RU2752445C1 - Air intake device of helicopter gas turbine engine that removes sand and dust particles from air - Google Patents

Air intake device of helicopter gas turbine engine that removes sand and dust particles from air Download PDF

Info

Publication number
RU2752445C1
RU2752445C1 RU2020134339A RU2020134339A RU2752445C1 RU 2752445 C1 RU2752445 C1 RU 2752445C1 RU 2020134339 A RU2020134339 A RU 2020134339A RU 2020134339 A RU2020134339 A RU 2020134339A RU 2752445 C1 RU2752445 C1 RU 2752445C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fairing
air
screen
dust
air intake
Prior art date
Application number
RU2020134339A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Яковлевич Ситницкий
Алексей Юрьевич Ситницкий
Original Assignee
Юрий Яковлевич Ситницкий
Алексей Юрьевич Ситницкий
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 Юрий Яковлевич Ситницкий, Алексей Юрьевич Ситницкий filed Critical Юрий Яковлевич Ситницкий
Priority to RU2020134339A priority Critical patent/RU2752445C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2752445C1 publication Critical patent/RU2752445C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/04Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
    • F02C7/05Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for obviating the penetration of damaging objects or particles
    • F02C7/052Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for obviating the penetration of damaging objects or particles with dust-separation devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

FIELD: aircraft engineering.SUBSTANCE: air intake device of a helicopter gas turbine engine is proposed, which removes sand and dust particles from the air. A feature of the device in comparison with the existing domestic dust-proof device (DPD) of the “fungal” type is that the device under consideration cleans the air not only in the modes of moving the helicopter with low speeds near the ground (taxiing, hovering, take-off and landing), but also when flying at cruising speed in conditions of dust-polluted air.EFFECT: positive effect is achieved by introducing a screen into the structure of the fairing of the device (“fungal” DPD), which serves to collect and remove dust-enriched air from the central zone of the fairing and then clean it before entering the engine. In addition, the specified screen is used to purify the air entering the air intake of the device from the peripheral flow zone, due to the reflection of particles from the conical surface of the screen in the lateral directions. Also, the positive side of the proposed device is the preservation of flight-technical and operational-technical characteristics at the same level and the possibility of updating the DPD under operating conditions.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области авиастроения, конкретно к воздухозаборным устройствам вертолетных газотурбинных двигателей (ГТД), удаляющим из воздуха частицы песка и пыли. Попадание в газовоздушный тракт двигателя указанных частиц в большом количестве приводит к эрозионному износу лопаток компрессора двигателя, снижению мощности двигателя и запасов его газодинамической устойчивости (к помпажу), а также к снижению ресурса двигателей, удорожанию ремонта ГТД, уменьшению эксплуатационной технологичности и двигателя, и вертолета, к снижению безопасности полетов, ухудшению топливной экономичности и т.п.The invention relates to the field of aircraft construction, specifically to air intake devices of helicopter gas turbine engines (GTE), which remove particles of sand and dust from the air. The ingress of these particles into the gas-air path of the engine in large quantities leads to erosive wear of the engine compressor blades, a decrease in engine power and reserves of its gas-dynamic stability (to surge), as well as to a decrease in the engine resource, an increase in the cost of GTE repair, a decrease in the operational manufacturability of both the engine and the helicopter. , to a decrease in flight safety, a deterioration in fuel efficiency, etc.

Известны способы и устройства, предназначенные для решения данной проблемы, описания их приведены в патентах [1, 2, 3,], а также в работе [4]. Последнее из устройств-аналогов [4] пылезащитное устройство (ПЗУ) нашло широкое применение в отечественном вертолетостроении и в эксплуатации.Known methods and devices designed to solve this problem, their descriptions are given in patents [1, 2, 3,], as well as in [4]. The last of the analogous devices [4] dust-proof device (ROM) has found wide application in the domestic helicopter industry and in operation.

Предлагаемое изобретение функционально и конструктивно в большой мере базируется на вышеупомянутом ПЗУ, которое и принято в качестве прототипа.The proposed invention is functionally and structurally based to a large extent on the above-mentioned ROM, which is adopted as a prototype.

У названного устройства-прототипа по мере расширения районов применения вертолетов обострилась ситуация с возможностью эксплуатации вертолетов в режиме полета вертолета в запыленном воздухе из-за отсутствия очистки воздуха на этом режиме в ПЗУ данного типа. Данное обстоятельство приводит ко всем вышеописанным последствиям, главное из которых - сокращение срока службы двигателя. Причинами отсутствия очистки воздуха в ПЗУ в режиме полета вертолета являются следующие факторы:With the said prototype device, as the areas of application of helicopters expanded, the situation with the possibility of operating helicopters in a helicopter flight mode in dusty air became aggravated due to the lack of air purification in this mode in this type of ROM. This circumstance leads to all the above-described consequences, the main of which is a reduction in the service life of the engine. The reasons for the lack of air purification in the ROM in the helicopter flight mode are the following factors:

- в конструкции указанного ПЗУ-прототипа не предусмотрено выполнение функции очистки воздуха в режиме полета вертолета (а только при висении, взлет-посадке), соответственно, направление притекания воздуха ко входу ПЗУ, а также скорости движения частиц песка и пыли не обеспечивают их сепарации при входе в ПЗУ;- the design of the specified ROM prototype does not provide for the performance of the air purification function in the helicopter flight mode (but only during hovering, takeoff and landing), respectively, the direction of air flow to the ROM inlet, as well as the speed of movement of sand and dust particles do not ensure their separation when the entrance to the ROM;

- при полете вертолета частицы пыли, содержащиеся в воздушном потоке, огибающем грибообразный обтекатель устройства, сепарируются из потока на поверхность обтекателя ПЗУ, но не удаляются из воздушного потока, а проходят в воздухозаборное заборное отверстие устройства, и далее в двигатель.- during a helicopter flight, dust particles contained in the air flow around the mushroom-shaped fairing of the device are separated from the flow onto the surface of the fairing of the ROM, but are not removed from the air flow, but pass into the air intake opening of the device, and then into the engine.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение воздухозаборного устройства, способного выполнять функцию очистки воздуха от частиц песка и пыли не только на режимах взлет-посадок, висений и перемещений с малой скоростью (что имеет место у ПЗУ-прототипа), но и в режиме полета вертолета в условиях запыленной атмосферы.The technical problem to be solved by the present invention is to obtain an air intake device capable of performing the function of cleaning air from sand and dust particles not only in take-off and landing modes, hovering and moving at low speed (which is the case with the prototype ROM), but and in a helicopter flight mode in a dusty atmosphere.

Решение поставленной задачи обеспечивает:The solution to this problem provides:

- очистку воздуха от существенной доли наиболее крупных фракций частиц песка и пыли в режиме горизонтального полета вертолета;- air purification from a significant proportion of the largest fractions of sand and dust particles in the horizontal flight mode of the helicopter;

- повышение ресурса двигателей при работе их в запыленном воздухе в широких условиях эксплуатационных режимов, улучшение характеристик вертолета по возможности использования его в местах с повышенной запыленностью воздушного пространства.- increasing the service life of engines when operating in dusty air under wide operating conditions, improving the characteristics of the helicopter, if possible, using it in places with increased dustiness of the airspace.

Успешному решению поставленной задачи способствуют следующие факторы:The following factors contribute to the successful solution of the task:

- наличие в устройстве обтекателя, предотвращающего прямой проход загрязненному воздуху во вход в ГТД;- the presence of a fairing in the device, which prevents the direct passage of contaminated air into the GTE inlet;

- наличие в набегающем воздушном потоке перед обтекателем участка с искривленными линиями движения воздушного потока в режиме полета вертолета и, соответственно, наличие сепарации и концентрации палевых частиц из потока у лобовой поверхности обтекателя;- the presence in the incoming air flow in front of the fairing of a section with curved lines of air flow in the helicopter flight mode and, accordingly, the presence of separation and concentration of yellow particles from the flow at the front surface of the fairing;

- возможность использования существующей конструкции ''грибкового'' ПЗУ в качестве основы для модернизации и получения очистки воздуха в полетном режиме; экономическая целесообразность предлагаемого изобретения очевидна, поскольку затраты на его внедрение существенно ниже возможного экономического эффекта.- the possibility of using the existing design of the "fungal" ROM as a basis for modernization and obtaining air purification in flight mode; the economic feasibility of the proposed invention is obvious, since the cost of its implementation is significantly lower than the possible economic effect.

Сущность предлагаемого воздухозаборного устройства вертолетного ГТД, удаляющего из воздуха частицы песка и пыли на режимах работы вертолета в полете, заключается в следующем. По своей конструкции предлагаемое воздухозаборное устройство в основном повторяет исходную конструкцию ПЗУ-прототипа [4]. Оно включает в свой состав входной тоннель, выполненный в виде обечайки, имеющей с передней стороны входное отверстие с коллекторной губой.The essence of the proposed air intake device for a helicopter gas turbine engine, which removes sand and dust particles from the air during the operation of the helicopter in flight, is as follows. By its design, the proposed air intake device basically repeats the original design of the prototype ROM [4]. It includes an entrance tunnel made in the form of a shell with an inlet with a collector lip on the front side.

