RU2511829C2 - Hybrid jet-turbine aircraft engine - Google Patents

Hybrid jet-turbine aircraft engine Download PDF

Info

Publication number
RU2511829C2
RU2511829C2 RU2012128704/06A RU2012128704A RU2511829C2 RU 2511829 C2 RU2511829 C2 RU 2511829C2 RU 2012128704/06 A RU2012128704/06 A RU 2012128704/06A RU 2012128704 A RU2012128704 A RU 2012128704A RU 2511829 C2 RU2511829 C2 RU 2511829C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
combustion chamber
electrochemical generator
fuel
pressure turbine
air flow
Prior art date
Application number
RU2012128704/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012128704A (en
Inventor
Юрий Александрович Эзрохи
Сергей Мирославович Каленский
Павел Александрович Рябов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
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 "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2012128704/06A priority Critical patent/RU2511829C2/en
Publication of RU2012128704A publication Critical patent/RU2012128704A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2511829C2 publication Critical patent/RU2511829C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: hybrid jet-turbine aircraft engine contains a combustion chamber and fuel elements based electrochemical generator located out of the chamber, connected by inlet to hydrocarbon fuel source and air flow compressed in engine, and a controller. The combustion chamber outlet is connected to low pressure turbine via high pressure turbine. The electrochemical generator outlet is connected to electric motor installed on low pressure turbine shaft. The controller is connected to controls, located in path of fuel and air flow, and is designed with possibility of relation adjustment of air flow and fuel flow coming to electrochemical generator and combustion chamber, and possibility of mixture of various energies of electric generator and low pressure turbine in the form of electric energy and thermal energy of combustion products for drive shaft.
EFFECT: reducing toxics emission during flight cycle, noise reduction including airports zones, improving efficiency.
7 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к авиационному машиностроению, а более точно касается гибридного турбореактивного авиационного двигателя.The invention relates to aircraft engineering, and more specifically relates to a hybrid turbojet aircraft engine.

Под «гибридностью» понимается схема, позволяющая совмещать в двигателе тягу двигателей разного типа.By “hybridity” we mean a scheme that allows you to combine the thrust of engines of various types in the engine.

Так, известен гибридный автомобиль, который использует для привода ведущих колес разнородную энергию (Автомобильные новости. Гибридные автомобили, 15 марта 2011: http://carnews.topinfomaster.com/post_1300194213.html). Для этого современными автопроизводителями используется схема, позволяющая совмещать тягу двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателя. Это позволяет избежать работы ДВС в режиме малых нагрузок, а также реализовывать рекуперацию кинетической энергии, что повышает топливную эффективность силовой установки. Этот тип двигателя в автомобильной индустрии (Toyota Prius, Lexus, BMW 5, 6 и 7 серий), а также в судоходстве (Mochi Craft Long Range 23M) сегодня является наиболее подходящим решением. Он основывается на сочетании традиционного дизеля и электромотора. Они не соединяются напрямую. Если они завязаны на единый передаточный вал, то могут работать отдельно друг от друга. Это значит, что в некоторых случаях можно идти только на электричестве. Преимущества - отсутствие загрязнения и шума. Недостатки - уменьшенные скорость и автономность.So, a hybrid car is known which uses heterogeneous energy to drive driving wheels (Automotive News. Hybrid Cars, March 15, 2011: http://carnews.topinfomaster.com/post_1300194213.html). To do this, modern automakers use a scheme that allows you to combine the thrust of an internal combustion engine (ICE) and an electric motor. This allows you to avoid the operation of the internal combustion engine in the mode of low loads, as well as to implement the recovery of kinetic energy, which increases the fuel efficiency of the power plant. This type of engine in the automotive industry (Toyota Prius, Lexus, BMW 5, 6 and 7 series), as well as in shipping (Mochi Craft Long Range 23M) is today the most suitable solution. It is based on a combination of a traditional diesel engine and an electric motor. They do not connect directly. If they are tied to a single gear shaft, they can work separately from each other. This means that in some cases you can only go on electricity. Advantages - no pollution and noise. Disadvantages - reduced speed and autonomy.

Известен гибридный ракетный двигатель (ГРД) - химический ракетный двигатель, использующий компоненты ракетного топлива в разных агрегатных состояниях - жидком и твердом. В твердом состоянии может находиться как окислитель, так и горючее.Known hybrid rocket engine (GRD) - a chemical rocket engine that uses rocket fuel components in different states of aggregation - liquid and solid. In the solid state, both oxidizing agent and fuel can be present.

