Воздухозаборник для летательного аппарата
AIRCRAFT AIR INTAKE

Настоящее изобретение относится к воздухозаборнику, в частности, воздухозаборнику для гондолы летательного аппарата.
Обычно воздухозаборники представляют собой устройства, позволяющие отклонять поток воздуха, так чтобы использовать этот поток воздуха, например, для охлаждения оборудования.
Существует два типа воздухозаборников: динамические воздухозаборники и статические воздухозаборники.
Динамические воздухозаборники имеют отверстие, выступающее в зону потока воздуха, подлежащего всасыванию, так чтобы захватить поток воздуха в отверстие для направления его в требуемую область. Статические воздухозаборники, напротив, имеют не выступающее отверстие, так чтобы обеспечить аэродинамику конструкции, содержащей воздухозаборник. Между областью забора воздуха и областью, в которую должен быть направлен поток воздуха, имеется перепад давления, который позволяет всасывать воздух в случае статических воздухозаборников.
Летательный аппарат приводится в движение посредством по меньшей мере одной силовой установки, содержащей турбореактивный двигатель, размещенный в гондоле, обычно имеющей трубчатую конструкцию, которая содержит воздухозаборный элемент в передней части турбореактивного двигателя, среднюю секцию, охватывающую вентилятор турбореактивного двигателя, заднюю секцию, выполненную с возможностью охватывания камеры сгорания турбореактивного двигателя, и в которой могут размещаться средства для реверсирования тяги.
Современные гондолы часто выполнены с возможностью размещения в них двухконтурного турбореактивного двигателя, способного генерировать поток горячего воздуха, называемый первичным потоком воздуха.
Гондола обычно содержит внешнюю конструкцию, содержащую воздухозаборный элемент, среднюю секцию и заднюю секцию, и внутреннюю конструкцию, концентричную с задней секцией, называемой внутренней неподвижной конструкцией (IFS), охватывающей внутренний контур турбореактивного двигателя в задней части вентилятора. Эти внешняя и внутренняя конструкции образуют кольцевой канал для потока, также называемый каналом вторичного потока, стремящийся перенаправить поток холодного воздуха, называемый вторичным потоком воздуха, который циркулирует снаружи турбореактивного двигателя.
Средняя часть гондолы также может называться капотом корпуса вентилятора, при этом задняя часть может также называться реверсором тяги или скользящим капотом в случае, когда она выполнена с возможностью продольного скольжения.
Задняя конструкция внутреннего контура турбореактивного двигателя заканчивается соплом, называемым первичным соплом, обеспечивающим выброс первичного потока горячего воздуха. В свою очередь, внешняя конструкция гондолы обычно заканчивается соплом, называемым вторичным соплом, которое может иметь переменное сечение и оптимизировать выброс вторичного потока холодного воздуха.
Таким образом, внутренняя конструкция гондолы представляет собой обтекатель вокруг внутреннего контура турбореактивного двигателя и может упоминаться под разными названиями, в частности, как задний обтекатель внутреннего контура (Aft Core Cowl (ACC)).
Изобретение будет более подробно описано применительно к статическому воздухозаборнику для гондолы летательного аппарата, предназначенному для всасывания потока холодного воздуха, поступающего из канала вторичного потока, для перенаправления его в воздуховод для охлаждения турбины турбореактивного двигателя.
Воздухозаборник такого типа выполнен с возможностью крепления посредством болтов на внутренней поверхности внутренней неподвижной конструкции гондолы летательного аппарата у отверстия этой внутренней неподвижной конструкции и содержит, как известно, воздухозаборную кромку, имеющую стенку, выполненную с возможностью радиального открытия, предпочтительно под углом, способствующим попаданию потока воздуха в воздухозаборник, в турбореактивный двигатель летательного аппарата. Воздухозаборник дополнительно имеет периферийный кольцевой элемент, который охватывает воздухозаборную кромку на ее конце, выполненном с возможностью крепления к внутренней неподвижной конструкции, при этом воздухозаборник крепится к внутренней неподвижной конструкции через этот кольцевой элемент. Кольцевой элемент и стенка воздухозаборника выполнены за одно целое. К этому воздухозаборнику со стороны, противоположной кольцевому элементу, крепится воздуховод посредством соединительной пластины, прикрепленной к указанному каналу, и посредством опорной пластины, прикрепленной к стенке воздухозаборной кромки воздухозаборника, при этом между соединительной и опорной пластинами расположено уплотнение. Соединительная и опорная пластины по существу параллельны кольцевому элементу воздухозаборника.
