ИЗОГНУТЫЙ ШАТУН, СНАБЖЕННЫЙ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, ОДНИМ СРЕДСТВОМ САМОВЫРАВНИВАНИЯ
CROOKED CONNECTING ROD FITTED BY AT LEAST ONE SELF-ALIGNMENT ELEMENT

Изобретение относится к изогнутому шатуну, предназначенному для соединения подвижных относительно друг друга первого и второго узлов и снабженному по меньшей мере одним средством самовыравнивания.
Если говорить конкретнее, здесь рассматриваются узлы, используемые в авиационной промышленности и, в частности, в задней секции вторичного сопла гондолы летательного аппарата и в неподвижной внутренней конструкции этой гондолы.
Гондола летательного аппарата имеет, как правило, трубчатую структуру с воздухозаборником, помещенным перед турбореактивным двигателем, средней секцией, охватывающей вентилятор турбореактивного двигателя, и задней секцией, в которую помещены средства реверса тяги и которая охватывает камеру сгорания турбореактивного двигателя, и заканчивается обычно реактивным соплом, выход которого находится за турбореактивным двигателем.
Современные гондолы используются для установки в них двухконтурного турбореактивного двигателя, способного генерировать с помощью вращающихся лопастей вентилятора горячий воздушный поток (его называют также «первичным потоком»), выходящий из камеры сгорания турбореактивного двигателя, и холодный («вторичный») воздушный поток, циркулирующий снаружи от турбореактивного двигателя по кольцевому каналу («тракту»), образованному между обтекателем турбореактивного двигателя, который часто называют «неподвижной внутренней конструкцией», и внутренней стенкой гондолы. Оба эти воздушных потока выталкиваются из турбореактивного двигателя через заднюю часть гондолы. В задней секции гондолы находится реактивное сопло, служащее для обеспечения направленного выпуска воздушных потоков. В случае, когда это сопло используется в дополнение к первичному соплу, обеспечивающему направленную циркуляцию горячего потока, его называют «вторичным соплом».
Роль реверсора тяги состоит в том, чтобы при приземлении самолета увеличить его тормозную способность путем изменения направления по меньшей мере части развиваемой двигателем тяги на обратное, то есть вперед. На этом этапе реверсор перекрывает тракт холодного потока, направляя последний в переднюю зону гондолы, в результате чего создается реверсивная тяга, складывающаяся с торможением самолетных колес.
Средства, применяемые для осуществления указанной переориентации холодного потока, могут быть разными в зависимости от типа реверсора тяги. Однако в любом случае структура реверсора тяги включает в себя подвижные элементы, которые выполнены с возможностью перемещения из развернутого положения, в котором они открывают в гондоле канал, предназначенный для отклоненного потока, в убранное положение, в котором они перекрывают указанный канал. Эти подвижные элементы могут выполнять функцию отклонения или всего лишь приведения в действие других отклоняющих средств.
Кроме того, для преобразования в целом прямолинейного перемещения в практически вращательное перемещение путем передачи усилий, оказываемых на подвижные элементы, к другим элементам обычно приходится применять систему специальных шатунов.
Для этого в известных традиционных конструкциях используют прямые шатуны, состоящие, главным образом, из металлического стержня, соединяющего два шарнира с подвижными осями, соединенные с подвижными элементами. Такие прямые шатуны применяются, в частности, в задней секции гондол летательных аппаратов, снабженных реверсорами тяги, а конкретнее - для отклонения подвижной панели на основе практически прямолинейного перемещения капота, на котором она закреплена с возможностью поворота. Во французской заявке FR 08/04295 описана как раз подобная конструкция с использованием прямого шатуна, соединяющего панель, жестко связанную со вторичным соплом, и неподвижную секцию обтекателя турбореактивного двигателя.
Однако не всегда удается приспособить такую систему с прямым шатуном к работе в гондолах, снабженных реверсорами тяги. Из-за наличия подобных шатунов на траектории вторичного потока серьезно нарушаются аэродинамические характеристики и ухудшаются эксплуатационные показатели двигателя. Поэтому во избежание таких последствий в известных системах принято крепить шатун на неподвижной внутренней конструкции дальше в направлении вперед. Однако часто случается так, что при подобном смещении прямых шатунов вперед не удается обеспечить такое движение капота, при котором в достаточной степени открывались бы отклоняющие средства и, следовательно, достигалось бы нужное практически вертикальное положение подвижной панели в конце хода.
