ГОНДОЛА ДЛЯ ДВУХКОНТУРНОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ВЫСОКОЙ СТЕПЕНЬЮ ДВУХКОНТУРНОСТИ
NACELLE FOR DOUBLE-FLOW JET TURBINE ENGINE WITH HIGH BYPASS RATIO

Изобретение относится к гондоле для двухконтурного турбореактивного двигателя с высокой степенью двухконтурности, содержащей внутренний канал, по которому протекает создаваемый турбореактивным двигателем вторичный поток, и имеющей наружный корпус, оснащенный реверсором тяги.
Самолет приводится в движение посредством нескольких турбореактивных двигателей, каждый из которых находится в гондоле, которая также содержит группу вспомогательных исполнительных устройств, связанных с его работой и выполняющих различные функции во время работы или простоя двигателя. Эти вспомогательные исполнительные устройства включают в себя, в частности, механическую систему для приведения в действие реверсоров тяги.
Гондола, как правило, имеет цилиндрический корпус, содержащий воздухозаборник, расположенный по потоку перед турбореактивным двигателем, среднюю часть, окружающую вентилятор турбореактивного двигателя, и заднюю по потоку часть, содержащую средства реверсирования тяги и окружающую камеру сгорания турбореактивного двигателя, заканчивающуюся, как правило, реактивным соплом, выходное отверстие которого находится по потоку за турбореактивным двигателем.
Современные гондолы выполнены с возможностью установки в них двухконтурного турбореактивного двигателя, генерирующего посредством вращающихся лопастей вентилятора горячий воздушный поток (его называют также «первичным потоком»), выходящий из камеры сгорания турбореактивного двигателя, и холодный («вторичный») воздушный поток, обтекающий турбореактивный двигатель по кольцевому проходу, также называемому «каналом», образованному между обтекателем турбореактивного двигателя и внутренней стенкой гондолы. Оба этих воздушных потока выбрасываются из турбореактивного двигателя через задний конец гондолы.
Реверсор тяги предназначен для того, чтобы при приземлении самолета увеличить его тормозную способность путем изменения направления, по меньшей мере, части тяги, развиваемой двигателем, на обратное, то есть вперед. На этом этапе реверсор перекрывает канал холодного потока, направляя указанный холодный поток в направлении передней части гондолы, в результате чего создается обратная тяга, складывающаяся с торможением колес самолета.
Средства, применяемые для осуществления указанного реверсирования холодного потока, могут быть различными в зависимости от типа реверсора. Однако в любом случае корпус реверсора тяги содержит подвижные обтекатели, выполненные с возможностью перемещения из выдвинутого положения, в котором они открывают в гондоле проход, предназначенный для отклоненного потока, в убранное положение, в котором они перекрывают указанный проход. Эти обтекатели могут выполнять отклоняющую функцию или могут лишь активизировать другие отклоняющие средства.
В случае реверсора тяги решетчатого типа, содержащего решетки лопаток, перенаправление воздушного потока осуществляется посредством решеток отклоняющих лопаток, при этом обтекатель просто скользит, открывая или перекрывая указанные решетки. Дополнительные блокировочные дверцы, приводимые в действие посредством скользящего перемещения обтекателя, обычно могут перекрывать канал по потоку за решетками с целью оптимизации перенаправления холодного потока.
Можно обойтись без использования блокировочных дверец, выбирая S-образную форму канала, то есть такую форму, при которой обтекатель двигателя имеет выступ, которому отвечает внутренняя стенка гондолы, образованная в этом месте обтекателем. Высоту этого выступа рассчитывают таким образом, чтобы обтекатель реверсора тяги сам перекрывал канал при скользящем перемещении в положение открывания реверсора. В этом случае решетчатый реверсор называют «решетчатым реверсором с естественной блокировкой», при этом обтекатель естественным образом блокирует канал холодного потока благодаря своей особой форме и форме указанного канала.
Реверсор тяги подобного типа раскрыт, например, в документах FR 2132380 и US 4232516.
При разработке современных силовых установок стремятся получить двухконтурные турбореактивные двигатели с высокой степенью двухконтурности, то есть такие, в которых расход создаваемого потока холодного воздуха гораздо больше, чем расход потока горячего воздуха. Как правило, расход потока холодного воздуха может превышать расход горячего воздуха более, чем в десять раз. В результате гондола, работающая с подобным турбореактивным двигателем, в расчете на указанный расход должна иметь вентиляторный канал и канал холодного воздуха больших размеров. Таким образом, одним из прямых последствий этого становится увеличение габаритов гондолы и веса силовой установки.