Таким образом, часть потока воздуха, поступающего из канала вторичного потока гондолы, отклоняется в воздухозаборник и затем в воздуховод благодаря перепаду давления между каналом вторичного потока и воздуховодом.
В области соединения между воздухозаборником и воздуховодом часть отклоненного потока воздуха стремится выйти и просочиться в пространство между уплотнением, соединительной пластиной и опорной пластиной, что дает эффект увеличения давления в указанном пространстве.
Чтобы избежать трещин на опорной пластине, приводящим к утечкам потока воздуха, указанная пластина обычно изготовлена из материалов, устойчивых к давлению, генерируемому в пространстве между уплотнением и соединительной и опорной пластинами.
Кроме того, стенка воздухозаборника может быть подвержена образованию трещин, например, вызванных ударами продуктов изнашивания или давлением потока воздуха во время его отклонения в воздухозаборнике. Чтобы избежать этих трещин, которые могут привести к утечкам воздуха, указанная стенка также выполнена из материалов, устойчивых к этим ударам и высоким давлениям.
Таким образом, такие воздухозаборники имеют как аэродинамическую функцию, так и функцию герметизации.
Под аэродинамической функцией понимается функция отклонения потока воздуха; а под функцией герметизации понимается функция барьера давления.
Например, материалами, устойчивыми к давлению и устойчивыми к ударам, являются композитные материалы, такие как эпоксидный карбонат, или металлы, такие как углерод, алюминий, титан или сплавы.
Недостатки материалов этого типа заключаются в том, что они являются дорогостоящими и труднореализуемыми при изготовлении воздухозаборников. Таким образом, производственные затраты довольно значительны.
Изобретение направлено на устранение этих недостатков, обеспечивая при этом предотвращение утечек воздуха, которые могут ухудшить характеристики забора воздуха.
Для этого согласно изобретению предложен воздухозаборник для крепления на панели летательного аппарата у отверстия этой панели и к воздуховоду для циркуляции воздуха, при этом указанный воздухозаборник содержит:
- воздухозаборную кромку, имеющую стенку, отходящую от одной стороны панели, расположенной напротив подлежащего всасыванию воздуха,
- периферийный кольцевой элемент, расположенный на одном конце воздухозаборной кромки, выполненный с возможностью крепления к панели, и
- опорный элемент, выполненный с возможностью поддерживания воздуховода для циркуляции воздуха,
отличающийся тем, что воздухозаборная кромка выполнена из термопластичного материала и опорный элемент закреплен на периферийном кольцевом элементе, так чтобы обеспечить барьер давления в случае повреждения стенки воздухозаборной кромки, что позволяет избежать утечек воздушного потока.
Таким образом, производственные затраты на воздухозаборник снижаются по сравнению с аналогами предшествующего уровня техники из-за простоты реализации термопластичных материалов и из-за низкой стоимости этих материалов.
Кроме того, аэродинамическая функция и функция герметизации воздухозаборника согласно изобретению разделены: воздухозаборная кромка, выполненная из термопластичного материала, имеет только аэродинамическую функцию, при этом опорный элемент имеет функцию герметизации.
Согласно другим признакам изобретения, воздухозаборник согласно изобретению содержит один или более из следующих опциональных признаков, рассмотренных отдельно или в любой возможной комбинации.
Согласно одному признаку периферийный кольцевой элемент охватывает воздухозаборную кромку.
Согласно другому признаку опорный элемент концентричен воздухозаборной кромке.
Предпочтительно опорный элемент содержит опорную пластину, выполненную с возможностью поддерживания воздуховода для циркуляции воздуха, предпочтительно через уплотнение.
Опорная пластина по существу параллельна кольцевому элементу.