Для достижения, с одной стороны, оптимальных аэродинамических характеристик и, следовательно, более выдвинутого вперед положения стержня шатуна и, с другой стороны, для сохранения центра вращения шатуна на неподвижной внутренней конструкции в положении, более сдвинутом назад, можно прибегнуть к помощи специального изогнутого шатуна типа описанного в патенте US 4533098.
Однако в таких системах в ходе перемещений капота вместе с панелью такой шатун оказывается в довольно неустойчивом и плохо контролируемом положении, что чревато его поломкой или потерей прочности прилегающей к нему конструкции. Эти явления усугубляются под действием вторичного воздушного потока, который способствует возникновению сильных вибраций шатуна в местах расположения его центров вращения.
Одно из технических решений, позволяющих повысить устойчивость шатуна, состоит в жесткой фиксации одного из его центров вращения. Известны, в частности из заявки FR 08/06929, шатуны с центром вращения головки, встроенные в неподвижную конструкцию обтекателя турбореактивного двигателя (или неподвижной внутренней конструкции). Однако подобные конструкции очень чувствительны к нарушениям соосности деталей, в частности, когда речь идет о необходимости выравнивания по одной линии центров вращения и точек крепления, в которых эти центры должны фиксироваться.
Для устранения перечисленных выше недостатков, в соответствии с первым аспектом изобретения, предложен изогнутый шатун, предназначенный для соединения первого и второго узлов, которые выполнены подвижными относительно друг друга и через которые в ограничиваемом ими пространстве циркулирует поток, и снабженный по меньшей мере одним первым и одним вторым центрами вращения, которые рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить поворот шатуна соответственно относительно указанных первого и второго узлов, причем изогнутый шатун выполнен с возможностью такой установки, при которой изгиб находится выше по потоку, относительно указанного второго центра вращения, а указанный второй центр вращения встроен во второй подвижный узел, отличающийся тем, что изогнутый шатун имеет по меньшей мере две части, соединенные друг с другом с помощью по меньшей мере одного средства самовыравнивания.
При такой конструкции шатуна, состоящего из нескольких частей, удается уменьшить механические напряжения, действующие на детали, в частности, в местах расположения центров вращения на неподвижной внутренней конструкции и на вторичном сопле, учитывая, что удары и вибрации амортизируются благодаря по меньшей мере одному соединению, выполненному с использованием средства самовыравнивания.
TM
По тексту настоящего описания под термином «средство самовыравнивания» понимается соединение, которое включает в себя элемент, обеспечивающий некоторую свободу движения между скрепляемыми ею деталями, например, элемент, снабженный по меньшей мере одним шаровым шарниром (мы называем его «шаровым элементом»), или упругий элемент типа кольца «Paulstra». Таким образом, детали, соединяемые с помощью этих точек, оказываются подвижными относительно друг друга. Средство самовыравнивания может представлять собой, например, практически сферическую конструкцию, но может иметь и в целом удлиненную форму, которая обеспечивала бы поддержание неизменными некоторых углов между деталями шатуна, в частности, для сохранения постоянного угла изгиба шатуна или для фиксации соосности различных частей компонентов.
