RU2645373C1 - Турбоэжекторный двигатель и способ его регулирования - Google Patents

Турбоэжекторный двигатель и способ его регулирования Download PDF

Info

Publication number
RU2645373C1
RU2645373C1 RU2016119202A RU2016119202A RU2645373C1 RU 2645373 C1 RU2645373 C1 RU 2645373C1 RU 2016119202 A RU2016119202 A RU 2016119202A RU 2016119202 A RU2016119202 A RU 2016119202A RU 2645373 C1 RU2645373 C1 RU 2645373C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compressor
turbine
air
gas ejector
combustion chamber
Prior art date
Application number
RU2016119202A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Леонидович Письменный
Original Assignee
Владимир Леонидович Письменный
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 Владимир Леонидович Письменный filed Critical Владимир Леонидович Письменный
Priority to RU2016119202A priority Critical patent/RU2645373C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2645373C1 publication Critical patent/RU2645373C1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/30Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/16Cooling of plants characterised by cooling medium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Турбоэжекторный двигатель, состоящий из входного устройства, компрессора, основной камеры сгорания, одноступенчатой турбины, газового эжектора, канал высокого давления которого с одной стороны соединен с компрессором через основную камеру сгорания, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, канал низкого давления с одной стороны соединен с атмосферой через входное устройство, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, смесительного теплообменника, расположенного перед компрессором, форсажной камеры сгорания, выходного устройства. В каналах высокого и низкого давлений газового эжектора на входе в камеру смешения расположены сопловые аппараты, в канале низкого давления газового эжектора размещена заслонка, лопатки турбины охлаждаются воздухом, к которому подмешивается топливо, вода. Способ регулирования турбоэжекторного двигателя заключается в использовании закона регулирования nпр = const (постоянная приведенная частота вращения компрессора) во всем эксплуатационном диапазоне применения летательного аппарата, а также - гиперфорсированного режима - повышение тяги двигателя за счет подачи жидкости (воды, жидкого воздуха, жидкого кислорода, керосина в количестве не более 3% от расхода воздуха) на вход в компрессор на скоростях полета более четырех чисел Маха. Применение турбоэжекторных двигателей позволит увеличить скорость и высоту полета самолета-разгонщика до М ~ 7 и Н ~ 40 км, при которых первая ступень РКС становится ненужной. Это позволит повысить мощность второй ступени РКС в разы и, соответственно, увеличить полезную нагрузку в десятки раз. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относится к авиационно-космической технике, в частности, к системам запуска космических аппаратов.
Стоимость доставки грузов в космос с использованием гиперзвуковых платформ (самолетов-разгонщиков) многократно снижается по сравнению с запуском космических ракет. Решение этой задачи связано с созданием гиперзвуковых двигателей.
Известен гиперзвуковой турбоэжекторный двигатель (ТРДЭ), состоящий из входного устройства, осевого компрессора, основной камеры сгорания, одноступенчатой турбины, газового эжектора, канал высокого давления которого с одной стороны соединен с компрессором через основную камеру сгорания, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, канал низкого давления с одной стороны соединен с атмосферой через входное устройство, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, теплообменника, расположенного перед компрессором, форсажной камеры сгорания, выходного устройства (Патент RU 2386829 С1, МПК 3/32 от 20.04.2010). Проблемными вопросами, препятствующими реализации ТРДЭ, являются: температура лопаток (компрессора, турбины), потери давления в камере смешения, ее габариты, габариты и масса теплообменника.
Целью изобретения является устранение проблемных вопросов.
Известен способ форсирования турбореактивного двигателя, заключающийся в подаче на вход в компрессор под высоким давлением жидкого воздуха либо жидкого кислорода (патент US 6644015 В1, МПК F02K 11/00 от 11.11.2003).
Известен способ форсирования турбоэжекторного двигателя подачей топлива (не более 3 процентов от расхода воздуха) на вход в компрессор (патент RU 2386832 С1, МПК F02C 7/143, 2010).
