ГОНДОЛА ДЛЯ ДВУХКОНТУРНОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
NACELLE FOR BYPASS TURBOJET ENGINE

Изобретение относится к гондоле для двухконтурного турбореактивного двигателя.
Летательный аппарат приводится в движение несколькими турбореактивными двигателями, каждый из которых помещен в гондолу, также вмещающую группу соответствующих управляющих устройств, предназначенных для обеспечения работы двигателя, например таких, как устройство реверсирования тяги, и выполняющих различные функции во время работы двигателя или при его остановке.
Обычно гондола представляет собой трубчатый элемент, содержащий воздухозаборник, расположенный перед турбореактивным двигателем, среднюю секцию, охватывающую вентилятор двигателя, и заднюю секцию, в которой размещены средства реверсирования тяги и которая охватывает камеру сгорания двигателя и обычно заканчивается выходным соплом, выход которого находится сзади двигателя по направлению потока.
Современные гондолы предназначены для размещения в них двухконтурного турбореактивного двигателя, способного с помощью вращения крыльчатки вентилятора генерировать поток горячего воздуха (этот поток также называют основным потоком), исходящий из камеры сгорания двигателя, и поток холодного воздуха (обходной поток), проходящий снаружи двигателя через кольцевой канал, называемый также трактом, образованный между капотом двигателя (или внутренним конструктивным элементом гондолы, расположенным сзади по потоку и охватывающим двигатель) и внутренней стенкой гондолы. Эти два потока воздуха выпускаются из двигателя через заднюю часть гондолы.
Таким образом, силовая установка летательного аппарата образована гондолой и турбореактивным двигателем. Эту установку подвешивают к неподвижно закрепленному конструктивному элементу летательного аппарата, например, под крылом или на фюзеляже, посредством пилона, соединенного с двигателем в его передней и задней части с помощью элементов подвешивания.
В такой конфигурации гондола поддерживается двигателем. Во время полета летательного аппарата такая конструкция подвергается совместному воздействию внешних сил. Наряду с другими силами на нее действуют силы, обусловленные гравитацией, а также внешние и внутренние аэродинамические силы, порывы ветра и тепловые эффекты.
Эти нагрузки, испытываемые силовой установкой, передаются турбореактивному двигателю и вызывают деформации кожухов, которые непосредственно влияют на характеристики различных ступеней двигателя. В частности, в случае если силовая установка имеет конфигурацию типа “осиная талия”, то есть, имеет относительно тонкую протяженную заднюю по потоку часть, по сравнению с промежуточным элементом и воздухозаборником, эти нагрузки приводят к весьма негативным деформациям «в форме банана» и задняя по потоку часть значительно изгибается.
Этот «эффект банана» проявляется деформацией наружного элемента гондолы, образованного различными следующими друг за другом кожухами, в то время как приводной вал, лопасти вентилятора и внутренние лопасти турбореактивного двигателя остаются прямолинейными. В результате этого вершины лопастей вала приближаются к внутренней периферической поверхности кожухов. Таким образом, общая эффективность турбореактивного двигателя по сравнению с конфигурацией, при которой кожухи подвергаются небольшой деформации, или не испытывают деформации вообще, снижается, поскольку при проектировании гондолы приходится учитывать эту деформацию, с тем чтобы всегда предусматривать наличие достаточного зазора между вершинами лопастей и периферической поверхностью кожухов. В результате часть приточного воздуха лопастями не сжимается, так как она просачивается через этот значительный зазор.
В неопубликованной французской патентной заявке 06.05912, зарегистрированной на имя того же заявителя, что и данная заявка, предложено одно из технических решений, направленных на устранение указанной проблемы. Это решение проиллюстрировано на фиг.1 и 2.
Показанную на этих чертежах гондолу 1 называют «несущей» в том смысле, что она поддерживает двигатель 7, связывая его непосредственно с неподвижным элементом 2 летательного аппарата посредством пилона 15, являющегося ее составной частью. Задняя секция гондолы имеет несущий внутренний каркас 18, образованный радиальными рамами 20, которые связаны со стойками 22, причем предусмотрены также продольные усиливающие элементы 26, 27, связанные с продольными верхним элементом 23 и нижним элементом 24. Кроме того, имеется комплект амортизирующих штанг 29, которые помогают избежать передачи усилий от двигателя 7 к неподвижному элементу 2 летательного аппарата. На каркасе 18 установлена охватывающая двигатель 7 панель 21, служащая для придания лучших аэродинамических свойств и обеспечения звукоизоляции.
