RU2554392C1 - Hydrogen gas turbine engine - Google Patents

Hydrogen gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2554392C1
RU2554392C1 RU2014100844/06A RU2014100844A RU2554392C1 RU 2554392 C1 RU2554392 C1 RU 2554392C1 RU 2014100844/06 A RU2014100844/06 A RU 2014100844/06A RU 2014100844 A RU2014100844 A RU 2014100844A RU 2554392 C1 RU2554392 C1 RU 2554392C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compressor
hydrogen
combustion chamber
turbine
gas turbine
Prior art date
Application number
RU2014100844/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
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 Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Priority to RU2014100844/06A priority Critical patent/RU2554392C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2554392C1 publication Critical patent/RU2554392C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: motors and pumps.
SUBSTANCE: hydrogen gas-turbine engine contains an air inlet, a housing, a compressor with a compressor rotor with a shaft, a main combustion chamber installed downstream the compressor and an air path connected thereto and a supersonic jet nozzle. Between the compressor and the combustion chamber inside the air path connecting the compressor and the combustion chamber the hydrogen turbine is installed which has inlet and outlet headers. Downstream the combustion chamber the heat exchanger is installed the inlet of which is connected to the fuel-supply line, and the outlet - to the inlet header of the hydrogen turbine. The outlet header of the hydrogen turbine is connected through the pipeline to the main combustion chamber. Downstream the heat exchanger the second compressor is installed between which and the supersonic jet nozzle the afterburner is installed. The hydrogen turbine and the second compressor are connected with the compressor rotor shaft.
EFFECT: increase of compression ratio of the compressor, increase of engine thrust and improvement of its specific characteristics.
4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, конкретно к авиационным двигателям для сверхзвуковых и гиперзвуковых самолетов.The invention relates to engine building, specifically to aircraft engines for supersonic and hypersonic aircraft.

Известен водородный газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2029118, МПК F02C 3/04, опубл. 20.05.1995 г., со вспомогательным контуром, работающим на водороде, во вспомогательный контур введен дополнительный воздушный тракт, связывающий выход из свободного компрессора со вспомогательной камерой. Водород в контуре двигателя играет роль хладагента. Для охлаждения турбины основного контура используется воздух высокого давления, который после охлаждения турбины подается в камеру сгорания промежуточного перегрева, куда поступает одновременно перешедший в газообразное состояние сжиженный воздух.Known hydrogen gas turbine engine according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2029118, IPC F02C 3/04, publ. 05/20/1995, with an auxiliary circuit operating on hydrogen, an additional air path was introduced into the auxiliary circuit, connecting the outlet from the free compressor with the auxiliary chamber. Hydrogen in the engine circuit acts as a refrigerant. To cool the turbine of the main circuit, high-pressure air is used, which, after cooling the turbine, is supplied to the intermediate overheating combustion chamber, where liquefied air enters the gaseous state at the same time.

Недостаток - низкие удельные характеристики двигателя вследствие малой степени сжатия воздуха в компрессоре.The disadvantage is the low specific characteristics of the engine due to the low degree of air compression in the compressor.

