СИСТЕМА УСТРАНЕНИЯ ОБЛЕДЕНЕНИЯ ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ ВХОДНОГО ОТВЕРСТИЯ НОСОВОГО ОБТЕКАТЕЛЯ ТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
SYSTEM TO ELIMINATE ICING OF TURBINE ENGINE NOSE FAIRING INLET FRONT EDGE

Настоящее изобретение относится к устранению обледенения обтекателей воздухозаборника газотурбинных двигателей, в частности, для летательных аппаратов.
Известно, что при необходимости, то есть для предотвращения формирования льда или удаления уже сформировавшегося льда лед с передней кромки носового обтекателя воздухозаборника таких газотурбинных двигателей удаляют путем нагрева сжатым горячим воздухом, отбираемым от упомянутого турбинного двигателя и подаваемым на упомянутую переднюю кромку, используя контур циркуляции горячего воздуха. Такой горячий воздух под давлением, отбираемый из двигателя, имеет высокую температуру, например приблизительно 500°С, в результате чего упомянутая труба излучает тепло, и окружающие структуры упомянутого носового обтекателя воздухозаборника, которые чувствительны к теплу (например, звукопоглощающие панели, изготовленные из композитного материала), должны быть защищены от тепла. Кроме того, по очевидным соображениям безопасности также необходимо обеспечить защиту упомянутых окружающих структур в случае утечки горячего воздуха под давлением при разрыве упомянутой трубы.
В соответствии с этим в документе ЕР-1251257 раскрыт носовой обтекатель воздухозаборника газотурбинного двигателя, в частности, для летательного аппарата, причем в упомянутом носовом обтекателе воздухозаборника предусмотрено средство удаления обледенения на его передней кромке, содержащее:
- полую переднюю кромку, образующую кольцевую камеру, закрытую первой внутренней перегородкой;
- трубу подачи горячего воздуха под давлением, выполненную с возможностью ее подключения на ее заднем конце, противоположном упомянутой передней кромке, к контуру горячего воздуха под давлением и на ее переднем конце в направлении к упомянутой передней кромке - к инжектору, который осуществляет нагнетание упомянутого горячего воздуха под давлением в упомянутую кольцевую камеру, причем указанная труба подачи, по меньшей мере, установлена в отсеке, ограниченном с передней стороны упомянутой первой внутренней перегородкой и с задней стороны второй внутренней перегородкой; и
- внутренний защитный кожух, установленный в упомянутом отсеке и образующий изоляционный объем, окружающий упомянутую трубу подачи.
Таким образом, в таком известном носовом обтекателе воздухозаборника упомянутая труба изолирована от остального внутреннего пространства носового обтекателя воздухозаборника и упомянутый внутренний защитный кожух, который выполнен непрерывным и как единая деталь, обеспечивает защиту окружающих структур от теплового излучения и утечек горячего воздуха под давлением, а также от последствий разрыва упомянутой трубы. Благодаря тому что предусмотрены входное и выходное отверстия для воздуха, обеспечивается возможность во время нормальной работы получить постоянную внутреннюю вентиляцию изолированного объема, ограничивая, таким образом, тепловое излучение трубы подачи, при этом обеспечивается защита окружающих чувствительных к теплу структур от какого-либо повреждения или старения, связанного с воздействием высоких температур. В случае утечки из трубы, ее разрыва или взрыва горячий воздух будет выброшен наружу через выходное отверстие, открывающееся так, что упомянутые окружающие структуры снова будут защищены от горячего воздуха под давлением.
Такой известный носовой обтекатель воздухозаборника, таким образом, идеально выполняет свои функции тепловой защиты упомянутых окружающих структур. Однако на практике для предотвращения продольного расширения упомянутой трубы подачи и упомянутого защитного кожуха (который обычно изготовлен из стали) под воздействием температуры так, чтобы он не создавал напряжения в упомянутых первой и второй перегородках, требуется, чтобы каждый из двух элементов, сформированных из упомянутой трубы подачи и упомянутого защитного кожуха, был выполнен из двух частей, которые вставлены одна в другую, что обеспечивает возможность скольжения одной из них относительно другой герметичным образом.
