[go: up one dir, main page]

RU2276272C2 - Antenna setting up and taking up winch drive air turbine - Google Patents

Antenna setting up and taking up winch drive air turbine Download PDF

Info

Publication number
RU2276272C2
RU2276272C2 RU2004113876/06A RU2004113876A RU2276272C2 RU 2276272 C2 RU2276272 C2 RU 2276272C2 RU 2004113876/06 A RU2004113876/06 A RU 2004113876/06A RU 2004113876 A RU2004113876 A RU 2004113876A RU 2276272 C2 RU2276272 C2 RU 2276272C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
diffuser
air
inlet
nozzle
Prior art date
Application number
RU2004113876/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004113876A (en
Inventor
Рустэм Саидович Агачев (RU)
Рустэм Саидович Агачев
Сергей Владимирович Бабаков (RU)
Сергей Владимирович Бабаков
Билал Гавлетдинович Мингазов (RU)
Билал Гавлетдинович Мингазов
Сергей Александрович Морозов (RU)
Сергей Александрович Морозов
Владислав Александрович Лачугин (RU)
Владислав Александрович Лачугин
Original Assignee
Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева)
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 Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) filed Critical Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева)
Priority to RU2004113876/06A priority Critical patent/RU2276272C2/en
Publication of RU2004113876A publication Critical patent/RU2004113876A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2276272C2 publication Critical patent/RU2276272C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

FIELD: aircraft engineering.
SUBSTANCE: invention relates to turbomachines designed for driving auxiliary power plants, particularly, to air turbines using for operation air velocity head at flight. Proposed winch drive air turbine contains inlet diffuser formed by central fairing and shell, turbine stage and turbine outlet arranged in neck of branch pipe made to de Laval nozzle type and enclosing turbine housing from outside. Ring projection with smooth outlines is made on central fairing of inlet diffuser before nozzle assembly of turbine stage. Widening outlet part of branch pipe made to de Laval nozzle type consists of separate elements in form of leaf diffuser. Leaves of diffuser are installed so that solid opening angle of outlet diffuser part of branch pipe is 40°-60°.
EFFECT: increased efficiency of drive - air turbine owing to higher efficiency of through inlet and inlet and outlet channels.
5 dwg

Description

Изобретение относится к турбомашинам, предназначенным для привода вспомогательных силовых установок, а конкретно к воздушным турбинам, использующим скоростной напор потока воздуха при полете самолета.The invention relates to turbomachines designed to drive auxiliary power plants, and in particular to air turbines using high-speed pressure of air flow during flight.

Режим работы некоторых авиационных вспомогательных силовых установок при использовании тепловых турбомашин может привести к значительным расходам топлива, предназначенного в основном для маршевых двигателей. Такой вспомогательной силовой установкой является привод лебедки, предназначенной для выпуска и втягивания длинных тросов, используемых в качестве антенн.The operation mode of some aviation auxiliary power plants when using thermal turbomachines can lead to significant fuel consumption, intended mainly for mid-flight engines. Such an auxiliary power unit is a winch drive designed to release and retract long cables used as antennas.

Для радиосвязи самолета с подводной лодкой в полностью погруженном состоянии необходимо использовать длинноволновый диапазон, так как только такие электромагнитные волны проходят сквозь толщу воды. Морская вода сильно поглощает радиоволны, но все-таки, чем больше длина волны, тем поглощение меньше. Такое обстоятельство накладывает свои условия на устройство передающей антенны - это должен быть кабель-трос длиной несколько километров.For radio communication of the aircraft with the submarine in the fully submerged state, it is necessary to use the long wavelength range, since only such electromagnetic waves pass through the water column. Seawater strongly absorbs radio waves, but nevertheless, the longer the wavelength, the less absorption. This circumstance imposes its conditions on the device of the transmitting antenna - it should be a cable cable several kilometers long.

Устройство для выпуска и обратного втягивания такой длинной антенны может иметь в качестве привода воздушную турбину.A device for discharging and retracting such a long antenna may have an air turbine as a drive.

Встречный поток воздуха, обтекающего самолет, обладает достаточной кинетической энергией, которую можно использовать в воздушной турбине, предназначенной для привода лебедки. Эта турбина вместе с редуктором и лебедкой размещается в одной аэродинамической гондоле, прикрепленной на пилоне к крылу самолета.The oncoming air stream flowing around the aircraft has sufficient kinetic energy, which can be used in an air turbine designed to drive a winch. This turbine, together with the gearbox and the winch, is located in one aerodynamic nacelle attached on a pylon to the wing of the aircraft.

Изобретение решает задачу повышения эффективности проточных каналов воздушной турбины с целью повышения коэффициента полезного действия привода - воздушной турбины.The invention solves the problem of increasing the efficiency of the flow channels of an air turbine in order to increase the efficiency of the drive - an air turbine.

Воздушная турбина включает входной диффузор, сопловой аппарат, закрепленное на валу рабочее колесо турбины с лопатками и отводящий выходной канал.An air turbine includes an inlet diffuser, a nozzle apparatus, an impeller of the turbine with blades fixed to the shaft, and an outlet duct.

Аналогом устройства воздушной турбины может быть выбран обычный воздушно-реактивный двигатель. Известно, что авиационные воздушно-реактивные двигатели, устанавливаемые на самолеты, летающие на дозвуковых скоростях, имеют входной дозвуковой диффузор. Эффективность работы дозвукового диффузора зависит от отношения скорости полета к скорости во входном его отверстии.An analogous device for an air turbine can be selected conventional jet engine. It is known that aircraft jet engines mounted on aircraft flying at subsonic speeds have an inlet subsonic diffuser. The efficiency of a subsonic diffuser depends on the ratio of flight speed to speed in its inlet.

В курсе газовой динамики (см. Прикладная газовая динамика, Абрамович Г.Н. Издание третье, переработанное. Изд. "Наука", М., 1969, с.405) показано, что наилучшим условием работы входного устройства для полета с дозвуковой скорость является режим:In the course of gas dynamics (see Applied gas dynamics, Abramovich GN. Third edition, revised. Publishing House "Nauka", M., 1969, p. 405) it is shown that the best condition for the operation of the input device for flying at subsonic speed is mode:

Figure 00000002
Figure 00000002

где We - скорость во входном отверстии диффузора;where W e is the speed in the inlet of the diffuser;

Wн - скорость полета самолета.W n - the speed of the aircraft.

Из условия неразрывности расход воздуха через входное отверстие диффузора равен расходу воздуха через кольцевой канал перед воздушной турбиной:From the condition of continuity, the air flow through the inlet of the diffuser is equal to the air flow through the annular channel in front of the air turbine:

Figure 00000003
Figure 00000003

где ρе - плотность воздуха во входном отверстии диффузора, такая же, как вдалеке перед входным отверстием диффузора, в соответствии с высотой полета самолета (т.к. изменением плотности в пределах диффузора можно пренебречь, примем ρед);where ρ e is the air density in the inlet of the diffuser, the same as in the distance in front of the inlet of the diffuser, in accordance with the flight altitude of the aircraft (since the change in density within the diffuser can be neglected, we take ρ e = ρ d );

We - скорость воздуха во входном отверстии диффузора;W e is the air velocity in the inlet of the diffuser;

Fe - площадь входного отверстия диффузора, перед ступенью турбины;F e is the area of the diffuser inlet in front of the turbine stage;

Wд - скорость воздуха в конце диффузора, перед ступенью турбины;W d - air velocity at the end of the diffuser, in front of the turbine stage;

Fд - площадь кольцевого канала в конце диффузора, перед ступенью турбины.F d - the area of the annular channel at the end of the diffuser, in front of the turbine stage.