Для того чтобы подобная конструкция отвечала требованиям сертифицирующих органов и для того, чтобы можно было идеально подобрать ее параметры, не используя при этом дополнительных усиливающих элементов, необходимо, чтобы звукоизолирующая панель не передавала усилия от двигателя к летательному аппарату. Кроме того, конструкции звукоизолирующей панели и охватывающего элемента не должны испытывать слишком сильного воздействия в случае разрыва трубопроводов двигателя.
Для решения вышеуказанных задач согласно изобретению предложена гондола для двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащая переднюю секцию воздухозаборника, среднюю секцию, охватывающую вентилятор турбореактивного двигателя, и заднюю секцию, снабженную средствами подвески к пилону, выполненному с возможностью крепления к неподвижному элементу летательного аппарата, причем указанная задняя секция содержит несущий каркас, на котором установлена по меньшей мере одна панель, служащая для придания лучших аэродинамических свойств и обеспечения звукоизоляции, причем указанная звукоизолирующая панель закреплена на несущем каркасе с помощью средств нежесткого или упругого крепления с обеспечением возможности деформации звукоизолирующей панели, по существу, в центробежном радиальном направлении относительно турбореактивного двигателя при наличии в двигательном отсеке воздуха с избыточным давлением. В результате звукоизолирующая панель не будет передавать усилия, возникающие в турбореактивном двигателе, на неподвижный элемент летательного аппарата.
Указанные средства крепления могут содержать гайку, расположенную напротив отверстия, выполненного в несущем каркасе, и выполненную с возможностью вмещать и удерживать хвостовик винта, установленного в усиливающей втулке, помещенной в отверстие, выполненное в звукоизолирующей панели.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, усиливающая втулка приходит в прямое соприкосновение с несущим каркасом, а винт установлен в усиливающей втулке с небольшим зазором и имеет головку неконической формы, что позволяет получить нежесткое крепление звукоизолирующей панели на несущем каркасе.
В соответствии с другим вариантом осуществления усиливающая втулка связана с упругим кольцом, которое приходит в соприкосновение с несущим каркасом.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления указанная гайка содержит основной элемент, прикрепленный к несущему каркасу и снабженный гнездом, в котором установлена указанная гайка с возможностью поступательного перемещения вдоль оси указанного отверстия в несущем каркасе, причем в этом гнезде предусмотрена возвратная пружина для возврата собственно гайки в исходное положение на некотором расстоянии от несущего каркаса. Благодаря этим мерам удается путем изменения жесткости пружины или силы зажатия винта регулировать крепление панели на каркасе, с тем чтобы в случае необходимости можно было устранить избыточное внутреннее давление воздуха.
Звукоизолирующая панель может быть выполнена цельной или состоящей из нескольких элементов, включая вариант подгонки панели к неподвижному внутреннему элементу, имеющему разветвления, или ее применение в конструкции типа “O-duct”.
В соответствии с одним из возможных вариантов осуществления предусмотрен теплозащитный мат, помещенный между несущим каркасом и звукоизолирующей панелью и установленный на звукоизолирующей панели посредством удерживающих элементов. Таким образом, звукоизолирующая панель содержит свои собственные теплозащитные средства.
Звукоизолирующая панель может иметь по меньшей мере две продольных прорези для сброса воздуха, создающего в гондоле избыточное давление. В этом случае теплозащитный мат может содержать рядом с прорезями для выброса воздуха плиточное покрытие, обеспечивающее возможность деформирования панели без нарушения тепловой защиты.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения панель может содержать по меньшей мере один смотровой люк с прямолинейными или дугообразными вырезами. С вырезами смотрового люка (смотровых люков) могут быть связаны, например, периферийные уплотнения.
Ниже изобретение пояснено более подробно со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
- на фиг.1 (уже упоминавшейся выше) схематически в аксонометрии показана гондола, известная из уровня техники;
- на фиг.2 (также уже упоминавшейся выше) схематически в аксонометрии показана та же гондола с другой точки наблюдения;
- на фиг.3 показан частичный продольный разрез гондолы согласно одному из примеров осуществления изобретения, иллюстрирующий поведение конструкции звукоизолирующей панели в случае разрыва трубопроводов двигателя;
- на фиг.4-6 в аксонометрии показаны аналогичные друг другу виды, иллюстрирующие первый, второй и третий варианты осуществления указанной звукоизолирующей панели;
- на фиг.7 показан вид в разрезе по линии VII-VII, показанной на фиг.6;
- на фиг.8, 9, 10 и 11а показаны аналогичные друг другу виды в разрезе по линии VIII-VIII, показанной на фиг.4, иллюстрирующие первый, второй, третий и четвертый варианты осуществления устройства крепления звукоизолирующей панели на несущем каркасе гондолы;
- на фиг.11b, 12 и 13 показаны три рабочие конфигурации пятого варианта осуществления устройства крепления, аналогичного показанному на фиг.11а;
- на фиг.14 показан вид в разрезе по линии XIV-XIV, показанной на фиг.5;
- на фиг.15 и 16 показаны виды по стрелке XV, показанной на фиг.14, иллюстрирующие два примера выреза смотрового люка в звукоизолирующей панели.
