RU2752446C1 - Air intake device of helicopter gas turbine engine - Google Patents

Air intake device of helicopter gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2752446C1
RU2752446C1 RU2020134340A RU2020134340A RU2752446C1 RU 2752446 C1 RU2752446 C1 RU 2752446C1 RU 2020134340 A RU2020134340 A RU 2020134340A RU 2020134340 A RU2020134340 A RU 2020134340A RU 2752446 C1 RU2752446 C1 RU 2752446C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fairing
air
dust
air intake
helicopter
Prior art date
Application number
RU2020134340A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Яковлевич Ситницкий
Алексей Юрьевич Ситницкий
Original Assignee
Юрий Яковлевич Ситницкий
Алексей Юрьевич Ситницкий
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 Юрий Яковлевич Ситницкий, Алексей Юрьевич Ситницкий filed Critical Юрий Яковлевич Ситницкий
Priority to RU2020134340A priority Critical patent/RU2752446C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2752446C1 publication Critical patent/RU2752446C1/en

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
    • 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
    • F02C7/04Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
    • F02C7/05Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for obviating the penetration of damaging objects or particles
    • F02C7/052Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for obviating the penetration of damaging objects or particles with dust-separation devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cyclones (AREA)

Abstract

FIELD: aircraft engineering.SUBSTANCE: air intake device of a helicopter gas turbine engine is proposed, which removes sand and dust particles from the air. A feature of the device, in comparison with the existing domestic dust-proof device (DPD) of the “fungal” type, is that the device in question cleans the air not only in the modes of moving the helicopter with low speeds near the ground (taxiing, hovering, take-off and landing), but also when flying at cruising speed in conditions of dust-polluted air. A positive effect is achieved by introducing an additional air purification system in the helicopter flight mode into the design of the fairing of the device (“fungal” DPD), operating on the principle of inertial separation of heavy particles on the frontal surface of the fairing from the incoming air flow, further collecting separated particles and removing them from the air flow directed to the engine. In addition, the separation of particles is used when they move near the peripheral zone of the fairing, for which they are given more favorable initial conditions for exiting the air flow heading into the air inlet of the device.EFFECT: invention achieves air purification from polluting particles in a wide range of their dispersed composition while maintaining the flight characteristics of the helicopter when operating under various operating modes and conditions.2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области авиастроения, конкретно к воздухозаборным устройствам вертолетных газотурбинных двигателей (ГТД), удаляющим из воздуха частицы песка и пыли. Попадание в газовоздушный тракт двигателя указанных частиц в большом количестве приводит к эрозионному износу лопаток компрессора двигателя, снижению мощности двигателя и запасов его газодинамической устойчивости (к помпажу), а также к снижению ресурса двигателей, удорожанию ремонта ГТД, уменьшению эксплуатационной технологичности и двигателя, и вертолета, к снижению безопасности полетов, ухудшению топливной экономичности и т.п.The invention relates to the field of aircraft construction, specifically to air intake devices of helicopter gas turbine engines (GTE), which remove particles of sand and dust from the air. The ingress of these particles into the gas-air path of the engine in large quantities leads to erosive wear of the engine compressor blades, a decrease in engine power and reserves of its gas-dynamic stability (to surge), as well as to a decrease in the engine resource, an increase in the cost of GTE repair, a decrease in the operational manufacturability of both the engine and the helicopter. , to a decrease in flight safety, a deterioration in fuel efficiency, etc.

Известны способы и устройства, предназначенные для решения данной проблемы, описания их приведены в патентах [1, 2, 3], а также в работе [4]. Последнее из устройств-аналогов [4] пылезащитное устройство (ПЗУ) нашло широкое применение в отечественном вертолетостроении и в эксплуатации.Known methods and devices designed to solve this problem, their descriptions are given in patents [1, 2, 3], as well as in [4]. The last of the analogous devices [4] dust-proof device (ROM) has found wide application in the domestic helicopter industry and in operation.

Предлагаемое изобретение функционально и конструктивно в большой мере базируется на вышеупомянутом ПЗУ, которое и принято в качестве прототипа.The proposed invention is functionally and structurally based to a large extent on the above-mentioned ROM, which is adopted as a prototype.

В процессе длительной и широкой эксплуатации данного ПЗУ у него выявились определенные недостатки, среди которых наиболее остро проявилась неспособность ПЗУ к очистке воздуха в режиме полета вертолета в условиях запыленного воздуха. Причиной отсутствия очистки воздуха в ПЗУ в режиме полета вертолета являются следующие факторы:In the course of long-term and widespread operation of this ROM, it revealed certain drawbacks, among which the inability of the ROM to purify the air in a helicopter flight mode in dusty air was most acutely manifested. The reasons for the lack of air purification in the ROM in the helicopter flight mode are the following factors:

- в конструкции указанного ПЗУ-прототипа не предусмотрено выполнение функции очистки воздуха в режиме полета вертолета (а только при висении, взлет-посадке), соответственно, направление притекания воздуха ко входу ПЗУ, а также скорости движения частиц песка и пыли не обеспечивают их сепарации в ПЗУ;- the design of the specified ROM prototype does not provide for the performance of the air purification function in the helicopter flight mode (but only during hovering, takeoff and landing), respectively, the direction of air inflow to the ROM inlet, as well as the speed of movement of sand and dust particles do not ensure their separation into ROM;