Известен способ защиты турбоэжекторного двигателя от помпажа, заключающийся в перепуске воздуха из средних ступеней компрессора в канал низкого давления газового эжектора при закрытом входе в канал (патент RU 2424439 С1, МПК F02C 3/32 от 20.07, 2010).
Известен способ повышения давления газа, заключающийся в подаче в поток газа, движущийся по каналу, по направлению потока - жидкости, находящейся под давлением (патент RU 2468260 С1, МПК F04F 5/04 от 27.11.12).
Известен способ охлаждения турбинных лопаток, заключающийся в охлаждении воздуха, отбираемого от двигателя, водой (топливом) путем смешения с последующей подачей образовавшейся смеси во внутренние полости лопаток турбин (патент RU 2409745 С1, МПК F01D 5/18 от 20.01.2011).
Известны монокристаллические лопатки, позволяющие выдерживать температуры более 1300 К.
Известны керамические сопловые аппараты, позволяющие выдерживать температуры более 2500 К.
Известна технология «blisk», позволяющая создавать рабочие колеса турбин с минимальными размерами втулки (относительный диаметр втулки менее 0,55).
Известны способы воздушного охлаждения лопаток турбин (П.К. Казанджан, Н.Д. Тихонов, А.К. Янко. Теория авиационных двигателей. М: Машиностроение, 1983, с. 188÷193). Эффективность воздушного охлаждения зависит от температуры и расхода охлаждающего воздуха, величина которого зависит от количества охлаждаемых венцов турбины и коэффициента интенсивности охлаждения лопаток, который достигает 0,8 (там же с. 195, рис. 11.8, 11.9).
Поставленная цель достигается тем, что в гиперзвуковом ТРДЭ в каналах высокого и низкого давлений газового эжектора на входе в камеру смешения расположены сопловые аппараты, в канале низкого давления газового эжектора размещена заслонка, теплообменник - смесительного типа, лопатки турбины охлаждаются воздухом, к которому подмешивается топливо, вода.
Сущность изобретения заключается в том, что, во-первых, сопловые аппараты, расположенные на входе в камеру смешения, заставляют воздух и газ (продукты сгорания) двигаться по спиралевидным траекториям, что уменьшает длину камеры смешения (при движении по спирали газы за то же время проходят меньшее осевое расстояние, кроме этого, появляются центробежные силы, которые заставляют один газ проникать внутрь другого), во-вторых, заслонка, расположенная в канале низкого давления газового эжектора, позволяет исключить (путем перекрытия канала) сверхзвуковые режимы работы газового эжектора, что решает проблему потерь давления в камере смешения, в-третьих, смесительный теплообменник практически не имеет габаритов и веса, в-четвертых, при охлаждении лопаток турбины воздухом недостаток хладоресурса воздуха компенсируется хладоресурсом топлива, воды.
Предпочтительно иметь монокристаллические рабочие лопатки (турбины, компрессора), керамические сопловые аппараты.
Новая совокупность признаков ТРДЭ позволяет реализовать способ регулирования ТРДЭ, заключающийся в поддержании в процессе роста скорости полета летательного аппарата (ЛА) постоянной приведенной частоты вращения компрессора
Figure 00000001
(
Figure 00000002
, где
Figure 00000003
- относительная частота вращения компрессора,
Figure 00000004
- температура торможения воздуха) до достижения предельной (по прочности турбины) физической частоты вращения турбокомпрессора; после чего приведенная частота вращения компрессора снижается до заданного уровня, оставаясь постоянной, в канале низкого давления газового эжектора открывается заслонка, включается форсаж. При достижении ограничения по температуре лопаток компрессора на вход в компрессор подается жидкость в количестве, обеспечивающем поддержание постоянной температуры газа на входе в компрессор
Figure 00000005
. Температура газа в основной камере сгорания
Figure 00000006
в процессе подачи жидкости не меняется.