Вышеуказанные требования еще более усиливаются при совместном использовании турбореактивного двигателя с высокой степенью двухконтурности и решетчатого реверсора тяги с естественной блокировкой, требующего наличия в канале выступа большего размера; при этом пропорционально увеличится размер соответствующего углубления в обтекателе гондолы, что, в свою очередь, скажется на ее наружной стенке, поскольку увеличение глубины углубления потребует увеличения просвета между внутренней и наружной стенками. В результате увеличивается диаметр гондолы в целом, что может создать значительные трудности, если учесть, что авиаконструкторы стремятся в последнее время оборудовать самолеты более короткими шасси, с меньшим клиренсом под крылом.
В документе WO 96/19656 раскрыта гондола, в которой некоторые из вышеуказанных проблем устранены. Она содержит устройство реверсирования тяги, перекрывающее внутренний канал лишь частично, так, что в нем остается проходное сечение утечки, обеспечивающее возможность потока с регулируемой величиной утечки.
Однако при этом по-прежнему остается необходимость дальнейшего усовершенствования подобной гондолы.
С этой целью в заявленном изобретении раскрыта гондола для двухконтурного турбореактивного двигателя с высокой степенью двухконтурности, содержащая внутренний канал, по которому протекает создаваемый турбореактивным двигателем вторичный поток, и имеющая наружный корпус, содержащий устройство реверсирования тяги, выполненное с возможностью поочередного переключения из закрытого положения, обеспечивающего протекание вторичного потока во внутреннем канале в виде прямой струи, в открытое положение с открытием в наружном корпусе отверстия, обеспечивающего перенаправление вторичного потока в отклоненную струю, посредством приведения в действие средств реверсирования тяги, при этом устройство реверсирования тяги в открытом положении частично перекрывает внутренний канал с созданием в нем проходного сечения утечки, обеспечивающего возможность протекания с регулируемой величиной утечки, причем указанная гондола отличается тем, что в открытом положении реверсор тяги имеет проходное сечение для реверсирования в отклоненную струю и проходное сечение утечки через внутренний канал, сумма которых, по существу, равна проходному сечению для выброса вторичного потока в виде прямой струи, когда реверсор тяги находится в закрытом положении.
Таким образом, поскольку в открытом положении реверсора тяги предусмотрено проходное сечение утечки, реверсированию подвергается только некоторая часть вторичного потока, что позволяет уменьшить размеры и вес средств реверсирования тяги, а в целом - и всей гондолы.
Дело в том, что, как уже сказано выше, одним из характерных свойств гондол для двухконтурных турбореактивных двигателей с высокой степенью двухконтурности является их большой размер, что служит причиной возникновения высокого сопротивления входа. Указанное сопротивление входа имеет естественную тенденцию к торможению самолета. Несмотря на наличие такого естественного явления торможения, необходимо, тем не менее, иметь дополнительную систему реверсирования тяги, которая еще больше способствовала бы этому торможению. Однако, принимая во внимание значительное сопротивление входа, теперь уже не требуется оптимизировать реверсирование тяги таким образом, чтобы лишь оно одно обеспечивало торможение самолета.
В результате, по существу, отпадает необходимость в реверсировании вторичного потока полностью, при этом за счет обеспечения проходного сечения утечки удается сохранить часть вторичного потока выходящей в режиме прямой струи, а для создания требуемой обратной тяги реверсированию подвергается только его оставшаяся часть. Сформированное проходное сечение утечки является контролируемым - другими словами, оно имеет заданную величину, которую рассчитывают таким образом, чтобы обеспечить реверсирование части вторичного потока, достаточной для торможения самолета.
С учетом уменьшения количества воздуха, подлежащего реверсированию, становится возможным уменьшить размеры средств реверсирования тяги типа отклоняющих решеток в случае применения решетчатых реверсоров тяги. Кроме того, можно уменьшить также пространство, необходимое для размещения средств реверсирования тяги, когда реверсор тяги находится в закрытом положении, что позволяет добиться существенного уменьшения общих размеров гондолы.
Кроме того, следует отметить, что, если реверсор тяги находится в открытом положении, проходное сечение реверсирования в отклоненную струю и проходное сечение утечки через внутренний канал, сумма которых, по существу, равна сечению для выхода вторичного потока в виде прямой струи, когда реверсор тяги находится в закрытом положении, то суммарное проходное сечение для прохода вторичного потока остается, по существу, постоянным и на этапе реверсирования тяги, и в режиме прямой струи, благодаря чему предотвращается любое повышение или снижение давления вторичного потока во внутреннем канале.
Предпочтительно, проходное сечение реверсирования получено посредством перемещения подвижного обтекателя уменьшенной толщины, обеспечивающего в закрытом положении наружную и внутреннюю аэродинамическую неразрывность гондолы.
Предпочтительно, гондола предназначена для размещения в ней турбореактивного двигателя со степенью двухконтурности, близкой к десяти, и проходное сечение утечки рассчитано таким образом, чтобы реверсор тяги обеспечивал в открытом положении обратную тягу, по существу, равную двадцати процентам тяги прямой струи при закрытом положении реверсора тяги.