Некоторые из элементов, показанных на фиг.3-16, аналогичны тем, которые показаны на фиг.1 и 2, поэтому они обозначены теми же цифровыми позициями. Предлагаемая гондола отличается от показанной на фиг.1 и 2, главным образом, тем, что звукоизолирующая панель 21 закреплена на несущем каркасе 18 с помощью средств нежесткого или упругого крепления.
В случае разрыва, например, трубопроводов двигателя 7 (как показано на фиг.3) на панель 21 воздействует равномерное давление 3 по всему внутреннему пространству ее конструкции. В результате, благодаря наличию средств нежесткого или упругого крепления данной панели на несущем каркасе 18 она претерпевает деформацию, по существу, в центробежном радиальном направлении 31, совпадающем с направлением расширения ее внутреннего объема. Это обеспечивает возможность отвода воздуха 30, создающего избыточное давление в двигательном отсеке через заднюю часть панели 21 без повреждения при этом конструкции гондолы 1 и двигателя 7. Таким образом, панель 21 не участвует в передаче усилий, возникающих в турбореактивном двигателе 7, на неподвижный элемент 2 летательного аппарата. Переднее крепление панели 21 к конструкции двигателя 7 остается достаточно компактным для того, чтобы не выпустить поступающий от вентилятора воздух 17 в двигательный отсек и не усилить неблагоприятный эффект, обусловленный повышением давления.
На фиг.4-7 представлены примеры выполнения звукоизолирующей панели 21, в соответствии с которыми она состоит из центрального кожуха и вертикальных панелей, верхней и нижней. Можно также предусмотреть выполнение звукоизолирующей панели в виде одного только кожуха или же кожуха, соединенного только с одной панелью - верхней или нижней.
Линии 32 крепления панели 21 по фиг.4 расположены напротив несущих элементов каркаса 18. Количество и размещение креплений определяют на основе требований к размерам и геометрическим параметрам всей конструкции.
Для обеспечения быстрого и целенаправленного техобслуживания двигателя 7 предусмотрен съемный смотровой люк 33, образующий переднюю часть панели 21. Этот люк 33 располагается в подлежащей контролю зоне двигателя 7.
Показанная на фиг.5 звукоизолирующая панель 21 содержит находящийся в задней зоне смотровой люк 34, который может служить в качестве люка сброса избыточного давления и снабжен для этой цели более упругими креплениями, чем те, которые используются для остальной части звукоизолирующей панели 21, что способствует выпуску воздуха в этой зоне.
На фиг.6 показана звукоизолирующая панель 21, имеющая в задней части две продольные прорези 35, служащие для отвода воздуха, создающего избыточное давление в гондоле. На концах этих прорезей предусмотрены средства предотвращения растрескивания. Место выполнения и ориентация этих прорезей определяются на усмотрение специалистов, при этом не обязательно, чтобы они проходили в зону несущих элементов каркаса 18.
На фиг.7 иллюстрируется один из примеров выполнения прорези 35. С ней связано уплотнение 36. Предусмотрен теплозащитный мат 37, который помещен между несущим каркасом 18 и звукоизолирующей панелью 21 и установлен на этой панели 21. Этот мат 37 снабжен, рядом с прорезью 35 для отвода воздуха, плиточным покрытием 38, которое обеспечивает возможность локальной деформации панели 21 без нарушения при этом тепловой защиты. Таким образом, достаточно предусмотреть упругие крепления за прорезями 35, чтобы добиться раскрытия, благодаря деформации в направлении 31, участка, ограниченного двумя прорезями 35 в панели 21.
На фиг.8 показано устройство упругого крепления звукоизолирующей панели 21 на каркасе 18. В этом примере не требуется тепловой защиты для звукоизолирующей панели 21, так как панель выполнена из титана.
Указанное устройство упругого крепления содержит гайку 43, закрепленную напротив отверстия в несущем каркасе 18 и выполненную с возможностью вмещать и удерживать хвостовик винта 41, установленный в усиливающей втулке 40, помещенной в отверстие, выполненное в звукоизолирующей панели 21. Усиливающая втулка 40 связана с шайбой 42, выполненной из эластомерного материала и расположенной между панелью 21 и несущим каркасом.