Известен водородный газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2320889, МПК F02K 3/04, опубл. 27.03.2008 г., который содержит вентилятор, высоконапорный скоростной компрессор, мультипликатор, пароводяной нагреватель (генератор пара), форсажную камеру, турбодетандер с тепломассообменным аппаратом. Двигатель также имеет трехступенчатую активно-реактивную турбину, у которой третья ступень радиально-осевая, проточная часть которой переходит в критическое сверхзвуковое сечение сопла Лаваля, окруженное аккумулятором пара. Высоконапорный скоростной компрессор выполнен комбинированным со степенью повышения давления, равной 60. Двигатель рассчитан на тягу не менее 150 тонн с расходом воздуха через первый контур 600 кг/с, через второй контур - 1200 кг/с, температурой газа пред турбиной 2000 К. Вентилятор имеет наружный диаметр лопастей первого ряда 4000 мм. Внутри корпуса сопла Лаваля установлены форсунки подачи атомарного водорода для дожигания несгоревшего окислителя. Диски высоконапорного скоростного компрессора выполнены комбинированными - к осевым ступеням добавлены центробежные нагнетающие. Сопло Лаваля снабжено центральным телом, через отверстия которого подается паровоздушная смесь, создающая внешнюю упругую «оболочку-подушку», что позволяет изменять площадь проходного критического сечения сопла Лаваля.Known hydrogen gas turbine engine according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2320889, IPC F02K 3/04, publ. 03/27/2008, which contains a fan, a high-pressure high-speed compressor, a multiplier, a steam-water heater (steam generator), an afterburner, a turboexpander with a heat and mass transfer apparatus. The engine also has a three-stage active-jet turbine, in which the third stage is radial-axial, the flow part of which passes into the critical supersonic section of the Laval nozzle, surrounded by a steam accumulator. The high-speed high-speed compressor is combined with a pressure increase of 60. The engine is designed for thrust of at least 150 tons with an air flow through the first circuit of 600 kg / s, through the second circuit - 1200 kg / s, the gas temperature in front of the turbine is 2000 K. The fan has the outer diameter of the blades of the first row is 4000 mm. Inside the housing of the Laval nozzle, atomic hydrogen injectors are installed to burn the unburned oxidizer. The disks of a high-pressure high-speed compressor are made combined - centrifugal pumps are added to the axial steps. The Laval nozzle is provided with a central body, through the openings of which a steam-air mixture is created, creating an external elastic “shell-pillow”, which allows changing the area of the critical section of the Laval nozzle through passage.

Недостатки - низкий уровень силы тяги, относительно низкие удельные параметры, например удельный расход топлива, недостаточная степень сжатия компрессора.Disadvantages - low level of traction, relatively low specific parameters, such as specific fuel consumption, insufficient compression of the compressor.

Низкие удельные параметры объясняются тем, что создать компрессор со степенью сжатия более 30…40 невозможно, из-за того, что температура воздуха на выходе из него превысит 800°C. Кроме того, энергетического потенциала газовой турбины недостаточно для привода более мощного компрессора из -за ограничении температуры газов на выходе из турбины диапазоном 1700…1800°К в первую очередь из-за снижения ресурса рабочих лопаток газовой турбины. Рабочие лопатки газовой турбины находятся на большом диаметре, вращаются с огромными окружными скоростями, следовательно, на них действуют значительные центробежные нагрузки. Прочностные свойства материалов при увеличении температуры ухудшаются.Low specific parameters are explained by the fact that it is impossible to create a compressor with a compression ratio of more than 30 ... 40, due to the fact that the air temperature at the outlet of it exceeds 800 ° C. In addition, the energy potential of a gas turbine is not enough to drive a more powerful compressor due to the limitation of the temperature of the gases at the outlet of the turbine to a range of 1700 ... 1800 ° K, primarily due to a decrease in the resource of working blades of a gas turbine. The working blades of a gas turbine are on a large diameter, rotate at huge peripheral speeds, therefore, they are subject to significant centrifugal loads. The strength properties of materials with increasing temperature deteriorate.

Известен водородный газотурбинный двигатель по патенту FR №2687433, МПК F02R 3/12, опубл. 20.08.1992 г., прототип.Known hydrogen gas turbine engine according to patent FR No. 2687433, IPC F02R 3/12, publ. 08/20/1992, the prototype.

Этот водородный газотурбинный двигатель содержит воздухозаборник, корпус, компрессор с ротором компрессора, имеющим вал, основную камеру сгорания, установленную за компрессором и соединенную с ним воздушным трактом, и сверхзвуковое реактивное сопло, тем, что между компрессором и камерой сгорания внутри воздушного тракта, соединяющего компрессор и камеру сгорания, установлена водородная турбина, которая имеет входной и выходной коллекторы, а за камерой сгорания установлен теплообменник, вход которого соединен с топливопроводом, а выход - с входным коллектором водородной турбины, выходной коллектор водородной турбины соединен трубопроводом с основной камерой сгорания, на выходе из теплообменника установлен второй компрессор, между которым и сверхзвуковым реактивным соплом установлена форсажная камер.This hydrogen gas turbine engine comprises an air intake, a housing, a compressor with a compressor rotor having a shaft, a main combustion chamber mounted behind the compressor and connected to it by the air path, and a supersonic jet nozzle, in that between the compressor and the combustion chamber inside the air path connecting the compressor and a combustion chamber, a hydrogen turbine is installed, which has an input and output collectors, and a heat exchanger is installed behind the combustion chamber, the input of which is connected to the fuel line, and the outlet - with an inlet manifold of the hydrogen turbine outlet manifold hydrogen turbine connected through a duct to the main combustion chamber, the outlet of the heat exchanger has a second compressor, and between which the supersonic jet nozzle installed afterburner.