Входной диффузор предназначен для обеспечения равномерного поля скоростей перед ступенью воздушной турбины. Для этого течение по тракту входного диффузора должно быть безотрывным, безвихревым, а скорость потока при натекании на лопатки должна быть снижена.The inlet diffuser is designed to provide a uniform velocity field in front of the air turbine stage. To do this, the flow along the path of the inlet diffuser must be continuous, irrotational, and the flow rate when flowing onto the blades should be reduced.

В расширяющемся канале статическое давление вдоль диффузора увеличиваетсяIn the expanding channel, the static pressure along the diffuser increases

Figure 00000004
Figure 00000004

и если пренебречь изменением плотности в диффузоре, то соотношение скоростей обратно пропорционально соотношению площадей какand if we neglect the change in density in the diffuser, then the ratio of speeds is inversely proportional to the ratio of areas as

Figure 00000005
Figure 00000005

Известно, что если бы в диффузоре потери отсутствовали, воздух в любом его сечении имел бы одно и то же полное давление, равное (при дозвуковых скоростях полета) полному давлению в набегающей струе воздуха

Figure 00000006
. Наличие потерь нарушает это равенство, и полное давление в конце диффузора
Figure 00000007
всегда ниже, чем в начале:It is known that if there were no losses in the diffuser, the air in any of its cross sections would have the same total pressure equal to (at subsonic flight speeds) the total pressure in the incident air stream
Figure 00000006
. The presence of losses violates this equality, and the total pressure at the end of the diffuser
Figure 00000007
always lower than at the beginning:

Figure 00000008
Figure 00000008

Важной характеристикой диффузора является зависимость потерь от угла раскрытия диффузора. Установленная в результате статистической обработки многочисленных опытов зависимость показывает (см. Прикладная газовая динамика, Абрамович Г.Н. Издание третье, переработанное. Изд. "Наука", М., 1969, с.406), что угол раскрытия безотрывного диффузора не должен превышать значенийAn important characteristic of the diffuser is the dependence of the losses on the opening angle of the diffuser. The dependence established as a result of the statistical processing of numerous experiments shows (see Applied Gas Dynamics, Abramovich GN, Third Edition, revised. Publishing House "Nauka", Moscow, 1969, p. 406) that the opening angle of the continuous diffuser should not exceed values

Figure 00000009
Figure 00000009

В этом случае коэффициент, представляющий собой отношение изменения полного давления диффузора к изменению полного давления в канале при внезапном расширении:In this case, the coefficient representing the ratio of the change in the total pressure of the diffuser to the change in the total pressure in the channel during sudden expansion:

Figure 00000010
Figure 00000010

При этих значениях ψ (как указано в книге Г.Н.Абрамовича) не наблюдается видимого отрыва струй от стенки диффузора.At these values of ψ (as indicated in the book by G.N. Abramovich), there is no visible separation of the jets from the diffuser wall.

Ограничения (6) и (7) для устройства входного диффузора необходимо соблюдать во всех случаях независимо от типоразмера воздушной турбины и скоростного напора при дозвуковом полете самолета.Restrictions (6) and (7) for the device of the inlet diffuser must be observed in all cases, regardless of the size of the air turbine and high-speed pressure during subsonic flight of the aircraft.

Для определения размеров входного диффузора производят расчет турбины, задавая:To determine the size of the inlet diffuser, a turbine is calculated by setting:

- диаметр турбины Dcp;- turbine diameter D cp ;

- потребную мощность турбины Nт=GвLт,- the required turbine power N t = G in L t ,

где GвдWдFд - расход воздуха через кольцевой канал перед воздушной турбиной и через турбину;

Figure 00000011
- работа расширения воздуха в турбине;where G in = ρ d W d F d - air flow through the annular channel in front of the air turbine and through the turbine;
Figure 00000011
- the work of expanding the air in the turbine;

k=1.44, R=287,3 Дж/кг·К - физические константы для воздуха;k = 1.44, R = 287.3 J / kg · K — physical constants for air;

Figure 00000012
- температура торможения воздуха перед ступенью турбины на высоте полета;
Figure 00000013
- полное давление воздуха перед ступенью турбины; р2 - статическое давление воздуха за ступенью турбины, величина которого соответствует давлению воздуха на высоте полета;
Figure 00000012
- air braking temperature in front of the turbine stage at flight altitude;
Figure 00000013
- total air pressure in front of the turbine stage; p 2 - static air pressure behind the turbine stage, the value of which corresponds to the air pressure at the height of flight;

- частоту вращения n;- rotational speed n;

- угол выхода потока из соплового аппарата α1;- the angle of exit of the stream from the nozzle apparatus α 1 ;

- другие режимные, геометрические и статистические параметры, и в результате расчета ступени воздушной турбины определяют высоту лопаток, а затем, принимая во внимание условия (6) и (7), получают необходимые геометрические параметры входного диффузора.- other operational, geometric and statistical parameters, and as a result of calculating the stage of the air turbine, the height of the blades is determined, and then, taking into account conditions (6) and (7), the necessary geometric parameters of the input diffuser are obtained.

Следует отметить, что при разработке входного диффузора для воздушной турбины принятие во внимание только приведенных ограничений (α=6°...10°, ψ=0,15...0,20) не гарантирует высокую эффективность работы воздушной турбины, так как работу диффузора необходимо рассматривать совместно с присоединенной к нему ступенью турбины.It should be noted that when developing an inlet diffuser for an air turbine, taking into account only the above restrictions (α = 6 ° ... 10 °, ψ = 0.15 ... 0.20) does not guarantee high efficiency of the air turbine, since the operation of the diffuser must be considered together with the turbine stage connected to it.

Аналогом предлагаемого устройства воздушной турбины может быть выбрано устройство свободной турбины, применяемой в качестве приводных (силовых) на газоперекачивающих станциях и на транспортных ГТД. Входные патрубки таких турбин, выполненные в виде кольцевого диффузора, имеют такие же геометрические соотношения, что и входное устройство воздушно-реактивного двигателя. Эти приводные (силовые) турбины имеют диаметры, больше диаметров турбин газогенератора, поскольку обороты силовой турбины значительно меньше оборотов турбин газогенератора.An analogue of the proposed device of an air turbine can be selected device free turbine used as a drive (power) at gas pumping stations and gas turbine engines. The inlet nozzles of such turbines, made in the form of an annular diffuser, have the same geometric ratios as the input device of the jet engine. These drive (power) turbines have diameters greater than the diameters of the gas generator turbines, since the rotations of the power turbine are much less than the revolutions of the gas generator turbines.

Соотношения геометрических и режимных параметров переходных патрубков между этими турбинами эквивалентны дозвуковым входным диффузорам авиационных газотурбинных двигателей, поскольку у них общее назначение - обеспечить необходимое поле параметров на входе в ступень. Принято считать, что это поле должно быть равномерным.The ratios of the geometric and operational parameters of the adapter pipes between these turbines are equivalent to the subsonic inlet diffusers of aircraft gas turbine engines, since they have the general purpose of providing the necessary parameter field at the entrance to the stage. It is generally accepted that this field should be uniform.

