Выходное устройство плоского реактивного сопла с центральным телом
EXHAUST UNIT OF A FLAT JET NOZZLE WITH A CENTRAL BODY

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к устройствам авиационного газотурбинного двигателя, а именно, к регулируемым в процессе сборки и нерегулируемым в работе выходным устройствам плоских реактивных сопел.
Известно выходное устройство плоского реактивного сопла авиационного газотурбинного двигателя, содержащее донную часть, верхнюю часть, две боковые стенки с закрепленным на них центральным телом, образующими каналы проточной части (RU №2758867, МПК F02K1/06, опубликовано 02.11.2021 г.).
Недостатком известного устройства является жесткое соединение элементов, формирующих проточную часть центрального тела, с боковыми стенками, что приводит к повышенным напряжениям в местах соединения от эксплуатационных нагрузок, по большей части от температурных нагрузок. А также отсутствие возможности регулировки критического сечения плоского реактивного сопла в процессе сборки, что не позволяет обеспечить возможность изменения площади критического сечения до оптимального его значения.
Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков известного устройства за счет установки с зазором элементов центрального тела и боковых стенок, формирующих каналы проточной части. А также обеспечение возможности регулирования критического сечения плоского реактивного сопла в процессе сборки за счет конструктивного исполнения.
Техническим результатом, достигаемом при использовании заявленного изобретения, является повышение прочности последнего и возможность регулировки площади критического сечения при сборке для обеспечения оптимальной работы на всех режимах, что приводит к повышению ресурса и коэффициента полезного действия (КПД) узла в целом.
Общеизвестно, что плоские реактивные сопла, особенно с центральным телом, работают в условиях повышенных температур, поэтому остро стоит задача обеспечения их прочности, а также требуемого ресурса. Также отсутствие возможности регулировки площади критического сечения плоского реактивного сопла в процессе сборки обеспечивает упомянутую выше площадь, как правило, отличную от заданной при проектировании. Это связано с накоплением погрешности в результате производства и сборки устройства, что приводит к нерасчетной его последующей работе. Поэтому решение двух данных задач при проектировании плоских реактивных сопел является приоритетным.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном выходном устройстве плоского реактивного сопла с центральным телом, содержащем донную часть, верхнюю часть, две боковые стенки с закрепленным на них упомянутым центральным телом, образующие верхний и нижний каналы проточной части, согласно настоящему изобретению центральное тело выполнено полым из, по меньшей мере, четырех пластин, соединенных между собой по торцам и в сечении вертикальной продольной плоскостью имеет форму выпуклого четырехугольника, кроме того центральное тело закреплено на боковых стенках с возможностью его горизонтального смещения относительно них посредством промежуточных устройств, установленных в окнах, выполненных в боковых стенках.
Преимущественно, углы у выпуклого четырехугольника выполнены скругленными.
В частном случае реализации заявленное устройство содержит средство повышения жесткости центрального тела, выполненное внутри последнего в виде ребер жесткости на пластинах, а также вертикальных балок, выполненных на уровне окон в боковых стенках, между смежными пластинами и установленных рядами между боковых стенок.
Преимущественно, каждое промежуточное устройство выполнено в виде корпуса, имеющего форму открытой продолговатой емкости с плоским дном, передней, задней и боковыми стенками, а также фланцами, выполненными на торцах стенок, горизонтальной направляющей, установленной вдоль плоского дна корпуса между передней и задней стенками, фиксаторами и регулировочными винтами, причем в горизонтальной направляющей и в дне корпуса выполнены овальные отверстия, а в близлежащих к ним вертикальных балках - ответные отверстия, в которых и установлены упомянутые фиксаторы, при этом близлежащие к боковым стенкам вертикальные балки крайних рядов выполнены охватывающими участки задних и боковых стенок близлежащего к ним корпуса, кроме того, упомянутые регулировочные винты установлены в отверстиях, выполненных в передних и задних стенках корпуса, до контакта их торцов с близлежащими к ним вертикальными стойками.