Известен гибридный ТРД/ПВРД фирмы Pratt&Whitney на самолете SR-71 blackbind (Сайт FreePapers.ru - 7 декабря 2010, http://freepapers.ru/85/istoriya-razvitiya-reaktivnogo-dvigatelya/3888.35649.list4.html), который работал как ТРД с форсажем до скорости M=2,4, а на более высоких скоростях воздух поступал в форсажную камеру, минуя компрессор, камеру сгорания и турбину, подача топлива в форсажную камеру увеличивалась и он работал как ПВРД. Такая схема позволяет расширить скоростной диапазон эффективности работ до M=3,2, но уступает ТРД и ПВРД по весовым характеристикам.A well-known hybrid turbojet / ramjet engine company Pratt & Whitney on the plane SR-71 blackbind (Website FreePapers.ru - December 7, 2010, http://freepapers.ru/85/istoriya-razvitiya-reaktivnogo-dvigatelya/3888.35649.list4.html) as a turbojet engine with afterburner up to a speed of M = 2.4, and at higher speeds the air entered the afterburner, bypassing the compressor, combustion chamber and turbine, the fuel supply to the afterburner increased and it worked as a ramjet. Such a scheme allows expanding the speed range of work efficiency to M = 3.2, but is inferior to the turbojet engine and ramjet by weight characteristics.

Известно использование топливных элементов во вспомогательных силовых установках самолета (Сайт - aviaport.ru. 29 марта 2007: http://www.aviaport.ru/digest/2007/03/29/118391.html).The use of fuel cells in auxiliary power plants of the aircraft is known (Website - aviaport.ru. March 29, 2007: http://www.aviaport.ru/digest/2007/03/29/118391.html).

Известен авиалайнер A320 ATRA (Advanced Technology Research Aircraft), оснащенный двумя электродвигателями на переднем колесе, который продемонстрировал, что мощности электротяги достаточно, чтобы проехать от начальной позиции до взлетно-посадочной полосы, не включая реактивные двигатели. Электродвигатели получали питание от бортовых топливных элементов самолета (Сайт - ozemle. net. 18 августа 2011 г. http://www.ozemle.net/category/dostijeniya/page/12).A well-known airliner A320 ATRA (Advanced Technology Research Aircraft), equipped with two electric motors on the front wheel, which demonstrated that the electric power is enough to travel from the initial position to the runway, not including jet engines. Electric motors were powered by onboard fuel cells of the aircraft (Website - ozemle.net) August 18, 2011 http://www.ozemle.net/category/dostijeniya/page/12).

Известно, что Airbus и DLR экспериментально доказали, что топливные элементы могут быть использованы в качестве наземной вспомогательной силовой установки, которая, подключенная к самолету, обеспечивает подачу электричества на освещение, кондиционирование салона и для других нужд в то время, когда авиационные двигатели отключены (сайт - aero-news.ru, 18 июля 2011 г.: http://www.aero-news.ru/airbus-i-dlr-eksperimentiruyut-s-toplivnymi-elementami/).It is known that Airbus and DLR experimentally proved that fuel cells can be used as a ground auxiliary power unit, which, when connected to an aircraft, provides electricity for lighting, air conditioning of the cabin and for other needs while the aircraft engines are off (website - aero-news.ru, July 18, 2011: http://www.aero-news.ru/airbus-i-dlr-eksperimentiruyut-s-toplivnymi-elementami/).

Известен электрический самолет на топливных элементах (заявка США №2003/0075643), летающий на небольшой высоте со схемой силовой установки, которая включает электромотор, батарею твердополимерных топливных элементов, отдельный воздухозаборник из атмосферы для батареи твердополимерных топливных элементов, топливный бак с запасенным водородом либо с химическим реагентом, который в результате реакции выделяет водород, электрический преобразователь, контроллер, самолетное оборудование, солнечные батареи, аккумуляторные батареи.Known electric fuel cell aircraft (US application No. 2003/0075643) flying at low altitude with a power plant circuit that includes an electric motor, a battery of solid polymer fuel cells, a separate air intake from the atmosphere for a battery of solid polymer fuel cells, a fuel tank with stored hydrogen or with a chemical reagent that releases hydrogen as a result of the reaction, an electrical converter, a controller, aircraft equipment, solar panels, and batteries.