Равномерное поле параметров на входе в ступень не гарантирует высокой эффективности ступени, т.к. при малых значениях Dcp/l2<4 (здесь Dcp - средний диаметр лопаток рабочего колеса турбины; l2 - длина пера рабочей лопатки турбины) и степени реактивности (ρст=0,2...0,4), характерной для рассматриваемой ступени, в основании лопаток появляется значительная отрицательная реактивность (см., например, В.И.Локай, М.К.Максутова, В.А.Стрункин Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. Теория, конструкция и расчет: Учебник для студентов вузов по специальности "Авиационные двигатели и энергетические установки" - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1991. С.149). Это означает, что в прикорневой зоне турбины вместо расширения идет процесс сжатия, то есть работа турбины в прикорневой зоне используется нецелесообразно.The uniform parameter field at the entrance to the stage does not guarantee high efficiency of the stage, because at small values of D cp / l 2 <4 (here D cp is the average diameter of the blades of the turbine impeller; l 2 is the length of the pen of the turbine blades) and the degree of reactivity (ρ article = 0.2 ... 0.4), characteristic for the stage under consideration, significant negative reactivity appears at the base of the blades (see, for example, V.I. Lokai, M.K. Maksutova, V.A. Strunkin Gas turbines of aircraft engines. Theory, design and calculation: Textbook for university students specialty "Aircraft engines and power plants" - 4th ed., revised and additional - M: Mashinostroit of, 1991. p.149). This means that in the root zone of the turbine, instead of expansion, a compression process is going on, that is, the operation of the turbine in the root zone is inappropriate.

Известно устройство воздушной турбины, предназначенной для привода электрогенератора, в которой выходной канал сформирован из нескольких сопел Лаваля, выполненных таким образом, что на выходе из рабочего колеса турбины создается значительное разрежение (см. публикацию М.Егорова в журнале Изобретатель и рационализатор №9, 2000 г. "НЕИСЧЕРПАЕМЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ", пат. №2124142). В этом устройстве свободный поток работает как струйный насос и за счет эжектирующего влияния создает разрежение на донном срезе установки.A device is known for an air turbine designed to drive an electric generator, in which the output channel is formed of several Laval nozzles, made in such a way that a significant vacuum is created at the exit of the turbine impeller (see M. Egorov's publication in the journal Inventor and Rationalizer No. 9, 2000 the city of "UNEXCESSIBLE SOURCE OF ENERGY", Pat. No. 2124142). In this device, the free flow acts as a jet pump and, due to the ejection effect, creates a vacuum at the bottom section of the installation.

Преобразователь энергии, содержащий воздушную турбину, которая механически связана валом с электрическим генератором, находящимся внутри гондолы, а выходной канал турбины заканчивает в горле патрубка, выполненного по типу сопла Лаваля и охватывающего турбину снаружи. Этот патрубок совместно с гондолой формирует канал, который заканчивается в горле другого патрубка, также выполненного по типу сопла Лаваля и охватывающего турбину и первый патрубок снаружи.An energy converter comprising an air turbine, which is mechanically connected by a shaft to an electric generator located inside the nacelle, and the turbine outlet channel ends in the throat of a nozzle made as a Laval nozzle and enclosing the turbine from the outside. This nozzle together with the gondola forms a channel that ends in the throat of another nozzle, also made as a Laval nozzle and covering the turbine and the first nozzle from the outside.

Ветровой поток воздуха попадает во входное отверстие воздушной турбины, где преобразует энергию ветра во вращательное движение генератора, вырабатывающего электроэнергию. Перепад давлений, определяющий величину работы расширения воздуха в ступени турбины, отсчитывается от давления торможения потока воздуха во входном отверстии воздушной турбины до статического давления в выходном канале. Это давление может быть значительно ниже статического давления окружающего воздуха потому, что в горле сопел, выполненных по типу сопла Лаваля, скорость потока в существенно возрастет, а давление упадет на соответствующую величину и составит Р2, где Р2 - статическое давление на выходе из ступени; Р - статическое давление в атмосфере.The wind flow of air enters the inlet of the air turbine, where it converts wind energy into rotational motion of a generator that generates electricity. The pressure drop, which determines the magnitude of the air expansion work in the turbine stage, is measured from the braking pressure of the air flow in the air turbine inlet to the static pressure in the outlet channel. This pressure can be significantly lower than the static pressure of the surrounding air because in the throat of nozzles made as a Laval nozzle, the flow rate will increase significantly, and the pressure will drop by the corresponding amount and will be P 2 <P 2H , where P 2 is the static pressure on exit from the stage; P 2H - static pressure in the atmosphere.

Устройство воздушной турбины интегрировано в установку, являющуюся стационарным источником энергии, предназначенным для использования в любой точке планеты, включая места с повышенной скоростью ветра, где традиционные ветроэлектроустановки уже не работают. Такие установки являются альтернативным решением любым другим источникам - тепловым, электрическим и атомным. Однако габариты установки могут быть соизмеримы с поперечными размерами фюзеляжа широкофюзеляжного транспортного самолета или значительно превышать их.The device of the air turbine is integrated into the installation, which is a stationary source of energy intended for use anywhere in the world, including places with increased wind speed, where traditional wind turbines no longer work. Such installations are an alternative solution to any other sources - thermal, electric and nuclear. However, the dimensions of the installation can be commensurate with or significantly exceed the transverse dimensions of the fuselage of a wide-body transport aircraft.

Прототипом данного изобретения выбрано устройство расширяющейся выходной части патрубка, выполненного по типу сопла Лаваля, выполненное из отдельных элементов в виде лепесткового диффузора, с возможностью изменения телесного угла раскрытия выходной диффузорной части патрубка (см. US 4919364, МПК 7 В 64 D 27/20, 1990)The prototype of the present invention is a device for an expanding outlet part of a nozzle made as a Laval nozzle made of separate elements in the form of a petal diffuser, with the possibility of changing the solid angle of the opening of the outlet diffuser part of the nozzle (see US 4919364, IPC 7 B 64 D 27/20, 1990)

Технический результат, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении коэффициента полезного действия воздушной турбины и увеличении работы расширения воздуха в ступени и увеличении мощности турбины.The technical result, the solution of which the invention is directed, consists in increasing the efficiency of an air turbine and increasing the work of expanding the air in the stage and increasing the power of the turbine.

Технический результат достигается тем, что в устройстве воздушной турбины привода лебедки для роспуска и подбора антенны, содержащей входной диффузор, образованный центральным обтекателем и обечайкой, ступень турбины и выходной канал турбины, размещенный в горле патрубка, выполненного по типу сопла Лаваля и охватывающего корпус турбины снаружи, на втулочной части центрального обтекателя входного диффузора перед сопловым аппаратом ступени турбины выполнен кольцевой выступ с плавными обводами, а расширяющаяся выходная часть патрубка, формирующего канал по типу сопла Лаваля, выполнена из отдельных элементов в виде лепесткового диффузора, лепестки которого перемещаются.The technical result is achieved in that in the device of the air turbine of the winch drive for dissolving and selecting an antenna containing an input diffuser formed by a central fairing and a shell, a turbine stage and a turbine output channel located in the neck of a nozzle made by the type of a Laval nozzle and covering the turbine body from the outside , on the sleeve part of the central fairing of the inlet diffuser in front of the nozzle apparatus of the turbine stage, an annular protrusion with smooth contours is made, and the expanding output part of the nozzle, forming a channel by the type of Laval nozzle, made of individual elements in the form of a petal diffuser, the petals of which are moving.

