RU2334892C1 - Turboprop gas turbine engine - Google Patents
Turboprop gas turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2334892C1 RU2334892C1 RU2007101125/06A RU2007101125A RU2334892C1 RU 2334892 C1 RU2334892 C1 RU 2334892C1 RU 2007101125/06 A RU2007101125/06 A RU 2007101125/06A RU 2007101125 A RU2007101125 A RU 2007101125A RU 2334892 C1 RU2334892 C1 RU 2334892C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- gas turbine
- turbine
- compressor
- turbine engine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению, в том числе к авиационным и стационарным двигателям, конкретно к турбовинтовым двигателям - ТВД.The invention relates to engine building, including aircraft and stationary engines, in particular to turboprop engines - theater.
Известен авиационный комбинированный двигатель по заявке РФ на изобретение №2002115896, содержащий ГТД и ракетный двигатель.Known aircraft combined engine according to the application of the Russian Federation for invention No. 2002115896, containing a gas turbine engine and a rocket engine.
Недостаток - очень большой расход топлива, потребляемого ракетным двигателем.The disadvantage is the very high fuel consumption consumed by the rocket engine.
Известен авиационный ГТД по патенту РФ №2211935, прототип, содержащий компрессор, камеру сгорания, турбину и реактивное сопло.Known aviation gas turbine engine according to the patent of Russian Federation No. 2211935, a prototype containing a compressor, a combustion chamber, a turbine and a jet nozzle.
Недостаток - низкий КПД и как следствие большой удельный расход топлива, свойственный турбореактивным двигателям по сравнению с поршневыми.The disadvantage is low efficiency and, as a consequence, the high specific fuel consumption inherent in turbojet engines compared to piston engines.
Недостатки этого двигателя: очень маленькая мощность электрических машин, связанная с тем, что они размещены на малом диаметре и имеют по одной ступени. Кроме того - возникают проблемы с охлаждением обмоток статора, размещенных внутри двигателя. Эта конструкция применима для использования электрической машины в качестве стартера или в качестве вспомогательного электрогенератора для питания агрегатов газотурбинного двигателя и самолета.The disadvantages of this engine: the very small power of electric machines, due to the fact that they are placed on a small diameter and have one step. In addition, there are problems with cooling the stator windings located inside the engine. This design is applicable for using an electric machine as a starter or as an auxiliary electric generator to power the units of a gas turbine engine and aircraft.
Задачи создания изобретения: повышение экономичности и надежности двигателя.Objectives of the invention: improving the efficiency and reliability of the engine.
Задачи создания изобретения: повышение КПД и надежности двигателя. Турбовинтовой газотурбинный двигатель, содержащий винт, воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и реактивное сопло, отличающийся тем, что двигатель выполнен по двухвальной схеме, за турбиной установлен двигатель Стирлинга, соединенный внутренним валом через редуктор или мультипликатор с винтом. К двигателю Стирлинга присоединены воздушные патрубки. Концы патрубков выходят в атмосферу. Концы патрубков подсоединены к воздухозаборнику или к выходу из первых ступеней компрессора.Objectives of the invention: improving efficiency and engine reliability. A turboprop gas turbine engine containing a screw, an air intake, a compressor, a combustion chamber, a turbine and a jet nozzle, characterized in that the engine is designed according to a two-shaft scheme, a Stirling engine is installed behind the turbine, connected by an internal shaft through a gearbox or a multiplier with a screw. Air tubes are connected to the Stirling engine. The ends of the nozzles go into the atmosphere. The ends of the nozzles are connected to the air intake or to the outlet of the first stages of the compressor.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, что подтверждается проведенными патентными исследованиями. Для реализации изобретения достаточно применения известных узлов и деталей, ранее разработанных и реализованных в конструкции газотурбинных двигателей и в машиностроении.The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability, as evidenced by patent research. To implement the invention, it is sufficient to use the known components and parts previously developed and implemented in the design of gas turbine engines and in mechanical engineering.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1...4, где:The invention is illustrated in figure 1 ... 4, where:
на фиг.1 приведена схема двигателя,figure 1 shows a diagram of the engine,
на фиг.2 приведена схема охлаждения двигателя Стирлинга,figure 2 shows the cooling circuit of the Stirling engine,
на фиг.3 приведена схема двигателя Стирлинга,figure 3 shows a diagram of a Stirling engine,
на фиг.4 приведен вид по А-А двигателя Стирлинга.figure 4 shows a view aa of the Stirling engine.