Предпочтительно в качестве жидкости использовать воду, жидкий кислород, жидкий воздух, керосин в количестве не более 3% от расхода воздуха. Предпочтительно, чтобы давление жидкости было не менее 10 МПа.
Сущность изобретения заключается в том, что в ТРДЭ реализуется принцип «холодного» форсирования ГТД, заключающийся в обеспечении максимально возможного коэффициента расхода воздуха КG (отношение действительного расхода воздуха, проходящего через двигатель, к теоретически возможному). «Холодное» форсирование как принцип регулирования ГТД обеспечивает максимально возможный подвод энергии к двигателю (тяговая мощность) и наилучшее ее преобразование в работу перемещения ЛА (полетный к.п.д.). На до- и сверхзвуковых скоростях полета «холодное» форсирование реализуется применением закона регулирования
Figure 00000007
; на гиперзвуковых - подачей жидкости на вход в компрессор. Поддержание на гиперзвуковых скоростях полета постоянного подогрева газа в турбокомпрессоре
Figure 00000008
сохраняет режим его работы неизменным, что исключает энергетическое вырождение ТРДЭ, обеспечивает устойчивую работу турбокомпрессора, включая эжектор.
Вырождение ТРДЭ как двигателя ЛА, заключающееся в уменьшении тяги двигателя менее потребной для выполнения полета летательным аппаратом, происходит на скоростях полета близких к семи числам Маха. Причиной вырождения являются потери давления во входном устройстве. Разработка гиперзвуковых входных устройств является актуальной для ТРДЭ.
На фиг. 1 изображен ТРДЭ;
на фиг. 2 изображено сечение канала низкого давления эжектора;
на фиг. 3 изображены дроссельные характеристики ТРДЭ;
на фиг. 4 изображена траектория полета гиперзвуковой платформы;
на фиг. 5 изображены высотно-скоростные характеристики ТРДЭ;
на фиг. 6 изображена характеристика компрессора в системе ТРДЭ;
на фиг. 7 изображена таблица данных.
Турбоэжекторный двигатель (фиг. 1) состоит из входного устройства 1, смесительного теплообменника 2, компрессора 3, основной камеры сгорания 4, газового эжектора с цилиндрической камерой смешения 5, турбины 6, форсажной камеры сгорания 7, выходного устройства 8, канала низкого давления газового эжектора 9, смесителя 10. Вход в канал 9 перекрывается заслонкой 11. На входе в камеру смешения (на выходе из каналов высокого и низкого давлений газового эжектора) установлен керамический сопловой аппарат 12. На выходе из камеры смешения (перед рабочими лопатками турбины) также установлен керамический сопловой аппарат. В теплообменнике 2 размещены водяной и топливный коллекторы. Воздушная полость за компрессором 3 через смеситель 10 соединена воздушным каналом с турбиной 6.
Работа и регулирование ТРДЭ осуществляются следующим образом.
В стартовом положении вход в канал низкого давления 9 перекрыт заслонкой 11 (фиг. 1, верхний вид). После запуска двигателя устанавливается максимальный режим работы ТРДЭ: приведенная частота вращения компрессора
Figure 00000009
поддерживается постоянной (физическая частота вращения компрессора
Figure 00000010
изменяется пропорционально
Figure 00000011
). Повышение частоты вращения
Figure 00000012
достигается повышением перепада давлений в турбине πт при предельной (по составу топливовоздушной смеси и прочности лопаток турбины) температуре газа в основной камере сгорания
Figure 00000013
.
При достижении допустимой по прочности турбины частоты вращения компрессора
Figure 00000014
выполняются следующие действия: приведенная частота вращения компрессора понижается до заданного уровня
Figure 00000015
; открывается заслонка 11 (фиг. 1, нижний вид); включается форсаж: часть топлива в количестве не более 3% от расхода воздуха подается на вход в компрессор, часть - в основную камеру сгорания, остальное топливо - в смеситель 10. Суммарный коэффициент избытка воздуха поддерживается на уровне α=1,05…1,1. Тяга двигателя изменяется незначительно (уменьшение подвода энергии через основную камеру сгорания компенсируется ее увеличением через форсажную камеру), экономичность двигателя - ухудшается, т.к. снижается π. Суть этих действий в том, чтобы преобразовать осевой компрессор в струйный, а именно: снять ограничения, накладываемые осевым компрессором на расход воздуха.