Таким образом, удлинение под воздействием тепла упомянутой трубы и упомянутого кожуха поглощается выдвижным скользящим движением упомянутых двух частей, образующих эти элементы.
Однако следует отметить, что горячий воздух, циркулирующий в упомянутой трубе подачи, находится под высоким давлением, например приблизительно 10-20 бар, в результате чего такое внутреннее давление создает эффект разделения двух частей упомянутой трубы подачи друг от друга во время нормальной работы и разделения двух частей упомянутой трубы подачи и двух частей защитного кожуха друг от друга в случае разрыва упомянутой трубы подачи. Вследствие этого возникают напряжения, которые прикладываются к упомянутым перегородкам двумя частями упомянутой трубы подачи и/или упомянутого защитного кожуха, причем указанные напряжения приводят к деформации упомянутых перегородок, в результате чего они становятся выпуклыми наружу из отсека. Таким образом, возникает необходимость предусматривать тяжелые и дорогостоящие усилительные элементы, предназначенные для сопротивления такому выпучиванию.
Предмет настоящего изобретения представляет собой систему устранения обледенения, которая позволяет исключить деформации перегородок, без необходимости использования усилений упомянутых перегородок.
С этой целью в соответствии с изобретением система устранения обледенения передней кромки носового обтекателя воздухозаборника газотурбинного двигателя, в частности, для самолета, причем упомянутая передняя кромка выполнена полой и образует кольцевую камеру, закрытую первой внутренней перегородкой, содержит:
- трубу подачи горячего воздуха под давлением, выполненную с возможностью подключения на ее заднем конце, противоположном упомянутой передней кромке, к контуру горячего воздуха под давлением и на ее переднем конце в направлении к упомянутой передней кромке - к инжектору, нагнетающему упомянутый горячий воздух под давлением в упомянутую кольцевую камеру передней кромки, причем упомянутая труба подачи пропущена через отсек упомянутого носового обтекателя воздухозаборника, который образован с передней стороны упомянутой первой внутренней перегородкой и с задней стороны второй внутренней перегородкой; и
- внутренний защитный кожух, установленный в упомянутом отсеке и образующий изолированный объем, окружающий упомянутую трубу подачи, при этом следует отметить, что:
- один из двух элементов, сформированных упомянутой трубой подачи и упомянутым защитным кожухом, выполнен продольно жестким, в то время как другой из упомянутых элементов, содержит, по меньшей мере, две части, вставленные одна в другую с возможностью скольжения относительно друг друга герметичным образом; и
- упомянутые два элемента, с одной стороны, жестко закреплены на одной из упомянутых перегородок, в то время как, с другой стороны, упомянутые два элемента жестко соединены друг с другом и выполнены с возможностью совместного скольжения относительно опоры скольжения, предусмотренной в другой перегородке.
Таким образом, как более подробно описано ниже, один из упомянутых двух элементов, который выполнен продольно жестким, действует как соединительный стержень для другого из упомянутых элементов путем ограничения его удлинения, и удлинение, специфичное для упомянутого соединительного стержня, не оказывает влияния на упомянутые перегородки благодаря наличию упомянутой опоры скольжения.
Упомянутая труба подачи может быть выполнена продольно жесткой, в то время как упомянутый защитный кожух содержит, по меньшей мере, две части, вставленные одна в другой и выполненные с возможностью скольжения одна относительно другой герметичным образом. Однако в одном предпочтительном варианте выполнения упомянутый защитный кожух выполнен продольно жестким, в то время как упомянутая труба подачи содержит, по меньшей мере, две части, вставленные одна в другой и выполненные с возможностью скольжения относительно друг друга герметичным образом.
Упомянутая опора скольжения может быть установлена либо на упомянутой первой внутренней перегородке или на упомянутой второй внутренней перегородке.