Предложенное техническое решение (фиг.1) содержит винт 1, вал винта 2, редуктор 3 (или мультипликатор), газогенератор 4, содержащий в свою очередь воздухозаборник 5, компрессор 6, камеру сгорания 7 и турбину 8. Турбина 8 может содержать одну или несколько ступеней. Далее конструкция двигателя описывается на примере одноступенчатой турбины. Турбина 8 содержит сопловой аппарат 9 и рабочее колесо 10, далее реактивное сопло 11.The proposed solution (Fig. 1) comprises a screw 1, a shaft of a
Турбовинтовой газотурбинный двигатель содержит систему топливоподачи с топливопроводом низкого давления 12, подключенным к входу в топливный насос 13, имеющий привод 14, топливопровод высокого давления 15, вход которого соединен с топливным насосом 13, а выход соединен с кольцевым коллектором 16, кольцевой коллектор 16 соединен с форсунками 17 камеры сгорания 7.The turboprop gas turbine engine contains a fuel supply system with a low pressure fuel pipe 12 connected to the inlet of the fuel pump 13 having a drive 14, a high pressure fuel pipe 15, the input of which is connected to the fuel pump 13, and the output is connected to the annular manifold 16, the annular manifold 16 is connected to nozzles 17 of the
Компрессор 6 содержит ротор компрессора 18 с внешним валом 19. На внешнем валу 19 установлено рабочее колесо турбины 10.
Внутренний вал 20 проходит внутри внешнего вала 19, установлен на опорах 21 и соединен с одной стороны с редуктором 3, а с другой - с двигателем Стирлинга 22. К двигателю Стирлинга подсоединен воздушный патрубок 23 или несколько воздушных патрубков, другой конец которого выходит в атмосферу, и выхлопные патрубки 24, которые выходят внутрь реактивного сопла 11 в полость «Д».The
Отличительной особенностью силовой установки является наличие двигателя Стирлинга 22 за турбиной 8, конкретно за рабочим колесом турбины 10.A distinctive feature of the power plant is the presence of the Stirling
Двигатель Стирлинга 22 состоит из двух частей: группы рабочих цилиндров 25 и группы вытеснительных цилиндров 26, которые соединены трубопроводами 27. Группу вытеснительных цилиндров 26 предпочтительно теплоизолировать от газового тракта ГТД.The Stirling
В одном из вариантов исполнения возможно подсоединение воздушного патрубка 23 (воздушных патрубков) к воздухозаборнику 5 или к первым ступеням компрессора 6 посредством одного или нескольких трубопроводов 28 (фиг.2).In one embodiment, it is possible to connect the air pipe 23 (air pipes) to the air intake 5 or to the first stages of the
На фиг.3 и 4 приведена схема одного из вариантов исполнения двигателя Стирлинга 22, который содержит группу рабочих цилиндров 25, имеющих оребрение 29 с установленным внутри каждого из них в полости «Б» рабочим поршнем 30, который шатуном 31 соединен с внутренним валом двигателя 20.Figures 3 and 4 show a diagram of one embodiment of the Stirling
Также двигатель Стирлинга 22 содержит группу вытеснительных цилиндров 26 с установленным внутри каждого из них в полости «В» вытеснительным поршнем 32. Каждый расширительный цилиндр 26 оборудован снаружи кожухом 33, образующим полость «Г» для охлаждения расширительного цилиндра 26. Вытеснительный поршень 32 соединен шатуном 34 с внутренним валом двигателя 20. Трубопровод 27 соединяет полости «Б» и «В» для перетекания рабочего тела из рабочего цилиндра 25 в вытеснительный цилиндр 26. К полости «Г» подсоединены воздушные патрубки 23, а выхлопные трубы 24 соединяют полость «Г» с внутренней полостью «Д» реактивного сопла 11 (фиг.1).Also, the Stirling