В частном случае реализации заявленное устройство содержит крышки, установленные на фланцах корпусов промежуточных устройств.
Выполнение центрального тела полым из четырех пластин, соединенных между собой по торцам и в сечении вертикальной продольной плоскостью, в виде выпуклого четырехугольника позволяет придать ему оптимальную аэродинамическую форму и разместить внутри него элементы, обеспечивающие требуемые жесткостные и прочностные характеристики центрального тела, а также возможность закрепления последнего на боковых стенках с термокомпенсационным зазором между последними и пластинами и возможностью его смещения вдоль проточной части при сборке, что приводит к повышению ресурса и КПД узла в целом.
Закрепление центрального тела на боковых стенках с возможностью его горизонтального смещения относительно них посредством промежуточных устройств, установленных в окнах, выполненных в боковых стенках, позволяет регулировать площадь критического сечения плоского реактивного сопла при сборке с последующей фиксацией в требуемом положении с обеспечением термокомпенсационных зазоров между пластинами центрального тела и боковыми стенками, что приводит к повышению ресурса и КПД узла в целом.
Выполнение углов у выпуклого четырехугольника скругленными позволяет снизить концентрацию напряжений в местах соединения пластин при работе, что приводит к повышению ресурса узла в целом.
Выполнение внутри центрального тела средства повышения жесткости в виде ребер жесткости на пластинах, а также вертикальных балок, выполненных на уровне окон в боковых стенках между смежными пластинами и установленных рядами между боковых стенок, позволяет обеспечить требуемую прочность и жесткость центральному телу и реализовать закрепление последнего на боковых стенках с термокомпенсационными зазорами по его пластинам, что приводит к повышению ресурса узла в целом.
Выполнение каждого промежуточного устройства в виде корпуса, имеющего форму открытой продолговатой емкости с плоским дном, передней, задней и боковыми стенками, а также фланцами, выполненными на торцах стенок, горизонтальной направляющей, установленной вдоль плоского дна корпуса между передней и задней стенками, фиксаторами и регулировочными винтами, причем в горизонтальной направляющей и в дне корпуса выполнены овальные отверстия, а в близлежащих к ним вертикальных балках - ответные отверстия, в которых и установлены упомянутые фиксаторы, при этом близлежащие к боковым стенкам вертикальные балки крайних рядов выполнены охватывающими участки задних и боковых стенок близлежащего к ним корпуса, кроме того, упомянутые регулировочные винты установлены в отверстиях, выполненных в передних и задних стенках корпуса, до контакта их торцов с близлежащими к ним вертикальными стойками, позволяет обеспечить регулировку площади критического сечения плоского реактивного сопла при сборке с последующей его фиксацией в требуемом положении, что приводит к повышению ресурса и КПД узла в целом.
Установка крышек на фланцах корпусов промежуточных устройств позволяет избежать утечки газа из проточной части, что приводит к повышению КПД узла в целом.
На фиг. 1 представлен эскиз продольного разреза выходного устройства.
На фиг. 2 представлен разрез по симметричной половине промежуточного устройства при взгляде сверху.
На фиг. 3 представлен вид на промежуточное устройство при взгляде снаружи без крышки.
