Предложена концепция газотурбинного струйного двигателя. Цель разработки - повышение термического коэффициента полезного действия (КПД) двигателя за счет увеличения температуры рабочего тела. Двигатель представляет собой устройство типа сегнерова колеса с вращающейся камерой сгорания и тангенциально установленными соплами. Вращающий момент создается за счет силы реакции струй, истекающих из сопел. Полное расширение рабочего тела происходит в системе роторов, установленных коаксиально с камерой сгорания и также оснащенных реактивными соплами. Охлаждение камеры сгорания и сопел камеры осуществляется жидкометаллическим теплоносителем, циркуляция которого обеспечивается за счет центробежных сил в сочетании с термосифонным эффектом. Расчетные оценки показывают, что при температуре рабочего тела, соответствующей температуре горения стехиометрической смеси углеводородного топлива с воздухом, термический КПД на расчетном режиме равен 0,46, удельный расход топлива 0,258 кг/квтч, что сопоставимо с соответствующими показателями для поршневых двигателей.

1. 33ГАЗОТУРБИННЫЙ СТРУЙНЫЙ
ДВИГАТЕЛЬ (ГТСД)
А.В. Локотко, Новосибирск, 2014

2. ЧАСТЬ 1
НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ

3. Преимущества традиционого
газотурбинного двигателя по сравнению с
поршневым:
 Высокая удельная мощность;
 Благоприятные моментные характеристики;
 Относительная простота конструкции, хорошая
уравновешенность;
 Нечувствительность к видам топлива;
 Хорошие пусковые свойства;
 Большой ресурс, нетребовательность к качеству
смазки.
Недостатки:
 Низкая топливная экономичность.

4. Рабочий цикл ГТД
Термический КПД
)./( 00 lH
L
Q
Q
u
ee
t

 
Повышение температуры газов перед турбиной на 50
увеличивает значение ŋt на  2% [Р.М. Яблоник]



 1
1
1 
t
σ = pc /pa
)
1
1( 1




 zpT TcL
)1(
1




apk TcL
Удельная работа турбины
Удельная работа компрессора

5. Прототип: В.Г. Некрасов
Комбинированный силовой агрегат
Автомобильная промышленность, 1996, № 11, 1997, № 1
)1(2
. )
1
( 
 


 оптк
Оптимальная
степень сжатия для
достижения
максимальной
экономичности при
заданном  :
 = Th / T1 = 288 / 2300 = 0,1252
– отношение
температуры на входе Th
к температуре в камере
сгорания перед сопловым
аппаратом турбины T1 ;
σк.опт  38

6. СХЕМА СТРУЙНОГО ГТД

7. Газодинамический расчет проточного тракта двигателя
Исходя из заданных мощности и типичного КПД теплового двигателя т  40% находятся расходы
топлива gт и воздуха (G).
Задаются температура горения и степень сжатия компрессора. (T1= 2300K, σ = 20)
Определяются:
коэффициент полезной работы
скорость истечения из сопла (критическая)
кинетическая энергия струй
площадь критического сечения сопел
суммарная сила тяги сопел
реализуемая мощность от истечения струй N1 = Рc1Cс1 = Ec1
окружная скорость сопел
число оборотов ротора
неиспользованная кинетическая энергия струй E(1) = G (Wкр1 - Cc1)2
понижение температуры в процессе истечения
давление в пространстве истечения струй



1
1

 к
11
1
2
RTWкр




2
2
1
GW
Ec 
1
1
1
389,0 P
TG
Sc 
Pс1 = p0c1 Fc1 f() – p2Fc1
1
1
1
c
c
P
N
С 
Gc
N
TT
p
1
12 
1
)(
2
1
1
2




T
T
p
p
1
1
1
60
d
С
n c


т
k
l
l
 1
u
tт
H
N
g 

8. Термический кпд идеального цикла
кс
выхлкс
t
T
TT



)1(1
)1()
1
1(



m
k
m
k
mт
t









Термический кпд реального цикла
t = 0,467
ŋт = 0,9, ŋк = 0,86.
Полезная мощность = сумма мощностей 2 – 4 ступеней: 35,64 + 29,99 + 25,2 = 90,83 кВт
Расход воздуха: G = 0,11 кГ/с;
Температура горения: Тz = 2300K;
Удельный расход топлива: g = 0,258 кг/кВтч = 0,19 кг/л.с.ч;
Параметр 1 ступень 2 ступень 3 ступень 4 ступень
(кам. сгор.)
Температура К 2300 1935 1628 1370
Давление, ата 20 10,7 5,7 3,0
Скорость истечения, м/с 870 805,0 738,4 677,4
Мощность ступени, кВт 41,6 35,64 29,99 25,2
Площадь крит. сеч. сумм., см2 0,678 1,162 2,00 3,432
Диаметр одного сопла, мм 4,64 6,1 8,0 10,5
Импульс струй, Н 167,3 153,2 140,8 129,2
Сила тяги сопл, Н 95,55 88,2 82,03 74,68
Отношение: тяга/импульс 0,575 0,576 0,582 0,578
Диаметр окружности сопел, м 0,25 0,30 0,35 0,40
Окружная скорость м/сек 435,7 336,6 261,4 211,3
Число оборотов 1/мин 33063 25717 19969 16142
Результаты газодинамического расчета
Остаточные параметры газа за четвертой ступенью: температура Tвыхл = 1152К, давление 1,62 ата.
t = 0,473