Предпочтительно упомянутая опора скольжения содержит упор, предназначенный для ограничения скользящего движения упомянутой трубы подачи и упомянутого защитного кожуха относительно соответствующей перегородки.
Жесткое соединение между упомянутой трубой подачи и упомянутым защитным кожухом может быть сформировано с помощью фланцев.
Приложенные чертежи помогают понять воплощение изобретения. На этих чертежах идентичными ссылочными позициями обозначены аналогичные элементы.
На фиг.1 показана в осевом разрезе передняя кромка известного носового обтекателя воздухозаборника.
На фиг.2 схематично иллюстрируется известная передняя кромка, представленная на фиг.1, и показан ее недостаток, который преодолевается с помощью настоящего изобретения.
На фиг.3А, 3В и 3С схематично изображено, так же как и на фиг.2, три разных положения системы устранения обледенения с передней кромки в соответствии с настоящим изобретением в соответствии с первым предпочтительным вариантом выполнения.
На фиг.4 схематично показан вид части практического примерного воплощения первого варианта выполнения, представленного на фиг.3А, 3В и 3С.
На фиг.5 иллюстрируется вариант упомянутого первого варианта выполнения.
На фиг.6А, 6В и 6С схематично иллюстрируются для сравнения с фиг.3А, 3В и 3С те же три разных положения для второго варианта выполнения настоящего изобретения.
На фиг.7 иллюстрируется вариант второго варианта выполнения, представленного на фиг.6А, 6В, 6С.
Передняя кромка 1 обтекателя 2, окружающая воздухозаборник 3 газотурбинного двигателя летательного аппарата (не показан на чертежах), снабжена известным средством устранения обледенения, которое содержит:
- внутреннюю периферийную камеру 4, сформированную в полой передней кромке 1 и закрытую внутренней передней перегородкой 5 кольцевой формы, которая прикреплена к стороне 2Е верхней поверхности и к стороне 2I нижней поверхности обтекателя 2;
- трубу 6 подачи горячего воздуха под давлением, которая разработана так, чтобы она могла быть подсоединена на ее заднем конце 6R, противоположном упомянутой передней кромке 1, к контуру 7 горячего воздуха под давлением, поступающим от генератора горячего потока турбинного двигателя (не показан), и на ее переднем конце 6А - к инжектору 8, который нагнетает упомянутый горячий воздух под давлением в упомянутую внутреннюю камеру 4 передней кромки 1; и
- трубчатый защитный кожух 9, окружающий упомянутую трубу 6 подачи.
Труба 6 подачи и защитный кожух 9 пропущены через отсек 10, образованный с передней стороны упомянутой внутренней передней перегородкой 5 и с задней стороны внутренней задней перегородкой 11 кольцевой формы, которая закреплена на стороне 2Е верхней поверхности и на стороне 2I нижней поверхности и через которую пропущен упомянутый задний конец 6R трубы 6. Таким образом, упомянутый защитный кожух 9 образует совместно с передней 5 и задней 11 перегородками изолированный объем 12.
В таком известном варианте реализации, показанном на фиг.1 и 2, как труба 6 подачи, так и защитный кожух 9 фактически сформированы из двух частей, соответственно 6.1, 6.2 и 9.1, 9.2. Две части 6.1, 6.2 упомянутой трубы 6 подачи установлены телескопически относительно друг друга и герметично соединены с помощью скользящего уплотнителя или гофрированной трубы 13. Аналогично две части 9.1 и 9.2 защитного кожуха 9 установлены телескопически и соединены герметично с помощью скользящего уплотнения или гофрированных трубок 14.
Кроме того, части 6.1 и 9.1 жестко закреплены на передней перегородке 5, в то время как части 6.2 и 9.2 жестко закреплены на задней перегородке 11.
Следует понимать, что выполнение трубы 6 подачи и защитного кожуха 9 в форме двух телескопических частей 6.1, 6.2 и 9.1, 9.2 позволяет устранить давление, прикладываемое к упомянутым перегородкам 5 и 11, в результате теплового расширения трубы 6 подачи и защитного кожуха 9 под действием горячего воздуха, пропускаемого через трубу 6 подачи.