На фиг. 2 показан фрагмент цилиндрического сечения канала низкого давления 9 газового эжектора. Газовый эжектор состоит из двух кольцевых каналов: низкого и высокого давлений, которые заканчиваются общим сопловым аппаратом 12. Межлопаточный канал соплового аппарата 12 разделен между каналами эжектора перегородкой 13. За сопловым аппаратом расположена цилиндрическая камера смешения 5. По каналу низкого давления движется «холодный» воздух, поступающий из входного устройства; по каналу высокого давления - «горячий» газ, поступающий из основной камеры сгорания (фиг. 1).
Эжектор работает следующим образом. Поток «горячего» газа под действием перепада давлений между камерой сгорания и выходным устройством ускоряется и закручивается в сопловом аппарате 12. Статическое давление «горячего» газа на выходе из соплового аппарата понижается (становится меньше статического давления во входном устройстве). Под действием перепада давлений «холодный» воздух из входного устройства поступает в канал 9, ускоряется и закручивается в сопловом аппарате 12. Потоки «горячего» и «холодного» газов истекают в камеру смешения 5, и далее движутся параллельно по спиралевидным траекториям. Скорость «горячего» газа больше скорости «холодного» воздуха. За счет центробежных сил «горячий» газ пронизывает поток «холодного» воздуха, перемешиваясь с ним.
После включения форсажа (открытие створки 11) приведенная частота вращения компрессора поддерживается постоянной
Figure 00000016
(физическая частота вращения снова увеличивается пропорционально
Figure 00000017
).
При достижении предельной (по прочности лопаток компрессора) температуры воздуха
Figure 00000018
в теплообменник 2 через коллектор подается вода под давлением ~ 10 МПа в количестве, обеспечивающем (за счет испарения) поддержание постоянной температуры воздуха на входе в компрессор
Figure 00000019
Температура газа в основной камере сгорания
Figure 00000020
в процессе подачи воды не меняется. Тяга двигателя Rдв изменяется пропорционально произведению давления торможения воздуха
Figure 00000021
на коэффициент сохранения полного давления во входном устройстве σвх, то есть:
Figure 00000022
. На скоростях полета М>7 коэффициент σвх становится менее 0,1, что ведет к вырождению ТРДЭ как двигателя ЛА.
Проблема высоких температур рабочих лопаток турбины в ТРДЭ решается путем использования жаропрочных материалов и применением охлаждения. Лопатки - монокристаллические, охлаждение - воздушно-жидкостное. Воздух, используемый для охлаждения лопаток, смешивается с топливом в смесителе 10. В результате испарения топлива образуется богатая (α<0,5) топливовоздушная смесь с пониженной по отношению к исходному воздуху температурой. Топливовоздушная смесь используется для охлаждения лопаток, а после попадания в форсажную камеру и смешения с эжектируемым воздухом - как форсажное топливо. При необходимости в смеситель 10 подается вода.
Ниже приводятся летно-технические характеристики ТРДЭ (фиг. 1) с исходными данными: взлетная тяга
Figure 00000023
; исходная степень повышения давления в компрессоре
Figure 00000024
; температура газа перед турбиной на взлетном режиме
Figure 00000025
; минимальный коэффициент избытка воздуха в камерах сгорания α=1,05; минимальный перепад давлений в турбине
Figure 00000026
; максимальный перепад давлений в турбине
Figure 00000027
; к.п.д. элементов двигателя - стандартные; потери давления во входном устройстве - стандартные; отбор воздуха на охлаждение - 7%; коэффициент интенсивности охлаждения в лопатках турбины - 0,7; основная камера сгорания двухзоновая (патент RU 2612449 С1, МПК F23R 3/16, от 09.03.2017 г.); отношение площадей сопел активного и пассивного газов на входе в камеру смешения газового эжектора - 2,0.