Выработанная электрическая мощность поступает в преобразователь, далее в систему энергоснабжения и оборудования самолета и к двум электромоторам, которые приводят во вращение воздушные винты легкого самолета.The generated electrical power is supplied to the converter, then to the aircraft’s power supply system and equipment, and to two electric motors that drive the propellers of the light aircraft.

Кроме получения электроэнергии от батареи топливных элементов предусмотрено дополнительное получение электроэнергии от солнечных батарей и запас ее в аккумуляторных батареях.In addition to receiving electricity from a battery of fuel cells, additional electricity is provided from solar panels and its supply in batteries.

Данное техническое решение касается электродвигателя для легких местных самолетов без камеры сгорания.This technical solution relates to an electric motor for light local aircraft without a combustion chamber.

Известен двухконтурный двигатель с комбинированной камерой сгорания (заявка США №2008/001038). В камере сгорания дополнительно для улучшения характеристик ТРДД размещены топливные элементы, работающие одновременно с основной камерой сгорания. Двигатель снабжен системой управления - контроллером, одной из задач которого является управление расходами топлива через камеру сгорания и топливными элементами. Полученная в топливном элементе электроэнергия используется потребителями бортовой сети самолета, например системой кондиционирования или другими системами. Хотя двигатель имеет конструктивно комбинированную камеру сгорания, его нельзя отнести к гибридным турбореактивным двигателем, так как он обеспечивает электроэнергией вспомогательные нужды, а для привода вентилятора используется традиционная тепловая энергия камеры сгорания.Known dual-circuit engine with a combined combustion chamber (application US No. 2008/001038). In addition to improving the characteristics of the turbofan engine, fuel cells are located in the combustion chamber that operate simultaneously with the main combustion chamber. The engine is equipped with a control system - a controller, one of the tasks of which is to control fuel consumption through the combustion chamber and fuel cells. The electricity generated in the fuel cell is used by consumers on the aircraft's on-board network, such as an air conditioning system or other systems. Although the engine has a structurally combined combustion chamber, it cannot be attributed to a hybrid turbojet engine, as it provides auxiliary energy for electricity, and the traditional thermal energy of the combustion chamber is used to drive the fan.

Гибридных авиационных турбореактивных двигателей, совмещающих для привода вентилятора разнородную энергию, продуктов сгорания и электрическую, в основной силовой установке в патентной литературе не выявлено.Hybrid aircraft turbojet engines combining dissimilar energy, combustion products and electric energy to drive a fan have not been identified in the main power plant in the patent literature.

В основу изобретения положена задача создания гибридного авиационного турбореактивного двигателя, позволяющего уменьшить выброс токсичных веществ, снизить шум, особенно в зоне аэропортов, повысить топливную экономичность.The basis of the invention is the creation of a hybrid aircraft turbojet engine, which allows to reduce the emission of toxic substances, reduce noise, especially in the area of airports, increase fuel efficiency.

Технический результат - уменьшение выбросов токсичных веществ за период полетного цикла, снижение шума, в том числе в зоне аэропортов, повышение топливной экономичности.EFFECT: reduced emissions of toxic substances during the flight cycle, reduced noise, including in the area of airports, increased fuel efficiency.

Поставленная задача решается тем, что гибридный турбореактивный авиационный двигатель (ГТРД) содержит камеру сгорания и расположенный вне камеры электрохимический генератор на топливных элементах, связанные входом с источником углеводородного топлива и потоком сжатого в двигателе воздуха, при этом выход камеры сгорания связан через турбину высокого давления с турбиной низкого давления, а выход электрохимического генератора - с электродвигателем, установленным на валу турбины низкого давления, и контроллер, связанный с регулирующими органами, расположенными в тракте топлива и потока воздуха, и выполненный с возможностью регулирования соотношения потоков воздуха и потоков топлива, поступающих в электрохимический генератор и камеру сгорания, и совмещения для привода вала разнородных энергий электрогенератора и турбины низкого давления в виде электроэнергии и энергии продуктов сгорания.The problem is solved in that the hybrid turbojet aircraft engine (GTRD) contains a combustion chamber and an electrochemical generator based on fuel cells located outside the chamber, connected by an inlet to a hydrocarbon fuel source and a stream of compressed air in the engine, while the outlet of the combustion chamber is connected through a high pressure turbine to low-pressure turbine, and the output of the electrochemical generator with an electric motor mounted on the shaft of the low-pressure turbine, and a controller associated with regulating bodies located in the fuel path and the air flow, and configured to control the ratio of air flows and fuel flows entering the electrochemical generator and the combustion chamber, and combining to drive the shaft the dissimilar energies of the generator and low pressure turbine in the form of electricity and energy of the combustion products.