- при полете вертолета частицы пыли, содержащиеся в воздушном потоке, огибающем грибообразный обтекатель устройства, сепарируются из потока на поверхность обтекателя ПЗУ, но не удаляются из воздушного потока, а проходят в воздухозаборное заборное отверстие устройства, и далее в двигатель.- during a helicopter flight, dust particles contained in the air flow around the mushroom-shaped fairing of the device are separated from the flow onto the surface of the fairing of the ROM, but are not removed from the air flow, but pass into the air intake opening of the device, and then into the engine.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение воздухозаборного устройства, способного выполнять функцию очистки воздуха от частиц песка и пыли не только на режимах взлет-посадок, висений и перемещений с малой скоростью (что имеет место у ПЗУ-прототипа), но и в режиме полета вертолета в условиях запыленной атмосферы.The technical problem to be solved by the present invention is to obtain an air intake device capable of performing the function of cleaning air from sand and dust particles not only in take-off and landing modes, hovering and moving at low speed (which is the case with the prototype ROM), but and in a helicopter flight mode in a dusty atmosphere.

Решение поставленной задачи обеспечивает:The solution to this problem provides:

- очистку воздуха от существенной доли наиболее крупных фракций частиц песка и пыли в режиме горизонтального полета вертолета;- air purification from a significant proportion of the largest fractions of sand and dust particles in the horizontal flight mode of the helicopter;

- повышение ресурса двигателей при работе их в запыленном воздухе в широких условиях эксплуатационных режимов, улучшение характеристик вертолета по возможности использования его в местах с повышенной запыленностью воздушного пространства.- increasing the service life of engines when operating in dusty air under wide operating conditions, improving the characteristics of the helicopter, if possible, using it in places with increased dustiness of the airspace.

Успешному решению поставленной задачи способствуют следующие факторы:The following factors contribute to the successful solution of the task:

- наличие в устройстве обтекателя, предотвращающего прямой проход загрязненному воздуху во вход в ГТД;- the presence of a fairing in the device, which prevents the direct passage of contaminated air into the GTE inlet;

- наличие в набегающем воздушном потоке перед обтекателем участка с искривленными линиями движения воздушного потока в режиме полета вертолета и, соответственно, наличие возможности сепарации и концентрации пылевых частиц из потока у лобовой поверхности обтекателя;- the presence in the incoming air flow in front of the fairing of a section with curved lines of air flow in the helicopter flight mode and, accordingly, the possibility of separation and concentration of dust particles from the flow at the frontal surface of the fairing;

- возможность использования существующей конструкции «грибкового» ПЗУ в качестве основы для модернизации и получения очистки воздуха в полетном режиме.- the possibility of using the existing design of the "fungal" ROM as a basis for modernization and obtaining air purification in flight.

Сущность предлагаемого воздухозаборного устройства вертолетного ГТД, удаляющего из воздуха частицы песка и пыли на режимах работы вертолета в полете, заключается в следующем. По своей конструкции предлагаемое воздухозаборное устройство в основном повторяет исходную конструкцию ПЗУ-прототипа [4]. Оно включает в свой состав входной тоннель, выполненный в виде обечайки, имеющей с передней стороны входное отверстие с коллекторной губой. Во входном тоннеле со стороны входного отверстия установлен обтекатель, представляющий собой тело вращения, имеющее переднюю расширяющуюся и заднюю сужающуюся части с наибольшей площадью поперечного сечения в миделевом сечении обтекателя. Обтекатель закреплен на тоннеле соосно и формирует совместно с ним воздухозаборное кольцевое отверстие устройства, а также проточный канал с поворотным и прямым участками. В состав устройства входят также: сепаратор, патрубок отвода пыли из сепаратора и эжектор отсоса пылевого концентрата. Данная исходная конструкция воздухозаборного устройства-прототипа (ПЗУ), чистящая воздух только при малых скоростях перемещения вертолета, в предлагаемом изобретении оборудована дополнительной системой сбора и удаления частиц песка и пыли из воздуха, поступающего к вертолетному ГТД, в режиме полета вертолета в загрязненной атмосфере.The essence of the proposed air intake device for a helicopter gas turbine engine, which removes sand and dust particles from the air during the operation of the helicopter in flight, is as follows. By its design, the proposed air intake device basically repeats the original design of the prototype ROM [4]. It includes an entrance tunnel made in the form of a shell with an inlet with a collector lip on the front side. In the entrance tunnel from the side of the inlet, a fairing is installed, which is a body of revolution having a front expanding and a rear converging part with the largest cross-sectional area in the midsection of the fairing. The fairing is fixed on the tunnel coaxially and forms, together with it, the air intake annular opening of the device, as well as the flow channel with the rotary and straight sections. The device also includes: a separator, a branch pipe for removing dust from the separator and an ejector for suction of dust concentrate. This initial design of the prototype air intake device (ROM), which cleans the air only at low speeds of movement of the helicopter, in the proposed invention is equipped with an additional system for collecting and removing particles of sand and dust from the air supplied to the helicopter GTE in the helicopter flight mode in a polluted atmosphere.