На фиг. 3 представлены дроссельные характеристики ТРДЭ в условиях взлета (Н=0, М=0). Малый газ (мг) соответствует относительной частоте вращения турбокомпрессора
Figure 00000028
; максимальный (м) -
Figure 00000029
. Режимы от малого газа (мг) до максимального (м) реализуются при закрытом сопле:
Figure 00000030
. Экономичным режимом (эк) является режим
Figure 00000031
при
Figure 00000032
(сопло частично открыто). Отбор воздуха на дроссельных режимах - 2%.
На фиг. 4 представлена траектория полета гиперзвуковой платформы в диапазоне высот Н и скоростей полета М.
На фиг. 5 представлены высотно-скоростные характеристики, включая регулируемые параметры:
Figure 00000033
,
Figure 00000034
, πт,
Figure 00000035
, αкс, αфк, Тл, для траектории полета (фиг. 4), режим работы двигателя - максимальный (при М>3,3 - форсированный; при М>4,5 - гиперфорсированный).
До скорости М=3,3 приведенная частота вращения компрессора за счет увеличения πт
Figure 00000036
поддерживается постоянной
Figure 00000037
(физическая частота
Figure 00000038
увеличивается пропорционально
Figure 00000039
). На скорости М=2,7 температура лопаток турбины Тл достигает 1200 К, чтобы не перегреть лопатки в смеситель 10 (фиг. 1) подается вода (расход воды составляет менее 5% от расхода топлива). На скорости М=3,3 физическая частота вращения турбокомпрессора достигает предельного значения
Figure 00000040
(скорость вращения лопаток турбины ~ 600 м/с).
На скорости М=3,3 включается форсированный режим: приведенная частота вращения компрессора понижается до
Figure 00000041
(физическая - до
Figure 00000042
), открывается заслонка 11 (фиг. 1) - включается эжектор, топливо подается на вход в компрессор и в смеситель 10. Температуры газа в основной
Figure 00000043
и форсажной
Figure 00000044
камерах сгорания повышаются (коэффициенты избытка воздуха в камерах сгорания α=1,05…1,1). Температура газа перед турбиной
Figure 00000045
понижается за счет охлаждения «горячего» газа «холодным» воздухом.
При включении форсажного режима коэффициент тяги CR уменьшается на 3…5%, удельный расход топлива Суд увеличивается на 15…20%, частота вращения компрессора
Figure 00000046
понижается на 30%.
На форсированном режиме приведенная частота вращения компрессора поддерживается постоянной
Figure 00000047
(физическая частота вращения
Figure 00000048
увеличивается пропорционально
Figure 00000049
, что возможно вследствие предварительного понижения
Figure 00000050
). Коэффициент тяги CR с ростом скорости полета увеличивается, Суд не меняется (фиг. 5), что означает повышение общего к.п.д.
На скорости М=4,5 включается гиперфорсированный режим - так называемый гиперфорсаж. Температура торможения воздуха
Figure 00000051
достигает 1000 К. Чтобы защитить компрессор от перегрева включается теплообменник 2 (фиг. 1), а именно: на вход в компрессор под давлением ~ 10 МПа подается вода в количестве, позволяющем поддерживать температуру воздуха на входе в компрессор
Figure 00000052
. Температура газа в основной камере сгорания в процессе подачи воды не меняется
Figure 00000053
(это необходимо для сохранения режима работы турбокомпрессора). Вследствие испарения воды температура воздуха на входе в компрессор уменьшается, а плотность увеличивается, что повышает производительность компрессора (увеличивается расход воздуха), что вызывает соответствующий рост коэффициентов КG и CR (фиг. 5).