В частном случае реализации (фиг. 1) выходное устройство плоского реактивного сопла с центральным телом выполнено симметричным относительно вертикальной продольной плоскости, содержит верхнюю часть 1, донную часть 2, две боковые стенки 3 и центральное тело 4, выполненное горизонтальным и закрепленное на боковых стенках 3 посредством двух промежуточных устройств 5 с возможностью смещения в горизонтальной плоскости. Последние устанавливаются в окна 6, выполненные в боковых стенках 3. Центральное тело 4 образовано четырьмя пластинами 7, соединенными между собой по торцам, а также имеющими термокомпенсационные зазоры 8 между своими свободными торцами и боковыми стенками 3. В частном случае реализации проекция окна 6 на плоскость симметрии имеет форму прямоугольника со скругленными углами, а любое сечение центрального тела 4 вертикальной продольной плоскостью имеет форму выпуклого четырехугольника со скругленными углами. Также центральное тело 4 усилено средством увеличения жесткости 9, установленным внутри него и включающее в себя ребра жесткости 10, установленные на пластинах 7, и вертикальные стойки 11, связывающие соответствующие смежные пластины 7 и установленные рядами между боковыми стенками 3. В частном случае реализации центральное тело 4 содержит два ряда по три вертикальные стойки 11, а средство увеличения жесткости 9 может быть выполнено в виде каркаса. Близлежащие к боковым стенкам 3 вертикальные стойки 11 также служат для закрепления центрального тела 4 на боковых стенках 3 и могут отличаться по своей геометрии от остальных вертикальных стоек 11. Каждое из промежуточных устройств 5 состоит из корпуса 12, выполненного в виде полого сосуда с прямоугольным донышком 13, передней стенкой 14, задней стенкой 15 и боковинами 16. Также корпус 12 содержит горизонтальную направляющую 17, установленную внутри корпуса 12 между передней стенкой 14 и задней стенкой 15, и фланец 18, посредством которого крепится на боковой стенке 3. На фланец 18 с внешней стороны установлена крышка 19, исключающая возможность вытекания газа из проточной части через окно 6. При этом на передней стенке 14 и задней стенке 15 установлены регулировочные винты 20 таким образом, чтобы иметь возможность своими торцами контактировать с близлежащими вертикальными стойками 11 (фиг. 3). Последние выполнены охватывающими корпус 12 промежуточных устройств 5 с регулировочным зазором 21 с передней и задней стороны. Регулировочные винты 20 предназначены для возможности смещения центрального тела 4 вдоль проточной части при сборке с последующей фиксацией в заданном направлении, что обеспечивает требуемую площадь критического сечения выходному устройству плоского реактивного сопла. Для фиксации центрального тела в двух других направлениях используются фиксаторы 22, которые устанавливаются между направляющими 17 и упомянутыми близлежащими к промежуточным устройствам 5 вертикальными стойками 11. Для возможности установки фиксаторов 22 и смещения центрального тела 4 в процессе сборки устройства в направляющих 17 и донышках 13 выполнены овальные отверстия 23.
При сборке в окна 6 боковых стенок 3 устанавливают промежуточные устройства 5 без крышек 19, без регулировочных винтов 20 и без фиксаторов 22. в проточную часть заявленного устройства устанавливают центральное тело 4 и фиксируют его с возможностью смещения вдоль направляющих посредством регулировочных винтов 20 и фиксаторов 22. В этом случае центральное тело 4 делит проточную часть на два канала. В каждом канале есть место своего критического сечения, суммарная площадь которых должна контролироваться и регулироваться до требуемого известного значения. Такой контроль и регулировка осуществляется за счет эталонных трафаретов, которые устанавливаются в каждый из каналов в определенные для этого места, а центральное тело смещается вдоль проточной части в пределах регулировочных зазоров 21 до обеспечения совпадения с эталонными трафаретами. В таком положении центральное тело фиксируют регулировочными винтами 20 и фиксаторами 22. После этого устанавливают крышки 19.
В работе происходит нагрев пластин 7 центрального тела 4 с последующим их расширением в пределах термокомпенсационных зазоров 8, что не вызывает термических напряжений между боковыми стенками 3 и пластинами 7, а также средство увеличения жесткости 9 обеспечивает сохранение формы и снижение деформаций пластин 7 под действием эксплуатационных нагрузок. При этом крышки 19 исключают утечку газа из каналов проточной части через окна 6.
Реализация термокомпенсационных зазоров 8 между элементами, формирующими каналы проточной части выходного устройства плоского реактивного сопла с центральным телом 4, а также возможность регулировки площади критического сечения при сборке за счет заявленного конструктивного исполнения, позволяет повысить ресурс и КПД узла в целом.