Согласно одному признаку опорный элемент содержит основание, прикрепленное к кольцевому элементу, так чтобы обеспечить барьер давления в случае повреждения стенки воздухозаборной кромки.
Предпочтительно основание опорного элемента имеет L-образную форму и содержит одну ветвь, прикрепленную к кольцевому элементу, параллельно указанному кольцевому элементу, и одну другую ветвь, обеспечивающую барьер давления в случае повреждения стенки воздухозаборной кромки.
Согласно этому признаку ветвь, прикрепленная к кольцевому элементу, предпочтительно повернута в направлении, противоположном воздухозаборной кромке.
Предпочтительно опорный элемент содержит ребра жесткости.
В варианте осуществления, согласно которому опорный элемент содержит L-образное основание, ребра жесткости расположены между опорной пластиной и ветвью основания, прикрепленной к кольцевому элементу, при этом ребра жесткости по существу перпендикулярны к указанной пластине и указанной ветви.
Эти ребра жесткости обеспечивают усиление барьера давления и передачу сжимающих напряжений уплотнения.
Предпочтительно основание и опорная пластина выполнены за одно целое.
Согласно одному признаку воздухозаборник представляет собой статический воздухозаборник.
Согласно другому признаку воздухозаборная кромка и кольцевой элемент выполнены за одно целое.
Согласно одному варианту осуществления опорный элемент также выполнен из термопластичного материала.
В качестве альтернативы опорный элемент выполнен из композитного материала, из углерода или металла.
Предпочтительно используемые термопластичные материалы представляют собой эластичные материалы, такие как полиамид, полиэтилентерефталат или же полиоксиметилен.
Предпочтительно стенка обеспечивает возможность более легкого прохождения потока воздуха в воздухозаборник и аэродинамическую непрерывность.
Для этого стенка расширяет продолжает элемент по изогнутой линии.
Изобретение также относится к внутренней неподвижной конструкции гондолы летательного аппарата, содержащей вышеописанный воздухозаборник.
Изобретение также относится к гондоле летательного аппарата, содержащей вышеописанный воздухозаборник.
Другие признаки и преимущества изобретения более понятны из следующего подробного описания, для понимания которого сделана ссылка на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет собой схематический частичный вид, иллюстрирующий статический воздухозаборник предшествующего уровня техники, закрепленный на внутренней поверхности внутренней неподвижной конструкции гондолы летательного аппарата;
фиг. 2 представляет собой схематический частичный вид, иллюстрирующий воздухозаборник согласно изобретению, закрепленный на внутренней поверхности внутренней неподвижной конструкции гондолы летательного аппарата;
фиг. 3 представляет собой схематический вид в разрезе варианта осуществления воздухозаборника согласно изобретению, содержащего ребра жесткости.
На фиг. 1 представлен воздухозаборник 1 предшествующего уровня техники, прикрепленный посредством болтов (не показаны) со своего проксимального конца к внутренней поверхности 2 внутренней неподвижной конструкции 3 гондолы летательного аппарата, при этом указанная внутренняя неподвижная конструкция 3 образует вместе с внешней конструкцией (не показана), кольцевой канал 4 для потока, также называемый каналом вторичного потока, в котором циркулирует поток 5 холодного воздуха, называемый вторичным потоком воздуха, при этом указанный воздухозаборник 1 дополнительно прикреплен со своего дистального конца к воздуховоду 6, выполненному с возможностью выхода к турбореактивному двигателю (не показан) летательного аппарата.
Воздухозаборник 1 закреплен со своего проксимального конца у отверстия 7 этой внутренней неподвижной конструкции 3.
Воздухозаборник 1 обеспечивает засасывание потока 50 воздуха, называемого втянутым потоком воздуха, поступающим из потока 5 холодного воздуха из канала 4 вторичного потока.
Затем поток 50 втянутого воздуха перенаправляется в воздуховод 6 для охлаждения турбины турбореактивного двигателя.
Воздухозаборник 1 выполнен из материалов, устойчивых к давлению и ударам, таких как композитные материалы типа эпоксидного карбоната, или металлы типа углерода, алюминия, титана или сплавов.