Новым является то, что лепестки диффузора установлены так, чтобы телесный угол раскрытия выходной диффузорной части патрубка составлял угол α=40°...60°.What is new is that the diffuser petals are installed so that the solid opening angle of the outlet diffuser part of the pipe makes an angle α = 40 ° ... 60 °.

Сущность предлагаемого устройства заключается в следующем. Во входном диффузоре перед сопловым аппаратом ступени турбины на втулочной части выполнен выступ с плавными обводами, оттесняющий поток от втулочной и прикорневой зоны соплового аппарата, где условия для расширения рабочего тела (воздуха) в ступени неэффективны и в результате такого аксиального перераспределения по радиусу в направлении периферии в область эффективных условий для расширения рабочего тела, а вся турбина снаружи охвачена патрубком так, что между корпусом турбины и патрубком сформирован кольцевой газодинамический тракт, состоящий из сужающейся части, горла, расположенного над выхлопным каналом воздушной турбины, а следующая за горлом расширяющаяся часть патрубка выполнена в виде лепесткового диффузора, лепестки которого имеют телесный угол раскрытия диффузорной части патрубка α=40°...60°.The essence of the proposed device is as follows. A protrusion with smooth contours is made in the inlet diffuser in front of the nozzle apparatus of the turbine stage on the sleeve part, which displaces the flow from the sleeve and root zones of the nozzle device, where the conditions for the expansion of the working fluid (air) in the stage are ineffective and as a result of such axial redistribution along the radius in the direction of the periphery into the region of effective conditions for expanding the working fluid, and the entire turbine is externally covered by a nozzle so that an annular gas-dynamic path is formed between the turbine housing and the nozzle , consisting of a tapering part, a throat located above the exhaust channel of the air turbine, and the expanding part of the nozzle next to the throat is made in the form of a petal diffuser, the petals of which have a solid opening angle of the diffuser part of the nozzle α = 40 ° ... 60 °.

В результате такого размещения горла над выхлопным каналом воздушной турбины выхлоп происходит при пониженном статическом давлении по сравнению с атмосферным, а в лепестковом диффузоре при угле раскрытия α=40°...60° формируется кольцевая отрывная область, способствующая дальнейшему понижению статического давления и тем самым повышению перепада между давлением торможения на входе в турбину и статическим давлением за ступенью воздушной турбины, что дает возможность получить на данной турбине повышение мощности или потребную мощность получить на турбине значительно меньшего диаметра.As a result of this placement of the throat above the exhaust channel of the air turbine, the exhaust occurs at a reduced static pressure compared to atmospheric pressure, and an annular tearing region is formed in the lobed diffuser at an opening angle α = 40 ° ... 60 °, which contributes to a further decrease in static pressure and thereby increasing the difference between the braking pressure at the turbine inlet and the static pressure behind the stage of the air turbine, which makes it possible to obtain an increase in power on this turbine or the required power by teach the turbine is significantly smaller diameter.

Специально предпринятые исследования по влиянию формы обводов входных диффузоров на эффективность ступени турбины, проведенные в КГТУ им. А.Н.Туполева, (см. работу Р.С.Агачева, А.И.Архипова, М.У.Закирова, А.Г.Вавилова. Влияние переходных патрубков на КПД турбины и удельные параметры ГТД. // Рабочие процессы в охлаждаемых турбомашинах газотурбинных двигателей. Казань: КАИ, 1989. С.80-84), показали, что при одинаковом значении соотношения площадей

Figure 00000014
, где F1 - площадь входа, F2 - площадь выхода из диффузора, значительное воздействие на эффективность турбинной ступени оказывает форма проточной части канала входного диффузора. Экспериментально показано, что плавно очерченный выступ, выполненный на втулочной части кольцевого диффузора перед сопловым аппаратом ступени турбины, приводит к увеличению эффективного КПД ступени, по сравнению с кольцевым диффузором, имеющим гладкие стенки.Specially undertaken studies on the influence of the shape of the contours of the input diffusers on the efficiency of the turbine stage, conducted at KSTU named after A.N. Tupolev, (see the work of R.S. Agachev, A.I. Arkhipov, M.U. Zakirov, A.G. Vavilov. The effect of transition pipes on turbine efficiency and specific parameters of gas turbine engines. // Workflows in cooled turbomachines of gas turbine engines. Kazan: KAI, 1989. S.80-84), showed that with the same value of the ratio of areas
Figure 00000014
where F 1 is the inlet area, F 2 is the exit area of the diffuser, the shape of the flow part of the channel of the inlet diffuser has a significant effect on the efficiency of the turbine stage. It is experimentally shown that a smoothly defined protrusion made on the sleeve part of the annular diffuser in front of the nozzle apparatus of the turbine stage leads to an increase in the effective efficiency of the stage, compared with an annular diffuser having smooth walls.

Эффективный КПД ступени турбины с входным диффузором, имеющим гладкие стенки, получен равным:The effective efficiency of a turbine stage with an inlet diffuser having smooth walls is obtained equal to:

Figure 00000015
Figure 00000015

(здесь

Figure 00000016
- эффективный КПД тяговой турбины, учитывающий механические потери ηм, уровень выходных потерь ξвых; (ηi)Глад=0,760 - внутренний КПД ступени).(here
Figure 00000016
- effective efficiency of the traction turbine, taking into account mechanical losses η m , the level of output losses ξ o ; (η i ) Glad = 0.760 - internal stage efficiency).

Для ступени турбины с входным диффузором, имеющим выступ на втулочной стенке, эффективный КПД в этих же исследованиях получен равным:For a turbine stage with an inlet diffuser having a protrusion on the sleeve wall, the effective efficiency in the same studies was obtained equal to:

Figure 00000017
Figure 00000017

(здесь (ηi)Выступ=0,775 - внутренний КПД ступени).(here (η i ) Projection = 0.775 is the internal efficiency of the stage).

Таким образом, выполнение выступа на втулочной части диффузора перед ступенью турбины позволяет увеличить эффективный КПД более чем на 1%.Thus, the implementation of the protrusion on the sleeve part of the diffuser in front of the turbine stage allows to increase the effective efficiency by more than 1%.

Очевидное влияние устройства входного диффузорного патрубка с выступом на втулочной части непосредственно перед ступенью указывает на то, что малооборотные ступени, имеющие в корневой зоне неэффективные условия для расширения рабочего тела (воздуха) в ступени, не требуют равномерного поля скоростей на входе в ступень, к чему обычно стремятся при проектировании входных устройств.The obvious influence of the device of the inlet diffuser nozzle with a protrusion on the sleeve part directly in front of the stage indicates that low-speed stages having inefficient conditions in the root zone for expanding the working fluid (air) in the stage do not require a uniform velocity field at the entrance to the stage, to which usually seek in the design of input devices.

Отжатие потока выступом с плавными обводами из прикорневой зоны перед ступенью позволило уменьшить воздействие отрицательной реактивности в прикорневой зоне в ступени.The squeezing of the flow by a protrusion with smooth contours from the basal zone in front of the stage made it possible to reduce the effect of negative reactivity in the basal zone in the stage.

