SK752020U1 - Trojprúdový prúdový motor s predným a zadným obtokom vzduchu - Google Patents

Abstract

Trojprúdový prúdový motor s predným a zadným obtokom vzduchu sa vyznačuje tým, že je tvorený dvojprúdovým motorom (11) s predným obtokom spojením obtokového ventilátora (9) s prúdovým motorom (1). Súčasne je k nemu pripojený obtokový prstenec (2) spojený s prúdovým motorom (1) pomocou úchytov (4). Prúdový motor (1) má pripojenú vzadu škrtiacu dýzu (3). Prúd plynov vystupujúcich z trojprúdového prúdového motora tvorí zmes (6) spalín (5) prúdového motora (1) a obtokového vzduchu (7) pri súčasnom vtoku nasávaného vzduchu (8) do vstupu prúdového motora (1). Predný obtokový vzduch (10) je poháňaný ventilátorom (9).

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka riešenia trojprúdového prúdového motora s predným s zadným obtokomvzduchu, tvoreného vzájomným pôsobením dvojprúdového turboventilátorového motora a aerodynamického obtokového prstenca, spolu so škrtiacou dýzou, umiestnenou na zadnej časti uvedeného motora. Predmet riešenia sa týka oblasti leteckých motorov, hlavne pre dopravné lietadla. Riešenie je použiteľné aj pre iné aplikácie, podmienkou je pohyb zariadenia v zemskej atmosľére.

Doterajší stav techniky

Reaktívne motory tvoria skupiny motorov raketových a prúdových. Druhú skupinu reaktívnych motorov tvoria motory prúdové, ktorých hlavným predstaviteľom je dvojprúdový motor. Dvojprúdový motor je druh leteckého motora, ktorý pracuje napodobnomprincípe ako prúdový motor (tiežturbodúchadlový, turboventilátorový), teda na princípe zákona akcie a reakcie. Oproti prúdovému motoru obsahuje naviac dúchadlo (ventilátor, angl. ľan) a nízkotlaký kompresor, poháňaný ďalšou turbínou. Vzduch, vstupujúci do dvojprúdového motora, je najsamprv stlačený ventilátorom Jeho časť (určená obtokovým pomerom) prúdi do vysokotlakovej časti motora, zbytokju však obteká tzv. obtokovým kanálom Ťah motora je vy volaný účinkom obidvoch prúdov plynov. Na vstupe sa nachádza vysokotlakový a nízkotlakový kompresor (s oddelenými súosovými rotormi), ktorý stlačí vzduch a zvýši tým jeho teplotu na hodnotu s čo najúčinnejším a eľektívnym zážihom Smeruje teda do tzv. difúzora, ktorý vzduch spomalí, ale zachová teplotu. Ďalej nasledujú spaľovacie komory, v ktorých dochádza ku pridaniu paliva a jeho následnému zažnutiu, čo spôsobí obrovský nárast objemu plynov. Spaliny prechádzajú cez turbíny vysokotlakového kompresora a ventilátora, ktorým odovzdajú väčšiu časť svojej energie. Potom opúšťajú vysokotlakovú časť motora a miesia sa s obtokovým vzduchom. Väčšina ťahu prúdového motora s veľkým obtokovým pomerom pochádza z predného obtokového kanála a je vyvolaná ventilátorom Dvojprúdové motory sú najúčinnejšie predovšetkým pri rýchlostiach od 500 do 1 000 km/h, teda pri rýchlostiach, v ktorej je prevádzkovaná väčšina komerčných lietadiel. Dvojprúdové motory udržujú eľektivitu nad obyčajnými prúdovými motormi pri nízkych nadzvukových rýchlostiach (do približne Mach 1,6), ale tiež môžu byť eľektívne pri plynulom použití prídavného spaľovania pri rýchlosti M ach 3 a viac. Cez dvojprúdový motor prúdi výrazne viac vzduchu nežcezprúdové motory. Rýchlosť výstupných plynov je preto pri rovnakom výkone nižšia. Dvojprúdové motory sú preto obvykle menej hlučné a majú nižšiu spotrebu (pri nižšej rýchlosti možno dosiahnuť na výstupe lepší pomer medzi hybnosťou a energiou, na ktorej je závislá spotreba energie na vyvolanie jednotkového ťahu). To je tiež dôvod, prečo sú dnes takmer všetky dopravné lietadla (i vojenské), vybavené týmito motormi. Problematiky týchto prúdových motorov sa týkajú aj nasledujúce patenty a literatúra:

• EP0459816B1 European Patent Office, Gas turbíne engine powered aircraft environmental control systém and boundary layerbleed, George Albert Coffinbeny, General Electric Co, 06-01, 1990 • US7614210B2 United States, Double bypass turboľan, B. F. Powell, J. J. Decker, Current Assignee: General Electric Co, Feb. 13, 2006 • US3340689 A United States,Turbojetbypass engine, Attomey,Kueng, Feb. 10,1966 • US Patent 3,390,527, High Bypass Ratio Turboľan, July 2, 1968.

