Газотурбинный двигатель на водороде

Предлагаемое изобретение относится к области газотурбинных двигателей (ГТД) и может найти применение при получении из располагаемой химической энергии топлив механической энергии в виде крутящего момента на валу двигателя, например, электрогенератора и/или колес любого наземного транспорта или в виде кинетической энергии реактивной струи, например, в аэрокосмической технике.

Эти двигатели содержат воздухозаборник, компрессор, подключенный к нему дополнительный компрессор, соединенный с камерой сгорания, турбину привода компрессора, эжектор с активным соплом, выполненным в виде выхода из камеры сгорания, и пассивным патрубком, подключенным к выходу из компрессора, а выходной патрубок эжектора соединен с входом в турбину.

В газотурбинном, в частности реактивном двигателестроении, существует множество способов повышения эффективности двигателей, т.е. повышения степени идеальности, заключающейся в том, чтобы достичь как можно больших отношений тяги к расходу топлива, тяги к весу и стоимости изготовления двигателя. Способы повышения каждого из этих отношений находятся в техническом противоречии друг с другом.

Действительно, использование лопаточного компрессора осевого типа дает наибольший адиабатической КПД, а следовательно, и наибольшее отношение тяги к расходу топлива, но он несравненно тяжелее и дороже в изготовлении, чем центробежный, у которого уже ниже адиабатический КПД и больше мидель. Увеличение температура газа перед турбиной увеличивает отношение тяги к весу и расходу топлива, но увеличение температуры перед турбиной в настоящее время ограничено температурой примерно в 1400oС, да и увеличение этой температуры влечет за собой увеличение стоимости двигателя и уменьшение его ресурса.

Применение изобретения позволило:

• 1.    Повысить степень сжатия компрессоров газотурбинного двигателя за счет применения двух компрессоров и турбины работающей на водороде и охлаждения продуктов сгорания перед вторым компрессором. Водородная турбина имеет небольшие диаметральные габариты, поэтому на ее рабочие лопатки действуют меньшие центробежные силы. Применение в качестве рабочего тела чистого водорода значительно увеличивает энергетический потенциал этого рабочего тела. Кроме того, водород может быть подогрет практически до любой температуры, которая ограничивается только прочностью рабочих лопаток водородной турбины, работающий в более легких условиях, чем рабочие лопатки газовой турбины.

• 2.    Обеспечить достижение самолетами, оборудованными этими двигателями гиперзвуковых скоростей М = 5…10.

• 3.    Повысить высотность двигателя.

• 4.    Увеличить надежность двигателя.