Недостаток - низкие энергетические возможности водородного газотурбинного двигателя на гиперзвуковых скоростях из-за неиспользования мощности водородной турбины.The disadvantage is the low energy capabilities of a hydrogen gas turbine engine at hypersonic speeds due to the non-use of the power of a hydrogen turbine.

Задачи создания изобретения: повышение энергетических показателей водородного газотурбинного двигателя на гиперзвуковых скоростях.Objectives of the invention: improving the energy performance of a hydrogen gas turbine engine at hypersonic speeds.

Достигнутые технические результаты: повышение энергетических показателей на гиперзвуковых скоростях: степени сжатия компрессора, силы тяги двигателя и его удельных характеристик.Achieved technical results: increased energy performance at hypersonic speeds: compression ratio of the compressor, engine traction and its specific characteristics.

Решение указанных задач достигнуто в водородном газотурбинном двигателе, содержащем воздухозаборник, корпус, компрессор с ротором компрессора, имеющим вал, основную камеру сгорания, установленную за компрессором и соединенную с ним воздушным трактом, и сверхзвуковое реактивное сопло, при этом между компрессором и камерой сгорания внутри воздушного тракта, соединяющего компрессор и камеру сгорания, установлена водородная турбина, которая имеет входной и выходной коллекторы, а за камерой сгорания установлен теплообменник, вход которого соединен с топливопроводом, а выход - с входным коллектором водородной турбины, выходной коллектор водородной турбины соединен трубопроводом с основной камерой сгорания, на выходе из теплообменника установлен второй компрессор, между которым и сверхзвуковым реактивным соплом установлена форсажная камера, тем, что водородная турбина и второй компрессор связаны с валом ротора компрессора.The solution of these problems was achieved in a hydrogen gas turbine engine containing an air intake, a housing, a compressor with a compressor rotor having a shaft, a main combustion chamber installed behind the compressor and connected to it by the air path, and a supersonic jet nozzle, while between the compressor and the combustion chamber inside the air of the path connecting the compressor and the combustion chamber, a hydrogen turbine is installed, which has an input and output collectors, and a heat exchanger is installed behind the combustion chamber, the input of which connected to the fuel line, and the output to the inlet manifold of the hydrogen turbine, the outlet manifold of the hydrogen turbine is connected by a pipeline to the main combustion chamber, a second compressor is installed at the outlet of the heat exchanger, an afterburner is installed between the supersonic jet nozzle and the hydrogen turbine and the second compressor connected to the compressor rotor shaft.

Реактивное сопло может быть выполнено сверхзвуковым. Воздухозаборник может быть выполнен охлаждаемым топливом. Реактивное сопло может быть выполнено охлаждаемым топливом.The jet nozzle can be made supersonic. The air intake can be made with cooled fuel. The jet nozzle may be a cooled fuel.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…4, где:The invention is illustrated in FIG. 1 ... 4, where:

на фиг. 1 приведена схема водородного газотурбинного двигателя,in FIG. 1 shows a diagram of a hydrogen gas turbine engine,

на фиг. 2 приведена схема воздухозаборника,in FIG. 2 shows a diagram of the air intake,

на фиг. 3 приведен ротор водородной турбины,in FIG. 3 shows the rotor of a hydrogen turbine,

на фиг. 4 приведено сверхзвуковое реактивное сопло.in FIG. 4 shows a supersonic jet nozzle.