С этой целью в оболочке обтекателя в его передней расширяющейся части выполнено входное кольцевое отверстие, разделяющее переднюю часть обтекателя на концентрично расположенные периферийный и центральный элементы. У периферийного элемента передняя часть оболочки выполнена в форме поверхности усеченного круглого конуса. Центральный элемент представляет собой оболочку в форме выпуклого участка поверхности вращения с криволинейной образующей. Указанные элементы установлены один по отношению к другому таким образом, что периферийный элемент выступает вперед относительно центрального. Между элементами образовано указанное выше входное кольцевое отверстие в обтекателе и последующий за ним кольцевой диффузорный канал, сообщающий внутреннюю полость обтекателя с внешним пространством воздухозаборного устройства. В обтекателе устройства также выполнены один или более выводных патрубков, установленных в периферийной зоне обтекателя, патрубки установлены в радиальном направлении, проходят сквозь оболочку обтекателя из его внутренней полости во внешнее воздушное пространство. На торце выводного патрубка, расположенном во внутренней полости обтекателя, выполнен входной коллектор, часть выводного патрубка, расположенная снаружи во внешнем воздушном потоке, имеет овальную форму поперечного сечения и ориентирована своим выходным отверстием в заднюю радиально-боковую сторону от воздухозаборного отверстия устройства.For this purpose, an inlet annular opening is made in the fairing shell in its front expanding part, dividing the front part of the fairing into concentrically located peripheral and central elements. At the peripheral element, the front part of the shell is made in the form of the surface of a truncated circular cone. The central element is a shell in the form of a convex portion of a surface of revolution with a curved generatrix. These elements are installed one in relation to the other in such a way that the peripheral element protrudes forward relative to the central one. Between the elements, the aforementioned inlet annular opening in the fairing and the subsequent annular diffuser channel, which communicates the inner cavity of the fairing with the outer space of the air intake device, is formed. In the fairing of the device, one or more outlet pipes are also made, installed in the peripheral zone of the fairing, the pipes are installed in the radial direction, they pass through the shell of the fairing from its inner cavity into the outer air space. An inlet manifold is made at the end of the outlet pipe located in the inner cavity of the fairing, the part of the outlet pipe located outside in the external air flow has an oval cross-sectional shape and is oriented with its outlet opening to the rear radial-lateral side from the air intake opening of the device.

При полете вертолета в загрязненной атмосфере частицы песка и пыли из набегающего воздушного потока будут входить в контактное взаимодействие с поверхностью центрального элемента обтекателя и следовать вдоль нее в пристеночном слое, увеличивая концентрацию по мере удаления от центра потока. Благодаря введению в конструкцию обтекателя входного кольцевого отверстия и кольцевого диффузорного канала пристеночный слой воздуха с отсепарированными на поверхность обтекателя частицами песка и пыли будет входить во внутреннюю полость обтекателя и затем, под действием избыточного давления от скоростного напора набегающего потока, будет выходить по выводным патрубкам во внешнее пространство сзади от воздухозаборного отверстия устройства. Другая часть посторонних частиц, вступивших в контактное взаимодействие с коническим участком поверхности периферийного элемента обтекателя, приобретает начальные условия движения, позволяющие большой доле наиболее крупных и абразивоопасных частиц пересечь слой воздушного потока, огибающего обтекатель, и выйти из него до входа потока в воздухозаборное отверстие устройства.When a helicopter is flying in a polluted atmosphere, particles of sand and dust from the incoming air stream will come into contact with the surface of the central element of the fairing and follow along it in the near-wall layer, increasing the concentration with distance from the center of the stream. Due to the introduction of an inlet annular opening and an annular diffuser channel into the fairing design, the wall layer of air with sand and dust particles separated onto the fairing surface will enter the inner cavity of the fairing and then, under the action of excess pressure from the high-speed head of the incoming flow, will exit through the outlet pipes to the outer the space behind the air inlet of the unit. Another part of the foreign particles that have come into contact with the conical section of the surface of the peripheral element of the fairing acquire the initial conditions of motion that allow a large proportion of the largest and most abrasive particles to cross the layer of the air flow around the fairing and leave it before the flow enters the air intake opening of the device.

Сущность заявленного воздухозаборного устройства поясняется на схемах - Фиг. 1, 2, 3.The essence of the claimed air intake device is illustrated in the diagrams - Fig. 1, 2, 3.

На схеме Фиг. 1 показан продольный разрез воздухозаборного устройства-прототипа [4], его основные элементы, линии тока воздуха на входе в устройство при режимах висения и горизонтального полета, также показаны траектории движения частиц песка и пыли.In the diagram of FIG. 1 shows a longitudinal section of the prototype air intake device [4], its main elements, air flow lines at the inlet to the device in hovering and horizontal flight modes; the trajectories of sand and dust particles are also shown.

На схеме Фиг. 2 показан продольный разрез воздухозаборного устройства, выполненного в соответствии с настоящим предложением, при этом в представленном варианте предусматривается установка двух выводных патрубков.In the diagram of FIG. 2 shows a longitudinal section of an air intake device made in accordance with the present proposal, while the presented embodiment provides for the installation of two outlet pipes.