Целесообразно, чтобы контроллер был связан с регулирующими органами, один из которых расположен в тракте топлива от его источника к камере и электрохимического генератора и регулирует распределение углеводородного топлива между электрохимическим генератором и камерой сгорания, а другой расположен в тракте потока воздуха на отводящем канале воздушного потока за компрессором и регулирует распределение воздуха между электрохимическим генератором и камерой сгорания. Целесообразно также, чтобы электрохимический генератор содержал риформер и камеру дожигания, вход которой соединен с выходом батареи, а выход - с камерой смешения на выходе камеры сгорания.It is advisable that the controller is connected with regulatory bodies, one of which is located in the fuel path from its source to the chamber and the electrochemical generator and regulates the distribution of hydrocarbon fuel between the electrochemical generator and the combustion chamber, and the other is located in the air flow path on the exhaust air duct compressor and controls the distribution of air between the electrochemical generator and the combustion chamber. It is also advisable that the electrochemical generator contains a reformer and an afterburner, the input of which is connected to the output of the battery, and the output to the mixing chamber at the output of the combustion chamber.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием и чертежом, где показана принципиальная схема гибридного турбореактивного авиационного двигателя, согласно изобретению.The invention is further illustrated by the description and drawing, which shows a schematic diagram of a hybrid turbojet aircraft engine according to the invention.

Гибридный турбореактивный авиационный двигатель (ГТРД) содержит камеру сгорания 4, электрохимический генератор (ЭХГ) 8, расположенный вне камеры сгорания 4, связанные входами с источником углеводородного топлива и потоком сжатого в двигателе воздуха.A hybrid turbojet aircraft engine (GTRD) contains a combustion chamber 4, an electrochemical generator (ECG) 8 located outside the combustion chamber 4, connected by inputs to a hydrocarbon fuel source and a stream of compressed air in the engine.

ГТРД содержит также вентилятор 1, редуктор 2, компрессор 3, турбину 5 высокого давления, турбину 6 низкого давления, электродвигатель 7, связанный входом с электрохимическим генератором 8. Выход камеры сгорания 4 связан через турбину 5 высокого давления с турбиной 6 низкого давления, установленной на одном валу 16 с электродвигателем 7. На том же валу 16 установлен вентилятор 1, который через редуктор 2 приводится во вращение от турбины 6 и электродвигателя 7. На чертеже представлен двухвальный ГТРД, где компрессор 3 и турбина 5 установлены на другом валу 15. Однако возможен ГТРД одновального исполнения.The GTRD also contains a fan 1, a gearbox 2, a compressor 3, a high pressure turbine 5, a low pressure turbine 6, an electric motor 7 connected to the input of an electrochemical generator 8. The output of the combustion chamber 4 is connected through a high pressure turbine 5 to a low pressure turbine 6 mounted on one shaft 16 with an electric motor 7. On the same shaft 16 a fan 1 is installed, which is driven through a gearbox 2 from the turbine 6 and the electric motor 7. The drawing shows a twin-shaft turbojet engine, where the compressor 3 and turbine 5 are mounted on another in alu 15. However, single-shaft GTRD is possible.

Кроме того, ГТРД содержит контроллер 20, выполненный с возможностью регулирования соотношения потоков воздуха и потоков топлива, поступающих в электрохимический генератор 8 и камеру сгорания 4.In addition, the gas turbine engine contains a controller 20, configured to control the ratio of air flows and fuel flows entering the electrochemical generator 8 and the combustion chamber 4.

Контроллер 20 связан с регулирующим органом 11, расположенным в тракте топлива от его источника к камере сгорания 4 и к ЭХГ 8 и регулирующим распределение углеводородного топлива между ЭХГ и камерой сгорания, и с регулирующим органом 9, расположенным в тракте потока воздуха на отводящем канале воздушного потока за компрессором 3 и регулирующим распределение сжатого воздуха между ЭХГ 8 и камерой сгорания 4.The controller 20 is connected with a regulatory body 11 located in the fuel path from its source to the combustion chamber 4 and to the ECG 8 and regulating the distribution of hydrocarbon fuel between the ECG and the combustion chamber, and with a regulatory body 9 located in the air flow path on the exhaust air duct behind the compressor 3 and regulating the distribution of compressed air between the ECG 8 and the combustion chamber 4.