Встречный поток воздуха, попавший в канал-зазор между корпусом турбины и патрубком, выполненным по типу сопла Лаваля, в конфузорной, суживающейся части канала ускоряется, одновременно в канале снижается статическое давление до наименьшего значения в горле сопла, расположенного в области размещения окон выходных каналов турбины. Это снижение статического давления приводит к увеличению перепада на ступени турбины, следовательно, и к увеличению работы расширения газа в ступени. Диффузорная - расширяющаяся часть патрубка второго контура после горла состоит из отдельных секций - лепестков. Лепестки при перемещении (раскрытии) в сторону увеличения телесного угла создают за горлом, в области размещения окон выходных каналов, условия для дальнейшего понижения статического давления. Это понижение статического давления происходит как в результате отрыва потока встречного воздуха, обтекающего патрубок снаружи, так и в результате создания условий течения в лепестковом диффузоре как при внезапном расширении.The oncoming air flow entering the channel-gap between the turbine body and the nozzle made as a Laval nozzle is accelerated in the confluent, tapering part of the channel, while the static pressure in the channel decreases to the smallest value in the nozzle throat located in the region where the output channels of the turbine are located . This decrease in static pressure leads to an increase in the differential across the turbine stages, and consequently to an increase in the work of gas expansion in the stage. Diffuser - the expanding part of the pipe of the second circuit after the throat consists of separate sections - petals. When moving (opening) the petals in the direction of increasing the solid angle, the petals create behind the throat, in the area of the windows of the output channels, conditions for a further decrease in static pressure. This decrease in static pressure occurs both as a result of separation of the flow of oncoming air flowing around the pipe from the outside, and as a result of creating flow conditions in the lobe diffuser as with a sudden expansion.

Для воздушной турбины как привода лебедки необходимо знать режимные условия эксплуатации (скорость и высоту полета) и для конкретной лебедки потребную мощность турбины:For an air turbine as a winch drive, it is necessary to know the operating conditions (flight speed and altitude) and for a specific winch the required turbine power:

Figure 00000018
Figure 00000018

где расход воздуха через входной диффузор и через турбину определен, как:where the air flow through the inlet diffuser and through the turbine is defined as:

Figure 00000019
Figure 00000019

а работа расширения воздуха в ступени турбины определена, как:and the work of expanding the air in the turbine stage is defined as:

Figure 00000020
Figure 00000020

Входящие в уравнение (12): k=1.44, R=287,3 Дж/кг·К - физические константы для воздуха;

Figure 00000012
- температура торможения воздуха перед ступенью турбины на высоте полета;
Figure 00000021
- полное давление воздуха перед ступенью турбины; р2 - статическое давление воздуха за ступенью турбины, величина которого соответствует давлению воздуха на высоте полета.Included in equation (12): k = 1.44, R = 287.3 J / kg · K — physical constants for air;
Figure 00000012
- air braking temperature in front of the turbine stage at flight altitude;
Figure 00000021
- total air pressure in front of the turbine stage; p 2 is the static air pressure behind the turbine stage, the value of which corresponds to the air pressure at altitude.

В полете на высоте 8000 метров со скоростью около 700 км/час температура торможения воздуха перед ступенью турбины положим равнойIn flight at an altitude of 8000 meters at a speed of about 700 km / h, the air braking temperature in front of the turbine stage is set equal to

Figure 00000022
Figure 00000022

полное давление воздуха перед ступенью турбины положим равнымthe total air pressure in front of the turbine stage is set equal to

Figure 00000023
Figure 00000023

Статическое давление на согласно международной стандартной атмосфере (МСА) на высоте 8000 метров равноStatic pressure according to the international standard atmosphere (ISA) at an altitude of 8000 meters is

p2(H=8000)=35650 Па.p 2 (H = 8000) = 35650 Pa.

Тогда работа расширения воздуха в ступени турбины будет равной:Then the work of air expansion in the turbine stage will be equal to:

Figure 00000024
Figure 00000024

Предлагаемое устройство патрубка, охватывающего корпус турбины снаружи и формирующего кольцевой конфузорный канал в виде сопла Лаваля, горло которого расположено над выходным каналом турбины, позволяет понизить статическое давление ниже (МСА).The proposed device nozzle, covering the turbine housing from the outside and forming an annular confuser channel in the form of a Laval nozzle, the throat of which is located above the turbine output channel, allows to lower the static pressure below (MCA).

Пусть на входе в кольцевой канал между патрубком и корпусом турбины (второй контур) будут созданы условия WeII≈0,5 Wн, как и на входе во входной диффузор воздушной турбины (1). Отношение площади поперечного сечения входа в этот кольцевой канал второго контура FeII к площади поперечного сечения в горле этого же кольцевого канала FгII примем равным:Let conditions W eII ≈0.5 W n be created at the entrance to the annular channel between the nozzle and the turbine body (second circuit), as well as at the entrance to the inlet diffuser of the air turbine (1). The ratio of the cross-sectional area of the entrance to this annular channel of the second circuit F eII to the cross-sectional area in the throat of the same annular channel F gII is assumed to be equal to:

Figure 00000025
Figure 00000025

По соотношению (4) скорость воздуха в горле будет равнаAccording to relation (4), the air velocity in the throat will be equal to

WгII=3WeII≈1,5WH=1,5×185,5=278,25 м/с.W gII = 3W eII ≈1.5W H = 1.5 × 185.5 = 278.25 m / s.

Плотность воздуха на высоте 8000 метров по (МСА) равнаDensity of air at an altitude of 8,000 meters (ISA) is

ρ(H=8000)=0,526 кг/м3.ρ (H = 8000) = 0.526 kg / m 3 .

Давление торможения в горле кольцевого канала в полете со скоростью WH=185,5 м/с на высоте Н=8000 м примем равным

Figure 00000026
, тогда статическое давление в горле равно:The braking pressure in the throat of the annular channel in flight with a speed of W H = 185.5 m / s at a height of H = 8000 m is assumed to be equal
Figure 00000026
, then the static pressure in the throat is:

Figure 00000027
Figure 00000027

Если принять это статическое давление для выходного канала за турбиной, то работа расширения воздуха в ступени турбины будет равной:If we take this static pressure for the outlet channel behind the turbine, then the work of air expansion in the turbine stage will be equal to:

Figure 00000028
Figure 00000028

Если принять расход через турбину неизменным и равным Gв=20 кг/с, без наружного патрубка мощность турбины будетIf we take the flow rate through the turbine unchanged and equal to G in = 20 kg / s, without an external nozzle the power of the turbine will be

Nт=GвLep2(MCA)=20×17193=343,860 кВтN t = G in L ep2 (MCA) = 20 × 17193 = 343.860 kW

При наличии наружного патрубка мощность турбины будетIf there is an external pipe, the turbine power will be

NтII=GвLe ргII=20×52244=1044,780 кВт.N tII = G in L e pgII = 20 × 52244 = 1044.780 kW.

Таким образом, получено трехкратное увеличение мощности турбины.Thus, a three-fold increase in turbine power was obtained.

