown away, and the pressure in the near-rotor zone rises. The best place for such a crown is in front of the first stage of the compressor. If the compressor does not have an input guide vane, then the direction of rotation of the additional crown should be opposite to the direction of rotation of the first stage of the compressor.
Так как мощность, необходимая для привода такого венца, сравнительно невелика, то не всегда целесообразно приводить его во вращение основной турбиной. Турбодвигатель может состоять из двух двигателей разной мощности, причем двигатель меньшей мощности вращает дополнительный венец. Таким двигателем может быть небольшой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), например звездообразный, который через редуктор и фрикционную муфту может выполнять роль стартера для основного двигателя. Применение такого двигателя особенно целесообразно, когда двигатель расположен в задней части фюзеляжа. В этом случае двигатель своим ротором может примыкать к хвостовой части фюзеляжа.Since the power required to drive such a crown is relatively small, it is not always advisable to bring it into rotation by the main turbine. A turbo engine can consist of two engines of different power, and a lower power engine rotates an additional crown. Such an engine can be a small internal combustion engine (ICE), for example a star-shaped one, which through the gearbox and friction clutch can act as a starter for the main engine. The use of such an engine is especially appropriate when the engine is located at the rear of the fuselage. In this case, the engine with its rotor can adjoin the rear of the fuselage.
Это сулит выгоды в компоновке, аэродинамике и обслуживании двигателя, а также хорошо защищает двигатель от попадания птиц и от обстрела спереди. Эффективность этого дополнительного венца или ступени можно повысить, отведя ее собственный пограничный слой. Для этого двигатель имеет дополнительный венец или ступень, диаметр ротора которой меньше внутреннего диаметра первой ступени компрессора, и между ними имеется кольцевая щель с возможностью отвода воздуха. Например, в эжекторное устройство сопла через полый вал.This promises benefits in the layout, aerodynamics and engine maintenance, and also protects the engine well from birds and shelling in front. The effectiveness of this additional crown or step can be increased by releasing its own boundary layer. For this, the engine has an additional crown or stage, the rotor diameter of which is less than the inner diameter of the first stage of the compressor, and between them there is an annular gap with the possibility of air exhaust. For example, into an ejector nozzle device through a hollow shaft.
На фиг.1 упрощенно изображен в сечении условный одноконтурный ТРД, содержащий осевой компрессор 1, состоящий из противоположно вращающихся венцов 2, камеры сгорания 3, турбины 4, форсажной камеры 5 и сопла 6. Для выравнивания давлений по поперечному сечению компрессора в нем имеется неполнопрофильная ступень 7, лопатки венца которой имеют в плане форму, близкую к треугольнику.Figure 1 is a simplified sectional view of a conventional single-circuit turbojet engine containing an axial compressor 1, consisting of oppositely rotating
Перед компрессором имеется дополнительный венец 8, приводимый в движение отдельным двигателем 9, расположенном в фюзеляже 10. Причем фюзеляж вплотную примыкает к многовальному ротору 11. Между дополнительным венцом 8 и первым венцом 2 компрессора имеется кольцевая щель 12, в которую отводится пограничный слой дополнительного венца и выбрасывается в эжекторе 13.In front of the compressor there is an additional crown 8, driven by a separate engine 9 located in the
В камеру сгорания могут подаваться окислитель и испаряющаяся жидкость, а в форсажную камеру может подаваться окислитель (показаны стрелками).An oxidizing agent and an evaporating liquid may be supplied to the combustion chamber, and an oxidizing agent (shown by arrows) may be supplied to the afterburner.
