Гондола турбореактивного двигателя с регулируемым поперечным сечением вентиляционного выпускного отверстия - RU2573686C2
Код документа: RU2573686C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к гондоле турбореактивного двигателя для летательного аппарата.
Летательный аппарат приводится в движение группой турбореактивных двигателей, каждый из которых находится в гондоле, также предназначенной для размещения в ней набора соответствующих приводных устройств, обеспечивающих ее функционирование и выполняющих различные функции при работающем или выключенном двигателе. К указанным приводным устройствам можно отнести механическую приводную систему реверсора тяги.
Как правило, гондола имеет трубчатую конструкцию и содержит водухозаборник, расположенный перед турбореактивным двигателем, среднюю секцию, охватывающую вентилятор турбореактивного двигателя, заднюю секцию, в которой расположены средства реверсирования тяги и которая окружает камеру сгорания турбореактивного двигателя. Обычно, в конце гондолы находится реактивное сопло, выпускное отверстие которого расположено ниже по потоку от турбореактивного двигателя (так называемое первичное сопло).
Современные гондолы часто предназначены для размещения в них двухконтурных турбореактивных двигателей, способных посредством вращающихся лопастей вентилятора генерировать горячий воздушный поток, также называемый первичным потоком и выходящий из камеры сгорания турбореактивного двигателя.
Как правило, гондола имеет наружную конструкцию, известную как наружная неподвижная конструкция (ННК). Данная наружная неподвижная конструкция совместно с концентрической внутренней конструкцией указанной задней секции, известной как внутренняя неподвижная конструкция (ВНК) и окружающей конструкцию турбореактивного двигателя по существу позади вентилятора, ограничивает кольцеобразный канал потока, также известный как вторичный канал, направляющий поток холодного воздуха, называемый вторичным потоком и циркулирующий снаружи турбореактивного двигателя.
Вокруг турбореактивного двигателя указанная внутренняя конструкция образует вентиляционные отсек и зоны, основная функция которых состоит в том, чтобы обновить воздух, циркулирующий между внутренней неподвижной конструкцией и двигателем.
Внутренняя конструкция и реактивное сопло задают поперечное сечение вентиляционного выпускного отверстия двигательного отсека.
Холодный воздух из группы источников (поступающий из вторичного потока) подается в вентиляционный отсек и циркулирует вдоль турбореактивного двигателя, где он нагревается перед выходом из вентиляционного выпускного отверстия.
В общем, размер поперечного сечения входного и выпускного вентиляционных отверстий выбирают таким образом, чтобы обеспечить надлежащую вентиляцию и давление в вентиляционном отсеке вдоль турбореактивного двигателя.
В документе WO 2009/024660 раскрыта подобная система для регулирования вентиляционного воздуха и давления в вентиляционном отсеке. Указанная известная система позволяет компенсировать неизбежные деформации турбореактивного двигателя во время полета летательного аппарата.
В частности, в документе WO 2009/024660 описана гондола турбореактивного двигателя, содержащая заднюю секцию, имеющую внутреннюю конструкцию, окружающую заднюю часть двигательного отсека и ограничивающую совместно с реактивным соплом, калиброванное поперечное сечение вентиляционного выпускного отверстия двигательного отсека благодаря разделительным средствам, установленным в поперечном сечении выпускного отверстия. Указанная известная система характеризуется тем, что данные разделительные средства включают в себя жесткие разделители, обеспечивающие постоянный зазор, и компенсирующие элементы, выполненные с возможностью адаптироваться к относительным движениям турбореактивного двигателя относительно гондолы.
При этом, однако, следует отметить, что турбореактивный двигатель оснащен воздушными выпускными клапанами высокого давления, позволяющими регулировать его работу. В общем, указанные выпускные клапаны расположены внутри внутренней неподвижной конструкции и проходят внутрь вентиляционного отсека.