Другая задача, которая может быть решена этим изобретением, это уменьшение диаметра турбины при сохранении потребной мощности. Так, если потребная мощность силовой установки антенной лебедки должна быть Nт=320 кВт, а средний диаметр турбины по техническому заданию допустим должен быть равным Dcp=0,65 метра. Положим по соотношению (1) скорость на входе в диффузор We=0,5 Wн, примем

Figure 00000029
тогда согласно (4) Wд=0,6 We. Параметры полета предлагаемой турбины с наружным патрубком оставим прежними, т.е. в полете со скоростью Wн=185,5 м/с на высоте Н=8000 м, давление торможения в горле патрубка примем равным
Figure 00000030
, статическое давление в горле наружного патрубка равно рг=20362 Па, работа расширения в турбине Le(ргII)=52244 Дж/кг. Тогда для таких условий будем иметь:Another problem that can be solved by this invention is to reduce the diameter of the turbine while maintaining the required power. So, if the required power of the antenna winch power plant should be N t = 320 kW, and the average diameter of the turbine according to the technical specifications should be equal to D cp = 0.65 meters. We set according to relation (1) the velocity at the inlet to the diffuser W e = 0.5 W n , we take
Figure 00000029
then according to (4) W d = 0.6 W e . The flight parameters of the proposed turbine with an external nozzle will remain the same, i.e. in flight with a speed of W n = 185.5 m / s at a height of H = 8000 m, the braking pressure in the throat of the nozzle is assumed to be equal
Figure 00000030
, The static pressure in the throat of the outer nozzle equal to p g = 20362 Pa, expansion work in the turbine L e (WGII) = 52244 J / kg. Then for such conditions we will have:

- расход воздуха через турбину Gв=NтII/LергII=320000/52244≈6 кг/с;- air flow through the turbine G in = N tII / L ergII = 320,000 / 52244≈6 kg / s;

- площадь кольцевого канала размещения лопаточных решеток турбины F1=Fд=Gв/(ρ(Н=8000)·Wд)=6/(0,526·0,6·0,5·185,5)≈0,063 м2;- the area of the annular channel for locating the turbine blade grids F1 = F d = G in / (ρ (Н = 8000) · W d ) = 6 / (0.526 · 0.6 · 0.5 · 185.5) ≈0.063 m 2 ;

- высота лопаток L1=F1/(π·Dcp)=0,063/(3,14159·0,65)=0,102 м.- the height of the blades L1 = F1 / (π · D cp ) = 0.063 / (3.14159 · 0.65) = 0.102 m.

- соотношение Dcp/L1=0,65/0,102=6,4 означает, что в прикорневой зоне турбины (см., например, В.И.Локай, М.К.Максутова, В.А.Стрункин Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. Теория, конструкция и расчет: Учебник для студентов вузов по специальности "Авиационные двигатели и энергетические установки" - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1991. С.149) при значениях степени реактивности (ρст=0,2...0,3) ступени будет иметь место вредное воздействие отрицательной реактивности. Однако отжатие потока в диффузоре выступом с плавными обводами из прикорневой зоны перед ступенью, как показали экспериментальные исследования, позволило уменьшить воздействие отрицательной реактивности в прикорневой зоне в ступени.- the ratio D cp / L1 = 0.65 / 0.102 = 6.4 means that in the root zone of the turbine (see, for example, V.I. Lokai, M.K. Maksutova, V.A. Strunkin Gas turbines of aircraft engines Theory, design and calculation: A textbook for university students with a degree in “Aircraft engines and power plants” - 4th ed., revised and supplemented - M .: Mashinostroenie, 1991. P.149) with values of degree of reactivity ( ρ article = 0.2 ... 0.3) of the stage, the harmful effect of negative reactivity will take place. However, squeezing the flow in the diffuser with a protrusion with smooth contours from the basal zone in front of the stage, as shown by experimental studies, has reduced the effect of negative reactivity in the basal zone in the stage.

Таким образом, воздушная турбина для авиационной вспомогательной установки, вставленная в патрубок в виде сопла Лаваля, позволяющий уменьшить статическое давление на выходе из ступени турбины, может иметь более выгодные весовые характеристики и лучшее аэродинамическое качество.Thus, an air turbine for an aircraft auxiliary installation, inserted into the nozzle in the form of a Laval nozzle, which allows reducing the static pressure at the exit of the turbine stage, can have more favorable weight characteristics and better aerodynamic quality.

Данные расчеты являются прикидочными и приведены лишь для подтверждения полезного эффекта от устройства второго контура воздушной турбины.These calculations are approximate and are given only to confirm the beneficial effect of the device of the second circuit of the air turbine.

В реальных условиях воздух, поступающий в выходной канал после турбины, усреднит статическое давление в горле. Однако эжектирующее свойство второго контура можно увеличить, если присоединенный к конфузорному участку патрубка за горлом диффузор лепестковой конструкции с изменяемой геометрией будет установлен на телесный угол раскрытия αд II=40°...60°, то это вызовет отрыв пограничного слоя на внешней поверхности и существенно понизит статическое давление в затурбинной области.Under real conditions, the air entering the outlet channel after the turbine averages the static pressure in the throat. However, the ejection property of the second circuit can be increased if a petal-shaped diffuser with variable geometry attached to the confuser section of the nozzle behind the throat is installed at a solid opening angle α d II = 40 ° ... 60 °, this will cause the boundary layer to tear off on the outer surface and significantly reduce the static pressure in the turbine region.

Согласно графику, приведенному в книге Абрамовича Г.Н. - Прикладная газовая динамика, издание третье, переработанное. Изд. "Наука", М., 1969, на с.406, для диффузоров, раскрытых на уголAccording to the schedule given in the book of Abramovich G.N. - Applied gas dynamics, third edition, revised. Ed. "Science", M., 1969, on p. 406, for diffusers, opened at an angle

Figure 00000031
Figure 00000031

коэффициент, представляющий собой отношение изменения полного давления диффузора к изменению полного давления в канале при внезапном расширении, принимает значенияthe coefficient, which is the ratio of the change in the total pressure of the diffuser to the change in the total pressure in the channel during sudden expansion, takes values

Figure 00000032
Figure 00000032

Это означает, что в таком диффузоре, как и в канале с внезапным расширением, статическое давление в начальном участке диффузора значительно ниже, чем на выходном срезе.This means that in such a diffuser, as well as in a channel with a sudden expansion, the static pressure in the initial section of the diffuser is much lower than in the output section.

Таким образом, устройство воздушной двухконтурной турбины имеет входной диффузор первого контура, на втулочной части центрального обтекателя перед сопловым аппаратом ступени турбины выполнен выступ с плавными обводами, а патрубок, образующий второй контур, выполнен в виде сопла Лаваля, состоящий из конфузора во входной части, горла в средней части и диффузора в выходной части, горло которого расположено над выходным каналом первого контура, а следующая за горлом расширяющаяся выходная часть патрубка выполнена в виде лепесткового диффузора, лепестки которого перемещаются и изменяют телесный угол раскрытия выходной диффузорной части патрубка, позволяет уменьшить диаметральный габарит турбины при сохранении потребной мощности и повысить эффективность турбины.Thus, an air bypass turbine device has an inlet diffuser of the first circuit, a protrusion with smooth contours is made on the sleeve part of the central fairing in front of the turbine stage nozzle apparatus, and the pipe forming the second circuit is made in the form of a Laval nozzle, consisting of a confuser in the inlet part, of a throat in the middle part and a diffuser in the output part, the throat of which is located above the output channel of the primary circuit, and the expanding output part of the pipe following the throat is made in the form of a petal diffus the gap, the petals of which move and change the solid angle of the opening of the outlet diffuser part of the nozzle, allows to reduce the diametric dimension of the turbine while maintaining the required power and increase the efficiency of the turbine.

На фиг.1 приведена схема воздушной турбины с входным диффузором, имеющим кольцевой выступ на втулочной части центрального обтекателя перед сопловым аппаратом и патрубком, выполненным по типу сопла Лаваля, охватывающим корпус турбины снаружи и имеющим лепестковый диффузор изменяемой геометрии.Figure 1 shows a diagram of an air turbine with an inlet diffuser having an annular protrusion on the sleeve part of the central fairing in front of the nozzle apparatus and a nozzle made by the type of a Laval nozzle, covering the turbine housing from the outside and having a petal diffuser of variable geometry.