Во входном тоннеле со стороны входного отверстия установлен обтекатель, представляющий собой тело вращения, имеющее переднюю расширяющуюся и заднюю сужающуюся части с наибольшей площадью поперечного сечения в миделевом сечении обтекателя. Обтекатель закреплен на тоннеле соосно и формирует совместно с ним воздухозаборное кольцевое отверстие устройства, а также проточный канал с поворотным и прямым участками. В состав устройства входят также: сепаратор, патрубок отвода пыли из сепаратора и эжектор отсоса пылевого концентрата. Данная исходная конструкция воздухозаборного устройства-прототипа (ПЗУ), чистящая воздух только при малых скоростях перемещения вертолета, в предлагаемом изобретении оборудована дополнительной системой сбора и удаления частиц песка и пыли из воздуха, поступающего к вертолетному ГТД, в режиме полета вертолета в загрязненной атмосфере. С этой целью на обтекателе установлен экран, выполненный в виде обечайки, имеющей переднее отверстие с диаметральным размером меньше диаметра миделевого сечения обтекателя, заднее отверстие обечайки имеет диаметр равный диаметру миделевого сечения. Экран установлен и закреплен на передней части обтекателя, в его периферийной зоне с зазором, так что между поверхностями обтекателя и экрана сформирован кольцевой канал. Входное отверстие в указанный канал образовано пространством между кромкой переднего отверстия обечайки экрана и поверхностью обтекателя, кромкой заднего отверстия обечайки экран примыкает к обтекателю в зоне его миделевого сечения. В оболочке передней части обтекателя, в ее периферийной зоне выполнено проходное отверстие или группа отверстий, сообщающих внутреннюю полость обтекателя через кольцевой канал и входное отверстие с внешним пространством воздухозаборного устройства со стороны набегающего воздушного потока. В задней части обтекателя выполнено выходное отверстие, расположенное вокруг проходящего через обтекатель патрубка отвода пыли, сообщающее внутреннюю полость обтекателя с пространством проточного канала тоннеля в зоне между его поворотным и прямым участками.In the entrance tunnel from the side of the inlet, a fairing is installed, which is a body of revolution having a front expanding and a rear converging part with the largest cross-sectional area in the midsection of the fairing. The fairing is fixed on the tunnel coaxially and forms, together with it, the air intake annular opening of the device, as well as the flow channel with the rotary and straight sections. The device also includes: a separator, a branch pipe for removing dust from the separator and an ejector for suction of dust concentrate. This initial design of the prototype air intake device (ROM), which cleans the air only at low speeds of movement of the helicopter, in the proposed invention is equipped with an additional system for collecting and removing particles of sand and dust from the air supplied to the helicopter GTE in the helicopter flight mode in a polluted atmosphere. For this purpose, a screen is installed on the fairing, made in the form of a shell having a front opening with a diameter size less than the diameter of the midsection of the fairing, the rear opening of the shell having a diameter equal to the diameter of the midsection. The screen is installed and fixed on the front part of the fairing, in its peripheral zone with a gap, so that an annular channel is formed between the surfaces of the fairing and the screen. The inlet to the specified channel is formed by the space between the edge of the front opening of the screen shell and the surface of the fairing, the edge of the rear opening of the shell adjoins the fairing in the zone of its midsection. In the shell of the front part of the fairing, in its peripheral zone, a through hole or a group of holes is made, communicating the inner cavity of the fairing through the annular channel and the inlet with the outer space of the air intake device from the side of the incoming air flow. In the rear part of the fairing, an outlet is made, located around the dust removal pipe passing through the fairing, which communicates the inner cavity of the fairing with the space of the flow channel of the tunnel in the zone between its rotary and straight sections.

Благодаря вышеописанной конструкции воздухозаборного устройства при полете вертолета в загрязненной атмосфере частицы песка и пыли, вошедшие во взаимодействие с лобовой поверхностью обтекателя и находящиеся в пристеночном слое обтекателя будут проходить во входное отверстие, образованное передней кромкой экрана с поверхностью передней части обтекателя, двигаться через внутреннюю полость обтекателя и выходить из него в воздушный поток внутри тоннеля перед входом в сепаратор. После прохождения сепаратора очищенный от частиц песка и пыли воздух поступает к ГТД, а пылевой концентрат удаляется из устройства по патрубку отвода пыли с помощью эжектора. Кроме того, в предлагаемом воздухозаборном устройстве передняя зона экрана выполнена в виде конусной поверхности и используется в качестве отражателя частиц песка и пыли в боковую сторону от потока. Благодаря приданию частицам более благоприятных начальных условий крупнодисперсные частицы выводятся во внешний воздушный поток, повышая общую эффективность очистки воздуха в устройстве.Due to the above-described design of the air intake device, when a helicopter is flying in a polluted atmosphere, sand and dust particles that have entered into interaction with the frontal surface of the fairing and located in the near-wall layer of the fairing will pass into the inlet formed by the leading edge of the screen with the surface of the front part of the fairing, move through the inner cavity of the fairing and out of it into the air flow inside the tunnel before entering the separator. After passing through the separator, the air purified from sand and dust particles enters the gas turbine engine, and the dust concentrate is removed from the device through the dust removal pipe using an ejector. In addition, in the proposed air intake device, the front area of the screen is made in the form of a conical surface and is used as a reflector of sand and dust particles to the side of the flow. By providing the particles with more favorable initial conditions, coarse particles are discharged into the external air stream, increasing the overall efficiency of air purification in the device.

Сущность заявленного воздухозаборного устройства поясняется на схемах - Фиг. 1, 2.The essence of the claimed air intake device is illustrated in the diagrams - Fig. 12.

