Способы форсирования газотурбинного двигателя

Рассмотрены традиционные и новые способы форсирования тяги (мощности) газотурбинного двигателя. Вследствие достижения физических ограничений двигателей (стехиометрических, турбовентиляторных и др.) традиционные способы, основанные на повышении температуры газа перед и за турбиной и увеличении габаритных размеров, уходят в прошлое. Основным методом форсирования газотурбинного двигателя станет использование смешанных термодинамических циклов: внешнего и внутренних. Внешний цикл — это цикл, имеющий энергообмен с внешними источниками энергии. Внутренний цикл — это цикл, имеющий энергообмен только с внешним циклом. Метод внутренних термодинамических циклов реализуется двумя способами: гиперфорсаж и наддув турбины. Гиперфорсаж — это форсирование тяги газотурбинного двигателя на сверх- и гиперзвуковых скоростях полета подачей жидкости (воды) на вход в двигатель. Физическая сущность гиперфорсажа заключается в том, что жидкость (вода), подаваемая на вход двигателя при сверх- и гиперзвуковых скоростях полета, становится вторым рабочим телом, которое наравне с воздухом участвует во всех термодинамических процессах, происходящих в двигателе, формирует дополнительный (внутренний) термодинамический цикл. Наддув турбины — повышение расхода газа через турбину посредством газового эжектора. Наддув турбины, как и гиперфорсаж, формирует дополнительный (внутренний) термодинамический цикл, создает принципиально новую газодинамическую связь между элементами конструкции — турбоэжекторный двигатель. Форсированный вариант такого двигателя является пределом газодинамического совершенства газотурбинного двигателя. Двигатель позволяет развивать скорость полета до семи чисел Маха, при общем коэффициенте полезного действия ?55 %. Новые способы форсирования газотурбинного двигателя в сочетании с новыми способами повышения температуры газа перед турбиной открывают путь к созданию сверх- и гиперзвуковой авиации, построению авиационно-космических систем, способных доставить на околоземную орбиту спутники массой до 15 т.
EDN: OMHCTR, https://elibrary/omhctr

Литература

[1] Скибин В.А., Солонин В.И., Палкин В.А. Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний в обеспечение создания перспективных авиационных двигателей (аналитический обзор). Москва, Изд-во ЦИАМ, 2010. 673 с.

[2] Сосунов В.А., Чепкин В.М., ред. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. Москва, Изд-во МАИ, 2003. 688 с.

[3] Письменный В.Л. Турбоэжекторный двигатель и способ его регулирования. Патент РФ 2645373. Заявл. 17.05.2017, опубл. 21.02.2018.

[4] Письменный В.Л. Способ охлаждения турбинных лопаток. Патент РФ 2409745. Заявл. 27.07.2009, опубл. 20.01.2011.

[5] Письменный В.Л. Способ форсирования турбореактивного двигателя. Патент РФ 2616137. Заявл. 06.06.2016, опубл. 12.04.2017.

[6] Письменный В.Л. Концепция построения стехиометрического турбореактивного двигателя. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2023, № 9, с. 116–126, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2023-9-116-126

[7] Письменный В.Л. Внутренние термодинамические циклы. Конверсия в машиностроении, 2006, № 3, с. 5–10.

[8] Письменный В.Л. Вопросы теории турбоэжекторных двигателей. Конверсия в машиностроении, 2006, № 4, с. 8–15.

[9] Образцов И.Ф., ред. Развитие авиационной науки и техники в СССР. Москва, Наука, 1980. 496 с.

[10] Письменный В.Л. Турбоэжекторный двигатель. Патент РФ 2190772. Заявл. 13.04.1999, опубл. 10.10.2002.

[11] Письменный В.Л. Сотовый смеситель. Патент РФ 2467791. Заявл. 02.09.2011, опубл. 27.11.2012.

[12] Письменный В.Л. Газовый эжектор. Патент РФ 2650913. Заявл. 19.06.2017, опубл. 18.04.2018.

[13] Письменный В.Л. Турбоэжекторные двигатели - газотурбинные двигатели нового типа. Полет, 2011, № 7, с. 52–60.

[14] Письменный В.Л. Турбоэжекторный двигатель на криогенном топливе. Патент РФ 29752. Заявл. 26.12.2002, опубл. 27.05.2003.

[15] Письменный В.Л. Газотурбинный двигатель с турбохолодильной установкой на входе. Патент РФ 2239080. Заявл. 20.01.2003, опубл. 27.10.2004.

[16] Кириллов Н.Г. Проблемы перехода автомобильного транспорта на водородное топливо. Газовая промышленность, 2007, № 2, с. 68–72.

[17] Письменный В.Л. Проблемы и перспективы развития авиационных двигателей. Вестник академии военных наук, 2014, № 3, с. 131–136.

[18] Письменный В.Л. Гиперзвуковой космический старт. Сб. тез. XLV Академических чтений по космонавтике. Т. 3. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021, с. 355–357.

[19] Письменный В.Л. Основы теории расчета турбоэжекторных двигателей. Чкаловский, ГЛИЦ им. Чкалова, 2000. 43 с.

[20] Письменный В.Л. Формирование конструктивно-газодинамического облика гиперзвукового турбоэжекторного двигателя. Полет, 2011, № 1, с. 59–64.