Предложенное техническое решение (фиг. 1…4) содержит воздухозаборник 1, корпус 2 компрессор 3, воздушный тракт 4, основную камеру сгорания 5 теплообменник 6, второй компрессор 7, форсажную камеру 8 и реактивное сопло 9. Реактивное сопло 9 предпочтительно выполнить сверхзвуковым. Компрессор 3 содержит статор 10 и ротор 11. Основная камера сгорания 5 содержит жаровую трубу 12 и форсунки 13. Второй компрессор 7 содержит статор 14 и ротор 15. Форсажная камера 8 имеет форсажный коллектор 16. Общим для двигателя является вал 17, соединяющий роторы 11 и 15 компрессоров 3 и 7 и установленный на опорах 18 и 19. Внутри воздушного тракта 4 концентрично валу 17 установлена водородная турбина 20, работающая на перегретом водороде. Водородная турбина 20 имеет наружный диаметр меньше внутреннего диаметра воздушного тракта 4, чтобы его не загромождать. Кроме того, малые диаметральные габариты водородной турбины 20 уменьшают центробежнве нагрузки на ее вращающиеся детали. Водородная турбина 20 содержит статор 21, ротор 22, входной и выходной коллекторы, соответственно 23 и 24 (фиг. 1 и 3). На фиг. 3 приведена более подробно конструкция ротора 22 водородной турбины 20. Ротор 22 содержит корпус 25 в вилле полого усеченного корпуса 26, к которому присоединены торцовые стенки 27 и 28, имеющие соосные шлицевые втулки 29 и 30. Шлицевые втулки 29 и 30 контактируют со шлицами 31 и 32, выполненными на валу 17. На корпусе 25 установлены рабочие лопатки 33.The proposed technical solution (Fig. 1 ... 4) contains an air intake 1, a housing 2 compressor 3, an air duct 4, a main combustion chamber 5, a heat exchanger 6, a second compressor 7, an afterburner 8 and a jet nozzle 9. It is preferable to perform a supersonic nozzle 9. Compressor 3 includes a stator 10 and rotor 11. The main combustion chamber 5 contains a flame tube 12 and nozzles 13. The second compressor 7 contains a stator 14 and rotor 15. The afterburner 8 has an afterburner manifold 16. The shaft 17 connecting the rotors 11 and common to the engine is 15 compressors 3 and 7 and mounted on supports 18 and 19. Inside the air path 4 concentric to the shaft 17 is installed a hydrogen turbine 20 operating on superheated hydrogen. The hydrogen turbine 20 has an outer diameter smaller than the inner diameter of the air path 4 so as not to clutter it. In addition, the small diametrical dimensions of the hydrogen turbine 20 reduce the centrifugal load on its rotating parts. The hydrogen turbine 20 contains a stator 21, a rotor 22, input and output collectors, 23 and 24, respectively (Fig. 1 and 3). In FIG. 3 shows in more detail the construction of the rotor 22 of the hydrogen turbine 20. The rotor 22 comprises a housing 25 in a villa of a hollow truncated housing 26, to which end walls 27 and 28 are connected, having coaxial spline bushings 29 and 30. The spline bushings 29 and 30 are in contact with splines 31 and 32, made on the shaft 17. On the housing 25 installed working blades 33.

Водородный газотурбинный двигатель (фиг. 1) содержит систему топливоподачи, имеющую бак 35, для хранения водорода, топливопровод низкого давления 36, подключенный к выходу из бака 35. К топливопроводу низкого давления 36 присоединены основной и форсажный топливопроводы 37 и 38.The hydrogen gas turbine engine (Fig. 1) contains a fuel supply system having a tank 35 for storing hydrogen, a low pressure fuel line 36 connected to the outlet of the tank 35. The main and afterburning fuel lines 37 and 38 are connected to the low pressure fuel line 36.