На схеме Фиг. 1 показан продольный разрез воздухозаборного устройства-прототипа [4], его основные элементы, линии тока воздуха на входе в устройство при режимах висения и горизонтального полета, также показаны траектории движения частиц песка и пыли.In the diagram of FIG. 1 shows a longitudinal section of the prototype air intake device [4], its main elements, air flow lines at the inlet to the device in hovering and horizontal flight modes; the trajectories of sand and dust particles are also shown.

На схеме Фиг. 2 показан продольный разрез воздухозаборного устройства, выполненного в соответствии с настоящим предложением, также показаны линии тока воздуха и траектории движения частиц песка и пыли в условиях полета вертолета в загрязненном воздухе.In the diagram of FIG. 2 shows a longitudinal section of an air intake device made in accordance with the present proposal, and also shows air flow lines and trajectories of sand and dust particles during a helicopter flight in polluted air.

Воздухозаборное устройство Фиг. 1 включает в себя входной тоннель 1, выполненный в виде обечайки 2, имеющей с передней стороны входное отверстие с коллекторной губой 3. С передней стороны входного тоннеля 1 установлен обтекатель 4, представляющий собой тело вращения, имеющее переднюю расширяющуюся часть 4' и заднюю сужающуюся часть 4'', между указанными частями обтекателя располагается наибольшее по диаметральному размеру поперечное сечение обтекателя М-М - миделево сечение. Обтекатель 4 крепится к входному тоннелю 1 соосно и формирует совместно с тоннелем воздухозаборное кольцевое отверстие 8 и проточный канал 9 с поворотным участком 9' и прямым участком 9''. Задним фланцем входной тоннель соединяется с вертолетным ГТД 13. В состав воздухозаборного устройства входят также: сепаратор 5, магистраль отвода пыли из сепаратора 5 - прямой патрубок 6, поворотный патрубок 6' и эжектор отсоса пылевого концентрата 7.Air Intake Device FIG. 1 includes an entrance tunnel 1, made in the form of a shell 2, having an inlet opening with a collector lip 3 on the front side. From the front side of the entrance tunnel 1, a fairing 4 is installed, which is a body of revolution having a front expanding part 4 'and a rear tapering part 4 '', between the specified parts of the fairing is the largest diameter cross-section of the fairing M-M - midsection. The fairing 4 is attached to the entrance tunnel 1 coaxially and forms, together with the tunnel, an annular air intake hole 8 and a flow channel 9 with a turning section 9 'and a straight section 9' '. The rear flange connects the entrance tunnel to the helicopter GTE 13. The air intake device also includes: separator 5, line for removing dust from separator 5 - straight pipe 6, rotary pipe 6 'and ejector for suction of dust concentrate 7.

Сепаратор 5 представляет собой конусообразную жалюзийную решетку, состоящую из набора последовательно расположенных отражающих кольцевых элементов 5' и опоры 5'', между которыми образованы перепускные щелевые протоки 11, сообщающие внутреннюю полость сепаратора с пространством проточного канала 9. Своей задней опорой 5'' сепаратор крепится к центральному фланцу вертолетного двигателя 13. Патрубок отвода пыли 6 размещается между задней опорой 5'' сепаратора и обтекателем 4, с помощью поворотного патрубка 6'. пылеотводная магистраль соединяется с эжектором отсоса пылевого концентрата 7.The separator 5 is a cone-shaped louvred lattice, consisting of a set of sequentially located reflective annular elements 5 'and a support 5' ', between which there are formed bypass slotted channels 11, which communicate the inner cavity of the separator with the space of the flow channel 9. The separator is attached with its rear support 5' ' to the central flange of the helicopter engine 13. The dust removal branch pipe 6 is located between the rear support 5 "of the separator and the fairing 4 by means of a rotary branch pipe 6 '. The dust extraction line is connected to the dust concentrate suction ejector 7.