Воздухозаборник 1 согласно предшествующему уровню техники содержит воздухозаборную кромку 8, выступающую со стороны внутренней поверхности 2 внутренней неподвижной конструкции 3, периферийный кольцевой элемент 9, который охватывает воздухозаборную кромку 8 с его проксимального конца относительно внутренней неподвижной конструкции 3, и опорный элемент 10, закрепленный на воздухозаборной кромке 8 воздухозаборника 1 и выполненный с возможностью поддерживания воздуховода 6.
Воздухозаборник 1 прикреплен к внутренней поверхности 2 внутренней неподвижной конструкции 3 посредством периферийного кольцевого элемента 9.
Воздухозаборная кромка 8 имеет свободный дистальный конец, расположенный на одном уровне с воздуховодом 6.
Воздухозаборная кромка 8 имеет форму, способствующую прохождению потока 50 втянутого воздуха в воздухозаборник 1 и обеспечивающую аэродинамическую непрерывность между внутренней неподвижной конструкцией 3 и воздухозаборником 1.
Аэродинамическая непрерывность между внутренней неподвижной конструкцией 3 и воздухозаборником 1 обеспечивается посредством ступени 11 с высотой, по существу идентичной толщине внутренней неподвижной конструкции 3, выполненной на стыке между кольцевым элементом 9 и воздухозаборной кромкой 8.
Прохождению воздуха в воздухозаборник способствует изогнутая форма воздухозаборной кромки 8.
Кольцевой элемент 9 и воздухозаборная кромка 8 выполнены за одно целое.
Опорный элемент 10 обеспечивает крепление воздухозаборника 1 к воздуховоду 6.
Для этого воздуховод 6 содержит соединительный элемент 12, который взаимодействует с опорным элементом 10 через уплотнение 13.
Опорный 10 и соединительный 12 элементы по существу параллельны кольцевому элементу 9 воздухозаборника 1.
В области соединения между воздухозаборником 1 и воздуховодом 6 часть 50' отклоненного потока 50 воздуха стремится выйти и просочиться в пространство «е» между соединительным элементом 12, уплотнением 13 и опорным элементом 10, что дает эффект увеличения давления в указанном пространстве «е».
Затем опорный элемент 10 воздухозаборника 1 обеспечивает достижение плотного барьера, позволяющего избежать утечек втянутого потока 50 воздуха.
Кроме того, воздухозаборная кромка 8 подвергается ударам продуктов изнашивания и высоким давлениям отклоненного потока воздуха, при этом материалы, устойчивые к давлению и ударам, из которых изготовлен воздухозаборник, позволяют избежать трещин С, а также утечек 50'' воздуха через стенку воздухозаборной кромки 8 воздухозаборника 1.
На фиг. 2 представлен воздухозаборник 100 согласно изобретению, прикрепленный посредством болтов (не показаны) со своего проксимального конца к внутренней поверхности 2 внутренней неподвижной конструкции 3 гондолы летательного аппарата, при этом указанная внутренняя неподвижная конструкция 3 образует вместе с внешней конструкцией (не показана) кольцевой канал 4 для потока, также называемый каналом вторичного потока, в котором циркулирует поток 5 холодного воздуха, называемый каналом вторичного воздуха, при этом указанный воздухозаборник 100 дополнительно прикреплен со своего дистального конца к воздуховоду 6, выполненному с возможностью выхода к турбореактивному двигателю (не показан) летательного аппарата.
Воздухозаборник 100 закреплен со своего проксимального конца у отверстия 7 этой внутренней неподвижной конструкции 3.
Воздухозаборник 100 обеспечивает засасывание потока 50 воздуха, называемого втянутым потоком воздуха, поступающим из потока 5 холодного воздуха из канала 4 вторичного потока.
Затем поток 50 втянутого воздуха перенаправляется в воздуховод 6 для охлаждения турбины турбореактивного двигателя.
Воздухозаборник 100 содержит воздухозаборную кромку 108, выступающую со стороны внутренней поверхности 2 внутренней неподвижной конструкции 3, кольцевой элемент 109, который охватывает воздухозаборную кромку 108 со своего проксимального конца относительно внутренней неподвижной конструкции 3, и опорный элемент 110, закрепленный на кольцевом элементе 109 и выполненный с возможностью поддерживания воздуховода 6.