Гиперфорсаж - это увеличение тяги газотурбинного двигателя за счет сжигания дополнительного топлива в основной и форсажной камерах сгорания как следствие увеличения расхода воздуха через указанные камеры при подаче жидкости (воды, жидкого воздуха, жидкого кислорода, керосина и др. жидкостей) на вход в двигатель на сверх- и гиперзвуковых скоростях полета (число Маха более четырех).
На скоростях полета М>6 степень повышения давления во входном устройстве πv падает, что ведет к снижению расхода воздуха, поступающего через входное устройство и, как следствие, снижению коэффициента тяги CR.
Общий к.п.д. двигателя ηо на скорости полета М=7 (с учетом диссоциации и др. потерь) приближается к 0,6. Столь высокая эффективность ТРДЭ является следствием сочетания предельно высокой степени повышения давления π>400 и предельно высокой скорости полета (М>6), а также, наличием эффектов регенерации теплоты, что в соответствии с известными положениями теории ВРД позволяет иметь предельно высокие: эффективный ηе и полетный ηп к.п.д. (фиг. 5).
Вода или иная жидкость, используемые в ВРД в качестве рабочего тела, являются пассивным топливом, обладающим хладоресурсом и кинетической энергией, которые наравне с энергией керосина (кинетической, химической, хладоресурсом) преобразуются в работу перемещения ЛА. В связи с этим удельный расход топлива Суд определяется как общий расход активного (керосин) и пассивного (вода) топлив, приходящийся на 1 кгс в течение часа (фиг. 5).
На гиперзвуковых скоростях полета Суд превышает 4 кг/(кгс⋅ч), что делает невозможным длительное пребывание ЛА на указанных скоростях, даже если не брать во внимание аэродинамический нагрев.
Гиперзвуковой полет ТРДЭ - это кратковременный полет с набором максимально возможных высоты и скорости полета с целью пуска космического аппарата (фиг. 4). Абсолютные расходы керосина и воды для рассматриваемого двигателя представлены на фиг. 5. Время пребывания ЛА на гиперзвуковых скоростях полета и точка пуска космического аппарата определяются запасом топлива (керосин, вода) и темпами его расходования.
На фиг. 6 представлена характеристика компрессора в системе ТРДЭ с рабочей линией мг-пмг-м-эк-м'-ф-ф'. Перемещение вдоль этой линии осуществляется за счет изменений
Figure 00000054
, πт, а также за счет изменения соотношения расходов газа через компрессор и турбину (переход от осевого компрессора к струйному и обратно). Характерными режимами являются: малый газ (мг), полетный малый газ (пмг), максимальный режим (м), экономичный режим (эк) для дозвуковых скоростей полета, режим максимальной частоты вращения турбокомпрессора (м'), форсированный режим (ф), гиперфорсированный режим (ф'). Малый газ реализуется при закрытом сопле и минимальной
Figure 00000055
; полетный малый газ - при закрытом сопле и более высокой
Figure 00000056
; максимальный режим - при максимальной
Figure 00000057
и различных πт от минимального (на малых скоростях) до максимального (на больших скоростях); экономичный режим - при промежуточных
Figure 00000058
с частично раскрытым соплом; форсированный - при включенных эжекторе, форсажной камере сгорания, максимальных температурах газа в обеих камерах (минимальных коэффициентах избытка воздуха); гиперфорсированный - при подаче воды на вход в компрессор.
На фиг. 7 изображена таблица, в которой представлены основные расчетные данные ТРДЭ (фиг. 1). Под газогенератором понимается двигатель без форсажной камеры, входного и выходного устройств.
Если сравнить существующие ВРД, то ТРДЭ как гиперзвуковой ВРД не имеет альтернатив: турбопрямоточные (прямоточные) ВРД по всем показателям уступают ТРДЭ, гиперзвуковые ПВРД по результатам исследований, выполненных в том числе в США, не смогли подтвердить свою эффективность (работоспособность).