В предлагаемом воздухозаборном устройстве Фиг. 2 выполнена дополнительная система сбора и удаления из воздуха, поступающего к вертолетному ГТД, частиц песка и пыли в режиме полета вертолета в загрязненной атмосфере. Работа системы основана на использовании процессов инерционной сепарации тяжелых частиц песка и пыли, имеющих место при огибании воздушным потоком обтекателя устройства. С этой целью на обтекателе 4 установлен экран 14, выполненный в виде обечайки, имеющей переднее отверстие 15 с диаметральным размером меньше диаметра миделевого сечения М-М обтекателя 4. Заднее отверстие обечайки экрана имеет диаметр, равный диаметру миделевого сечения. Экран установлен и закреплен на передней части 4' обтекателя 4, в его периферийной зоне с зазором от поверхности обтекателя, так что между поверхностями обтекателя и экрана сформирован кольцевой канал 16. Входное отверстие 17 в указанный канал образовано пространством между кромкой переднего отверстия 15 экрана 14 и поверхностью передней части обтекателя 4'. Кромкой заднего отверстия экран примыкает к обтекателю 4 в зоне его миделевого сечения М-М. В оболочке передней части 4' обтекателя, в ее периферийной зоне выполнено отверстие 18 (или группа отверстий), сообщающее внутреннюю полость обтекателя через кольцевой канал 16 и входное отверстие 17 с внешним пространством воздухозаборного устройства со стороны набегающего воздушного потока. В задней части обтекателя 4'' в месте прохождения сквозь его оболочку патрубка отвода пыли 6, выполнено выходное отверстие-19, сообщающее внутреннюю полость обтекателя 4 с пространством проточного канала 9 Фиг. 1 входного тоннеля 1, в зоне перед входным отверстием 10' в сепаратор 5. Передний участок экрана 14 Фиг. 2 выполнен в виде пояса 14', имеющего коническую поверхность, при этом образующая конуса расположена к оси обтекателя 4 под углом α, обеспечивающем необходимые условия для отражения частиц песка и пыли от указанной конической поверхности и последующего выхода их в боковом направлении из воздушного потока, ограниченного линиями тока 20-21, движущегося к воздухозаборному отверстию 8 устройства. Место перехода от переднего конического участка экрана-пояса 14' к последующему заднему участку 14'' выполнено с резким изломом контура экрана - с малым радиусом перехода.In the proposed air intake device FIG. 2, an additional system for collecting and removing sand and dust particles from the air supplied to the helicopter GTE in the helicopter flight mode in a polluted atmosphere is made. The operation of the system is based on the use of processes of inertial separation of heavy particles of sand and dust, which take place when the air flow around the fairing of the device. For this purpose, a screen 14 is installed on the fairing 4, made in the form of a shell having a front opening 15 with a diameter size less than the diameter of the midsection MM of the fairing 4. The rear opening of the screen shell has a diameter equal to the diameter of the midsection. The screen is installed and fixed on the front part 4 'of the fairing 4, in its peripheral zone with a gap from the surface of the fairing, so that an annular channel 16 is formed between the surfaces of the fairing and the screen. surface of the front part of the fairing 4 '. With the edge of the rear opening, the screen adjoins the fairing 4 in the zone of its midsection MM. An opening 18 (or a group of holes) is made in the shell of the front part 4 'of the fairing, in its peripheral zone, which communicates the inner cavity of the fairing through the annular channel 16 and the inlet 17 with the outer space of the air intake from the side of the incoming air flow. In the rear part of the fairing 4 '' in the place of passage through its shell of the dust removal pipe 6, an outlet-19 is made, which communicates the inner cavity of the fairing 4 with the space of the flow channel 9 FIG. 1 of the entrance tunnel 1, in the area in front of the entrance opening 10 'to the separator 5. The front portion of the screen 14 FIG. 2 is made in the form of a belt 14 'having a conical surface, while the generatrix of the cone is located to the axis of the fairing 4 at an angle α, which provides the necessary conditions for the reflection of sand and dust particles from the specified conical surface and their subsequent exit in the lateral direction from the air flow limited streamlines 20-21 moving to the air intake 8 of the device. The place of transition from the front conical section of the screen-belt 14 'to the subsequent rear section 14' 'is made with a sharp break in the contour of the screen - with a small transition radius.

Воздухозаборное устройство работает следующим образом. При работе вертолета на режимах малых скоростей перемещения (руления, взлет-посадки, висения и т.п.) картина линий тока воздуха, притекающего к воздухозаборному отверстию 8 - Фиг. 1, показана штриховыми линиями 8'. На криволинейном участке 9' кольцевого канала 9 осуществляется инерционная сепарация пылевых частиц, которые движутся по криволинейным траекториям и поступают во входное отверстие 10' сепаратора 5. Направление движения воздуха и пыли показано стрелками 12 - чистый воздух, 12' - воздух с пылью, 12'' - пылевой концентрат. В сепараторе продолжается дальнейшая ступенчатая концентрация загрязняющего материала в воздухе, пылевой концентрат 12'' поступает по магистрали отвода пыли (патрубки отвода 6 и 6') в эжектор 7, откуда выводится из устройства в окружающее пространство. Воздух, очищенный от загрязняющих частиц на криволинейном участке 9', поступает в кольцевой проход 10 и по прямому участку 9'' проточного канала 9 проходит во вход вертолетного ГТД 13. Часть воздуха 12, очищенного в сепараторе 5, по перепускным щелевым протокам 11 также поступает в проточный канал 9 и в двигатель. Описанным выше образом работают и воздухозаборное устройство-прототип (''грибковое'' ПЗУ) и предлагаемое устройство на режимах работы вертолета с малой скоростью перемещения.The air intake device works as follows. When the helicopter is operating at low speeds of movement (taxiing, takeoff and landing, hovering, etc.), the pattern of the air flow lines flowing to the air intake opening 8 - Fig. 1 is shown by dashed lines 8 '. On the curved section 9 'of the annular channel 9, inertial separation of dust particles is carried out, which move along curved trajectories and enter the inlet 10' of the separator 5. The direction of movement of air and dust is shown by arrows 12 - clean air, 12 '- air with dust, 12' '- dust concentrate. In the separator, a further stepwise concentration of the polluting material in the air continues, the dust concentrate 12 '' enters through the dust removal line (branch pipes 6 and 6 ') into the ejector 7, from where it is discharged from the device into the surrounding space. The air, cleaned of pollutants in the curved section 9 ', enters the annular passage 10 and along the straight section 9' 'of the flow channel 9 passes into the inlet of the helicopter GTE 13. Part of the air 12 purified in the separator 5 also enters the bypass slotted ducts 11 into the flow channel 9 and into the engine. In the manner described above, both the prototype air intake device ("fungal" ROM) and the proposed device operate in the helicopter operating modes with a low speed of movement.