Основной топливопровод 37 содержит насос 39, регулятор расхода 40 и отсечной клапан 41. Трубопроводы перепуска 42 и 43 соединяют соответственно теплообменник 6 с входным коллектром 23 водородной турбины 20 и выходной коллектор 24 с основной камерой сгорания 5. Форсажный топливопровод 38 содержит насос 44, регулятор расхода 45 и отсечной клапан 46, установленный перед форсажным коллектором 16.The main fuel line 37 contains a pump 39, a flow regulator 40, and a shut-off valve 41. The bypass pipelines 42 and 43 respectively connect a heat exchanger 6 with an inlet manifold 23 of a hydrogen turbine 20 and an output manifold 24 with a main combustion chamber 5. The afterburner 38 contains a pump 44, a flow regulator 45 and a shut-off valve 46 installed in front of the afterburner manifold 16.

Возможно выполнение воздухозаборника 1 охлаждаемым топливом (фиг. 2), для этого его корпус 47 выполнен с кольцевой полостью 48, к которой присоединены основной топливопровод 37 и трубопровод 49, соединяющий кольцевую полость 48 с входом в теплообменник 6.It is possible to make an air intake 1 with cooled fuel (Fig. 2), for this purpose its body 47 is made with an annular cavity 48, to which a main fuel pipe 37 and a pipe 49 connecting the annular cavity 48 to the inlet of the heat exchanger 6 are connected.

Возможно применение охлаждаемого топливом (водородом) реактивного сопла 9 (фиг. 4). Для этого выполнены наружная и внутренние стенки 50 и 51 с зазором 52 между ними. На наружной стенке 50 установлены входной и выходной коллекторы 53 и 54. К входному коллектору 53 подсоединен форсажный топливопровод 38, а к выходному коллектору 54 - трубопровод 55, выход которого соединен с форсажным коллектором 16.Perhaps the use of a cooled fuel (hydrogen) jet nozzle 9 (Fig. 4). For this, the outer and inner walls 50 and 51 are made with a gap 52 between them. The inlet and outlet manifolds 53 and 54 are installed on the outer wall 50. An afterburner fuel line 38 is connected to the inlet manifold 53, and a pipeline 55 is connected to the outlet manifold 54, the outlet of which is connected to the afterburner collector 16.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯENGINE OPERATION

При работе водородного газотурбинного двигателя осуществляют его запуск путем подачи электроэнергии на стартер от внешнего источника энергии (на фиг. 1…4 стартер и источник энергии не показаны). Потом включают насос 39 и водород из бака 35 по основному топливопроводу 37 подается в теплообменник 6, потом во входной коллектор 23 водородной турбины 20, из выходного коллектора 24 по трубопроводу перепуска 43 в формунки 13 основной камеры сгорания 5, где воспламеняется при помощи электрозапальника (на фиг. 1…4 электрозапальник не показан). Ротор 22 водородной турбины 20 раскручивается и раскручивает через вал 17 роторы 11 и 15 компрессоров 3 и 7. Компрессор 3 обеспечивает степень сжатия до 30…40, при этом температура воздуха на его выходе может достичь 800К. При сгорании топлива в основной камере сгорания 5 температура выхлопных газов повышается до 1800…2000°С. В теплообменнике 8 продукты сгорания охлаждаются до 300К. Это технически осуществимо из-за высокой теплоемкости водорода и его хороших показателей теплоотдачи. Второй компрессор 7 дополнительно сжимает поток выхлопных газов, создает в форсажной камере сгорания 8 высокое давление, что обеспечивает эффективную работу сопла 9, в том числе сверхзвукового.When a hydrogen gas turbine engine is running, it is started by supplying electricity to the starter from an external energy source (in Fig. 1 ... 4 the starter and the energy source are not shown). Then they turn on the pump 39 and hydrogen from the tank 35 through the main fuel line 37 is supplied to the heat exchanger 6, then to the inlet manifold 23 of the hydrogen turbine 20, from the output manifold 24 through the bypass pipe 43 to the molds 13 of the main combustion chamber 5, where it is ignited using an electric igniter (on Fig. 1 ... 4 electric igniter is not shown). The rotor 22 of the hydrogen turbine 20 spins and spins through the shaft 17 the rotors 11 and 15 of the compressors 3 and 7. The compressor 3 provides a compression ratio of up to 30 ... 40, while the air temperature at its outlet can reach 800K. When burning fuel in the main combustion chamber 5, the temperature of the exhaust gas rises to 1800 ... 2000 ° C. In the heat exchanger 8, the combustion products are cooled to 300K. This is technically feasible due to the high heat capacity of hydrogen and its good heat transfer. The second compressor 7 additionally compresses the exhaust stream, creates a high pressure in the afterburner 8, which ensures the efficient operation of the nozzle 9, including supersonic.