Авиационные ракетно-космические системы (АРКС) приобретают все большую популярность. До сих пор выбор был достаточно предсказуем: двухступенчатая ракетно-космических система (РКС) плюс самолет-разгонщик из числа существующих, желательно сверхзвуковой. Наиболее известным проектом в этом плане является проект АРКС "Бурлак - Диана", где в качестве самолета-разгонщика выбран доработанный вариант самолета Ту-160, на который подвешивается двухступенчатая РКС "Бурлак". Скорость и высота пуска РКС - М ~ 1,7; Н ~ 12 км, полезная нагрузка ~ 1000 кг.
Применение турбоэжекторных двигателей позволит увеличить скорость и высоту полета самолета-разгонщика до М ~ 7 и Н ~ 40 км, при которых первая ступень РКС становится ненужной. Это позволит повысить мощность второй ступени РКС в разы и, соответственно, увеличить полезную нагрузку в разы.
Появление ТРДЭ - это, по сути, переход к промышленному освоению космоса - регулярные полеты, создание на околоземной орбите производств с уникальными технологиями. Потребности общества в этом будут только увеличиваться, что делает реализацию ТРДЭ как гиперзвукового двигателя не только необходимой, но и неизбежной. Современные технологии позволяют это сделать.

Claims (6)

1. Турбоэжекторный двигатель, состоящий из входного устройства, компрессора, основной камеры сгорания, одноступенчатой турбины, газового эжектора, канал высокого давления которого с одной стороны соединен с компрессором через основную камеру сгорания, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, канал низкого давления с одной стороны соединен с атмосферой через входное устройство, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, теплообменника, расположенного перед компрессором, форсажной камеры сгорания, выходного устройства, отличающийся тем, что в каналах высокого и низкого давлений газового эжектора на входе в камеру смешения расположены сопловые аппараты, в канале низкого давления газового эжектора размещена заслонка, теплообменник - смесительного типа, лопатки турбины охлаждаются воздухом, к которому подмешивается топливо, вода.
2. Турбоэжекторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что рабочие лопатки турбокомпрессора монокристаллические.
3. Турбоэжекторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что сопловые аппараты керамические.
4. Способ регулирования турбоэжекторного двигателя, состоящего из входного устройства, компрессора, основной камеры сгорания, турбины, газового эжектора, канал высокого давления которого с одной стороны соединен с компрессором через основную камеру сгорания, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, канал низкого давления с одной стороны соединен с атмосферой через входное устройство, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, теплообменника смесительного типа, расположенного перед компрессором, форсажной камеры сгорания, выходного устройства; в каналах высокого и низкого давлений газового эжектора на входе в камеру смешения расположены сопловые аппараты, в канале низкого давления газового эжектора размещена заслонка, лопатки турбины охлаждаются воздухом, к которому подмешивается топливо, вода, заключающийся в поддержании в процессе роста скорости полета летательного аппарата постоянной приведенной частоты вращения компрессора
Figure 00000059
до достижения ограничения по физической частоте вращения турбокомпрессора; после чего приведенная частота вращения компрессора снижается до заданного уровня, оставаясь постоянной, в канале низкого давления газового эжектора открывается заслонка, включается форсаж; при достижении ограничения по температуре лопаток компрессора на вход в компрессор подается жидкость в количестве, обеспечивающем поддержание постоянной температуры газа на входе в компрессор, температура газа в основной камере сгорания в процессе подачи жидкости не меняется.
5. Способ регулирования турбоэжекторного двигателя по п. 4, отличающийся тем, что в качестве жидкости используются: вода, жидкий кислород, жидкий воздух, керосин в количестве не более 3% от расхода воздуха.
6. Способ регулирования турбоэжекторного двигателя по п. 4, отличающийся тем, что давление жидкости не менее 10 МПа.