Таким образом, в случае выпуска воздуха из одного или нескольких клапанов в указанный вентиляционный отсек при определенных условиях полета создается избыточное давление, которое необходимо компенсировать и регулировать.
Кроме того, непредусмотренное избыточное давление может возникнуть в результате разрыва воздуховода турбореактивного двигателя.
При этом такое избыточное давление приводит к неравномерным нагрузкам на внутреннюю конструкцию, работающую на износ, что, в свою очередь, может привести к деформациям указанной внутренней конструкции и, соответственно, к прекращению выхода потока воздуха за пределы гондолы, что вызывает снижение аэродинамической эффективности.
Как оказалось, в известных технических решениях не учитываются такие выпускные клапаны. Таким образом, существует необходимость в создании такого устройства, которое позволило бы в лучшей степени учесть указанные дополнительные ограничения.
В частности, имеющиеся технические решения не позволяют активно управлять вентиляционным выпускным отверстием.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить описанные выше проблемы и создать систему, позволяющую адаптировать вентиляционное выпускное отверстие к большинству вероятных ситуаций во время полета и изменениям давления.
Для решения указанной задачи в настоящем изобретении предложена гондола турбореактивного двигателя, содержащая заднюю секцию, имеющую внутреннюю конструкцию, окружающую заднюю часть двигательного отсека и ограничивающую совместно с реактивным соплом поперечное сечение вентиляционного выпускного отверстия двигательного отсека. Предлагаемая гондола отличается тем, что содержит по меньшей мере один подвижный элемент, связанный по меньшей мере с одним соответствующим органом управления; причем указанный подвижный элемент установлен с возможностью движения между отведенным положением, при котором поперечное сечение вентиляционного выпускного отверстия является максимальным, и рабочим положением, при котором подвижный элемент по меньшей мере частично уменьшает поперечное сечение вентиляционного выпускного отверстия относительно отведенного положения; причем указанный орган управления обеспечивает перемещение подвижного элемента между указанными отведенным и рабочим положениями.
Таким образом, за счет установки подвижного элемента, положением которого можно управлять, обеспечивается возможность точного регулирования поперечного сечения вентиляционного выпускного отверстия, причем указанное поперечное сечение можно легко адаптировать ко всем режимам полета и возможным аварийным ситуациям, которые могут стать причиной изменения давления в вентиляционном отсеке турбореактивного двигателя.
Подвижный элемент предпочтительно установлен с возможностью движения по меньшей мере в одно промежуточное положение между указанным отведенным положением и указанным рабочим положением. При этом такое движение подвижного элемента представляет собой дискретное движение.
Подвижный элемент предпочтительно установлен с возможностью непрерывного движения между указанными отведенным и рабочим положениями.
Подвижный элемент предпочтительно установлен с возможностью поступательного движения. В соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления изобретения, подвижный элемент установлен с возможностью поступательного движения вдоль по существу продольной оси гондолы.
В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, подвижный элемент установлен с возможностью поступательно движения по существу в радиальном направлении гондолы.
В качестве альтернативного варианта подвижный элемент установлен с возможностью вращения вокруг поворотной оси. Это, в частности, может быть заслонка клапана.
В соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления изобретения подвижный элемент установлен с возможностью перемещения на выходном раструбе реактивного сопла.
В соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения, подвижный элемент установлен с возможностью перемещения на стенке указанной внутренней конструкции.
В соответствии с третьим предпочтительным вариантом осуществления изобретения подвижный элемент установлен с возможностью перемещения между внутренней конструкцией и реактивным соплом.
Подвижный элемент предпочтительно выполнен из нескольких частей и проходит по меньшей мере частично по периферии вентиляционного выпускного отверстия.
В качестве альтернативного варианта подвижный элемент выполнен в виде единого цельного элемента, который является по меньшей мере частично периферийным.
Орган управления подвижного элемента предпочтительно содержит по меньшей мере одно электрическое приводное средство.