При работе вертолета на режимах полетных скоростей картина линий тока воздуха, притекающего к воздухозаборному отверстию 8 устройства-прототипа, показано на Фиг. 1 штриховыми линиями 20 и 21, которые ограничивают часть набегающего воздушного потока, следующего к двигателю из центральной зоны. В указанную часть потока дополнительно поступают также частицы песка и пыли из боковой зоны потока между линиями тока 21-22. Точки К и К' - критические точки линий тока 20, 21. Наибольшая доля частиц из набегающего потока поступает из центральной зоны, при этом основная доля крупнодисперсных (наиболее абразивоопасных) частиц приходит в контактное взаимодействие с поверхностью обтекателя 4. После соударения с поверхностью частицы следуют вдоль нее и концентрируются в пристеночном слое. При исходной геометрии обтекателя благодаря плавным обводам контура в зоне наибольших диаметральных размеров (миделя) частицы пыли не имеют сколь-либо значимых запасов энергии боковой составляющей скорости движения для пересечения воздушного потока, ограниченного линией тока 21. В итоге они проходят с потоком в воздухозаборное отверстие 8 устройства - Фиг. 1, в основном не попадают во вход 10' сепаратора 5, а проходят в отверстие 10 прямо во вход ГТД 13.When the helicopter is operating at flight speeds, the pattern of the air stream lines flowing to the air intake opening 8 of the prototype device is shown in FIG. 1 by dashed lines 20 and 21, which delimit a part of the oncoming air flow following to the engine from the central zone. The specified part of the flow is additionally supplied with sand and dust particles from the side zone of the flow between the streamlines 21-22. Points K and K 'are the critical points of streamlines 20, 21. The largest fraction of particles from the incident flow comes from the central zone, while the bulk of coarse (most abrasive) particles comes into contact with the surface of the fairing 4. After collision with the surface, the particles follow along it and are concentrated in the parietal layer. With the original geometry of the fairing, due to the smooth contour lines in the zone of the largest diametrical dimensions (midship), the dust particles do not have any significant reserves of energy of the lateral component of the speed of movement for crossing the air flow limited by the streamline 21. As a result, they pass with the flow into the air intake hole 8 device - FIG. 1, generally do not enter the inlet 10 'of the separator 5, but pass through the opening 10 directly into the inlet of the gas turbine engine 13.

При работе воздухозаборного устройства, оборудованного обтекателем, выполненным в соответствии с предлагаемым изобретением, картина движения пылевых частиц в режиме полета изменяется - Фиг. 2. Во-первых, частицы песка и пыли, движущиеся по поверхности обтекателя в пристеночном слое его центральной зоны, попадают во входное отверстие 17, окаймляющее лобовую зону обтекателя, при этом кромка переднего отверстия 15 экрана 14 выполняет роль разделителя потоков, отделяя от общего потока 20-21 боковой отвод, поступающий через кольцевой канал 16 отверстие 18 во внутреннюю полость обтекателя 4. Далее воздух, обогащенный загрязняющими частицами, выходит из обтекателя через отверстие 19, поступает во вход 10' сепаратора 5, в котором очищается в штатном режиме работы воздухоочистительного устройства, при этом в полетном режиме вертолета эжектор отсоса пыли в устройстве находится во включенном состоянии. Во-вторых, благодаря выполнению в передней части экрана 14 участка с конической поверхностью 14', частицы песка и пыли, входящие в контактное взаимодействие с указанной поверхностью, приобретают значительную величину радиальной составляющей скорости движения. После выхода в боковую зону 20-21 воздушного потока частицы имеют значительный запас инерции для преодоления наиболее узкого участка бокового потока (в зоне миделя) и выходят за его пределы - линию тока 21. На Фиг. 2 условно показаны траектории движения частиц разных размеров (5-40 ммк) после выхода их в месте излома контура обтекателя.During operation of the air intake device equipped with a fairing made in accordance with the invention, the pattern of movement of dust particles in flight mode changes - Fig. 2. Firstly, particles of sand and dust moving along the surface of the fairing in the near-wall layer of its central zone enter the inlet 17, bordering the frontal area of the fairing, while the edge of the front opening 15 of the screen 14 acts as a flow separator, separating from the general flow 20-21 side outlet, entering through the annular channel 16 opening 18 into the inner cavity of the fairing 4. Further, the air enriched with pollutants leaves the fairing through the opening 19, enters the inlet 10 'of the separator 5, in which it is cleaned in the normal operating mode of the air cleaning device , while in the flight mode of the helicopter, the dust suction ejector in the device is on. Secondly, due to the implementation in the front part of the screen 14 of a section with a conical surface 14 ', the particles of sand and dust entering into contact with the specified surface acquire a significant value of the radial component of the speed of movement. After entering the lateral zone 20-21 of the air flow, the particles have a significant margin of inertia to overcome the narrowest section of the lateral flow (in the midship zone) and go beyond it - streamline 21. FIG. 2 conventionally shows the trajectories of motion of particles of different sizes (5-40 mm) after their exit in the place of the bend of the fairing contour.