RU2016119202A 2016-05-17 2016-05-17 Турбоэжекторный двигатель и способ его регулирования RU2645373C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016119202A RU2645373C1 (ru) 2016-05-17 2016-05-17 Турбоэжекторный двигатель и способ его регулирования

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016119202A RU2645373C1 (ru) 2016-05-17 2016-05-17 Турбоэжекторный двигатель и способ его регулирования

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2645373C1 true RU2645373C1 (ru) 2018-02-21

Family

ID=61258792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016119202A RU2645373C1 (ru) 2016-05-17 2016-05-17 Турбоэжекторный двигатель и способ его регулирования

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2645373C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116677498A (zh) * 2023-08-03 2023-09-01 中国航发四川燃气涡轮研究院 基于氢能的新型高超声速组合发动机

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB800261A (en) * 1955-10-14 1958-08-20 George Simpson Ledgerwood Improvements in and relating to jet propulsion engines
RU2044906C1 (ru) * 1993-05-12 1995-09-27 Анатолий Михайлович Рахмаилов Способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и газотурбинный двигатель
RU2066777C1 (ru) * 1992-11-17 1996-09-20 Шевцов Валентин Федорович Двигатель
RU2260147C2 (ru) * 2003-11-13 2005-09-10 Криловецкий Владимир Михайлович Вихревой инжектор

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB800261A (en) * 1955-10-14 1958-08-20 George Simpson Ledgerwood Improvements in and relating to jet propulsion engines
RU2066777C1 (ru) * 1992-11-17 1996-09-20 Шевцов Валентин Федорович Двигатель
RU2044906C1 (ru) * 1993-05-12 1995-09-27 Анатолий Михайлович Рахмаилов Способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и газотурбинный двигатель
RU2260147C2 (ru) * 2003-11-13 2005-09-10 Криловецкий Владимир Михайлович Вихревой инжектор

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116677498A (zh) * 2023-08-03 2023-09-01 中国航发四川燃气涡轮研究院 基于氢能的新型高超声速组合发动机
CN116677498B (zh) * 2023-08-03 2023-10-17 中国航发四川燃气涡轮研究院 基于氢能的新型高超声速组合发动机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6966174B2 (en) Integrated bypass turbojet engines for air craft and other vehicles
CN109028142B (zh) 推进系统及操作其的方法
US3830431A (en) Abating exhaust noises in jet engines
US20060242942A1 (en) Thrust vectoring missile turbojet
CN114746700B (zh) 旋转爆震燃烧和热交换器系统
Jivraj et al. The scimitar precooled Mach 5 engine
RU2674172C1 (ru) Турбореактивный двигатель и способ его работы
US4137708A (en) Jet propulsion
US9863366B2 (en) Exhaust nozzle apparatus and method for multi stream aircraft engine
US6644015B2 (en) Turbojet with precompressor injected oxidizer
US20210140641A1 (en) Method and system for rotating detonation combustion
US20210108801A1 (en) System for Rotating Detonation Combustion
RU2561757C1 (ru) Трехкомпонентный воздушно-реактивный двигатель
RU2645373C1 (ru) Турбоэжекторный двигатель и способ его регулирования
RU2742515C1 (ru) Комбинированная силовая установка многоразовой первой ступени ракеты-носителя
RU173530U1 (ru) Силовая установка гиперзвукового летательного аппарата
US3486340A (en) Gas turbine powerplant with means for cooling compressed air
CN204877714U (zh) 一种航空、航天、航海于一体的混合发动机
RU2418969C2 (ru) Турбореактивный двигатель
CN105927421A (zh) 文丘里喷气发动机
CN104963788A (zh) 一种航空、航天、航海于一体的混合发动机
RU2647919C1 (ru) Прямоточный воздушно-реактивный двигатель
WO2022175739A1 (en) Ramjet or scrum jet aircraft engine with the capability of mounting two fans behind the aircraft&#39;s nozzle
Anvekar Aircraft Propulsion
RU174498U1 (ru) Силовая установка гиперзвукового летательного аппарата