При необходимости форсирования открывают отсечной клапан 46 и водород по форсажному топливопроводу 38 подается в форсажный коллектор 16, где воспламеняется и выхлопные газы истекают из реактивного сопла 9, создавая значительную тягу, соизмеримую с силой тяги жидкостного ракетного двигателя - ЖРД такой же размерности. Применение теплообменника 6, как отмечалось ранее, позволит снизить температуру выхлопных газов с 1800…2000К до температуры 300К перед вторым компрессором 7, что позволит второму компрессору 7 обеспечить сжатие продуктов сгорания до 100…150 кгс/см2, т.е. до давления, соизмеримого с давлением в современных ЖРД. Без предварительного охлаждения второй компрессор 7 был бы в принципе неработоспособен. Высокое давление в форсажной камере 18 позволяет обеспечить истечение продуктов сгорания из реактивного сопл 9 со сверхзвуковыми скоростями, тем самым создать большую реактивную тягу. Очень высокая сила тяги при малых габаритах двигателя позволяет достичь летательным аппаратам, оборудованным таким двигателем, скоростей M=5…10 и значительно повысить высотность работы двигателя.If forcing is necessary, the shut-off valve 46 is opened and hydrogen is fed through the afterburner 38 to the afterburner 16, where it ignites and exhaust gases flow out of the jet nozzle 9, creating significant thrust comparable to the thrust of a liquid-propellant rocket engine of the same dimension. The use of heat exchanger 6, as noted earlier, will reduce the temperature of exhaust gases from 1800 ... 2000K to a temperature of 300K in front of the second compressor 7, which will allow the second compressor 7 to provide compression of the combustion products to 100 ... 150 kgf / cm 2 , i.e. to a pressure commensurate with the pressure in modern rocket engines. Without pre-cooling, the second compressor 7 would in principle be inoperative. The high pressure in the afterburner 18 allows for the expiration of combustion products from the jet nozzles 9 with supersonic speeds, thereby creating a large jet thrust. Very high thrust with small engine dimensions allows aircraft equipped with such an engine to reach speeds M = 5 ... 10 and significantly increase the altitude of the engine.

Выполнение водородной турбины 20 и второго компрессора 7, связанных с валом 17 ротора 11 компрессора 3 позволило повысить энергетические показатели на гиперзвуковых режимах: степени сжатия компрессора, силы тяги двигателя и его удельных характеристик. Это объясняется тем, что основную нагрузку для привода второго компрессора 7 берет на себя водородная турбина 20, имеющая особенно высокую мощность на гиперзвуковых скоростях.The implementation of the hydrogen turbine 20 and the second compressor 7, connected with the shaft 17 of the rotor 11 of the compressor 3 allowed to increase energy performance in hypersonic modes: the compression ratio of the compressor, the engine traction force and its specific characteristics. This is because the main load for the drive of the second compressor 7 is assumed by the hydrogen turbine 20, which has a particularly high power at hypersonic speeds.

Регулирования силы тяги на бесфорсажном режиме осуществляется регулятором расхода 40, на форсажном режиме - регулятором расхода 45.Regulation of traction in the afterburner mode is carried out by the flow regulator 40, in the afterburner mode by the flow regulator 45.

При останове водородного газотурбинного двигателя все операции осуществляются в обратной последовательности, т.е. закрывают отсечные клапаны 41 и 46.When the hydrogen gas turbine engine is stopped, all operations are carried out in the reverse order, i.e. shut-off valves 41 and 46 are closed.

Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:

1. За счет выполнение водородной турбины и второго компрессора, связанных с валом ротора компрессора, позволило повысить энергетические показатели на гиперзвуковых режимах: степени сжатия компрессора, силы тяги двигателя и его удельных характеристик.1. Due to the implementation of a hydrogen turbine and a second compressor, connected with the compressor rotor shaft, it allowed to increase energy performance in hypersonic modes: the compression ratio of the compressor, the engine traction force and its specific characteristics.

2. Повысить степень сжатия компрессоров газотурбинного двигателя за счет применения двух компрессоров и турбины, работающей на водороде, и охлаждения продуктов сгорания перед вторым компрессором. Водородная турбина имеет небольшие диаметральные габариты, поэтому на ее рабочие лопатки действуют меньшие центробежные силы. Применение в качестве рабочего тела чистого водорода значительно увеличивает энергетический потенциал этого рабочего тела. Кроме того, водород может быть подогрет практически до любой температуры, которая ограничивается только прочностью рабочих лопаток водородной турбины, работающей в более легких условиях, чем рабочие лопатки газовой турбины.2. To increase the compression ratio of the compressors of the gas turbine engine through the use of two compressors and a turbine operating on hydrogen, and cooling the combustion products in front of the second compressor. The hydrogen turbine has small diametrical dimensions, so less centrifugal forces act on its working blades. The use of pure hydrogen as a working fluid significantly increases the energy potential of this working fluid. In addition, hydrogen can be heated to almost any temperature, which is limited only by the strength of the working blades of a hydrogen turbine operating in lighter conditions than the working blades of a gas turbine.

3. Обеспечить достижение самолетами, оборудованными этими двигателями, гиперзкуковых скоростей M=5…0.3. Ensure that aircraft equipped with these engines achieve hyperskuk speeds of M = 5 ... 0.

4. Повысить высотность двигателя.4. Increase engine altitude.

5. Увеличить надежность двигателя.5. Increase engine reliability.

Claims (4)

1. Водородный газотурбинный двигатель, содержащий воздухозаборник, корпус, компрессор с ротором компрессора, имеющим вал, основную камеру сгорания, установленную за компрессором и соединенную с ним воздушным трактом, и сверхзвуковое реактивное сопло, отличающийся тем, что между компрессором и камерой сгорания внутри воздушного тракта, соединяющего компрессор и камеру сгорания, установлена водородная турбина, которая имеет входной и выходной коллекторы, а за камерой сгорания установлен теплообменник, вход которого соединен с топливопроводом, а выход - с входным коллектором водородной турбины, выходной коллектор водородной турбины соединен трубопроводом с основной камерой сгорания, на выходе из теплообменника установлен второй компрессор, между которым и сверхзвуковым реактивным соплом установлена форсажная камера, при этом водородная турбина и второй компрессор связаны с валом ротора компрессора.1. A hydrogen gas turbine engine containing an air intake, a housing, a compressor with a compressor rotor having a shaft, a main combustion chamber mounted behind the compressor and connected to it by the air path, and a supersonic jet nozzle, characterized in that between the compressor and the combustion chamber inside the air path connecting the compressor and the combustion chamber, a hydrogen turbine is installed, which has an input and output collectors, and a heat exchanger is installed behind the combustion chamber, the input of which is connected to the fuel water, and the outlet - with the input manifold of a hydrogen turbine, the output manifold of a hydrogen turbine is connected by a pipeline to the main combustion chamber, a second compressor is installed at the outlet of the heat exchanger, an afterburner is installed between it and a supersonic jet nozzle, and the hydrogen turbine and the second compressor are connected to the shaft compressor rotor. 2. Водородный газотурбинный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что реактивное сопло выполнено сверхзвуковым.2. A hydrogen gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the jet nozzle is made supersonic. 3. Водородный газотурбинный двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что воздухозаборник выполнен охлаждаемым топливом.3. A hydrogen gas turbine engine according to claim 1 or 2, characterized in that the air intake is made of cooled fuel. 4. Водородный газотурбинный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что реактивное сопло выполнено охлаждаемым топливом. 4. A hydrogen gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the jet nozzle is made of cooled fuel.
RU2014100844/06A 2014-01-10 2014-01-10 Hydrogen gas turbine engine RU2554392C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100844/06A RU2554392C1 (en) 2014-01-10 2014-01-10 Hydrogen gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100844/06A RU2554392C1 (en) 2014-01-10 2014-01-10 Hydrogen gas turbine engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2554392C1 true RU2554392C1 (en) 2015-06-27