При работе ГТД осуществляют его запуск стартером (стартер на фиг.1...4 не показан). Потом включают привод топливного насоса 14, и топливный насос 13 подает топливо в камеру сгорания 7, где оно воспламеняется при помощи электрозапальника (на фиг.1 не показано). В результате продукты сгорания проходят через рабочее колесо турбины 10 и раскручивают его и внешний вал 20, а также ротор компрессора 18. Через 5...7 мин тепло выхлопных газов прогревает рабочие цилиндры 25 двигателя Стирлинга 22. Двигатель Стирлинга 22 приводится в действие и через внутренний вал 20 и редуктор 3 раскручивает винт 1. В результате двигатель запущен и готов к работе. Управление двигателем по режимам и его выключение не отличается от традиционных ТВД.During the operation of the gas turbine engine, it is started by the starter (the starter in Figs. 1 ... 4 is not shown). Then, the drive of the fuel pump 14 is turned on, and the fuel pump 13 delivers fuel to the
Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:
1. Повысить КПД газотурбинного двигателя за счет более рациональной компоновки двигателя, наличия винта, дающего дополнительную тягу, отсутствия жесткой кинематической связи между компрессором и турбиной. Это позволило спроектировать оптимальные компрессор и турбину, например, на разные рабочие обороты и оптимально согласовать их совместную работу.1. To increase the efficiency of a gas turbine engine due to a more rational layout of the engine, the presence of a screw giving additional traction, the absence of a rigid kinematic connection between the compressor and the turbine. This made it possible to design optimal compressor and turbine, for example, at different operating speeds and optimally coordinate their joint work.
2. Улучшить надежность силовой установки за счет уменьшения числа ступеней турбины до одной ступени и распределения большей части нагрузки на двигатель Стирлинга.2. Improve the reliability of the power plant by reducing the number of turbine stages to one stage and distributing most of the load on the Stirling engine.
3. Создать благоприятные условия для работы винта и двигателя Стирлинга, согласовав их оптимальные расчетные угловые скорости вращения за счет применения редуктора или мультипликатора. Кроме того, применение двухвальной схемы двигателя позволит развязать механически рабочее колесо и ротор турбины и компрессора с одной стороны от винта и двигателя Стирлинга, работа которых при запуске и на переходных режимах значительно различаются, например, по частоте вращения валов и по приемистости.3. To create favorable conditions for the operation of the propeller and Stirling engine by coordinating their optimal calculated angular rotational speeds through the use of a gearbox or multiplier. In addition, the use of a two-shaft engine design will allow you to mechanically decouple the impeller and rotor of the turbine and compressor on the one hand from the screw and Stirling engine, whose operation at start-up and during transient conditions varies significantly, for example, in terms of shaft speed and acceleration.
4. Обеспечить оптимальную работу двигателя на переходных режимах, вследствие того, что турбовинтовые двигатели создают часть тяги винтом, а часть за счет реактивного сопла. Несмотря на плохую приемистость двигателя Стирлинга при резком изменении расхода топлива через камеру сгорания суммарная тяга двигателя будет изменяться практически мгновенно за счет реактивной составляющей. Через 5...7 мин мощности, развиваемые винтом и газогенератором, перераспределятся, например, при форсировании основную тяговую нагрузку будет нести винт, имеющий хороший КПД на дозвуковых скоростях, в результате экономичность двигателя на крейсерском режиме полета значительно возрастет.4. To ensure optimal engine operation in transient conditions, due to the fact that turboprop engines create part of the propeller thrust, and part due to the jet nozzle. Despite the poor throttle response of the Stirling engine with a sharp change in fuel consumption through the combustion chamber, the total thrust of the engine will change almost instantly due to the reactive component. After 5 ... 7 min, the powers developed by the propeller and the gas generator will be redistributed, for example, when forcing, the main thrust load will be borne by the propeller, which has good efficiency at subsonic speeds, as a result, the efficiency of the engine at cruising flight mode will increase significantly.