На фиг.2 приведена схема устройства управления лепестковым диффузором изменяемой геометрии. На фиг.2,а показан отдельно патрубок, на котором лепестковый диффузор установлен в положение минимального лобового сопротивления для дальнего перелета. На фиг.2,б показан патрубок, на котором лепестковый диффузор установлен в положение, обеспечивающее пониженное статическое давление за турбиной.Figure 2 shows a diagram of a control device petal diffuser variable geometry. In figure 2, a pipe is shown separately, on which the flap diffuser is installed in the position of minimum drag for a long-distance flight. Figure 2, b shows the pipe, on which the flap diffuser is installed in a position that provides reduced static pressure behind the turbine.

На фиг.3 приведена схема аэродинамической гондолы с воздушной турбиной, редуктором и лебедкой для роспуска и подбора троса-антенны.Figure 3 shows a diagram of an aerodynamic nacelle with an air turbine, gearbox and winch for the dissolution and selection of the antenna cable.

На фиг.4 приведены примеры размещения пилона гондолы воздушной турбины на транспортном самолете.Figure 4 shows examples of the placement of the pylon of the nacelle of an air turbine on a transport aircraft.

На фиг.5 показано примерное положение антенного троса при осуществлении радиосвязи с подводной лодкой.Figure 5 shows the approximate position of the antenna cable during radio communication with a submarine.

Здесь: 1 - входной диффузор воздушной турбины; 2 - обечайка входного диффузора; 3 - внутренний обтекатель; 4 - кольцевой выступ на втулочной части внутреннего обтекателя входного диффузора; 5 - сопловая решетка турбинной ступени; 6 - рабочее колесо турбинной ступени; 7 - выходной канал воздушной силовой турбины; 8 - входной конфузор наружного патрубка; 9 - обечайка входного конфузора наружного патрубка; 10 - кольцевой конфузорный канал между корпусом турбины и наружным патрубком; 11 - горло канала между корпусом турбины и наружным патрубком; 12 - расширяющаяся часть кольцевого канала между корпусом турбины и наружным патрубком, выполненная в виде диффузора с изменяемой геометрией; 13 - лепестки диффузора с изменяемой геометрией, при раскрытии которых изменяется величина телесного угла диффузора; 14 - шарнирные узлы поворота лепестков для разворачивания или складывания лепестков выхлопного диффузора; 15 - тяги (пневматические, гидравлические или электрические) для изменения геометрии выхлопного диффузора; 16 - аэродинамическая гондола с воздушной силовой турбиной и антенной лебедкой, закрепленная с помощью пилона на крыле самолета; 17 - пилон крепления устройства на крыле самолета; 18 - крыло самолета; 19 - вал, соединяющий турбину с редуктором; 20 - редуктор; 21 - лебедка; 22 - трос-антенна; 23 - высота полета; 24 - нижний уровень провисающей антенны, расстояние до поверхности водной среды; 25 - поверхность водной среды.Here: 1 - inlet diffuser of an air turbine; 2 - shell of the input diffuser; 3 - internal fairing; 4 - an annular protrusion on the sleeve part of the internal fairing of the input diffuser; 5 - nozzle lattice of the turbine stage; 6 - the impeller of the turbine stage; 7 - output channel of an air power turbine; 8 - input confuser of the external pipe; 9 - a shell of the inlet confuser of the outer pipe; 10 - annular confuser channel between the turbine housing and the outer pipe; 11 - the throat of the channel between the turbine housing and the outer pipe; 12 - an expanding part of the annular channel between the turbine housing and the outer pipe, made in the form of a diffuser with variable geometry; 13 - petals of a diffuser with variable geometry, when opened, the magnitude of the solid angle of the diffuser changes; 14 - hinged nodes of rotation of the petals for expanding or folding the petals of the exhaust diffuser; 15 - thrust (pneumatic, hydraulic or electric) to change the geometry of the exhaust diffuser; 16 - an aerodynamic nacelle with an air power turbine and an antenna winch, mounted with a pylon on the wing of an airplane; 17 - pylon mounting device on the wing of the aircraft; 18 - wing of the plane; 19 - a shaft connecting the turbine to the gearbox; 20 - gear; 21 - winch; 22 - cable antenna; 23 - flight altitude; 24 - lower level sagging antenna, the distance to the surface of the aquatic environment; 25 - surface of the aquatic environment.

Воздушная турбина привода лебедки для роспуска и подбора антенны работает следующим образом. В полете самолета-радиостанции встречный поток воздуха, попавший во входное отверстие 1 диффузора воздушной турбины, протекает по кольцевому диффузорному каналу, между обечайкой 2 входного диффузора и центральным внутренним обтекателем 3, обтекает выступ 4, поступает в сопловой аппарат 5 и рабочее колесо 6 ступени турбины, в которой, расширившись от давления торможения перед турбиной до статического давления за турбиной, совершает работу, вращая вал 19 привода редуктора лебедки. Выступ 4 перед сопловым аппаратом 5 отжимает поток воздуха от прикорневой области к периферии для уменьшения воздействия отрицательной реактивности в прикорневой зоне ступени.Air turbine winch drive for dissolution and selection of the antenna operates as follows. In the flight of an airplane-radio station, the oncoming air flow entering the inlet 1 of the air turbine diffuser flows through the annular diffuser channel, between the casing 2 of the inlet diffuser and the central internal fairing 3, flows around the protrusion 4, enters the nozzle apparatus 5 and the impeller 6 of the turbine stage , in which, having expanded from the braking pressure in front of the turbine to the static pressure behind the turbine, it performs work by rotating the shaft 19 of the winch gear drive. The protrusion 4 in front of the nozzle apparatus 5 squeezes the air flow from the basal region to the periphery to reduce the impact of negative reactivity in the basal zone of the stage.

Встречный воздух, попавший во входной конфузор 8 наружного патрубка 9 по каналу-зазору 10 между корпусом 2 турбины и патрубком 9, в суживающейся части канала 10 ускоряется, одновременно в канале снижается статическое давление до наименьшего значения в горле 11, расположенного в области размещения окон 7 выходных каналов турбины 5, 6. Это снижение статического давления приводит к увеличению перепада на ступени турбины, следовательно, и к увеличению работы расширения газа в ступени 5, 6 и к увеличению мощности турбины.Counter air that enters the inlet confuser 8 of the outer pipe 9 through the clearance channel 10 between the turbine housing 2 and the pipe 9 is accelerated in the tapering part of the channel 10, while the static pressure in the channel decreases to the lowest value in the throat 11 located in the area of windows 7 the output channels of the turbine 5, 6. This decrease in static pressure leads to an increase in the differential across the turbine stages, and consequently to an increase in the work of gas expansion in stages 5, 6 and to an increase in turbine power.