Family

ID=53498475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014100844/06A RU2554392C1 (en) 2014-01-10 2014-01-10 Hydrogen gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2554392C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192392U1 (en) * 2019-06-07 2019-09-16 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Hydrogen air heat exchanger

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2190964A (en) * 1986-05-28 1987-12-02 Messerschmitt Boelkow Blohm Combined turbojet, ramjet, rocket propulsion unit
DE3909050C1 (en) * 1989-03-18 1990-08-16 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8012 Ottobrunn, De
FR2635826B1 (en) * 1988-09-01 1991-04-05 Mtu Muenchen Gmbh PROCESS FOR FUELING A TURBO-STATOREACTOR AND TURBO-STATOREACTOR FOR IMPLEMENTING THE PROCESS
SU1768789A1 (en) * 1990-06-18 1992-10-15 Tsi Aviat Motorostroeniya Im P Combination engine plant of aerospace plane
FR2687433A1 (en) * 1992-02-14 1993-08-20 Onera (Off Nat Aerospatiale) Propulsion unit with reversed components, with modulated supply
RU2066777C1 (en) * 1992-11-17 1996-09-20 Шевцов Валентин Федорович Engine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2190964A (en) * 1986-05-28 1987-12-02 Messerschmitt Boelkow Blohm Combined turbojet, ramjet, rocket propulsion unit
FR2635826B1 (en) * 1988-09-01 1991-04-05 Mtu Muenchen Gmbh PROCESS FOR FUELING A TURBO-STATOREACTOR AND TURBO-STATOREACTOR FOR IMPLEMENTING THE PROCESS
DE3909050C1 (en) * 1989-03-18 1990-08-16 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8012 Ottobrunn, De
SU1768789A1 (en) * 1990-06-18 1992-10-15 Tsi Aviat Motorostroeniya Im P Combination engine plant of aerospace plane
FR2687433A1 (en) * 1992-02-14 1993-08-20 Onera (Off Nat Aerospatiale) Propulsion unit with reversed components, with modulated supply
RU2066777C1 (en) * 1992-11-17 1996-09-20 Шевцов Валентин Федорович Engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192392U1 (en) * 2019-06-07 2019-09-16 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Hydrogen air heat exchanger

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2576403C2 (en) Combined turbo-ramjet engine
US11255544B2 (en) Rotating detonation combustion and heat exchanger system
US20150275762A1 (en) High speed propulsion system with inlet cooling
RU2561757C1 (en) Three-component air-jet engine
US8250854B2 (en) Self-starting turbineless jet engine
RU2554392C1 (en) Hydrogen gas turbine engine
RU2594828C1 (en) Propulsion engine of supersonic aircraft
US8978387B2 (en) Hot gas path component cooling for hybrid pulse detonation combustion systems
RU2561772C1 (en) Air-jet engine
RU135000U1 (en) HYDROCARBON RECTANGULAR ENGINE
RU2591361C1 (en) Engine of hypersonic aircraft
RU2553052C1 (en) Hydrogen air-jet engine
RU2561764C1 (en) Hydrogen gas turbine engine
RU2552012C1 (en) Hydrogen gas-turbine engine
RU2594091C1 (en) Engine of hypersonic aircraft
RU2593573C1 (en) Engine of hypersonic aircraft
RU2376483C1 (en) Nuclear gas turbine engine with afterburning
RU2379532C1 (en) Nuclear gas turbine aircraft engine
RU2561773C1 (en) Double-fuel air-jet engine
RU2431053C1 (en) Liquid propellant rocket engine and roll nozzle block
RU2495273C1 (en) Liquid propellant rocket engine
RU2371588C2 (en) Gas turbine drive of electric generator
RU2539315C1 (en) Liquid-propellant rocket engine turbopump unit
RU2484287C1 (en) Three-component liquid-propellant engine
US20240133343A1 (en) Gas turbine engine fuel system