На схеме Фиг. 3 показан продольный разрез воздухозаборного устройства, выполненного в соответствии с настоящим предложением, также показаны линии тока воздуха и траектории движения частиц пыли в условиях полета вертолета в загрязненном воздухе.In the diagram of FIG. 3 shows a longitudinal section of an air intake device made in accordance with the present proposal, also shows air flow lines and trajectories of dust particles during a helicopter flight in polluted air.

Воздухозаборное устройство Фиг. 1 включает в себя входной тоннель 1, выполненный в виде обечайки 2, имеющей с передней стороны входное отверстие с коллекторной губой 3. С передней стороны входного тоннеля 1 установлен обтекатель 4, представляющий собой тело вращения, имеющее переднюю расширяющуюся часть 4' и заднюю сужающуюся часть 4'', между указанными частями обтекателя располагается наибольшее по диаметральному размеру поперечное сечение обтекателя М-М - миделево сечение. Обтекатель 4 крепится к входному тоннелю 1 соосно и формирует совместно с тоннелем воздухозаборное кольцевое отверстие 8 и проточный канал 9 с поворотным участком 9' и прямым участком 9''. Задним фланцем входной тоннель соединяется с вертолетным ГТД 13. В состав воздухозаборного устройства входят также: сепаратор 5, магистраль отвода пыли из сепаратора 5 - прямой патрубок 6, поворотный патрубок 6' и эжектор отсоса пылевого концентрата 7.Air Intake Device FIG. 1 includes an entrance tunnel 1, made in the form of a shell 2, having an inlet opening with a collector lip 3 on the front side. From the front side of the entrance tunnel 1, a fairing 4 is installed, which is a body of revolution having a front expanding part 4 'and a rear tapering part 4 '', between the specified parts of the fairing is the largest diameter cross-section of the fairing M-M - midsection. The fairing 4 is attached to the entrance tunnel 1 coaxially and forms, together with the tunnel, an annular air intake hole 8 and a flow channel 9 with a turning section 9 'and a straight section 9' '. The rear flange connects the entrance tunnel to the helicopter GTE 13. The air intake device also includes: separator 5, line for removing dust from separator 5 - straight pipe 6, rotary pipe 6 'and ejector for suction of dust concentrate 7.

Сепаратор 5 представляет собой конусообразную жалюзийную решетку, состоящую из набора последовательно расположенных отражающих кольцевых элементов 5' и опоры 5'', между которыми образованы перепускные щелевые протоки 11, сообщающие внутреннюю полость сепаратора с пространством проточного канала 9. Своей задней опорой 5'' сепаратор крепится к центральному фланцу вертолетного двигателя 13. Патрубок отвода пыли 6 размещается между задней опорой 5'' сепаратора и обтекателем 4, с помощью поворотного патрубка 6'. Пылеотводная магистраль соединяется с эжектором отсоса пылевого концентрата 7.The separator 5 is a cone-shaped louvred lattice, consisting of a set of sequentially located reflective annular elements 5 'and a support 5' ', between which there are formed bypass slotted channels 11, which communicate the inner cavity of the separator with the space of the flow channel 9. The separator is attached with its rear support 5' ' to the central flange of the helicopter engine 13. The dust removal branch pipe 6 is located between the rear support 5 "of the separator and the fairing 4 by means of a rotary branch pipe 6 '. The dust extraction line is connected to the dust concentrate suction ejector 7.

В предлагаемом воздухозаборном устройстве Фиг. 2 выполнена дополнительная система сбора и удаления из воздуха, поступающего к вертолетному ГТД, частиц песка и пыли в режиме полета вертолета в загрязненной атмосфере. Работа системы основана на использовании процесса инерционной сепарации тяжелых частиц песка и пыли, имеющего место при огибании воздушным потоком обтекателя устройства.In the proposed air intake device FIG. 2, an additional system for collecting and removing sand and dust particles from the air supplied to the helicopter GTE in the helicopter flight mode in a polluted atmosphere is made. The operation of the system is based on the use of the process of inertial separation of heavy particles of sand and dust, which takes place when the air flow around the fairing of the device.