На фиг.2 показан фрагмент компрессора двигателя, состоящий из многовального ротора 11, статора 1а, полнопрофильных лопаток 2, полых лопаток направляющего аппарата 14 и закрепленной на них вспомогательной обечайки 15. Извилистыми стрелками показан проход воздуха через полость лопаток 14 в околороторную зону для сдува пограничного слоя.Figure 2 shows a fragment of an engine compressor consisting of a multi-shaft rotor 11, a stator 1a, full-
На фиг.3 показан примерный вид самолета с предложенным двигателем. Самолет состоит из фюзеляжа 10 с крылом 16 и двумя продольными пилонами 17, являющимися наружными лонжеронами. В задней части пилоны переходят в кили 17. На указанных пилонах и на двух консолях крыла 16 крепится двигатель 19 со входным регулируемым устройством 20. Ротор компрессора, как показано на фиг.1, вплотную примыкает к задней части фюзеляжа. Имеется переднее горизонтальное оперение 21.Figure 3 shows an exemplary view of the aircraft with the proposed engine. The aircraft consists of a
Работает двигатель так: отдельный двигатель 9 разгоняет пограничный слой до скорости основного потока или несколько более. Противоположно вращающиеся венцы 2 сжимают воздух, причем неполнопрофильный венец 7 создает в околороторной зоне повышенное давление, благодаря чему нивелируется периферийный перепад давления, создаваемый основными венцами 2.The engine works as follows: a separate engine 9 accelerates the boundary layer to the speed of the main stream or slightly more. Opposite rotating
Работает двигатель на фиг.2 так: противоположно вращающиеся лопатки 2 сжимают воздух. При этом за счет большей окружной скорости лопаток у статора 1а образуется зона повышенного давления. Неполнопрофильные лопатки 7, имеющие высоту 50% от возможной и имеющие трапециевидный в плане профиль, создают давление в околороторной зоне, нивелируя указанный перепад давлений. Для предупреждения срыва потока воздух из передней околостаторной части лопаток 14 отводится в заднюю околороторную их часть.The engine of FIG. 2 operates as follows: oppositely rotating
Самолет на фиг.3 работает так: воздух из задней части фюзеляжа 10 перед поступлением в компрессор 1 двигателя 19 поступает на дополнительный венец 8 (см. фиг.1), где скорость пограничного слоя выравнивается и доводится до скорости основного потока или выше. Такое расположение двигателя позволяет обеспечить подвод воздуха к двигателю без специальных воздуховодов и лотков для отвода пограничного слоя, что в целом и повысит тягу и уменьшит аэродинамическое сопротивление.The plane of FIG. 3 operates as follows: air from the rear of the
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008131981/06A RU2397351C2 (en) | 2008-08-01 | 2008-08-01 | Turbine engine (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008131981/06A RU2397351C2 (en) | 2008-08-01 | 2008-08-01 | Turbine engine (versions) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008131981A RU2008131981A (en) | 2010-02-10 |
RU2397351C2 true RU2397351C2 (en) | 2010-08-20 |
Family
ID=42123471
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008131981/06A RU2397351C2 (en) | 2008-08-01 | 2008-08-01 | Turbine engine (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2397351C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2586426C2 (en) * | 2013-05-03 | 2016-06-10 | Текспейс Аеро С.А. | Stator of axial turbo machine with ailerons in blade roots |
RU2631850C2 (en) * | 2015-10-30 | 2017-09-26 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Turbine engine axial compressor working wheel |
WO2021257045A1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | Михаил Анатольевич КУДРЯШОВ | Improved pure turbojet engine |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2452764C1 (en) * | 2010-12-27 | 2012-06-10 | Николай Евгеньевич Староверов | Fuel (versions) |
-
2008
- 2008-08-01 RU RU2008131981/06A patent/RU2397351C2/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ВЬЮНОВ С.А. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, с.6, 71, 66. СТЕЧКИН Б.С. Теория реактивных двигателей, лопаточные машины. - М.: Оборонгиз, 1956, с.148-153, 187, 211. * |
КУЛАГИН И.И. Теория авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Оборонгиз, 1955, с.58-59, 147-148. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2586426C2 (en) * | 2013-05-03 | 2016-06-10 | Текспейс Аеро С.А. | Stator of axial turbo machine with ailerons in blade roots |
RU2631850C2 (en) * | 2015-10-30 | 2017-09-26 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Turbine engine axial compressor working wheel |
WO2021257045A1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | Михаил Анатольевич КУДРЯШОВ | Improved pure turbojet engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008131981A (en) | 2010-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107829958B (en) | Aircraft fan with low part span solidity | |
JP5466291B2 (en) | Rotating inlet cowl for a turbine engine with an eccentric front end | |
US7189059B2 (en) | Compressor including an enhanced vaned shroud | |
EP2778427B1 (en) | Compressor bleed self-recirculating system | |
US20210239132A1 (en) | Variable-cycle compressor with a splittered rotor | |
CA2844552C (en) | Compressor shroud reverse bleed holes | |
US20180066536A1 (en) | Compressor stage | |
WO2005108759A1 (en) | Shockwave-induced boundary layer bleed for transonic gas turbine | |
US20150300254A1 (en) | Propulsion engine | |
EP3485146B1 (en) | Turbofan engine and corresponding method of operating | |
US20180187600A1 (en) | Protected core inlet | |
RU2397351C2 (en) | Turbine engine (versions) | |
CN108799200A (en) | Compressor apparatus with letdown tank and auxiliary flange | |
CA2964988C (en) | Assembly and method for influencing flow through a fan of a gas turbine engine | |
US20160017727A1 (en) | Fan blade dovetail and spacer | |
EP2907971B1 (en) | Blade root lightening holes | |
US20180195528A1 (en) | Fluid diodes with ridges to control boundary layer in axial compressor stator vane | |
US20210372288A1 (en) | Compressor stator with leading edge fillet | |
US10370973B2 (en) | Compressor airfoil with compound leading edge profile | |
CN110382825A (en) | Method and system for the gas of resistance to ice raft removal | |
RU2801413C1 (en) | Gas turbine compressor rotor | |
US10132323B2 (en) | Compressor endwall treatment to delay compressor stall | |
CN107762563A (en) | With polycolporate engine component | |
JP2020051307A (en) | Axial flow compressor |