9. Порядок теплового расчета КС
lNu 4.08.0
PrRe023,0

L
Nu 

WD
Re

 pC
Pr
Расчет выполняется в критериальной форме:
Коэффициент теплоотдачи от горячих газов к стенке камеры сгорания:
градмВт
градсекм
ккал
D
Nu 2
2
1
1 /1,4000958,0 




Теплоотдача при течении расплавленных металлов в трубах,
определяемая числом Нуссельта, зависит от числа Пекле (Pe)
Жаропрочные сплавы для роторов: на основе ниобия ВН2А, молибдена ЦМ3, вольфрама ВВ2 - сохраняют
прочность до 1200С; для камеры сгорания – бронзовые сплавы.
Жаростойкие керамики: нитрид бора и карбид вольфрама допускают температуру до 3000С.
Nu = a + bPe
a
uL
Pe 
Pe 1000 Nu = 14 U =0,25м/сек
Коэффициент теплоотдачи к металлу: 2 = 3000 Вт/м2 град
Давление в жидкости p, возникающее при вращении КС
за счет центробежной силы
22
rp  
При разности температур в “горячей” и “холодной” полостях рубашки
охлаждения 100С, перепад давления составит Δр = 4,7 МПа
Температура жидкометаллического теплоносителя: Тср2 = 608С
при условии, что площадь сброса тепла = 10 (площадь поверхности камеры сгорания)

10. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Расчетные оценки показывают, что предложенный газотурбинный струйный двигатель
обладает экономичностью, сравнимой с показателями для поршневых ДВС
Двигатель является «остро настроенным» на расчетный режим работы, поэтому его
применение, по-видимому, наиболее целесообразно в условиях постоянной нагрузки,
например, на автомобилях гибридных схем – для привода генераторов для заряда
аккумуляторов, в системах распределенной энергетики, на маломерных судах - в
качестве главного двигателя.
Изложенная концепция ГТД защищена патентами :
Патент на изобретение RU 2441998 C1 ГАЗОТУРБИННЫЙ СТРУЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. А.В. Локотко.
Патент Германии на полезную модель Deutsche Patentanmeldung Mr. 20 2012 102 965.0 – IPC F23R
3/42, Bezeichnung Gastyrbinenstrahimotor, Gebrauchsmusterinhabar Lokotko, Anatolij V., RU, Tag der
Anmeldung 07.08.2012, Tag der Eintragung 04.09.2012.
Публикации:
А.В. Локотко. Газотурбинный струйный двигатель. // “Газотурбинные технологии “ № 10/2012 (111), с. 42 – 47.
А.В. Локотко. Газотурбинный струйный двигатель. //”Академический журнал Западной Сибири” № 4 (47), Том
9, 2013, с. 114-115.
А.В. Локотко. Газотурбинный струйный двигатель. //Сборник трудов XIII Семинара по струйным, отрывным и
нестационарным течениям. Томск 26-29.06.2012. С. 231-235.
А.В. Локотко. Газотурбинный струйный двигатель. // Новосибирский кооперационный форум “Новые
технологии для промышленного производства” 17.10.2012 г. Сборник трудов, 1 стр. (страницы не обозначены).
А.В. Локотко. Газотурбинный струйный двигатель // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. № 1 2014
p. 107 – 116.
А.В. Локотко. Газотурбинный струйный двигатель. // Х Международная конференция по неравновесным
процессам в соплах и струях (NPNJ’ 2014) 25 – 31 мая 2014, г. Алушта. Сборник трудов. С. 561 – 563.

11. ЧАСТЬ 2
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ,
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

12. НОУ ХАУ
В конструкции ГТСД устранены турбинные лопатки, за счет
чего удалось повысить температуру в камере сгорания до
максимального уровня в 2300ºK.
Конкурентные преимущества ГТСД:
• Термический КПД = 46% (у современных ГТД – 37%);
• Работа на любом жидком и газовом топливе, включая
отходы нефтепродуктов, кислые попутные газы, свалочный
газ;
• Экологическая чистота - лучше требований ЕВРО – 6;
• Простая конструкция - высокий ресурс и низкая
себестоимость.

