ПОВОРОТНОЕ РЕГУЛИРУЕМОЕ СОПЛО

Предложение относится к машиностроению, в частности к конструкции поворотных осесимметричных сопел и может быть использовано в турбореактивных двигателях с отклонением вектора тяги.
Регулируемое сопло - это устройство с изменяемыми, в зависимости от режимов работы двигателя, размерами критического и выходного сечений, в канале которого происходит ускорение потока газа с целью создания реактивной тяги.
Известно сопло с отклоняемым вектором тяги, содержащее сходящиеся и расходящиеся створки, тяги расходящихся створок и управляющее кольцо с подвеской в виде многозвенных петель, складывающихся в радиальных плоскостях [1].
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и значительные габариты из-за наличия управляющего кольца, а также низкая надежность в работе вследствие сложной кинематической схемы управления соплом.
Известно также регулируемое осесимметричное сопло турбореактивного двигателя с отклоняемым вектором тяги, содержащее дозвуковые и сверхзвуковые створки, электронно-гидравлическую систему управления створками [2].
В данном устройстве изменение направления вектора тяги двигателя происходит за счет отклонения струи газа, истекающей из сверхзвуковой части сопла при перемещении сверхзвуковых створок в радиальном направлении. При этом сверхзвуковые створки объединены в отдельные блоки. Каждым из блоков управляет отдельная система, независимая от управления другими блоками. С помощью этих систем каждый блок может быть установлен в определенное положение относительно друг друга, которое будет соответствовать любому заданному направлению вектора тяги.
Для обеспечения синхронного перемещения створок в каждом отдельном блоке в радиальном направлении створки связаны между собой системой синхронизации, обеспечивающей равнорасположенность всех створок данного блока относительно оси сопла. Система синхронизации подвижна только в радиальном направлении и закреплена на балках, равных по количеству числу створок. При этом балки одним концом шарнирно закреплены на корпусе форсажной камеры, а другим - соединены посредством тяг со створками.
Недостатком известного устройства является то, что при изменении направления струи газа, вытекающей из сопла при повороте сверхзвуковой части сопла, силы, действующие на отдельные дозвуковые створки, значительно отличаются друг от друга, а существующая система синхронизации перемещения створок не обеспечивает постоянного положения центра (оси) критического сечения строго по оси сопла.
Известен механизм синхронизации створок сопла воздушно-реактивного двигателя, содержащий установленные шарнирно на корпусе силовые рычаги, сочлененные друг с другом в поперечной плоскости сопла кинематическими парами ползун-направляющая, образующими замкнутую синхронизирующую цепь [3].
Недостатками данного устройства является сложность конструкции и низкая надежность в работе.
В данном механизме на каждом силовом рычаге шарнирно установлены по два звена, а именно качалки с осями поворота, расположенные в поперечной плоскости сопла. При этом на одной качалке жестко закреплен ползун, выполненный в виде пальца, а в другой установлена сферическая опора с направляющим отверстием, в которое вставлен палец соседней качалки.
Для обеспечения изменения диаметра критического сечения в большом диапазоне качалки должны быть достаточно длинными, так как угол поворота качалок между собой составит меньше 30°, то есть диапазон изменения невелик.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является сопло с отклоняемым вектором тяги турбореактивного двигателя, содержащее створки сопла, фланец крепления створок, расположенных по окружности, системы синхронизации перемещения створок и управления створок гидроцилиндрами [4].
Недостатками известного устройства являются сложность конструкций системы синхронизации перемещения створок и системы управления створок гидроцилиндрами, а также сложность взаимодействия указанных систем в одном устройстве, что снижает надежность работы двигателя.
Технический результат заявляемого решения заключается в обеспечении постоянного положения оси критического сечения сопла при отклонении вектора тяги с помощью простой конструкции надежной в работе.
Для достижения указанного технического результата в поворотном регулируемом сопле турбореактивного двигателя, содержащем множество подвижных примыкающих друг к другу и распределенных по окружности ведущих и ведомых створок, закрепленных на корпусе форсажной камеры двигателя и составляющих дозвуковую часть, аналогичное множество шарнирно присоединенных к ним створок, составляющих сверхзвуковую часть и образующих при этом критическое сечение в зоне присоединения, при этом дозвуковая часть сопла включает систему синхронизации
перемещения створок и систему управления створок гидроцилиндрами, согласно предложению, указанные системы расположены одна за другой на ведущих дозвуковых створках, при этом система синхронизации перемещения створок представляет собой замкнутый шарнирный многозвенник, состоящий из рычагов, одним концом шарнирно соединенных друг с другом, а другим концом шарнирно закрепленных на створках.