Конструктивно регулирующие органы могут быть выполнены в виде заслонки и предварительно тарированы.Structurally, regulatory bodies can be made in the form of flaps and pre-calibrated.

Контроллер 20 меняет положение заслонок в зависимости от режима полета и управляющих воздействий пилота, обеспечивая тем самым потребный расход топлива и воздуха между каналами ЭХГ и камеры сгорания.The controller 20 changes the position of the dampers depending on the flight mode and the control actions of the pilot, thereby ensuring the required fuel and air flow between the ECG channels and the combustion chamber.

Электрохимический генератор (ЭХГ) 8 содержит батарею 12 элементов, например, твердотопливных. Однако возможно применение и других топливных элементов.The electrochemical generator (ECG) 8 contains a battery of 12 cells, for example, solid fuel. However, other fuel cells may also be used.

ЭХГ 8 может включать риформер 13, преобразующий поступающее углеводородное топливо в синтез-газ. Риформер 13 снабжен входами для подачи воздуха и углеводородного топлива, а выход соединен с входом батареи 12 топливных элементов. ЭХГ 8 может включать также камеру дожигания 14 синтез-газа, выходящего из батареи топливных элементов, вход которой соединен с выходом батареи 12, а выход - с камерой смешения 10 на выходе камеры сгорания 4. Выработанный риформером 13 синтез-газ поступает в батарею 12 твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), работающих на выработанном синтез-газе, заслонка 17 связана с контроллером и разделяет воздушный поток на используемый для выработки синтез-газа в риформере 13 и на поступающий в качестве окислителя непосредственно в батареи 12 топливных элементов.ECG 8 may include a reformer 13 converting the incoming hydrocarbon fuel into synthesis gas. Reformer 13 is provided with inputs for supplying air and hydrocarbon fuel, and the output is connected to the input of the battery 12 of the fuel cells. ECG 8 may also include a combustion chamber 14 for the synthesis gas leaving the fuel cell battery, the input of which is connected to the output of the battery 12, and the output with the mixing chamber 10 at the output of the combustion chamber 4. The synthesis gas generated by the reformer 13 enters the solid oxide battery 12 fuel cells (SOFC) operating on the generated syngas, the shutter 17 is connected to the controller and divides the air flow into the syngas used in the reformer 13 and into the fuel cells 12 supplied as an oxidizer entov.

Электрохимический генератор 8 дополнительно может быть связан с внешними (бортовыми) потребителями электроэнергии.The electrochemical generator 8 can additionally be associated with external (on-board) consumers of electricity.

Анализ вопросов согласования работы газодинамической и электрохимических составляющих ГТРД с ЭХГ на основе батареи топливных элементов на крейсерском и взлетном режиме показал целесообразность совмещения для привода вала 16 разнородных энергий - электроэнергии и тепловой энергии продуктов сгорания.An analysis of the issues of coordinating the work of the gas-dynamic and electrochemical components of a gas turbine engine with ECG based on a battery of fuel cells in cruise and take-off modes showed the advisability of combining 16 different energies for the shaft drive - electricity and thermal energy of combustion products.

В канал ЭХГ 8 на крейсерском режиме идет основная часть воздуха, покидающего компрессор 3, а именно от 70% до 90% в зависимости от параметров конкретного двигателя. Под полученный на этом расчетном режиме физический расход воздуха проектируется ЭХГ.In cruising mode, the main part of the air leaving compressor 3 flows into the ECG channel 8, namely from 70% to 90%, depending on the parameters of a particular engine. Under the physical flow rate obtained at this design mode, the ECG is designed.

Для обеспечения надежной и эффективной работы ЭХГ на других режимах расход воздуха через ЭХГ изменяется в ограниченных пределах. Для этих целей используется заслонка 9, регулирующая долю воздуха, идущего в каждый из каналов через традиционную камеру сгорания или ЭХГ.To ensure reliable and efficient operation of the ECG in other modes, the air flow through the ECG varies within a limited range. For these purposes, a damper 9 is used, which regulates the fraction of air entering each channel through a traditional combustion chamber or ECG.