13. Генерация электроэнергии и тепла
ГТУ ГТСД
Термический КПД (%) 35-39% 46%
Виды топлива
бензин нет да
дизельное топливо да да
газ да да
попутный газ, в т.ч. кислый нет да
отходы нефтепродуктов нет да
Продукт – компактный, легкий многотопливный электрогенератор для
нефтяников, газовиков, геологов и отдаленных поселков.
В России установлено более 48 тысяч объектов малой энергетики.
Емкость рынка на 2020 год – около 10 млрд. $.
ПРИМЕНЕНИЯ ГТСД

14. ПРИМЕНЕНИЯ ГТСД
Гибридный транспорт
Дизель ГТСД ЕВРО 6
NOx 9,6 0,060 0,50
CO 6,2 1,170 1,50
NMHC 2,9 0,017 0,13
Сажа 0,5 0,004 0,01
HCHO 0,12 0,008
Экологически чистый городской гибридный транспорт, использующий любой
экономически эффективный вид топлива, в т.ч. биогаз и биодизель.
Существенная экономия на инфраструктуре по сравнению с троллейбусом и
трамваем.
Вложения в НИОКР и модернизацию производства в РФ до 2020 г. - 23,6 млрд. руб.
Мировой рынок – 10 000 ед. или EUR 4 млрд. в год.

15. ПРИМЕНЕНИЯ ГТСД
Прочие применения
Выработка электроэнергии из биогаза в
животноводстве.
Повышение эффективности работы
городских очистных сооружений.
Утилизация свалочного газа.
Компактный и легкий автономный источник
электроэнергии и тепла для МЧС и
медицины катастроф.

16. БИЗНЕС МОДЕЛЬ
Продажа лицензий и комплекта конструкторской
документации на производство двигателя российским, а в
перспективе – зарубежным машиностроительным
предприятиям.
Потенциальные клиенты в РФ:
ФГУП «Завод имени В. Я. Климова»
ФГУП «ОМО им. П.И.Баранова»
ОАО «КAДВИ»
ОАО ИПП «Энергия»
Источник прибыли проекта – выручка от лицензирования конструкции
ГТСД, роялти, заказные разработки.

17. МАРКЕТИНГ
Рынок: Компактные многотопливные генераторы для систем
распределенной энергетики. Гибридные приводы для
легкового и общественного транспорта. Главные двигатели
для маломерных судов.
География: РФ, затем страны Азии и Латинской Америки
Объем рынка: мировой - $ 4 000 млн.; РФ - $ 500 млн.; рост
рынка в год: 5-10 %.
Конкуренты: Capstone corp. (США)

18. КОМАНДА
Локотко Анатолий Викторович - д.т.н., руководитель проекта.
специалист в области прикладной газовой динамики, двигателей
внутреннего сгорания; стаж работы по специальности 53 года. Имеет 7
патентов на изобретения.
Шушпанов Михаил Михайлович– ведущий конструктор, богатый опыт
проектирования газодинамических установок. Стаж работы по спец. 55
лет. Имеет 5 патентов на изобретения.
Трошин Павел Александрович – инженер-конструктор, энергичен,
стремится к совершенству в своей профессии. Стаж работы 5 лет.

19. ФИНАНСОВЫЙ ПЛАН
Сумма инвестиций: $ 620 тысяч
Распределение инвестиций: 100% - Инвестор
Выход инвестора: продажа доли стратегическому
инвестору
Срок окупаемости проекта: 42 месяца
2014 2015 2016 2017 2018
Реализация 1 500 2 500
Валовая прибыль 1 370 2 350
Инвестиции 87 287 246

20. ПЛАН - ГРАФИК
2012 год - Выполнены расчетные НИР, подтверждена принципиальная
возможность разработки ГТСД, получены базовые патенты: на конструкцию в РФ
и полезную модель Германии. Публикация в журнале “Газотурбинные
технологии” № 10, 2012.
2014 год - Выступление на Russian Startup Tour 26.02.2014. Публикация в
журнале “Austrian Journal of Technical and Natural Sciences” 1-2014.
2014-2015 годы - Создание юридического лица, разработка комплекта рабочей
конструкторской документации. Размещение заказов на изготовление составных
частей опытного образца ГТСД.
2016 год - Испытания составных частей опытного образца ГТСД, изучение и
оптимизация их параметров.
2017 год - Изготовление и испытания опытного образца ГТСД. Начало продаж
лицензий и комплектов конструкторской документации производителям
двигателей.
2018 год – Выход Инвестора из проекта

21. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
lok@itam.nsc.ru
+7 923 706 68 71