С этой целью в оболочке обтекателя 4 Фиг. 2 в его передней расширяющейся части 4' выполнено входное кольцевое отверстие 16, разделяющее переднюю часть обтекателя на концентрично расположенные периферийный 14 и центральный 14' элементы, которые скреплены в единый узел с помощью проставок 15. У периферийного элемента передняя часть оболочки выполнена в форме поверхности усеченного круглого конуса с отверстием 17, обращенным навстречу набегающему воздушному потоку, при этом место перехода от конусной поверхности к прилегающему сзади цилиндрическому участку выполнено с изломом контура. Наклон образующей конусной поверхности к оси обтекателя выполнен под углом а, величина которого выбирается исходя из условия придания пылевым частицам начальных условий, обеспечивающих им вектор скорости достаточный для пересечения частицами воздушного потока в боковом направлении. Центральный элемент 14' представляет собой оболочку в форме выпуклого участка поверхности вращения с криволинейной образующей (напр.: эллипс, гипербола, парабола). Указанные элементы установлены один по отношению к другому таким образом, что периферийный элемент 14 выступает вперед относительно центрального 14'. Между элементами образовано входное кольцевое отверстие 16 и последующий за ним кольцевой диффузорный канал 16', сообщающий внутреннюю полость 17' сообщающий внутреннюю полость 17' обтекателя 4 с внешним пространством воздухозаборного устройства со стороны набегающего воздушного потока.To this end, in the fairing shell 4 of FIG. 2, an inlet annular opening 16 is made in its front expanding part 4 ', dividing the front part of the fairing into concentrically located peripheral 14 and central 14' elements, which are fastened into a single unit using spacers 15. At the peripheral element, the front part of the shell is made in the form of a surface of a truncated a round cone with a hole 17 facing the incoming air flow, while the transition point from the conical surface to the cylindrical section adjacent to the rear is made with a break in the contour. The inclination of the generatrix of the conical surface to the axis of the fairing is made at an angle a, the value of which is selected based on the condition of giving the dust particles initial conditions that provide them with a velocity vector sufficient for the particles to cross the air flow in the lateral direction. The central element 14 'is a shell in the form of a convex section of a surface of revolution with a curved generatrix (eg: ellipse, hyperbola, parabola). These elements are installed one in relation to the other in such a way that the peripheral element 14 projects forward relative to the central 14 '. An inlet annular opening 16 and a subsequent annular diffuser channel 16 'are formed between the elements, communicating the inner cavity 17' communicating the inner cavity 17 'of the fairing 4 with the outer space of the air intake device from the side of the oncoming air flow.

В обтекателе 4 устройства выполнен один или более выводных патрубков 18, установленных в периферийной зоне обтекателя. Патрубки установлены в радиальном направлении, проходят сквозь оболочку обтекателя из его внутренней полости 17' во внешнее воздушное пространство. На торце выводного патрубка 18, расположенном во внутренней полости 17' обтекателя, выполнен входной коллектор 18'. Часть выводного патрубка 18, расположенная снаружи во внешнем воздушном потоке, имеет овальную форму поперечного сечения и ориентирована своим выходным отверстием 18'' в заднюю радиально-боковую сторону от воздухозаборного отверстия 8.The fairing 4 of the device has one or more outlet pipes 18 installed in the peripheral zone of the fairing. The nozzles are installed in the radial direction, pass through the shell of the fairing from its inner cavity 17 'into the outer air space. An inlet manifold 18 'is made at the end of the outlet pipe 18 located in the inner cavity 17' of the fairing. The part of the outlet pipe 18, located outside in the external air flow, has an oval cross-sectional shape and is oriented with its outlet opening 18 '' towards the rear radial-lateral side from the air intake opening 8.

Воздухозаборное устройство работает следующим образом. При работе вертолета на режимах малых скоростей перемещения (руление, взлет-посадки, висение и т.п.) картина линий тока воздуха, притекающего к воздухозаборному отверстию 8 - Фиг. 1, показана штриховыми линиями 8'. На криволинейном участке 9' кольцевого канала 9 осуществляется инерционная сепарация пылевых частиц, которые движутся по криволинейным траекториям и поступают во входное отверстие 10' сепаратора 5. Направление движения воздуха и пыли показано стрелками: 12 - чистый воздух, 12' - воздух с пылью, 12'' - пылевой концентрат. В сепараторе продолжается дальнейшая ступенчатая концентрация загрязняющего материала в воздухе, пылевой концентрат 12'' поступает по магистрали отвода пыли (патрубки отвода 6 и 6') в эжектор 7, откуда выводится из устройства в окружающее пространство. Воздух, очищенный от загрязняющих частиц на криволинейном участке 9', поступает в кольцевой проход 10 и по прямому участку 9'' проточного канала 9 проходит во вход вертолетного ГТД 13. Часть воздуха 12, очищенного в сепараторе 5, по перепускным щелевым протокам 11 также поступает в проточный канал 9 и в двигатель. Описанным выше образом работают и воздухозаборное устройство-прототип («грибковое» ПЗУ) и предлагаемое устройство на режимах работы вертолета с малой скоростью перемещения.The air intake device works as follows. When the helicopter is operating at low speeds of movement (taxiing, takeoff and landing, hovering, etc.), the pattern of the air flow lines flowing to the air intake hole 8 - Fig. 1 is shown by dashed lines 8 '. On the curved section 9 'of the annular channel 9, inertial separation of dust particles is carried out, which move along curved paths and enter the inlet 10' of the separator 5. The direction of movement of air and dust is shown by arrows: 12 - clean air, 12 '- air with dust, 12 '' - dust concentrate. In the separator, a further stepwise concentration of the polluting material in the air continues, the dust concentrate 12 '' enters through the dust removal line (branch pipes 6 and 6 ') into the ejector 7, from where it is discharged from the device into the surrounding space. The air, cleaned of pollutants in the curved section 9 ', enters the annular passage 10 and along the straight section 9' 'of the flow channel 9 passes into the inlet of the helicopter GTE 13. Part of the air 12 purified in the separator 5 also enters the bypass slotted ducts 11 into the flow channel 9 and into the engine. In the manner described above, both the prototype air intake device ("fungal" ROM) and the proposed device operate in the helicopter operating modes with a low speed of movement.