5. Значительно уменьшится расход топлива при эксплуатации самолета, это имеет важное значение в связи с исчерпанием ресурсов углеводородного топлива, его удорожанием и отсутствием альтернативы этому виду топлива. Применение водорода, имеющего стоимость в сотни раз большую, чем керосин, в ближайшие 100 лет бесперспективно, а использование сжиженного природного газа из-за его плохих энергетических характеристик и сложности в эксплуатации криогенной техники весьма ограничено.5. The fuel consumption during the operation of the aircraft will significantly decrease, this is important in connection with the exhaustion of hydrocarbon fuel resources, its cost increase and the lack of an alternative to this type of fuel. The use of hydrogen, which has a cost hundreds of times greater than kerosene, is unpromising in the next 100 years, and the use of liquefied natural gas due to its poor energy characteristics and the difficulty in operating cryogenic equipment is very limited.
6. Облегчить условия работы винта за счет его нежесткой связи с валом компрессора и возможности их взаимного проскальзывания и рассогласования оборотов ротора компрессора и винта.6. To facilitate the working conditions of the screw due to its non-rigid connection with the compressor shaft and the possibility of their mutual slippage and mismatch of the rotor speed of the compressor and screw.
7. Облегчить запуск и останов двигателя за счет применения двухвальной схемы.7. Facilitate starting and stopping the engine through the use of a two-shaft scheme.
8. Уменьшить вес и габариты двигателя.8. Reduce the weight and dimensions of the engine.
9. Снизить стоимость двигателя за счет отказа от дорогостоящих материалов, используемых при изготовлении турбины.9. To reduce the cost of the engine due to the rejection of expensive materials used in the manufacture of the turbine.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007101125/06A RU2334892C1 (en) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Turboprop gas turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007101125/06A RU2334892C1 (en) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Turboprop gas turbine engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2334892C1 true RU2334892C1 (en) | 2008-09-27 |
Family
ID=39929022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007101125/06A RU2334892C1 (en) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Turboprop gas turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2334892C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2827275C1 (en) * | 2023-10-13 | 2024-09-23 | Евгений Александрович Оленев | Method of operating aircraft power plant |
-
2007
- 2007-01-10 RU RU2007101125/06A patent/RU2334892C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ШЛЯХТЕНКО С.М. Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей. - М.: Машиностроение, 1987, с.351-353. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2827275C1 (en) * | 2023-10-13 | 2024-09-23 | Евгений Александрович Оленев | Method of operating aircraft power plant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1992788B1 (en) | Aircraft combination engines plural airflow conveyances system | |
US12037946B2 (en) | Dual cycle intercooled hydrogen engine architecture | |
US20170363043A1 (en) | Gas turbine engine | |
EP1992811B1 (en) | Aircraft combination engines exhaust thrust recovery | |
RU2424441C1 (en) | Nuclear turboprop gas turbine engine | |
CN109139234B (en) | Engine assembly with intercooler | |
RU2334892C1 (en) | Turboprop gas turbine engine | |
RU2379532C1 (en) | Nuclear gas turbine aircraft engine | |
RU2425243C1 (en) | Nuclear turboprop gas turbine engine | |
RU2389887C1 (en) | Combined nuclear boost aircraft engine | |
RU2424438C1 (en) | Turboprop gas turbine engine with nuclear power plant | |
RU2594828C1 (en) | Propulsion engine of supersonic aircraft | |
RU2376483C1 (en) | Nuclear gas turbine engine with afterburning | |
RU2349775C1 (en) | Nuclear gas-turbine aviation engine | |
RU2336429C1 (en) | Nuclear gas turbine engine | |
RU2334115C1 (en) | Double-stage gas turbine engine | |
RU2435049C1 (en) | Nuclear turboprop gas turbine engine | |
RU2375219C1 (en) | Nuclear gas turbine locomotive and its power plant | |
RU2363604C1 (en) | Gas turbine locomotive and its power plant | |
RU2591361C1 (en) | Engine of hypersonic aircraft | |
RU2372509C1 (en) | Combined aircraft engine | |
RU2729311C1 (en) | Hybrid turbofan plant with built-in rotor ice | |
RU2389886C1 (en) | Combined nuclear aircraft engine | |
US20240229717A9 (en) | Gas turbine engine fuel system | |
US20240151179A1 (en) | Compounded turbo power unit with boost combustor |