Воздухозаборник 100 прикреплен к внутренней поверхности 2 внутренней неподвижной конструкции 3 посредством кольцевого элемента 109.
Воздухозаборная кромка 108 имеет свободный дистальный конец, расположенный на одном уровне с воздуховодом 6.
Воздухозаборная кромка 108 выполнена из термопластичного материала, такого как полиамид, полиэтилентерефталат или же полиоксиметилен.
Воздухозаборная кромка 108 имеет форму, способствующую прохождению потока 50 втянутого воздуха в воздухозаборник 100 и обеспечивающую аэродинамическую непрерывность между внутренней неподвижной конструкцией 3 и воздухозаборником 100.
Аэродинамическая непрерывность между внутренней неподвижной конструкцией 3 и воздухозаборником 100 обеспечивается посредством ступени 111 с высотой, по существу идентичной толщине внутренней неподвижной конструкции 3, выполненной на стыке между кольцевым элементом 109 и воздухозаборной кромкой 108.
Прохождению воздуха в воздухозаборник способствует изогнутая форма воздухозаборной кромки 108.
Кольцевой элемент 109 и воздухозаборная кромка 108 выполнены за одно целое.
Опорный элемент 110 обеспечивает плотное присоединение воздуховода 6 к воздухозаборнику 100.
Опорный элемент 110 обеспечивает крепление воздухозаборника 100 к воздуховоду 6.
Для этого воздуховод 6 содержит соединительный элемент 12, который взаимодействует с опорным элементом 110 через уплотнение 13.
Опорный элемент 110 концентричен воздухозаборной кромке 108.
Предпочтительно он содержит опорную пластину 114, по существу параллельную кольцевому элементу 109, при этом опорная пластина 114 выполнена с возможностью поддерживания воздуховода 6 через уплотнение 13.
Опорный элемент дополнительно содержит L-образное основание 115, первая ветвь которого прикреплена к кольцевому элементу 109 параллельно указанному кольцевому элементу 109, и вторая ветвь которого обеспечивает связь первой ветви с опорной пластиной 114.
Основание 115 и опорная пластина 110 выполнены за одно целое.
В области соединения между воздухозаборником 100 и воздуховодом 6 часть 50' отклоненного потока 50 воздуха стремится выйти и просочиться в пространство E между соединительным элементом 12, уплотнением 13, опорным элементом 110, и воздухозаборной кромкой 108, что дает эффект увеличения давления в указанном пространстве E.
При этом вторая ветвь основания 115 опорного элемента 110 воздухозаборника 100 обеспечивает получение плотного барьера, позволяющего избежать утечек втянутого потока 50 воздуха.
Кроме того, воздухозаборная кромка 108 подвергается ударам продуктов изнашивания и высоким давлениям отклоненного потока воздуха, при этом в ее стенке могут появиться трещины С, а также утечки 50'' воздуха. Затем вторая ветвь основания 115 опорного элемента 110 воздухозаборника 100 обеспечивает достижение плотного барьера, позволяющего избежать утечек потока воздуха.
Опорный элемент 110 выполнен из материалов, устойчивых к напряжениям, создаваемым давлением, таких как термопластичные материалы с наполнителями, такие как, например, простой полиэфирэфиркетон, полиамид, наполненные стеклом, углеродом, арамидными волокнами или любым другим металлическим сплавом, таким как алюминий или титан.
Согласно одному варианту осуществления опорный элемент 110 усилен ребрами 116 жесткости (фиг. 3).
Первая ветвь основания 115 опорного элемента 110 повернута в направлении, противоположном воздухозаборной кромке 108.
На фиг. 3 представлен вариант осуществления воздухозаборника 100 согласно настоящему изобретению, содержащего ребра 116 жесткости, расположенные между опорной пластиной 114 и основанием 115 опорного элемента 110.
Ребра 116 жесткости по существу перпендикулярны опорной пластине 114.
Они обеспечивают усиление опорного элемента 110 и, таким образом, укрепление герметизирующего барьера.
Они также позволяют передавать сжимающие напряжения уплотнения 13 (фиг. 2).