Перед турбиной высокого давления расположена камера смешения 10, в которую поступает газ из двух каналов (канал 18 от ЭХГ и канал 19 от камеры сгорания). Из камеры смешения 10 весь газ поступает на турбину 5 компрессора.In front of the high-pressure turbine there is a mixing chamber 10, into which gas from two channels enters (channel 18 from the ECG and channel 19 from the combustion chamber). From the mixing chamber 10, all gas enters the compressor turbine 5.

В двухвальном ГТРД выработанная в ЭХГ электрическая мощность подводится к электродвигателю 7 на валу 16 с вентилятором 1 и редуктором 2, как дополнительная к мощности турбины 6 вентилятора.In a twin-shaft gas turbine engine, the electric power generated in the ECG is supplied to the electric motor 7 on the shaft 16 with fan 1 and gearbox 2, as additional to the power of the fan turbine 6.

Гибридный авиационный турбореактивный двигатель работает следующим образом.A hybrid aircraft turbojet engine operates as follows.

При включении двигателя на аэродроме контроллер 20 устанавливает в соответствующее запуску положение заслонки 9 подачи воздуха и 11 подачи топлива.When the engine is turned on at the aerodrome, the controller 20 sets the position of the air supply flap 9 and the fuel supply 11 to the start corresponding to the start.

В камеру сгорания 4 поступает сжатый воздух после компрессора 3 за вычетом расхода воздуха, подаваемого ЭХГ. При запуске примерно 10% воздуха поступает в ЭХГ, 90% - в камеру сгорания.The combustion chamber 4 receives compressed air after the compressor 3 minus the flow rate of air supplied by the ECG. At startup, approximately 10% of the air enters the ECG, 90% into the combustion chamber.

При переходе на другие режимы контроллер переключает заслонки в положение, соответствующее текущему режиму полета. Например, на крейсерском режиме контроллер переключает положение заслонок в положение, когда 70-90% воздуха поступает в ЭХГ, а 30-10% - в камеру сгорания.When switching to other modes, the controller switches the flaps to the position corresponding to the current flight mode. For example, in cruise mode, the controller switches the position of the flaps to a position where 70-90% of the air enters the ECG, and 30-10% into the combustion chamber.

От работы батареи 12 топливных элементов и камеры сгорания 4 включаются электродвигатель 7 и турбина 6, которые приводят во вращение валы 15 и 16. Работа привода валов от электродвигателя и турбины снижает нагрузку на камеру сгорания, что уменьшает токсичные выбросы и шум.From the operation of the battery 12 of the fuel cells and the combustion chamber 4, the electric motor 7 and the turbine 6 are turned on, which drive the shafts 15 and 16. The drive of the shafts from the electric motor and the turbine reduces the load on the combustion chamber, which reduces toxic emissions and noise.

Особенностью предложенной схемы гибридного ТРД является то, что ЭХГ работает на протяжении всего полета с расходом воздуха через него, близким к расчетному, а согласование режимов дросселирования и регулирования происходят по топливовоздушным каналам, связанным с традиционной камерой сгорания.A feature of the proposed hybrid turbojet engine scheme is that the ECG operates throughout the flight with an air flow through it close to the calculated one, and throttling and regulation are coordinated via air-fuel channels connected to a traditional combustion chamber.

Таким образом, предложенный ГТРД совмещает в силовой установке для привода вала разнородную энергию - электроэнергию и тепловую энергию продуктов сгорания.Thus, the proposed gas turbine engine combines heterogeneous energy — electric energy and thermal energy of combustion products — in a power plant for driving a shaft.

Это сочетание повышает экономичность за счет более высокого КПД использования топлива в топливных элементах, уменьшает выбросы загрязняющих веществ, повышает надежность, упрощает задачи регулирования ГТРД на режимах полетного цикла магистрального самолета по сравнению с аналогами.This combination increases profitability due to higher fuel efficiency in fuel cells, reduces pollutant emissions, increases reliability, and simplifies the tasks of regulating gas-turbine engines in flight cycle modes of a long-range airplane compared to its counterparts.