В соответствии с другими факультативными признаками соединительного устройства согласно изобретению:
- изогнутый шатун имеет первую и вторую части, соединенные друг с другом с помощью, по меньшей мере, одного средства самовыравнивания, причем указанная первая часть выполнена с возможностью соединения с первым узлом посредством первого центра вращения, а указанная вторая часть выполнена с возможностью соединения со вторым узлом посредством второго центра вращения; при таком соединении с помощью, например, шаровых шарниров, вставляемых непосредственно в части, наиболее подверженные действию напряжений, поскольку они соединены через центры вращения с неподвижной внутренней конструкцией и со вторичным соплом, гарантируется гибкость изогнутого шатуна благодаря поглощению напряжений средствами самовыравнивания;
- предпочтительно, вторая часть встроена в первую часть и удерживается в жесткой связи с указанной первой частью двумя средствами самовыравнивания; такая конструкция проста в изготовлении и достаточно надежна, при этом можно использовать сферические шаровые элементы типа широко применяемых в авиастроительной промышленности;
- одна из указанных частей выполнена изогнутой;
- предпочтительно, чтобы часть, выполненная с возможностью соединения с первым узлом через первый центр вращения, была выполнена изогнутой;
- указанные средства самовыравнивания помещены между вторым центром вращения и изгибом шатуна;
- попарное расположение указанных частей выполнено через посредство по меньшей мере двух средств самовыравнивания, отстоящих друг от друга на максимально возможное расстояние; при таком расположении удается получить максимальное плечо рычага с целью уменьшения крутящих усилий в конструкции компонентов, на которых закреплены средства самовыравнивания;
- первый центр вращения проходит через профиль стержня шатуна, по существу, посередине ширины указанного профиля; в результате часть конструкции стержня шатуна оказывается помещенной в зоне с наименьшей скоростью вторичного потока, благодаря чему ослабляется неблагоприятное воздействие на аэродинамические характеристики шатуна;
- шатун снабжен экраном, который имеет перед стержнем шатуна продолжение в виде фартука; в результате достигается аэродинамическое сглаживание шатуна, в частности, на начальных этапах перемещения подвижного капота;
- второй центр вращения снабжен втулкой; благодаря замене традиционно применяемого шарового шарнира такой втулкой в центре вращения головки шатуна, прикрепленной к неподвижной внутренней конструкции, удается повысить устойчивость шатуна на всех стадиях маневрирования, причем специалистам известно, какой следует выбрать ширину втулки, чтобы она соответствовала геометрии узла;
TM
- по меньшей мере одно из указанных средств самовыравнивания образовано любым одним из элементов, выбираемых из группы, включающей в себя шаровой элемент и упругий узел типа колец марки Paulstra.
В соответствии со вторым аспектом изобретения его предметом является также гондола двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющая заднюю секцию, которая снабжена устройством реверса тяги, содержащим подвижный капот, установленный с возможностью поступательного перемещения в направлении, по существу, параллельном продольной оси гондолы, и выполненный с возможностью поочередного перехода из закрытого положения, в котором он обеспечивает непрерывность линий обтекания гондолы и перекрывает отклоняющие средства, в раскрытое положение, в котором он открывает в гондоле канал, приоткрывая при этом отклоняющие средства, причем указанный подвижный капот имеет также продолжение в виде по меньшей мере одной сопловой секции, установленной на заднем конце указанного подвижного капота, и снабжен по меньшей мере одной панелью, установленной с возможностью вращения вокруг по меньшей мере одного центра вращения вдоль оси, по существу, перпендикулярной к продольной оси гондолы, отличающаяся тем, что указанная панель связана с неподвижной конструкцией обтекателя турбореактивного двигателя с помощью по меньшей мере одного изогнутого шатуна типа описанного выше, который установлен с возможностью вращения вокруг первого и второго центров вращения соответственно на панели сопловой секции и на неподвижной конструкции.
Остальные признаки и преимущества изобретения явствуют из чтения нижеследующего описания, приводимого со ссылками на приложенные чертежи, где фиг.1-3b относятся к шатунам, известным из предшествующего уровня техники, а фиг.4-10 иллюстрируют варианты осуществления с использованием предлагаемых здесь шатунов.
Фиг.1 представляет собой детальный вид в продольном разрезе задней секции гондолы летательного аппарата с реверсором тяги, где использован традиционный прямой шатун, который соединяет подвижную панель вторичного сопла с неподвижной конструкцией;
фиг.2 - детальный вид в продольном разрезе задней секции гондолы летательного аппарата с реверсором тяги с использованием того же известного прямого шатуна, с той разницей, что здесь центр вращения головки шатуна больше сдвинут в направлении вперед;
