Изобретение относится к двигателестроению, в том числе к авиационным и стационарным двигателям конкретно к турбовинтовым двигателям – ТВД, в которых применен ядерный реактор.
Предложенное техническое решение (рис. 1…4) содержит винт 1, вал винта 2, корпус 3. Двигатель выполнен трехвальным и содержит внешний вал 4, промежуточный вал 5 и внутренний вал 6. Двигатель содержит, в свою очередь воздухозаборник 7, компрессор 8 который выполнен двухкаскадным и содержит компрессор низкого давления 9, имеющий статор 10 и ротор 11 и компрессор высокого давления 12, содержащий статор 13 и ротор 14. Кроме того, двигатель содержит турбину 15. Турбина 15 выполнена трехкаскадной и содержит турбину высокого давления 16, с сопловым аппаратом 17 и ротором 18, турбину среднего давления 19 с сопловым аппаратом 20 и ротором 21 и турбину низкого давления 22, соответственно с сопловым аппаратом 23 и ротором 24. Турбины высокого давления 16, турбина среднего давления 19 и турбина низкого давления 22 могут содержать одну или несколько ступеней. В дальнейшем приводится описание с применением всех турбин с одной ступенью. Турбина 15 заключена в коническом корпусе 25, расширяющемся по потоку. За турбиной низкого давления 19 установлено реактивное сопло 26. Внешний вал 4 соединяет ротор 14 компрессора высокого давления 12 и ротор 18 турбины высокого давления 16, промежуточный вал 5 соединяет ротор 11 компрессора низкого давления 9 и ротор 21 турбины среднего давления 19, а внутренний вал 12 соединят воздушный винт 1 и промежуточный Вал 5. Двигатель имеет три теплообменника: теплообменник-подогреватель 27, установленный между компрессором высокого давления 12 и турбиной высокого давления 16, первый дополнительный теплообменник 28, установленный между турбиной высокого давления 16 и турбиной среднего давления 19 и второй дополнительный теплообменник 29, установленный между турбиной среднего давления 19 и турбиной высокого давления 22 и частично вмонтированные в корпус 25 турбины 15.
Двигатель содержит ядерный реактор 30 соединенный подводящим (по отношению к теплообменникам) трубопроводом рециркуляции 31, насосом 32 с приводом 33 с тепло-обменником-подогревателем 27 и дополнительными теплообменниками 28 и 29. Подводящие трубопроводы рециркуляции 31 содержат отсечные клапаны 34, 35 и 36. К ядерному реактору 30 и теплообменникам 27, 28 и 29 присоединены отводящие (по отношению к теплообменникам) трубопроводы рециркуляции 37 с отсечными клапанами 38, 39 и 40. Двигатель содержит блок управления 41, соединенный электрические связями 42 с ядерным реактором 30 и приводом 33 (рис. 1).

К выходу из компрессора высокого давления 12 присоединены два воздушных трубопровода 43 и 44 с регуляторами 45 и 46 с приводами 47 и 48. Выходы воздушных трубопроводов 43 и 44 соединены соответственно с дополни-тельными теплообменниками 28 и 29.
Возможен вариант исполнения двигателя с редуктором 49 (рис. 2), установленным между внутренним валом 6 и валом 2 воздушного винта 1.

Также возможен вариант исполнения винта 1 с двумя рядами лопастей первым 50 и вторым 51. Также возможен вариант, (рис. 4), когда второй ряд лопастей 51 соединен с промежуточным валом 5. При этом первый ряд лопастей 50 может быть соединен с внутренним валом 6 напрямую (рис. 4) или через редуктор 49 (на рис. 1…4 последний вариант не показан).

Возможны три варианта работы двигателя.
1. Работает только теплообменник-подогреватель.
2. Работают теплообменник-подогреватель и первый дополнительный теплообменник.
3. Работают все три теплообменника.
Запуск и работа двигателя.
Предварительно по команде с блока управления 41 запускают ядерный реактор 30 и включают привод 32 насоса 31. Потом открывают отсечные клапаны 34…39. Теплоноситль по подводящим трубопроводам рециркуляции 31 подается в теплобменники 27, 28 и 29, отдает тепло и по отводящим трубопроводам 37 возвращается в ядерный реактор 30. Осуществляют запуск двигателя стартером (стартер на рис. 1…4 не показан) путем раскрутки одного из валов 4, или 5 или 6. В результате воздух, сжатый в компрессорах 10 и 12 проходит теплообменники 27, 28 и 29 и турбину высокого давления 16, турбину сред-него давления 19 и турбину низкого давления 22. Сжатый воздух проходит через турбины 16, 19 и 22 и раскручивает все ротора и винт 1. В результате двигатель запущен и готов к работе. Управление двигателем по режимам и его выключение выполняется блоком управления 41 воздействием на ядерный реактор 30 и привод 33 насоса 32, перекачиваю-щего теплоноситель (жидкий натрий). При регулировке возможно частичное или полное отключение одного из теплообменников 28 и 29 при помощи регуляторов 45 и 46 посредством приводов 47 и 48. по команде с блока управления 41 (рис. 1).
Применение изобретения позволило:
1. Улучшить приемистость работы двигателя.
2. Повысить надежность работы двигателя, так как при отказе одного теплообменника и может продолжить работу с незначительной потерей мощности.
3. Повысить КПД газотурбинного двигателя за счет более рациональной компоновки двигателя, наличия винта, дающего дополнительную тягу, отсутствия жесткой кинематической связи между компрессором и турбиной. Это позволило спроектировать оптимальные компрессор и турбину, например, на разные рабочие обороты и оптимально согласовать их совместную работу.
4. Обеспечить оптимальную работу двигателя на переходных режимах, вследствие того, что турбовинтовые двигатели создают часть тяги винтом, а часть за счет реактивного сопла.
5. Значительно уменьшится расход топлива при эксплуатации самолета и вообще отка-заться от химического топлива на всех режимах, используя только атомную энергию, это имеет важное значение в связи с исчерпанием ресурсов углеводородного топлива, его удорожанием и отсутствием альтернативы этому виду топлива. Применение водорода, имеющего стоимость в сотни раз большую, чем керосин в ближайшие 100 лет бесперспективно, а использование сжиженного природного газа из-за его плохих энергетических характеристик и сложности в эксплуатации криогенной техники весьма ограничено.
6. Облегчить условия работы винта за счет его нежесткой связи с каскадами компрессора и возможности их взаимного проскальзывания и рассогласования оборотов роторов компрессора и винта.
7. Облегчить запуск и останов двигателя за счет применения трехвальной схемы, при использовании которой для запуска двигателя достаточно стартером раскрутить один из роторов.
8. Уменьшить вес и габариты двигателя за счет достижения больших степеней сжатия в трехвальном двигателе по сравнению с двухвальным.

Автор статьи: Патентный поверенный РФ Болотин Николай Борисович