Для достижения дальнейшего понижения статического давления на выходе из турбины патрубок 9 заканчивается диффузором 12, выполненным из отдельных элементов лепестков 13 в виде диффузора с углом раскрытия α=8°...10°, лепестки которого, поворачиваясь на отдельных шарнирах 14, изменяют телесный угол раскрытия выходной диффузорной части патрубка до значений угла раскрытия α=40°...60°. При таких значениях угла раскрытия течение в диффузоре эквивалентно течению в канале с внезапным расширением, когда резко снижается статическое давление. Таким образом, в прелагаемом устройстве воздушной турбины может быть получена значительно большая работа расширения набегающего в полете потока воздуха и соответственно мощность турбины. Это означает, что потребную мощность можно реализовать на турбине меньшего диаметра.To achieve a further decrease in the static pressure at the turbine outlet, the pipe 9 ends with a diffuser 12 made of individual elements of the petals 13 in the form of a diffuser with an opening angle α = 8 ° ... 10 °, the petals of which, turning on separate hinges 14, change the solid angle the opening of the outlet diffuser part of the pipe to the values of the opening angle α = 40 ° ... 60 °. With such values of the opening angle, the flow in the diffuser is equivalent to the flow in the channel with a sudden expansion, when the static pressure sharply decreases. Thus, in the proposed device of the air turbine, a significantly larger work of expanding the incoming air flow in flight and, accordingly, the power of the turbine can be obtained. This means that the required power can be realized on a smaller diameter turbine.

Поворот лепестков 13 диффузора 12 в шарнирах 14 может быть осуществлен при помощи тяг 15 (имеющих пневматический или гидравлический, или электрический привод). Крутящий момент от турбины передается через вал 19, редуктор 20 на лебедку 21, на которой намотан трос-кабель антенны 22. Редуктор 20 и лебедка 21 размещены внутри аэродинамической гондолы 16, на которой крепится предложенное устройство воздушной турбины. А аэродинамическая гондола с воздушной турбиной, редуктором и антенной - лебедкой закреплена с помощью пилона 17 на крыле самолета 18 в одном ряду с маршевыми ГТД. Для осуществления связи с подводной лодкой, находящейся в полностью погруженном состоянии, самолет на высоте полета 23 переходит на циркуляционный полет, таким образом, чтобы нижний уровень провисающей антенны, на необходимом расстоянии 24 и на небольшом участке поверхности водной среды 25. Предлагаемое устройство воздушной турбины позволяет многократно распускать и подбирать антенну для радиопередачи, в том числе осуществлять и ложные передачи, и тем самым не обнаруживать истинное месторасположение затаившейся подводной лодки.The rotation of the petals 13 of the diffuser 12 in the hinges 14 can be carried out using rods 15 (having pneumatic or hydraulic, or electric drive). The torque from the turbine is transmitted through the shaft 19, the gearbox 20 to the winch 21, on which the antenna cable is wound 22. The gearbox 20 and the winch 21 are located inside the aerodynamic nacelle 16, on which the proposed air turbine device is mounted. And an aerodynamic nacelle with an air turbine, a gearbox and an antenna - a winch is fixed with the help of a pylon 17 on the wing of an airplane 18 in a row with the marching turbine engine. To communicate with a submarine in a completely submerged state, the aircraft at a height of flight 23 switches to a circular flight, so that the lower level of the sagging antenna, at the required distance 24 and on a small surface area of the aquatic environment 25. The proposed device of the air turbine allows repeatedly dissolve and select the antenna for radio broadcasts, including making false transmissions, and thereby not detect the true location of the hidden submarine.

Claims (1)

Воздушная турбина привода лебедки для роспуска и подбора антенны, содержащая входной диффузор, образованный центральным обтекателем и обечайкой, ступень турбины и выходной канал турбины, размещенный в горле патрубка, выполненного по типу сопла Лаваля и охватывающего корпус турбины снаружи, на центральном обтекателе входного диффузора перед сопловым аппаратом ступени турбины выполнен кольцевой выступ с плавными обводами, а расширяющаяся выходная часть патрубка, выполненного по типу сопла Лаваля, выполнена из отдельных элементов в виде лепесткового диффузора, отличающаяся тем, что лепестки диффузора установлены так, чтобы телесный угол раскрытия выходной диффузорной части патрубка составлял α=40...60°.An air turbine of a winch drive for dissolving and selecting an antenna, comprising an inlet diffuser formed by a central cowl and a shell, a turbine stage and a turbine outlet channel located in the throat of a nozzle made as a Laval nozzle and covering the turbine body from the outside, on the central cowl of the inlet diffuser in front of the nozzle the apparatus of the turbine stage has an annular protrusion with smooth contours, and the expanding outlet of the nozzle, made as a Laval nozzle, is made of individual elements in the form daisy diffuser, wherein the diffuser pitch set so that the solid angle of the output opening side diffuser tube was α = 40 ... 60 °.
RU2004113876/06A 2004-05-05 2004-05-05 Antenna setting up and taking up winch drive air turbine RU2276272C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004113876/06A RU2276272C2 (en) 2004-05-05 2004-05-05 Antenna setting up and taking up winch drive air turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004113876/06A RU2276272C2 (en) 2004-05-05 2004-05-05 Antenna setting up and taking up winch drive air turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004113876A RU2004113876A (en) 2005-10-20
RU2276272C2 true RU2276272C2 (en) 2006-05-10

Family

ID=35863032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004113876/06A RU2276272C2 (en) 2004-05-05 2004-05-05 Antenna setting up and taking up winch drive air turbine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2276272C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2602149A (en) * 2020-12-21 2022-06-22 Hart Stephen A wind turbine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2639579A (en) * 1949-06-21 1953-05-26 Hartford Nat Bank & Trust Co Turbojet engine having tail pipe ejector to induce flow of cooling air
US4919364A (en) * 1988-04-07 1990-04-24 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh Propulsion system for hypersonic flight
SU1745983A1 (en) * 1989-10-23 1992-07-07 Дальневосточный политехнический институт им.В.В.Куйбышева Pneumatic motor
RU2124142C1 (en) * 1998-03-25 1998-12-27 Орлов Игорь Сергеевич Wind-driven electric plant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2639579A (en) * 1949-06-21 1953-05-26 Hartford Nat Bank & Trust Co Turbojet engine having tail pipe ejector to induce flow of cooling air
US4919364A (en) * 1988-04-07 1990-04-24 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh Propulsion system for hypersonic flight
SU1745983A1 (en) * 1989-10-23 1992-07-07 Дальневосточный политехнический институт им.В.В.Куйбышева Pneumatic motor
RU2124142C1 (en) * 1998-03-25 1998-12-27 Орлов Игорь Сергеевич Wind-driven electric plant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Рабочие процессы в охлаждаемых машинах газотурбинных двигателей", межвузовский сборник научных трудов, Казань, с.82. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2602149A (en) * 2020-12-21 2022-06-22 Hart Stephen A wind turbine
GB2602149B (en) * 2020-12-21 2024-07-17 Hart Stephen A wind turbine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004113876A (en) 2005-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11447259B2 (en) Aft engine nacelle shape for an aircraft
US10989143B2 (en) Gas turbine engine bifurcation located fan variable area nozzle
US8408491B2 (en) Nacelle assembly having inlet airfoil for a gas turbine engine
EP3176092B1 (en) Apparatus to vary an air intake of aircraft engines
US9637217B2 (en) Aircraft having an aft engine
US9884687B2 (en) Non-axis symmetric aft engine
EP3144216A1 (en) Aft engine for an aircraft
EP2660424B1 (en) Inter-turbine ducts with variable area ratios
US20090288387A1 (en) Gas turbine engine bifurcation located in a fan variable area nozzle
CN108327915A (en) Cabin for aircraft rear fan
EP3287371B1 (en) Nacelle for an aircraft aft fan
WO2014136032A1 (en) A stream turbine
RU2276272C2 (en) Antenna setting up and taking up winch drive air turbine
CN117869012A (en) Gas turbine exhaust nozzle noise reduction

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090506

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20120410

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20120810

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180506