фиг.3a - детальный вид в продольном разрезе задней секции гондолы летательного аппарата с реверсором тяги в открытом положении, снабженной изогнутым шатуном, помещенным в одной из частей;
фиг.3b - схематический вид в поперечном разрезе части задней секции гондолы летательного аппарата с реверсором тяги в открытом положении, снабженной изогнутым шатуном по фиг.3a, где центр вращения подвижной панели вторичного сопла подвергается действию механических напряжений;
фиг.4 - вид сбоку предлагаемого изогнутого шатуна из двух частей, снабженного шаровыми элементами;
фиг.5 - вид снизу, иллюстрирующий головку изогнутого шатуна по фиг.4;
фиг.6a - вид в поперечном разрезе головки шатуна согласно изобретению на секции, несущей шаровой элемент;
TM
фиг.6b - вид в поперечном разрезе головки шатуна согласно изобретению на секции, несущей упругое кольцо марки Paulstra;
фиг.7a - детальный вид в продольном разрезе задней секции гондолы летательного аппарата с реверсором тяги в открытом положении, снабженной изогнутым шатуном, состоящим из двух частей;
фиг.7b - схематический вид в поперечном разрезе части задней секции гондолы летательного аппарата с реверсором тяги в открытом положении, снабженной изогнутым шатуном по фиг.7a, где действуют показанные стрелками допустимые угловые смещения на центре вращения подвижной панели сопла;
фиг.8 - детальный вид в продольном разрезе задней секции гондолы летательного аппарата с реверсором тяги в закрытом положении, снабженным изогнутым шатуном, который зафиксирован в неподвижной конструкции, с частью обтекателя турбореактивного двигателя с продолжением в виде фартука;
фиг.9 - тот же вид, что и на фиг.8, с той разницей, что реверсор тяги слегка открыт, а фартук головки шатуна находится во вторичном воздушном потоке;
фиг.10 - вид сбоку в продольном разрезе задней секции гондолы летательного аппарата с предлагаемым изогнутым шатуном, состоящим из двух частей, верхняя часть которого выполнена с возможностью соединения с подвижной панелью с помощью центра вращения, где в соответствии с первым вариантом ось этого центра вращения на расстоянии двух третей ширины профиля шатуна (стержень шатуна показан сплошной линией) или в соответствии со вторым вариантом ось помещена в середине ширины профиля шатуна (стержень шатуна показан пунктиром).
В нижеследующем тексте термины «передний» и «задний» употребляются применительно к направлению циркуляции потока холодного воздуха в кольцевом канале. Воздухозабор турбореактивного двигателя находится в самой передней точке потока холодного воздуха в кольцевом канале, а место выпуска воздуха - в самой задней точке этого потока. На приложенных чертежах, где представлено сечение гондолы, поток холодного воздуха циркулирует слева направо, так что воздухозабор располагается на них слева, а выпуск воздуха - справа.
Вторичное сопло 1 с реверсором тяги типа показанного на фиг.1 снабжено подвижным капотом 2, который имеет на своей задней части продолжение в виде подвижной панели 3, поворачивающейся на оси, практически перпендикулярной к продольной оси гондолы, по существу, вписанной в плоскость фиг.1. Имеется прямой шатун 7, закрепленный, во-первых, на подвижной панели 3 с помощью первого центра вращения 5 и, во-вторых, на неподвижной внутренней конструкции 9 с помощью второго центра вращения 11. Центр вращения 11 головки шатуна 7 должен располагаться как можно дальше в направлении назад, предпочтительно за выпуклой частью обтекателя 13, с тем чтобы подвижный капот 2 мог продвинуться настолько, чтобы приоткрыть отклоняющие средства 15 (решетки профилей), создавая при этом наклон подвижной панели 3, так чтобы она оказалась в конце хода, как показано пунктиром в правой части фиг.1.
Во избежание ухудшения эксплуатационных характеристик двигателя из-за значительного нарушения аэродинамических качеств кольцевого канала 17 центр вращения 11 головки шатуна 7 должен быть сдвинут как можно дальше вперед, в идеальном случае - в зону перед выпуклой частью обтекателя 13 (см. фиг.2). Однако при такой конфигурации подвижный капот 2 не в состоянии высвободить в достаточной степени отклоняющие средства 15, а панель 3 не может совершить нужный ход.
Для достижения необходимого перемещения капота 2 и панели 3 с одновременным получением оптимального положения шатуна относительно вторичного потока используется изогнутый шатун 19, центр вращения 21 которого на неподвижной конструкции 9 находится ниже по потоку, относительно стержня 23, когда подвижная панель 3 в горизонтальном положении. Для стабилизации шатуна, в частности, на этапе реверса тяги, когда подвижная панель 3 наклонена с достижением положения, практически поперечного относительно потока (фиг.3a), используется достаточно широкая втулка 25, зафиксированная в неподвижной конструкции 9, что позволяет стабилизировать шатун 19 на всех стадиях маневрирования. В случае использования однокомпонентного изогнутого шатуна 19, показанного на фиг.3a, оказывается непросто надежно выровнять центр вращения 29 стержня 23 этого шатуна по одной линии с предусмотренным для панели 3 соединением (см. фиг.3b), если учесть требования, накладываемые в отношении производственных допусков и позиционирования.