Однако поскольку горячий воздух, проходящий через упомянутую трубу 6 подачи, находится под большим давлением, такое давление прикладывает разделяющее воздействие к двум частям 6.1 и 6.2 трубы 6 подачи и поэтому к двум частям 9.1 и 9.2 защитного кожуха 9.
В результате труба 6 подачи действует как толкатель на перегородки 5 и 11, которые деформируются наружу за пределы отсека 10, как схематично представлено пунктирными линиями 5d и 11d на фиг.2. Само собой разумеется, что в случае случайного разрыва трубы 6 подачи горячий воздух расширяется внутри изолирующего объема 12, в результате чего действие разделения, прикладываемое упомянутым горячим воздухом к переборкам 5 и 11, дополнительно увеличивается под воздействием толкателя большего диаметра, формируемого таким защитным кожухом 9. Поэтому необходимо обеспечить усиление (например, соединительные стержни, которые не показаны), приложенное к упомянутым перегородкам 5 и 11, предотвращающее их деформацию не только во время работы, но также и в случае разрыва трубы 6 подачи, в результате чего повышается стоимость и увеличивается масса самолета.
На фиг.3А, 3В и 3С схематично представлена система устранения обледенения в соответствии с изобретением, с помощью которой можно преодолеть эти недостатки. В отличие от известного варианта выполнения, показанного на фиг.1 и 2, в системе устранения обледенения, показанной на фиг.3А, 3В и 3С:
- передняя перегородка 5 и труба 6 подачи (выполненная в форме двух телескопических частей 6.1 и 6.2, соединенных герметично друг с другом), остаются без изменений;
- защитная оболочка 9 (в форме двух частей 9.1 и 9.2) заменена защитной оболочкой 15 из одной части; и
- задняя перегородка 11 заменена перегородкой 16, в которой предусмотрена опора 17 скольжения.
Кроме того, в данном варианте выполнения, показанном на фигурах 3А, 3В и 3С:
- часть 6.1 трубы 6 подачи и передняя часть 15А защитной оболочки 15 жестко закреплены на передней перегородке 5; и
- часть 6.2 трубы 6 подачи и задняя часть 15R защитного кожуха 15 скреплены друг с другом с помощью средства 18 крепления и выполнены с возможностью совместного скольжения в опоре 17 скольжения.
На фиг.3А представлено, например, состояние системы устранения обледенения в соответствии с изобретением в состоянии покоя, при этом горячий воздух под давлением не протекает через трубу 6 подачи в направлении инжектора 8. Если, начиная от состояния, показанного на фиг.3А, подать горячий воздух под давлением в упомянутую трубу 6 подачи, упомянутая труба 6 подачи проявит тенденцию к удлинению под совместным воздействием температуры (продольное расширение) и внутреннего давления (отдаление частей 6.1 и 6.2 друг от друга). Однако учитывая, что в первом случае защитный кожух 15 остается холодным и поэтому имеет фиксированную длину, предотвращается удлинение трубы 6 подачи благодаря действию упомянутого защитного кожуха 15, который работает как соединительный стержень. Система устранения обледенения, таким образом, остается в состоянии, показанном на фиг.3А.
После этого температура защитного кожуха 15 повышается под действием теплового излучения трубы 6 подачи, в результате чего защитный кожух 15 расширяется продольно, так что средство 18 крепления смещается относительно опоры 17 скольжения, как представлено на фиг.3В. Однако дальнейшее удлинение трубы 6 подачи под воздействием комплексного действия температуры и давления ограничивается соединительным стержнем (длина которого, таким образом, становится больше, чем представлено на фиг.3А), образованного защитным кожухом 15.