При работе вертолета на режимах полетных скоростей картина линий тока воздуха, притекающего к воздухозаборному отверстию 8 устройства-прототипа, показана на Фиг. 1 штриховыми линиями 20 и 21, которые ограничивают часть набегающего воздушного потока, следующего к двигателю из центральной зоны потока. В указанную часть потока дополнительно поступают также частицы песка и пыли из боковой зоны потока между линиями тока 21-22. Точки К и К' - критические точки линий тока 20, 21. Наибольшая доля частиц из набегающего потока поступает из центральной зоны, при этом основная доля крупнодисперсных (наиболее абразивоопасных) частиц приходит в контактное взаимодействие с поверхностью обтекателя 4. После соударения с поверхностью частицы следуют вдоль нее и концентрируются в пристеночном слое. При исходной геометрии обтекателя благодаря плавным обводам контура в зоне наибольших диаметральных размеров (миделя) частицы пыли не имеют сколь-либо значимых запасов энергии боковой составляющей скорости движения для пересечения воздушного потока, ограниченного линией тока 21. В итоге они проходят с потоком в воздухозаборное отверстие 8 устройства - Фиг. 1, в основном не попадают во вход 10' сепаратора 5, а проходят в отверстие 10 прямо во вход ГТД 13, в результате очистка воздуха отсутствует.When the helicopter is operating at flight speeds, the pattern of the air stream lines flowing to the air intake opening 8 of the prototype device is shown in FIG. 1 by dashed lines 20 and 21, which delimit a part of the incident air flow following towards the engine from the central flow zone. The specified part of the flow is additionally supplied with sand and dust particles from the side zone of the flow between the streamlines 21-22. Points K and K 'are the critical points of streamlines 20, 21. The largest fraction of particles from the incident flow comes from the central zone, while the bulk of coarse (most abrasive) particles comes into contact with the surface of the fairing 4. After collision with the surface, the particles follow along it and are concentrated in the parietal layer. With the original geometry of the fairing, due to the smooth contour lines in the zone of the largest diametrical dimensions (midship), the dust particles do not have any significant reserves of energy of the lateral component of the speed of movement for crossing the air flow limited by the streamline 21. As a result, they pass with the flow into the air intake hole 8 device - FIG. 1, basically do not enter the inlet 10 'of the separator 5, but pass through the opening 10 directly into the inlet of the gas turbine engine 13, as a result of which there is no air purification.

Работа воздухозаборного устройства, выполненного в соответствии с настоящим предложением, на режимах полета вертолета в загрязненном воздухе показана на Фиг. 3. Воздушный поток, поступающий в воздухозаборное отверстие 8 устройства, ограничен линиями тока воздуха 20-21, при этом показаны траектории движения частиц пыли с размерами 5-40 ммк, движущихся в потоке. Основная масса пылевых частиц, потенциально способных поступить в воздухозаборное отверстие 8, изначально находится в зоне между линиями тока воздуха 20-21 (из зоны внешнего потока между линиями тока 21-22 также проходит некоторая доля частиц). Пылевые частицы из указанной зоны при движении около поверхности обтекателя в искривленном потоке под действием инерционных сил не успевают следовать вдоль линий тока воздуха, входят в контактное взаимодействие с поверхностью центрального элемента 14' обтекателя 4. Далее частицы следуют вдоль поверхности в пристеночном слое, увеличивая свою концентрацию в воздухе по мере приближения к входному кольцевому отверстию 16, проходят через него в кольцевой диффузорный канал 16' и попадают во внутреннюю полость 17' обтекателя 4. Из внутренней полости обтекателя воздух с частицами пыли выходит под действием избыточного давления от скоростного напора набегающего воздушного потока по выводным патрубкам 18 во внешнее пространство в задней зоне от воздухозаборного отверстия 8. При недостатке давления воздуха внутри обтекателя для увеличения расхода воздуха, выводимого наружу, в выводных патрубках 18 установлены вентиляторы 19, включаемые в рабочий режим при необходимости. Другая часть посторонних частиц, движущихся преимущественно в периферийной зоне набегающего воздушного потока, вступает в контактное взаимодействие с конической поверхностью периферийного элемента 14' передней части 4' обтекателя. В результате твердые частицы приобретают начальные условия движения, позволяющие большой доле наиболее крупных и абразивоопасных частиц пересечь слой воздушного потока 20-21, огибающего сбоку обтекатель 4, и выйти за пределы потока до входа его в воздухозаборное отверстие 8 устройства - за пределами критической точки К' внешней линии тока 21.The operation of the air intake device, made in accordance with the present proposal, in the modes of helicopter flight in polluted air is shown in FIG. 3. The air flow entering the air intake opening 8 of the device is limited by the air flow lines 20-21, while the trajectories of dust particles with dimensions of 5-40 mm moving in the flow are shown. The bulk of dust particles potentially capable of entering the air intake opening 8 is initially located in the zone between the air flow lines 20-21 (a certain fraction of particles also pass from the external flow zone between the flow lines 21-22). Dust particles from this zone, when moving near the surface of the fairing in a curved flow under the action of inertial forces, do not have time to follow the air flow lines, enter into contact with the surface of the central element 14 'of the fairing 4. Then the particles follow along the surface in the wall layer, increasing their concentration in the air as it approaches the inlet annular hole 16, pass through it into the annular diffuser channel 16 'and enter the inner cavity 17' of the fairing 4. From the inner cavity of the fairing, air with dust particles escapes under the action of excess pressure from the high-speed pressure of the incoming air flow along outlet nozzles 18 to the outer space in the rear zone from the air intake hole 8. When there is a lack of air pressure inside the fairing to increase the flow rate of air discharged to the outside, fans 19 are installed in the outlet nozzles 18, which are switched on in the operating mode if necessary. Another part of the foreign particles, moving mainly in the peripheral zone of the incident air flow, comes into contact with the conical surface of the peripheral element 14 'of the front part 4' of the fairing. As a result, solid particles acquire the initial conditions of motion, allowing a large proportion of the largest and most abrasive particles to cross the layer of air flow 20-21, enveloping the side fairing 4, and go beyond the flow before it enters the air intake opening 8 of the device - beyond the critical point K ' external streamline 21.