В качестве альтернативного варианта орган управления подвижного элемента содержит по меньшей мере одно пневматическое или гидравлическое приводное средство.
Следует обратить внимание на тот факт, что температура и давление в непосредственной близости от турбореактивного двигателя делают установку приводных и управляющих средств затруднительной.
Орган управления подвижного элемента предпочтительно содержит по меньшей мере одно приводное средство, по существу, при вентиляционном давлении. Таким образом, существует возможность обеспечить по меньшей мере частично автоматическое регулирование давления в вентиляционном отсеке.
Подвижный элемент предпочтительно установлен напротив упругого возвратного средства в направлении отведенного положения, при котором обеспечивается максимальное выпускное отверстие, или в направлении рабочего положения, при котором обеспечивается минимальное выпускное отверстие.
Настоящее изобретение станет более понятным при прочтении приведенного ниже подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
На фиг.1 схематично в продольном разрезе показана предлагаемая гондола в закрытом состоянии.
На фиг.2 частично в увеличенном масштабе схематично показана задняя секция гондолы с фиг.1.
На фиг.3 частично схематично в аксонометрии на виде сзади показана гондола с фиг.1.
На фиг.4 частично в продольном разрезе показан подвижный элемент, установленный в вентиляционном выпускном отверстии предлагаемой гондолы, изображенной на фиг 1.
На фиг.6-13 частично схематично в продольном разрезе показаны альтернативные варианты исполнения подвижного элемента, установленного в вентиляционном выпускном отверстии предлагаемой гондолы.
На фиг.1 схематично показано, что предлагаемая гондола 1 летательного аппарата так же, как и известные из уровня техники гондолы, содержит переднюю водухозаборную секцию 2, среднюю секцию 3, охватывающую вентилятор (не показан), и заднюю секцию 4, расположенную вокруг двигательного отсека 5. При этом в конце указанной задней секции 4 находится реактивное сопло 6, выпускное отверстие которого расположено позади турбореактивного двигателя.
Гондола 1 содержит наружную конструкцию 7, называемую наружной неподвижной конструкцией (ННК) и ограничивающую кольцеобразный канал 8 потока совместно с концентрической внутренней конструкцией 9, называемой внутренней неподвижной конструкцией (ВНК) и окружающей расположенную ниже по потоку часть 5 турбореактивного двигателя позади вентилятора.
Следует отметить, что наружная конструкция нижней по потоку секции 4 может быть оснащена реверсором тяги. Очевидно, что возможен вариант, при котором гондола не имеет реверсор тяги, причем такая гондола называется гладкой конструкцией.
Внутренняя конструкция 9 образует вентиляционный отсек 10 вокруг турбореактивного двигателя 5, обеспечивая циркуляцию потока охлаждающего воздуха (обозначен стрелками) вокруг турбореактивного двигателя, причем воздух подается из канала 8.
Поступивший воздух удаляется из вентиляционного отсека 10 через вентиляционное выпускное отверстие 11, заданное зазором между внутренней конструкцией 9 и реактивным соплом 6 и обеспечиваемое разделительными средствами (не показаны).
В соответствии с настоящим изобретением, в частности, как показано на фиг.4 и 5, иллюстрирующих первый вариант изобретения, гондола 1 содержит по меньшей мере один подвижный элемент 15, связанный по меньшей мере с одним соответствующим органом управления (не показан). Указанный подвижный элемент 15 установлен с возможностью движения между отведенным положением, при котором поперечное сечение вентиляционного выпускного отверстия 11 является максимальным, и рабочим положением, при котором подвижный элемент 15 по меньшей мере частично уменьшает поперечное сечение вентиляционного выпускного отверстия 11 относительно указанного отведенного положения. Указанный орган управления обеспечивает перемещение подвижного элемента 15 между указанными отведенным и рабочим положениями.
Таким образом, обеспечена возможность интенсивного и динамичного управления поперечным сечением выпускного отверстия 11 для регулирования давления воздуха в вентиляционном отсеке 10 и адаптации к повышению или понижению давления.