В результате использования предлагаемого воздухозаборного устройства значительная доля крупнодисперсных фракций пыли может эффективно удаляться из воздуха, поступающего в вертолетный ГТД в режиме полета вертолета в загрязненной атмосфере.As a result of using the proposed air intake device, a significant proportion of coarse dust fractions can be effectively removed from the air entering a helicopter GTE in a helicopter flight mode in a polluted atmosphere.

Источники информацииSources of information

1. Патент US №4881367, 1989 F02C 3/32.1. US patent No. 4881367, 1989 F02C 3/32.

2. Патент US №3513691, 1970 F02C 3/32.2. US patent No. 3513691, 1970 F02C 3/32.

3. Патент US №4493185, 1985 F04D 29/70.3. US patent No. 4493185, 1985 F04D 29/70.

4. В.А. Дмитриев, В.М. Занько, Н.П. Калинин, А.И. Кривко Вертолет Ми-8 МТВ, Москва, Транспорт 1995 г. (стр. 164, Пылезащитное устройство).4. V.A. Dmitriev, V.M. Zanko, N.P. Kalinin, A.I. Krivko Helicopter Mi-8 MTV, Moscow, Transport 1995 (p. 164, Dust protection device).

Claims (1)

Воздухозаборное устройство вертолетного газотурбинного двигателя, удаляющее из воздуха частицы песка и пыли, включающее в свой состав входной тоннель, выполненный в виде обечайки, имеющей с передней стороны входное отверстие с коллекторной губой, обтекатель, представляющий собой тело вращения, имеющее переднюю расширяющуюся и заднюю сужающуюся части и наибольшее по диаметральному размеру поперечное сечение обтекателя, миделево сечение, установленный во входном тоннеле со стороны его входного отверстия, крепящийся к тоннелю соосно и формирующий совместно с тоннелем воздухозаборное кольцевое отверстие устройства, а также проточный канал с поворотным и прямым участками, в состав устройства входят также сепаратор, патрубок отвода пыли из сепаратора и эжектор отсоса пыли, отличающееся тем, что на обтекателе установлен экран, выполненный в виде обечайки, имеющей переднее отверстие с диаметральным размером меньше диаметра миделевого сечения обтекателя и заднее отверстие с диаметральным размером, равным диаметру миделевого сечения, экран установлен на передней части обтекателя в его периферийной зоне с зазором, так что между поверхностями обтекателя и экрана сформирован кольцевой канал, имеющий входное отверстие, образованное кромкой переднего отверстия экрана и поверхностью обтекателя, кромкой своего заднего отверстия экран примыкает к обтекателю в зоне его миделевого сечения, в оболочке передней части обтекателя в ее периферийной зоне выполнено проходное отверстие или группа отверстий, сообщающих внутреннюю полость обтекателя через кольцевой канал и его входное отверстие с внешним пространством воздухозаборного устройства со стороны набегающего воздушного потока, в задней части обтекателя выполнено выходное отверстие, расположенное вокруг проходящего через обтекатель патрубка отвода пыли, сообщающее внутреннюю полость обтекателя с пространством проточного канала тоннеля в зоне перед входом воздуха в сепаратор, передний участок экрана выполнен в виде пояса с конической поверхностью, образующая которой расположена к оси обтекателя под углом, обеспечивающим условия для отражения частиц песка и пыли от указанной конической поверхности и последующего выхода их в боковом направлении из воздушного потока, движущегося к воздухозаборному отверстию устройства, при этом переход от конического участка экрана к последующему заднему участку, примыкающему к миделевому сечению обтекателя, выполнен с изломом контура экрана.The air intake device of a helicopter gas turbine engine, which removes sand and dust particles from the air, includes an entrance tunnel made in the form of a shell, having an inlet with a collector lip on the front side, a fairing, which is a body of revolution with a front expanding and rear tapering parts and the largest diameter cross-section of the fairing, midsection, installed in the inlet tunnel from the side of its inlet opening, attached to the tunnel coaxially and forming, together with the tunnel, an air intake annular opening of the device, as well as a flow channel with rotary and straight sections, the device includes also a separator, a branch pipe for removing dust from the separator and a dust suction ejector, characterized in that a screen is installed on the fairing, made in the form of a shell having a front opening with a diametrical size less than the diameter of the midsection of the fairing and a rear opening with a diametrical size ohm equal to the diameter of the midsection, the screen is installed on the front part of the fairing in its peripheral zone with a gap, so that an annular channel is formed between the surfaces of the fairing and the screen, having an inlet formed by the edge of the front opening of the screen and the surface of the fairing, the edge of its rear opening adjoins the screen to the fairing in the zone of its midsection, in the shell of the front part of the fairing in its peripheral zone, a through hole or a group of holes is made, communicating the inner cavity of the fairing through the annular channel and its inlet with the outer space of the air intake device from the side of the incoming air flow, in the rear part of the fairing an outlet is made, located around the dust exhaust pipe passing through the fairing, which communicates the inner cavity of the fairing with the space of the flow channel of the tunnel in the area in front of the air inlet into the separator, the front section of the screen is made in the form of a belt with a conical surface surface, the generatrix of which is located to the axis of the fairing at an angle that provides conditions for the reflection of sand and dust particles from the specified conical surface and their subsequent exit in the lateral direction from the air flow moving to the air intake opening of the device, while the transition from the conical section of the screen to the subsequent rear the section adjacent to the midsection of the fairing is made with a break in the contour of the screen.
RU2020134339A 2020-10-20 2020-10-20 Air intake device of helicopter gas turbine engine that removes sand and dust particles from air RU2752445C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134339A RU2752445C1 (en) 2020-10-20 2020-10-20 Air intake device of helicopter gas turbine engine that removes sand and dust particles from air