В результате использования предлагаемого воздухозаборного устройства значительная доля крупнодисперсных фракций пыли может эффективно удаляться из воздуха, поступающего в вертолетный ГТД в режиме полета вертолета в загрязненной атмосфере.As a result of using the proposed air intake device, a significant proportion of coarse dust fractions can be effectively removed from the air entering a helicopter GTE in a helicopter flight mode in a polluted atmosphere.

Источники информацииSources of information

1. Патент US №4881367, 1989 F02C 3/32.1. US patent No. 4881367, 1989 F02C 3/32.

2. Патент US №3513691, 1970 F02C 3/32.2. US patent No. 3513691, 1970 F02C 3/32.

3. Патент US №4493185, 1985 F04D 29/70.3. US patent No. 4493185, 1985 F04D 29/70.

4. В.А. Дмитриев, В.М. Занько, Н.П. Калинин, А.И. Кривко. Вертолет Ми-8 МТВ, Москва, Транспорт 1995 г. (стр. 164, Пылезащитное устройство).4. V.A. Dmitriev, V.M. Zanko, N.P. Kalinin, A.I. Krivko. Helicopter Mi-8 MTV, Moscow, Transport 1995 (p. 164, Dust protection device).

Claims (2)

1. Воздухозаборное устройство вертолетного газотурбинного двигателя, удаляющее из воздуха частицы песка и пыли, включающее в свой состав входной тоннель, выполненный в виде обечайки, имеющей с передней стороны входное отверстие с коллекторной губой, обтекатель, представляющий собой тело вращения, имеющее переднюю расширяющуюся и заднюю сужающуюся части и наибольшее по диаметральному размеру поперечное сечение обтекателя, миделево сечение, установленный во входном тоннеле со стороны его входного отверстия, крепящийся к тоннелю соосно и формирующий совместно с тоннелем воздухозаборное кольцевое отверстие устройства, а также проточный канал с поворотным и прямым участками, в состав устройства входят также сепаратор, патрубок отвода пыли из сепаратора и эжектор отсоса пыли, отличающееся тем, что в оболочке обтекателя в его передней расширяющейся части выполнено входное кольцевое отверстие, разделяющее переднюю часть обтекателя на концентрично расположенные периферийный и центральный элементы, у периферийного элемента передняя часть оболочки выполнена в форме поверхности усеченного круглого конуса, центральный элемент представляет собой оболочку в форме выпуклого участка поверхности вращения с криволинейной образующей, указанные элементы установлены один по отношению к другому таким образом, что периферийный элемент выступает вперед относительно центрального, а между ними образовано указанное выше входное кольцевое отверстие и последующий за ним кольцевой диффузорный канал, сообщающий внутреннюю полость обтекателя с внешним пространством воздухозаборного устройства, также в обтекателе устройства выполнены один или более выводных патрубков, установленных в периферийной зоне обтекателя, проходящих сквозь оболочку обтекателя из его внутренней полости во внешнее воздушное пространство, на торце выводного патрубка, расположенном во внутренней полости обтекателя, выполнен входной коллектор, часть выводного патрубка, расположенная снаружи во внешнем воздушном потоке, имеет овальную форму поперечного сечения и ориентирована своим выходным отверстием в заднюю радиально-боковую сторону от воздухозаборного отверстия устройства.1. The air intake device of a helicopter gas turbine engine, which removes sand and dust particles from the air, including an entrance tunnel made in the form of a shell, having an inlet with a collector lip on the front side, a fairing representing a body of revolution having a front expanding and a rear the tapering part and the largest diameter cross-section of the fairing, midsection, installed in the inlet tunnel from the side of its inlet opening, attached to the tunnel coaxially and forming, together with the tunnel, the air intake annular opening of the device, as well as the flow channel with rotary and straight sections, into the composition the device also includes a separator, a branch pipe for removing dust from the separator and an ejector for suction of dust, characterized in that an inlet annular opening is made in the shell of the fairing in its front expanding part, dividing the front part of the fairing into concentrically located peripheral and central elements you, at the peripheral element, the front part of the shell is made in the form of the surface of a truncated circular cone, the central element is a shell in the form of a convex portion of the surface of revolution with a curved generatrix, these elements are installed one in relation to the other in such a way that the peripheral element protrudes forward relative to the central one, and between them is formed the above inlet annular opening and the subsequent annular diffuser channel, which communicates the inner cavity of the fairing with the outer space of the air intake device, and one or more outlet pipes are made in the fairing of the device, installed in the peripheral zone of the fairing, passing through the fairing shell from its the inner cavity into the external air space, an inlet manifold is made at the end of the outlet pipe located in the inner cavity of the fairing, the part of the outlet pipe located outside in the external air flow has an oval the shape of the cross-section and is oriented with its outlet opening to the rear radial-lateral side from the air intake opening of the device. 2. Воздухозаборное устройство вертолетного газотурбинного двигателя по п. 1, отличающееся тем, что в выводных патрубках, расположенных в обтекателе устройства, во входном отверстии патрубка установлен вентилятор с электроприводом, предназначенный для отсоса воздуха с пылью из внутренней полости обтекателя и выброса его во внешнее пространство.2. The air intake device of the helicopter gas turbine engine according to claim 1, characterized in that in the outlet nozzles located in the fairing of the device, an electrically driven fan is installed in the inlet of the nozzle, designed to suck air with dust from the inner cavity of the fairing and eject it into the outer space ...
RU2020134340A 2020-10-20 2020-10-20 Air intake device of helicopter gas turbine engine RU2752446C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134340A RU2752446C1 (en) 2020-10-20 2020-10-20 Air intake device of helicopter gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134340A RU2752446C1 (en) 2020-10-20 2020-10-20 Air intake device of helicopter gas turbine engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2752446C1 true RU2752446C1 (en) 2021-07-28