Literatúra:

• Michael Hacker; Dávid Burghardt; Linnea Fletcher; Anthony Gordon; William Peruzzi (March 18, 2009). Engineering and Technology. Cengage Eeaming. p. 319. ISBN 978-1-285-95643-5. Retrieved October 25, 2015. All modem jet-powered commercial aircraft usehigh bypass turbofanengines [...] • https ://en.wikipedia.org/wiki/Turbofan • Decher, S., Rauch, D., “Potential of the High Bypass Turbofan,” American Society of Mechanical Engineers páper 64-GTP-15, presented at the Gas Turbíne Conference and Products Show, Houston, Texas, March 1-5,1964.

• Ulrich Wenger (March 20, 2014), Rolls-Royce technology for future aircraft engines (PDF), Rolls-Royce Deutschland

Uvedené riešenia prúdových motorov majú nesporne veľa prednosti, a preto sú využívané v čoraz širšom rozsahu. Ich nedostatkom je potreba ventilátorov s pomerne veľkým priemerom To je väčší ako turbíny a spaľovacie komory. Spolu s potrebou obtokového prstenca dochádza ku značnému zväčšeniu priemeru motora a z toho plynúce nároky na konštrukciu ďalších častí lietadla (napr. podvozku). Dvojprúdové ventilátorové motoiy majú oproti pôvodnému riešeniu väčšie množstvo pohyblivých a rotujúcich súčastí, čo má vplyv na ich výrobné náklady, poruchovosť a životnosť. Ďalšou nevýhodou je skutočnosť, že aj napriek priaznivému vplyvu ventilátora na celkovú spotrebu paliva uniká ešte značné množstvo nevyužitej energie v podobe prúdu spalín vytekajúcich z výstupnej trubice prúdového motora.

S K 75-2020 U1

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky odstraňuje navrhované technické riešenie. Jeho podstata spočíva v tom, že za dýzou resp. škrtiacou dýzou dvojprúdového motora je umiestnený obtokový prstenec (napr. v tvare Lavalovej dýzy), cez ktorý prechádzajú spaliny z dýzy prúdového motora. Tie v dôsledku Bemoulliho javu (aerodynamického paradoxu) strhávajú častice obtokového vzduchu v smere pohybu spalín prúdového motora. Trojprúdový prúdový motor s prednýms zadnýmobtokomvzduchu je tvorený dvojprúdovýmturboventilátorovýmmotoroms pripojeným zadným obtokovým prstencom a škrtiacou dýzou. Prstenec je mechanicky spojený s motorom pomocou úchytov obtokového prstenca. Prúd plynov vystupujúcich z trojprúdového prúdového motora s prednýma so zadnýmobtokomvzduchu tvorí zmes pozostávajúcu zpredného obtokového v zduchu, zo spalín prúdového motora a zmesi spalín a zadného obtokového vzduchu. Zadný obtokový vzduch je nasávaný do obtokového prstenca cez jeho prednú časť, do ktorej je zasunutá zadná časť prúdového motora spolu s jeho dýzou, rep. škrtiacou dýzou. Obtokový prstenec je pripevnený k dvojprúdovému motoru (napr. pomocou úchytov obtokového prstenca). Tvoria tak spolu pevne spojený súosový celok. Zadný obtokový vzduch je nasávaný do obtokového prstenca štrbinou v tvare medzikružia tvoreného vonkajšímpriemerom danýmpriemerom prednej časti obtokového prstenca. Vnútorný priemer je daný priemerom prúdového motora. Stredná a zadná časť obtokového prstenca spolu so škrtiacou dýzou sú navrhnuté a tvarované podľa výsledkov vý p o č tov a aerodynamických skúšok tak, aby prúdenie zadného obtokového vzduchu a spalín dvojprúdového motora poskytovalo maximálnu účinnosť navrhovaného celku. Ten tvorí trojprúdový prúdový motor s predným a so zadnýmobtokomvzduchu, jeho prednosti sú skoro totožné s dvojprúdovýmprúdovýmmotoromzadným obtokom vzduchu. Prúdenie zadného obtokového vzduchu je u neho spôsobené náporom vzduchu zvonka a tlakovým rozdielom medzi prednou a zadnou časťou obtokového prstenca. Vo vnútornom priestore obtokového prstenca tak vzniká (v súlade s Bemoulliho javom) pohyb vzduchu obtokového prstenca smerom k zadnej zúženej časti. Tento pohyb je spôsobený nízkym tlakom spalín vytekajúcich zo škrtiacej dýzy (aerodynamický paradox). Vzniká tak rozdiel tlakov plynov medzi prednou a zadnou časťou obtokového prstenca. V obtokovom prstenci dochádza ku mieseniu sa častíc spalín s časticami zadného obtokového vzduchu obtokového prstenca. Tieto častice vzduchu sú strhávané časticami spalín čím dochádza k ich rýchlejšiemu pohybu. Značná časť dovtedy nevyužitej kinetickej energie spalín je prenášaná do zadného obtokového vzduchu v obtokovom prstenci. V dôsledku toho, z takejto sústavy vyteká väčšie množstvo plynov, a týmje zväčšená hybnosť a ťah motora. Trojprúdový prúdový motor s prednýms zadnýmobtokomvzduchu je tvorený prúdovým motorom spojeným vpredu s obtokovým ventilátorom (tvoria tak dvojprúdový motor) a vzadu s obtokovým prstencom, pevne spojeným s prúdovým motorom Prúdový motor je súčasne následne spojený so škrtiacou dýzou. Navrhované riešenie neobsahuje žiadne pohybujúce sa a rotujúce súčasti, oproti dvojprúdovému prúdovému motoru. Prírastok ťahu takéhoto motora je podstatne vyšší oproti jednoprúdovému, alebo dvojprúdovému motoru, pri rovnakej spotrebe pohonnej hmoty.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Technické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou výkresu, na obr. 1 je znázornené celkové usporiadanie funkčných častí zariadenia.