Наличие отличительных признаков, а именно выполнение дозвуковой части устройства с системами синхронизации перемещения створок и управления створок гидроцилиндрами расположенными одна за другой на ведущих дозвуковых створках, выполнение системы синхронизации перемещения створок в виде замкнутого шарнирного многозвенника, состоящего из рычагов, одним концом соединенных друг с другом, а другим концом шарнирно закрепленных на створках, свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».
Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показан продольный разрез сопла с системами синхронизации перемещения створок и управления сворок гидроцилиндрами; на фиг.2 показана система синхронизации перемещения створок сопла; на фиг.3 представлен общий вид двигателя.
Следует учесть, что на чертежах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа технического решения, а сопутствующие элементы, хорошо известные специалистам в данной области, на чертежах не представлены.
В приведенном примере конкретного выполнения заявляемое поворотное регулируемое сопло установлено в турбореактивном двигателе с отклоняемым вектором тяги.
Устройство включает шарнирно закрепленные на корпусе форсажной камеры 1 ведущие и ведомые дозвуковые створки 2 и соединенные с ними ведущие и ведомые сверхзвуковые створки 3. Таким образом, дозвуковую часть сопла составляют двадцать четыре створки 2 (двенадцать ведущих и
двенадцать ведомых). Сверхзвуковую часть также составляют двадцать четыре створки 3 (двенадцать ведущих и двенадцать ведомых). Все вместе указанные створки 2 и 3 образуют проточную часть сопла.
Как ведущие, так и ведомые дозвуковые створки 2 с одной стороны снабжены проушинами и крепятся на корпусе форсажной камеры 1 при помощи гаек. С другой стороны указанные створки 2 соединены валиками соответственно с ведущими и ведомыми сверхзвуковыми створками 3. Места соединений створок 2 и 3 образуют критическое сечение (критический диаметр) сопла.
Устройство также включает систему управления створок гидроцилиндрами 4, выполненную в виде кольцевой гирлянды жестко соединенных между собой двенадцати гидроцилиндров. При этом каждый гидроцилиндр связан с системой регулирования сопла (на чертежах не показана). Система управления створок гидроцилиндрами 4 предназначена для создания усилий, необходимых для изменения профиля проточной части сопла и удержания его в рабочем положении. Кольцевая гирлянда гидроцилиндров закреплена на ведущих дозвуковых створках 2.
Устройство также включает систему синхронизации перемещения створок. Данная система состоит из множества отдельных элементов, а именно из двенадцати рычагов 5, шарнирно соединенных между собой и образующих замкнутый шарнирный многозвенник. Каждый из рычагов 5 одним своим концом соединен с другим сферическим шарниром 6, а вторым своим концом цилиндрическим шарниром 7 закреплен на ведущих дозвуковых створках 2 и расположен на соответствующей створке 2 между системой управления створок гидроцилиндрами и местом крепления створки к корпусу форсажной камеры 1. Система синхронизации предназначена для согласованного перемещения створок 2 сопла при изменении профиля проточной части, а также как препятствие деформациям в поперечном сечении сопла от действия сил неравномерного усилия на каждую дозвуковую створку и от разности усилий гидроцилиндров и давления газов
в сопле.
Устройство работает следующим образом.
При повороте сверхзвуковой части сопла в любом направлении по окружности возникают различные силы от давления газов на сверхзвуковые створки 3 в определенных пределах от минимальных значений до максимальных по окружности, которые в свою очередь передаются на дозвуковые створки 2. Под действием этих различного уровня сил дозвуковые створки 2 раскрываются достаточно неравномерно. Система синхронизации перемещения створок компенсирует возникающую разность сил, образуя равнодействующую силу, которая или закрывает или раскрывает одновременно все створки 2 сопла. При этом весь многозвенник возвратно-поступательно перемещается вдоль оси сопла, и равнодействующая сила уравновешивается усилиями от гидроцилиндров за счет одновременного изменения давления во всех гидроцилиндрах, обеспечивая необходимый для работы двигателя диаметр критического сечения сопла.
Устройство было разработано и изготовлено на заводе имени В.Я.Климова и успешно использовано на предприятии заказчика.
Из вышесказанного следует, что изготовление данного устройства промышленным способом не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Источники информации:
1. Патент RU №2168047, F 02 K 9/84, 2001;
2. Свидетельство на полезную модель RU №6414, F 02 K 1/12, 1998;
3. Патент RU №758810, F 02 K 1/12, 1994;
4. Свидетельство на полезную модель RU №25767, F 02 K 1/06, 2002.