Claims (7)

1. Гибридный турбореактивный авиационный двигатель, который содержит камеру сгорания и расположенный вне камеры электрохимический генератор на топливных элементах, связанные входом с источником углеводородного топлива и потоком сжатого в двигателе воздуха, при этом выход камеры сгорания связан через турбину высокого давления с турбиной низкого давления, а выход электрохимического генератора - с электродвигателем, установленным на валу турбины низкого давления, и контроллер, связанный с регулирующими органами, расположенными в тракте топлива и потока воздуха, и выполненный с возможностью регулирования соотношения потоков воздуха и потоков топлива, поступающих в электрохимический генератор и камеру сгорания, и совмещения для привода вала разнородных энергий электрогенератора и турбины низкого давления в виде электроэнергии и тепловой энергии продуктов сгорания.1. A hybrid turbojet aircraft engine, which contains a combustion chamber and an electrochemical fuel cell generator located outside the chamber, connected to the inlet of a hydrocarbon fuel source and a stream of compressed air in the engine, the outlet of the combustion chamber being connected through a high pressure turbine to a low pressure turbine, and the output of the electrochemical generator - with an electric motor mounted on the shaft of the low-pressure turbine, and a controller associated with regulatory bodies located in the tract fuel and air flow, and made with the possibility of regulating the ratio of air flows and fuel flows entering the electrochemical generator and the combustion chamber, and combining to drive the shaft of dissimilar energies of the generator and low pressure turbine in the form of electricity and thermal energy of the combustion products. 2. Гибридный турбореактивный авиационный двигатель по п.1, отличающийся тем, что контроллер связан с регулирующими органами, один из которых расположен в тракте топлива от его источника к камере сгорания и электрохимическому генератору и регулирует распределение углеводородного топлива между электрохимическим генератором и камерой сгорания, а другой расположен в тракте потока воздуха на отводящем канале воздушного потока за компрессором и регулирует распределение воздуха между электрохимическим генератором и камерой сгорания.2. The hybrid turbojet aircraft engine according to claim 1, characterized in that the controller is connected to regulatory bodies, one of which is located in the fuel path from its source to the combustion chamber and the electrochemical generator and controls the distribution of hydrocarbon fuel between the electrochemical generator and the combustion chamber, and another is located in the air flow path on the exhaust channel of the air flow behind the compressor and controls the distribution of air between the electrochemical generator and the combustion chamber. 3. Гибридный турбореактивный авиационный двигатель по п.1, отличающийся тем, что электрохимический генератор содержит риформер с входами для подачи воздуха и углеводородного топлива, а выход соединен с входом электрохимического генератора на топливных элементах.3. The hybrid turbojet aircraft engine according to claim 1, characterized in that the electrochemical generator contains a reformer with inputs for supplying air and hydrocarbon fuel, and the output is connected to the input of the electrochemical generator on fuel cells. 4. Гибридный турбореактивный авиационный двигатель по п.1 или 3, отличающийся тем, что электрохимический генератор содержит камеру дожигания, вход которой соединен с выходом электрохимического генератора на топливных элементах, а выход - с камерой смешения на выходе камеры сгорания.4. The hybrid turbojet aircraft engine according to claim 1 or 3, characterized in that the electrochemical generator contains an afterburner, the input of which is connected to the output of the electrochemical generator on fuel cells, and the output to the mixing chamber at the output of the combustion chamber. 5. Гибридный турбореактивный авиационный двигатель по п.1, отличающийся тем, что электрохимический генератор связан с внешними (бортовыми) потребителями электроэнергии.5. The hybrid turbojet aircraft engine according to claim 1, characterized in that the electrochemical generator is connected to external (onboard) consumers of electricity. 6. Гибридный турбореактивный авиационный двигатель по п.1, отличающийся тем, что выход электрохимического генератора соединен с камерой смешения на выходе камеры сгорания.6. The hybrid turbojet aircraft engine according to claim 1, characterized in that the output of the electrochemical generator is connected to the mixing chamber at the output of the combustion chamber. 7. Гибридный турбореактивный авиационный двигатель по п.1, отличающийся тем, что на взлетном режиме поток воздуха, поступающий в электрохимический генератор, составляет 10-30%, а на крейсерском режиме - 70-90% от общего потока воздуха, поступающего в двигатель. 7. The hybrid turbojet aircraft engine according to claim 1, characterized in that in the take-off mode, the air flow entering the electrochemical generator is 10-30%, and in cruising mode, 70-90% of the total air flow entering the engine.
RU2012128704/06A 2012-07-10 2012-07-10 Hybrid jet-turbine aircraft engine RU2511829C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012128704/06A RU2511829C2 (en) 2012-07-10 2012-07-10 Hybrid jet-turbine aircraft engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012128704/06A RU2511829C2 (en) 2012-07-10 2012-07-10 Hybrid jet-turbine aircraft engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012128704A RU2012128704A (en) 2014-01-20
RU2511829C2 true RU2511829C2 (en) 2014-04-10