Подвижный элемент может быть выполнен с возможностью перехода в одно или совокупность отдельных положений между указанными отведенным и рабочим положениями, или с возможностью непрерывного движения по траектории перемещения.
Следует отметить, что, как показано на фиг.5, выпускное отверстие 11 не проходит по всей периферии сопла 6 и внутренней конструкции 9, причем верхняя часть выполнена с возможностью герметизации для того, чтобы не допустить распространения пожара.
Подвижный элемент 15 может быть выполнен в виде единого цельного элемента или может состоять из нескольких частей, которые опционально могут не зависеть друг от друга.
Подвижному элементу 15 можно придать любую желаемую форму, в частности, в зависимости от ограничений потока. Указанный подвижный элемент может быть, например, встроен в конструкцию 6, 9, на которой он установлен.
Можно, например, изготовить скошенный подвижный элемент 15, 155, 158, 159, подвижный элемент 151, 152, имеющий по существу прямоугольное поперечное сечение, закругленный подвижный элемент 153, подвижный элемент 154, 156 в виде поворотного откидного элемента или другой формы.
В соответствии с первым вариантом изобретения, показанным на фиг.4, 6-9, подвижный элемент 15, 151, 152, 153, 154 установлен с возможностью перемещения на выходном раструбе реактивного сопла 6.
В соответствии со вторым вариантом изобретения, представленным на фиг.10-12, подвижный элемент 155, 156, 158 установлен с возможностью перемещения на внутренней конструкции 9.
В соответствии с третьим вариантом изобретения, проиллюстрированным на фиг.13, подвижный элемент 159 установлен с возможностью перемещения между внутренней конструкцией 9 и выходным раструбом реактивного сопла 6 и закреплен независимо от них.
Подвижный элемент может также перемещаться иным образом.
В соответствии с первым вариантом изобретения (см. фиг.4, 6, 7, 10, 12 и 13), подвижный элемент 15, 151, 152, 155, 158, 158 установлен с возможностью поступательного движения.
Направленное движение подвижного элемента может быть обеспечено посредством системы рельс/направляющий паз, как показано на фиг.5 (в увеличенном масштабе).
Подвижный элемент можно установить с возможностью движения вдоль по существу продольной оси гондолы, а также вдоль радиальной оси гондолы или комбинации указанных осей.
В соответствии со вторым альтернативным вариантом изобретения (см. фиг.9, 11), подвижный элемент 154, 156 установлен с возможностью вращения вокруг поворотной оси подобно заслонке клапана.
Очевидно, что рассмотренные варианты осуществления изобретения не имеют ограничивающего характера, при этом возможно использование любых эквивалентных средств, известных специалистам в данной области техники.
Приведение подвижного элемента 15 в движение возможно с помощью любых известных приводных средств, пригодных для работы при окружающей температуре и давлении.
В частности, приводное средство может быть электрическим, пневматическим или гидравлическим.
Приводное средство и/или орган управления предпочтительно смещены относительно подвижного элемента, в частности они находятся в так называемой холодной зоне, то есть в направлении выше по потоку от турбореактивного двигателя 5 и вентиляционного отсека 10. В этом случае возможно приведение в движение подвижного элемента посредством тягового троса или жесткого соединения, например карданного соединения.
Дополнительные признаки, которые можно объединить с описанными выше вариантами изобретения, показаны на фиг.6 и 12. В частности, на указанных чертежах проиллюстрировано расположение локальных стопоров 161, установленных в зоне сопряжения внутренней конструкции 9 и раструба сопла 6. Функциональное назначение указанных стопоров состоит в том, чтобы обеспечить минимальный зазор между указанной внутренней конструкцией 9 и соплом 6 в случае относительной деформации двух конструкций 6, 9.
На фиг.8 и 9 показаны варианты изобретения, в которых используются чувствительные к давлению приводные средства, установленные в вентиляционном отсеке 10.