Если теперь, как представлено на фиг.3С, произойдет разрыв трубы 6 подачи, горячий воздух под давлением расширяется внутри защитного кожуха 15, который затем подвергается воздействию температуры и давления упомянутого горячего воздуха. Вследствие этого защитный кожух 15, таким образом, удлиняется в результате комбинированного воздействия температуры и давления и средство 18 крепления смещается относительно опоры 17 скольжения, при этом продольное расширение разорванной трубы 6 подачи (см. фиг.3С) все еще будет удерживаться упомянутым защитным кожухом 15.
Таким образом, следует отметить, что исходя из упомянутого выше в каждом случае продольное расширение трубы 6 контролируется и удерживается защитным кожухом 15 в пределах сил, прикладываемых к перегородкам 5 и 16, благодаря воздействию средства 18 крепления, скользящего внутри опоры 17 скольжения.
В соответствующих случаях опора 17 скольжения в качестве меры безопасности может содержать упор 17В, ограничивающий скользящее перемещение в направлении наружу из отсека 10.
На фиг.4 показан практический пример варианта выполнения системы устранения обледенения, представленной схематично на фиг.3А, 3В и 3С. Можно видеть, что защитный кожух 15 непосредственно установлен с возможностью скольжения в опоре 17 и что средство 18 крепления представляет собой средство такого типа, которое содержит фланцы 18А.
Хотя на фиг.3А, 3В, 3С и 4 передняя перегородка была представлена неподвижной, и в задней перегородке предусмотрена опора 17, которая выполнена так, что обеспечивается возможность продольного смещения средства 18 крепления, из предыдущего описания и из фиг.5 можно понять, что передняя и задняя перегородки могут быть взаимно заменены. В этом случае на средстве 18 крепления закреплены часть 6.1 трубы 6 подачи и передняя часть 15А защитного кожуха 15 и упор 17В ограничивает скользящее движение в направлении наружу из отсека 10 в направлении инжектора 8.
Другой вариант выполнения системы устранения обледенения в соответствии с изобретением показан на фиг.6А, 6В, 6С. В отличие от известной системы устранения обледенения, показанной на фиг.1 и 2, в этом варианте выполнения:
- передняя перегородка 5 и защитный кожух 9 (в форме двух телескопических частей 9.1 и 9.2, соединенных с герметизацией между ними), остаются без изменения;
- труба 6 подачи (в форме двух частей 6.1 и 6.2) заменяется трубой 19 подачи, выполненной из одной детали; и
- задняя перегородка 11 заменена перегородкой 20, в которой предусмотрена опора 21 скольжения, выполненная с упором 21В, расположенным в направлении наружу (перегородка 20 и опора 21 соответственно аналогичны перегородке 16 и опоре 17, показанным на фиг.3А, 3В и 3С).
Кроме того, в варианте выполнения, показанном на фиг.6А, 6В и 6С:
- часть 9.1 защитного кожуха 9 и передняя часть 19А трубы 19 подачи жестко закреплены на передней перегородке 5;
- часть 9.2 защитного кожуха 9 и задняя часть 19R трубы 19 соединены друг с другом с помощью средства 22 крепления и выполнены с возможностью совместного скольжения в опоре 21 скольжения.
Фиг.6А, 6В и 6С соответственно соответствуют фиг.3А, 3В и 3С.
На фиг.6А представлена система устранения обледенения в состоянии покоя. Если горячий воздух под давлением подают в трубу 19 подачи, последняя расширяется продольно, возможность чего обеспечивается благодаря наличию опоры 21, без приложения напряжений к перегородкам 5 и 20 (см. фиг.6В). Кроме того, телескопический защитный кожух 9 следует этому удлинению. Во время работы удлинение защитного кожуха 9 контролируется трубой 19 подачи, которая выполняет функцию соединительного стержня.
Если происходит разрыв упомянутой трубы (фиг.6С), защитный кожух 9 удлиняется, но его удлинение ограничивается в направлении наружу отсека 10 с помощью ограничителя 21В на барьере 21.
На фиг.7 иллюстрируется вариант выполнения, представленный на фиг.6А, 6В и 6D, в котором передняя и задняя перегородки были взаимно заменены.