Одноконтурный турбореактивный авиационный двигатель с

Предложение Лаборатории научно-производственной
кооперации МФТИ по проведению НИР для ОАО «ОПК
«ОБОРОНПРОМ»
Направление: проведение научно-исследовательских работ.
Проект «Одноконтурный турбореактивный авиационный двигатель с
одноступенчатой турбиной и сверхзвуковым соплом с центральным
телом»
Проект направлен на создание семейства авиационных двигателей нового поколения
тягой 9-18 тонн (ПД 9-18) для самолетов гражданской и военно-транспортной авиации.
Существующие турбореактивные двигатели характеризуются:
1) большим количеством ступеней
2) неравномерным дозвуковым потоком на выходе сопловой решетки, который не
может быть скорректирован в последующих ступенях двигателя
3) наличием на лопатках сопловой решетки скачков уплотнения потока, отрывных
зон
4) неравномерностью крутящих моментов на отдельных рабочих колесах
многоступенчатой турбины, что нарушает условие Жуковского-Чаплыгина и, как
следствие – приводит к отрыву потока и неоправданным потерям энергии
Предлагаемая НИР предполагает проектирование двигателя со следующими
модификациями:
1) Замена многоступенчатой газовой турбины на одноступенчатую позволит
избавиться от нерешаемой проблемы согласования тяг рабочих колес турбины.
2) Сопловая решетка турбины, спроектированная методом [1], создает равномерный
сверхзвуковой поток без потерь энергии из-за отрыва пограничного слоя и скачков
уплотнения в лопаточном канале.
3) Профили лопаток рабочего колеса турбины проектируются с помощью
модификации метода [2], разработанного для проектирования до- и критических
крыловых профилей дальней авиации для повышения крейсерской скорости
полета. С целью достижения максимального крутящего момента производится
оптимизация в классе профилей, обтекаемых без отрыва пограничного слоя и
удовлетворяющих условию Жуковского-Чаплыгина.
4) Отказ от второго контура позволяет сохранить высокое полное давление на выходе
из турбины для реализации сверхзвукового истечения. Сверхзвуковое сопло с
центральным телом, спроектированное методом [3], модифицированным в [4], [5]
для несовершенного газа (продуктов сгорания топлива) создает равномерную
сверхзвуковую реактивную струю максимально высокой тяги при заданном
расходе топлива.
Метод аэродинамического профилирования разработан профессором д.ф.-м.н. Э. Г.
Шифриным для решения обратных задач аэро- и газодинамики, трансформирующий
математически некорректную постановку обратной задачи в корректную путем
вспомогательного отображения физического пространства в пространство скоростей
(метод годографа С.А. Чаплыгина)
Метод был успешно реализован при профилировании сверхзвуковых сопел новой
аэродинамической базы ЦНИИМАШ, созданной в 1980 г., эксплуатируемой по сей день
Публикации по теме проекта:
1) E.G.Shifrin, D.S.Kamenetskii. Application of the Hodograph Method to Nozzle Guide
Vane Profiling. Russian Journal of Computational Mechanics, No. 3, John Wiley & Sons,
NY, 1993.
2) Э.Г.Шифрин, С.А.Алферов. Несущий докритический профиль для большой
дозвуковой скорости полета. Доклады АН, 1999, Т.369, №3.
3) Э.Г.Шифрин, Ч.В.Ким. Профилирование сопла с центральным телом. Доклады АН,
2005, Т.400, 2.
4) Э.Г.Шифрин. Двумерные вихревые стационарные течения идеального
несовершенного газа в естественной системе координат. Доклады АН, 2006, Т.411,
№ 3.
5) E.G.Shifrin. Potential 2D Flows of Real Gases. Invariant Equations in Natural
Coordinates. Hodograph Transformation. International Journal of Applied Engineering
Research, 2015, V. 10, № 14.
Метод аэродинамического проектирования:
1) E.G.Shifrin, O.M.Belotserkovskii. Transonic Vortical Gas Flows. Chichester -New York
Brisbane - Toronto - Singapore, John Wiley & Sons, 1994.
2) Э.Г.Шифрин. Потенциальные и вихревые трансзвуковые течения идеального газа.
Физматлит, М., 2001.