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134339A RU2752445C1 (en) 2020-10-20 2020-10-20 Air intake device of helicopter gas turbine engine that removes sand and dust particles from air

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2752445C1 true RU2752445C1 (en) 2021-07-28

Family

ID=77226162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020134339A RU2752445C1 (en) 2020-10-20 2020-10-20 Air intake device of helicopter gas turbine engine that removes sand and dust particles from air

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2752445C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3421296A (en) * 1966-11-15 1969-01-14 United Aircraft Corp Engine inlet air particle separator
US4860534A (en) * 1988-08-24 1989-08-29 General Motors Corporation Inlet particle separator with anti-icing means
US4881367A (en) * 1987-04-14 1989-11-21 Rolls-Royce Plc Gas turbine engine
RU2638692C2 (en) * 2016-03-21 2017-12-15 Акционерное общество "Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля" Engine dust-protecting device (versions)
RU2671256C1 (en) * 2017-09-28 2018-10-30 Юрий Яковлевич Ситницкий Air-intake device for a helicopter gas turbine engine removing air sand particles, dust and other imparents from air

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3421296A (en) * 1966-11-15 1969-01-14 United Aircraft Corp Engine inlet air particle separator
US4881367A (en) * 1987-04-14 1989-11-21 Rolls-Royce Plc Gas turbine engine
US4860534A (en) * 1988-08-24 1989-08-29 General Motors Corporation Inlet particle separator with anti-icing means
RU2638692C2 (en) * 2016-03-21 2017-12-15 Акционерное общество "Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля" Engine dust-protecting device (versions)
RU2671256C1 (en) * 2017-09-28 2018-10-30 Юрий Яковлевич Ситницкий Air-intake device for a helicopter gas turbine engine removing air sand particles, dust and other imparents from air

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3196442B1 (en) Inlet particle separator for a turbine engine
US3616616A (en) Particle separator especially for use in connection with jet engines
US10036319B2 (en) Separator assembly for a gas turbine engine
US5139545A (en) Air intakes for gas turbine engines
US3993463A (en) Particle separator for turbine engines of aircraft
EP1237641B1 (en) Engine with upstream and rotationally attached guard
US3766719A (en) Particle and moisture separator for engine inlet
EP1893857B1 (en) Inertial particle separator
US8539748B2 (en) Segmented inertial particle separators and methods of assembling turbine engines
JPH0476018B2 (en)
US20120131900A1 (en) Inlet particle separator system
US20120000168A1 (en) Inlet air filtration system
RU2671256C1 (en) Air-intake device for a helicopter gas turbine engine removing air sand particles, dust and other imparents from air
US5222693A (en) Apparatus for separating particulate matter from a fluid flow
JP2002517657A (en) Integrated inertial particle separator for gas turbine engines with radial inlets
US20220056845A1 (en) Gas turbine engine with inertial particle separator
US20190024587A1 (en) Fan integrated inertial particle separator
US20160090912A1 (en) Inlet particle separator system
RU2742697C1 (en) Air intake device for helicopter gas turbine engine, removing particles of sand and dust from air
US10767559B2 (en) Adaptive-area inertial particle separators
RU2752445C1 (en) Air intake device of helicopter gas turbine engine that removes sand and dust particles from air
RU2752446C1 (en) Air intake device of helicopter gas turbine engine
CN111544964B (en) Engine and particle separator thereof
RU2752681C1 (en) Method for protecting gas generator of turbojet by-pass engine from dust particles
US10287980B2 (en) Particle separating fluid intake