Family

ID=77226185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020134340A RU2752446C1 (en) 2020-10-20 2020-10-20 Air intake device of helicopter gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2752446C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3421296A (en) * 1966-11-15 1969-01-14 United Aircraft Corp Engine inlet air particle separator
US4860534A (en) * 1988-08-24 1989-08-29 General Motors Corporation Inlet particle separator with anti-icing means
US4881367A (en) * 1987-04-14 1989-11-21 Rolls-Royce Plc Gas turbine engine
RU2638692C2 (en) * 2016-03-21 2017-12-15 Акционерное общество "Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля" Engine dust-protecting device (versions)
RU2671256C1 (en) * 2017-09-28 2018-10-30 Юрий Яковлевич Ситницкий Air-intake device for a helicopter gas turbine engine removing air sand particles, dust and other imparents from air

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3421296A (en) * 1966-11-15 1969-01-14 United Aircraft Corp Engine inlet air particle separator
US4881367A (en) * 1987-04-14 1989-11-21 Rolls-Royce Plc Gas turbine engine
US4860534A (en) * 1988-08-24 1989-08-29 General Motors Corporation Inlet particle separator with anti-icing means
RU2638692C2 (en) * 2016-03-21 2017-12-15 Акционерное общество "Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля" Engine dust-protecting device (versions)
RU2671256C1 (en) * 2017-09-28 2018-10-30 Юрий Яковлевич Ситницкий Air-intake device for a helicopter gas turbine engine removing air sand particles, dust and other imparents from air

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3616616A (en) Particle separator especially for use in connection with jet engines
US8425641B2 (en) Inlet air filtration system
EP3196442B1 (en) Inlet particle separator for a turbine engine
US5139545A (en) Air intakes for gas turbine engines
US4311494A (en) Axial flow gas cleaning device
US7922784B2 (en) System for inertial particles separation
JP6205107B2 (en) Inlet particle separation system
US8539748B2 (en) Segmented inertial particle separators and methods of assembling turbine engines
JPH0476018B2 (en)
JPS5857230B2 (en) Solid foreign matter separation device
US10968827B2 (en) Anti-icing apparatus for a nose cone of a gas turbine engine
JP2013130188A (en) Gas turbine engine particle separator
RU2671256C1 (en) Air-intake device for a helicopter gas turbine engine removing air sand particles, dust and other imparents from air
US20160090912A1 (en) Inlet particle separator system
CA2991340A1 (en) Inertial particle separator for engine inlet
CN113144783A (en) Cylinder type air dust collector and ventilation device
JPS6033980B2 (en) Gas turbine engine and its air intake device
US20190024587A1 (en) Fan integrated inertial particle separator
US3513641A (en) Foreign particle separator for an air moving member
EP3133265B1 (en) Apparatus and method for air particle separator in a gas turbine engine
RU2752446C1 (en) Air intake device of helicopter gas turbine engine
RU2742697C1 (en) Air intake device for helicopter gas turbine engine, removing particles of sand and dust from air
RU2752445C1 (en) Air intake device of helicopter gas turbine engine that removes sand and dust particles from air
FR2274363A1 (en) Separator to remove particles from gases - has hollow tube section with conical deflector in the centre
CN214862085U (en) Cylinder type air dust collector and ventilation device