Более конкретно, на фиг.8 показано, что подвижный элемент 153, представляющий собой надувной элемент, например эластичный баллон, за счет надувания по меньшей мере частично блокирует вентиляционное выпускное отверстие 11. Система такого типа используется, в частности, с органом управления пневматического или гидравлического типа. Пневматическая или гидравлическая система может быть соединена с двигателем или может иметь специальное назначение и быть автономной. Более того, такой надувной элемент 153 может быть выполнен упругим с возможностью автоматического возврата в положение, принятое по умолчанию и соответствующее минимальному или максимальному поперечному сечению выпускного отверстия 11, при снижении давления подачи.
Согласно варианту изобретения, представленному на фиг.9, подвижный элемент 154 выполнен в форме поворотного откидного элемента и установлен напротив возвратной пружины 163, которая стремится возвратить данный откидной элемент в отведенное положение, при котором выпускное отверстие 11 имеет максимальный размер. Указанный откидной элемент приводится в движение механическим выдвижным толкателем 164. Указанный толкатель может быть электрическим, гидравлическим или пневматическим. Откидной элемент может быть выполнен с возможностью поворота вверх или вниз по потоку относительно шарнирной оси. При этом один толкатель может обеспечить поворот нескольких откидных элементов.
Аналогично на фиг.11 показан упругий откидной элемент 156 (например, пластинчатая пружина), приводимый в движение толкателем 157. Один конец пластинчатой пружины может быть выполнен из нескольких полосок, например может быть образован каналами в пластине.
На фиг.12 подвижный элемент 158 выполнен с возможностью направленного движения по внутренней конструкции 9, при этом он совершает прямолинейное движение вдоль оси гондолы. Такая компоновка позволяет создать подвижный элемент 158 в виде единого цельного элемента.
На фиг.13 показано, что подвижный элемент 159 направлен либо по внутренней конструкции 9, либо по конструкции реактивного сопла. Подвижный элемент 159 в процессе прямолинейного движения уменьшает проходное сечение одновременно между указанными двумя конструкциями.
Более того, в случае так называемой D-образной конструкции гондолы, при которой наружная неподвижная конструкция содержит два полуцилиндрических полуобтекателя, шарнирно соединенных в верхней части у крепежной стойки, подвижный элемент 158 проходит непрерывно от сектора, покрывающего верхнюю часть без вентиляции, до нижней части внутренней конструкции 9.
В случае конструкции с так называемой О-образной расположенной ниже по потоку секцией 4, то есть образованной одним по существу цилиндрическим скользящим обтекателем, подвижный элемент 158 образован сектором, соединяющим две верхние зоны без вентиляции.
Хотя изобретение описано применительно к конкретным предпочтительным вариантам его осуществления, оно никаким образом не ограничивается указанными вариантами и включает в себя все технические эквиваленты описанных средств, а также их комбинаций, если они подпадают под объем его защиты.
Реферат
Изобретение относится к области авиации, в частности к гондолам турбореактивных двигателей. Гондола турбореактивного двигателя содержит заднюю секцию и подвижный элемент. Задняя секция окружает заднюю по потоку часть двигательного отсека и совместно с соплом ограничивает поперечное сечение вентиляционного выпускного отверстия двигательного отсека. Подвижный элемент связан, по меньшей мере, с одним соответствующим органом управления и установлен с возможностью движения между отведенным и рабочим положениями. В отведенном положении поперечное сечение вентиляционного выпускного отверстия является максимальным, в рабочем положении подвижный элемент, по меньшей мере, частично уменьшает поперечное сечение вентиляционного выпускного отверстия. Указанный орган управления обеспечивает перемещение подвижного элемента между отведенным и рабочим положениями. Достигается возможность адаптации вентиляционного выпускного отверстия к большинству вероятных ситуаций во время полета и изменениям давления. 15 з.п. ф-лы, 13 ил.