Family

ID=49944764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012128704/06A RU2511829C2 (en) 2012-07-10 2012-07-10 Hybrid jet-turbine aircraft engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2511829C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2652842C1 (en) * 2017-01-24 2018-05-03 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Aircraft power plant
DE102019216905A1 (en) * 2019-11-01 2021-05-06 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Aircraft engine and method of operation
DE102019216906A1 (en) * 2019-11-01 2021-05-06 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Engine for aircraft
RU2749234C1 (en) * 2020-07-17 2021-06-07 Игорь Николаевич Кочергин Aircraft turbojet engine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2334113C1 (en) * 2007-01-22 2008-09-20 Дмитрий Александрович Новосельцев Microturbine
RU84629U1 (en) * 2009-03-20 2009-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") HYBRID ELECTROCHEMICAL POWER PLANT WITH DIVISION OF THE WORKING BODY
RU2391749C1 (en) * 2009-04-07 2010-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Aircraft power unit using fuel cells

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2334113C1 (en) * 2007-01-22 2008-09-20 Дмитрий Александрович Новосельцев Microturbine
RU84629U1 (en) * 2009-03-20 2009-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") HYBRID ELECTROCHEMICAL POWER PLANT WITH DIVISION OF THE WORKING BODY
RU2391749C1 (en) * 2009-04-07 2010-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Aircraft power unit using fuel cells

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2652842C1 (en) * 2017-01-24 2018-05-03 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Aircraft power plant
DE102019216905A1 (en) * 2019-11-01 2021-05-06 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Aircraft engine and method of operation
DE102019216906A1 (en) * 2019-11-01 2021-05-06 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Engine for aircraft
RU2749234C1 (en) * 2020-07-17 2021-06-07 Игорь Николаевич Кочергин Aircraft turbojet engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012128704A (en) 2014-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11371430B2 (en) Power system for aircraft parallel hybrid gas turbine electric propulsion system
CN101528541B (en) Propulsion device for operation with a plurality of fuels for an aircraft
CA2951131C (en) Hybrid propulsion system
CN101522523B (en) Propulsion device with a plurality of energy converters for an aircraft
US10618667B2 (en) Fan module with adjustable pitch blades and power system
US20200354068A1 (en) Hybrid electric aircraft propulsion system
RU2511829C2 (en) Hybrid jet-turbine aircraft engine
CN108252807B (en) Turbo-electric engine propulsion system
US11136899B2 (en) Integrated electro-aero-thermal turbine engine
Borer et al. Design and performance of a hybrid-electric fuel cell flight demonstration concept
Seitz et al. Pre-concept performance investigation of electrically powered aero-propulsion systems
US11619192B2 (en) Synergistic hybrid propulsion
CN110071309B (en) Turboprop-high-temperature fuel cell hybrid propulsion and energy source integrated system for aircraft
Bradley Identification and descriptions of fuel cell architectures for aircraft applications
RU2652842C1 (en) Aircraft power plant
Nicolosi et al. Conceptual Design of a Hydrogen-Propelled Aircraft with Distributed Electric Propulsion
Cameretti et al. Preliminary analysis of Hybrid-Electric propulsion system integrated in a regional aircraftt
RU209929U1 (en) Auxiliary gas turbine engine with auxiliary power unit function
CN220267831U (en) Hybrid aeroengine
Isikveren et al. Advanced Propulsion and Power System Integration Strategies for Transport Aircraft
Chinnici Conceptual design of a commercial airliner powered by hybrid-hydrogen architecture
Aigner et al. Consideration of Technology Scalability in the Design of Electric Propulsion System Architectures
Lukovnikov et al. The hybrid propulsion systems for the advanced aircraft
Mistry et al. A Strategic Design Approach for Future Fuselage BLI Engine Based Hybrid Propulsion Engine
Ji et al. ANALYSIS OF SAFE OPERATION ZONE FOR A TURBINE-LESS AND SOLID OXIDE FUEL CELL HYBRID ELECTRIC JET ENGINE ON UNMANNED AERIAL VEHICLES

Legal Events

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

Effective date: 20210804