Благодаря предлагаемому изобретению удалось разработать шатун, состоящий из двух частей, которые соединены друг с другом с помощью специальных средств крепления, рассчитанных таким образом, чтобы придать всей конструкции определенную гибкость, что позволяет облегчить выравнивание различных центров вращения шатуна, в частности, на всех этапах перемещения подвижных деталей. Такой шатун показан на фиг.4-7b.
Двухкомпонентный шатун 31 может в идеальном случае содержать первый компонент, или стержень шатуна, 33, закрепляемый на подвижной панели 3 вторичного сопла с помощью первого центра вращения (центра вращения стержня шатуна) 35, в котором фиксируется второй компонент (головка шатуна) 37, закрепляемая на неподвижной конструкции 9 (см. фиг.4) с помощью второго центра вращения (центра вращения головки шатуна) 38. Оба компонента 33, 37 соединены вместе с помощью средств самовыравнивания 39a, 39b таким образом, что головка шатуна 37 и стержень 33 крепятся друг к другу с сохранением при этом некоторой свободы перемещения относительно друг друга. Указанные средства самовыравнивания 39a, 39b помещены между центром вращения 38 головки шатуна и изгибом 40. Расстояние между средствами самовыравнивания 39a и 39b выбирается по возможности большим, с тем чтобы создать максимальное плечо рычага и уменьшить крутящие усилия в двухкомпонентном шатуне 31.
По одному из вариантов осуществления средства самовыравнивания 39a, 39b представляют собой шаровые элементы 41a, 41b типа показанных на фиг.5 на виде снизу для головки изогнутого шатуна 31.
TM
Шаровые элементы 41a, 41b, выполненные в соответствии с вариантом осуществления, представленным на фиг.6a, можно в некоторых случаях успешно заменить упругими элементами 43a, 43b типа колец марки Paulstra (см. фиг.6b). Для таких колец не требуется какого-либо особого ухода - их не надо смазывать, поскольку они получены, главным образом, путем намотки отдельных слоев резины и металлических элементов.
На фиг.7b иллюстрируется допустимое угловое смещение на центре вращения 35 стержня шатуна благодаря такому двухкомпонентному изогнутому шатуну 31, снабженному средствами самовыравнивания 39a, 39b, в частности, в случаях, когда подвижная панель 3 полностью наклонена, как это видно на фиг.7a. Оси A1 и A2 соответствуют крайним положениям кромки 34 (правая часть фиг.7b) стержня 33 шатуна, которые становятся возможными благодаря отклонениям, создаваемым средствами самовыравнивания 39a, 39b.
Можно выполнить аэродинамическое сглаживание для оптимизации ввода в неподвижную конструкцию 9 фиксируемой части двухкомпонентного шатуна 31, например, на части 45 стержня 33, в которой фиксируется головка 37 (см. фиг.8). Можно предусмотреть специальный экран 47, выполненный как продолжение обтекателя неподвижной конструкции 9 и снабженный в своей части, находящейся на максимальном удалении вперед от вторичного потока, фартуком 48. Благодаря этому фартуку поток получает некоторый уклон, который позволяет свести к минимуму нарушения аэродинамики при опрокидывании шатуна назад, как видно на фиг.9.
Для еще большего улучшения аэродинамических качеств шатуна 31, состоящего из двух частей, введенных в кольцевой канал 17, его стержень 33 формируют таким образом, чтобы ось центра вращения 35 этого стержня проходила через профиль стержня шатуна в его середине. На фиг.10 сплошными линиями показана традиционная конфигурация с осью, проходящей через профиль на расстоянии одной трети его ширины спереди, что вполне обоснованно в случаях с прямыми шатунами во избежание выравнивания стержня шатуна с межосевым расстоянием центров вращения 35, 38. Пунктиром на том же чертеже показан профиль шатуна 31 согласно изобретению с осью, находящейся посередине профиля. Благодаря такой конфигурации удается, не меняя кинематическую схему, перевести часть конструкции стержня 33 шатуна в зону с наименьшей скоростью вторичного потока, что позволяет ослабить неблагоприятное воздействие на аэродинамические характеристики.
Разумеется, изобретение никоим образом не ограничивается описанными и проиллюстрированными вариантами осуществления, которые были представлены лишь в качестве примеров. Так, если говорить о геометрии фиксации двух частей изогнутого шатуна 31, можно, разумеется, инвертировать структуру сопряжения двух компонентов 33, 37 со свойствами самовыравнивания, выполнив хомут или вилку на головке 37 шатуна и предусмотрев закрепление средств самовыравнивания на стержне 33 шатуна.