Усиливающая втулка 40 позволяет предотвратить ситуацию, при которой винт 41 может раздробить внутреннюю структуру панели 21. Можно также встроить втулку 40 в саму конструкцию панели 21 с помощью специального «ячеистого» наполнителя, из которого образована панель 21.
На фиг.9 показан второй пример выполнения устройства крепления звукоизолирующей панели 21 на каркасе 18. Так же как и в варианте, представленном на фиг.8, устройство крепления содержит гайку 43, закрепленную напротив отверстия в несущем каркасе 18 и выполненную с возможностью вмещать и удерживать хвостовик винта 54, установленного в усиливающей втулке 45, помещенной в отверстие, выполненное в звукоизолирующей панели 21. Однако в данном примере винт 54 установлен в усиливающей втулке 45 с небольшим зазором и имеет головку неконической формы, что позволяет получить неупругое нежесткое крепление звукоизолирующей панели 21 на несущем каркасе 18.
Такое крепление можно применить в тех случаях, когда для звукоизолирующей панели не требуется тепловой защиты или когда необходима тепловая защита, обеспечиваемая алюминиевой панелью 37.
В этом примере втулка 45 не связана с каким-либо упругим элементом, а приходит в прямое соприкосновение с каркасом 18. В теплозащитном мате 37 выполнена кольцевая выемка вокруг этой втулки 45, и в эту выемку помещена зубчатая пружинная шайба 44, обеспечивающая удержание мата 37 на панели 21.
Устройство упругого крепления, показанное на фиг.10, отличается от рассмотренного ранее тем, что усиливающая втулка 46 имеет на одном из своих концов один или несколько выступов для удержания упругого кольца 47, помещенного между панелью 21 и несущим каркасом 18. Кроме того, это упругое кольцо 47 имеет кольцевой буртик, удерживающий мат 37 прижатым к панели 21.
На фиг.11а, 11b, 12 и 13 представлено другое устройство упругого крепления, содержащее гаечный узел, основной элемент 50 которого прикреплен к несущему каркасу 18 напротив выполненного в нем отверстия. Основной элемент 50 содержит гнездо, в котором установлена собственно гайка 48а или 48b с возможностью поступательного перемещения вдоль оси отверстия, выполненного в несущем каркасе 18. В этом гнезде помещена возвратная пружина 49 для возврата гайки 48а или 48b в исходное положение (см. фиг.11а и 11b) на некотором расстоянии от несущего каркаса 18.
Как и в вышеописанных примерах, гайка 48а или 48b выполнена с возможностью вмещать и удерживать хвостовик винта 41, установленного в усиливающей втулке 47, помещенной в отверстие, выполненное в звукоизолирующей панели 21. В данном примере усиливающая втулка 47 встроена в звукоизолирующую панель 21. В зависимости от жесткости пружины 49 можно достичь большей (например, перед панелью 21) или меньшей (например, за панелью 21) устойчивости описанного гаечного узла.
Как видно на фиг.11а, в гайку 48а встроен упор для зажатия винта 41. Чтобы убедиться в надежности установки, достаточно лишь осуществить зажатие до получения контакта. Для обеспечения необходимого дифференциального натяжения можно выполнить пружину 49 с несколькими степенями жесткости или использовать гайки 53 с разными длинами.
Как показано на фиг.11b, гайка 48b не имеет упора для зажатия винта 41. Установка винта 41 путем регулирования крутящего момента затяжки позволяет создать большее или меньшее натяжение пружины 49 в исходном положении, обеспечивая таким образом дифференциальное перемещение панели 21 под давлением.
При наличии избыточного давления звукоизолирующая панель 21, испытывающая действие давления воздуха в направлении, указанном на фиг.12 и 13 стрелками 3, отодвигается от каркаса 18, а гайка 48b, оттягиваемая винтом 41, скользит в своем гнезде, выполненном в основном элементе 50, преодолевая возвратное действие пружины 49.
На фиг.14 показана зона соединения между панелью 21 и ее смотровым люком 34. Между несущим каркасом 18 и теплозащитным матом 37, по обе стороны от указанной зоны соединения, установлены два периферийных уплотнения 51, предназначенных для изоляции этой зоны от воздушного потока 17, поступающего от вентилятора двигателя 7.
Как видно на фиг.15 и 16, выполненные в смотровом люке 34 панели 21 вырезы 52 или 53 могут быть либо прямолинейными 52, с функциональным монтажным зазором, либо дугообразными 53 с целью оптимизации ширины каркаса 18.
Хотя выше изобретение было описано применительно к отдельным примерам его осуществления, очевидно, что оно не ограничивается ими и охватывает всевозможные технические эквиваленты рассмотренных здесь средств, а также их различные комбинации, при условии сохранения объема изобретения.