Príklady uskutočnenia

Na obr. 1 je znázornený príklad uskutočnenia predmetného zariadenia. Znázorňuje celkové usporiadanie jeho funkčných častí. Trojprúdový prúdový motor s prednýma zadným obtokom vzduchu je tvorený dvojprúdovým motorom 11 s predným obtokom, spojením obtokového ventilátora 9 s prúdovým motorom 1. Súčasne je k nemu pripojený obtokový prstenec 2 spojený s prúdovým motorom 1 pomocou úchytov 4. Prúdový motor 1 má pripojenú vzadu škrtiacu dýzu 3, ktorá výrazne zväčší rýchlosť spalín 5. Tieto pri prietoku cez dýzu prstenca 2 vyvolajú v nej a v jej blízkom okolí podtlak. Tento jav (známy ako aerodynamický paradox) spôsobuje masívnejší výtok plynov za dýzou prstenca 2. V obtokovom prstenci 2 dochádza ku mieseniu sa častíc spalín 5 s časticami zadného obtokového vzduchu 7 obtokového prstenca 2. Tieto častice vzduchu 7 sú strhávané časticami spalín 5 čím dochádza k ich rýchlejšiemu pohybu. Značná časť dovtedy nevyužitej kinetickej energie spalín 5 je prenášaná do zadného obtokového vzduchu 6 v obtokovom prstenci 2. V dôsledku toho, z takejto sústavy vyteká väčšie množstvo plynov, a týmje zväčšená hybnosť a ťah celého trojprúdového prúdového motora. Prúd plynov vystupujúcich z trojprúdového prúdového motora tvorí zmes 6 spalín 5 prúdového motora 1 a obtokového vzduchu 7, pri súčasnom vtoku nasávaného vzduchu 8 do vstupu prúdového motora 1. Hmotnosť plynov vystupujúcich z dýzy prstenca je väčšia ako hmotnosť spalín 5 vystupujúcich zo škrtiacej dyzy 3. To spôsobuje zväčšenie celkovej hybnosti zariadenia aj napriek tomu, že výstupná

S K 75-2020 U1 rýchlosť plynov bude menšia ako rýchlosť plynov vystupujúcich zo škrtiacej dýzy 3. Predný obtokový vzduch 10 je poháňaný ventilátorom 9, ktorý prispieva ku zväčšeniu celkovej hybnosti zariadenia. Navrhované riešenie zadného obtoku neobsahuje žiadne pohybujúce sa a rotujúce súčasti, oproti dvojprúdovému prúdovému motoru.

Priemyselná využiteľnosť

Zariadenie podľa navrhovaného riešenia je možno využiť v letectve civilom i vojenskom, vo všetkých lie10 tadlách a raketách, ktoré sa výlučne, alebo čiastočne pohybujú v zemskej atmosfére.

S K 75-2020 U1

Zoznam vzťahových značiek prúdový motor obtokový prstenec

3 škrtiaca dýza úchyt obtokového prstenca prúd spalin zmes spalín a obtokového vzduchu zadný obtokový vzduch

8 nasávaný vzduch obtokový ventilátor predný obtokový vzduch dvojprúdový motor s predným obtokom

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   Trojprúdový prúdový motor s predným a zadným obtokom vzduchu, vyznačujúci sa tým, že je tvorený dvojprúdovým motorom (11) s predným obtokom, spojením obtokového ventilátora (9) s prú5 dovým motorom (1) a súčasne s pripojeným obtokovým prstencom (2), ktorý je spojený s prúdovým motorom (1) pomocou úchytov (4), pričom prúdový motor (1) má pripojenú vzadu škrtiacu dýzu (3).