Предпочтительно также, чтобы в открытом положении реверсора тяги проходное сечение утечки составляло приблизительно тридцать процентов сечения для выхода потока в режиме прямой струи.
Предпочтительно, реверсор тяги выполнен в виде реверсора решетчатого типа. Целесообразно, чтобы реверсор тяги был выполнен в виде решетчатого реверсора с естественной блокировкой.
Предпочтительно, проходное сечение утечки получено посредством уменьшения сечения внутреннего канала при смещении подвижного обтекателя, которым оснащен реверсор тяги.
В соответствии с первым вариантом осуществления внутренний канал содержит выступ, находящийся по потоку за подвижным обтекателем в открытом положении.
В соответствии со вторым вариантом осуществления внутренний канал содержит выступ, находящийся, по существу, в области переднего по потоку края подвижного обтекателя в открытом положении.
Реализация заявленного изобретения станет более понятной при рассмотрении нижеследующего подробного описания со ссылками на приложенные чертежи, где:
на фиг.1 схематически представлен продольный разрез гондолы двухконтурного турбореактивного двигателя с высокой степенью двухконтурности, известной из уровня техники, которая оснащена решетчатым реверсором тяги с естественной блокировкой;
на фиг.2 схематически изображена в продольном разрезе гондола двухконтурного турбореактивного двигателя с высокой степенью двухконтурности в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
на фиг.3 схематически изображена в продольном разрезе гондола двухконтурного турбореактивного двигателя с высокой степенью двухконтурности в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.
Перед тем, как приступить к подробному описанию одного из вариантов осуществления, важно уточнить, что изобретение не ограничивается каким-либо отдельным типом реверсора тяги. Хотя оно проиллюстрировано здесь на примере решетчатого реверсора с подвижными обтекателями, скользящими вдоль по рельсовым направляющим, оно вполне может быть реализовано и с реверсорами другого типа, в частности с поворотными дверцами.
На фиг.1 представлена гондола 1 для двухконтурного турбореактивного двигателя с высокой степенью двухконтурности, известная из уровня техники.
Эта гондола представляет собой цилиндрический корпус для двухконтурного турбореактивного двигателя с высокой степенью двухконтурности (не показан) и обеспечивает канализирование воздушных потоков, создаваемых посредством лопаток вентилятора (не показан), в основном - горячего воздушного потока, проходящего через камеру сгорания (не показана) турбореактивного двигателя, и холодного воздушного потока, обтекающего турбореактивный двигатель снаружи.
Гондола 1 имеет корпус, содержащий переднюю часть, образующую воздухозаборник 4, среднюю часть 5, окружающую вентилятор турбореактивного двигателя, и заднюю часть, окружающую турбореактивный двигатель и оснащенную системой реверсирования тяги.
Воздухозаборник 4 имеет внутреннюю поверхность 4а, предназначенную для канализирования поступающего воздуха, и наружную обтекаемую поверхность 4b.
Средняя часть 5 содержит, во-первых, внутренний кожух 5а, окружающий вентилятор турбореактивного двигателя, и, во-вторых, наружный корпус 5b, который является обтекателем кожуха и продолжением наружной поверхности 4b воздухозаборной части 4. Кожух 5а прикреплен к воздухозаборной части 4, которая служит для него опорой, и является продолжением ее внутренней стенки 4а.
Задняя часть имеет наружный корпус, содержащий систему реверсирования тяги, и внутренний, окружающий двигатель корпус, который вместе с наружной поверхностью ограничивает канал 9, по которому в представленной здесь гондоле 1 двухконтурного турбореактивного двигателя протекает холодный поток.
Система реверсирования тяги сдержит подвижный обтекатель 10, выполненный с возможностью поступательного перемещения таким образом, что он может поочередно переходить из одного, закрытого положения, в котором он вмещает в себя отклоняющие решетки 11 и обеспечивает конструктивную неразрывность средней части 5, что обеспечивает выход холодного потока 3 через канал 9 в виде прямой струи 3а, в другое, открытое положение, в котором он открывает отклоняющие решетки 11, открывая при этом проход в гондоле 1, и перекрывает канал 9 по потоку за отклоняющими решетками 11, обеспечивая тем самым перенаправление холодного потока в реверсивную струю 3b.
В частности, представленная здесь система реверсирования решетчатого типа представляет собой систему реверсирования с естественной блокировкой. Это означает, что подвижный обтекатель 10 в открытом положении естественным образом перекрывает канал 9 без необходимости наличия дополнительных блокировочных дверец.
С этой целью внутренний корпус 8 задней части имеет по потоку за отклоняющими решетками 11 специальный выступ 12, который должен быть достаточно большим для того, чтобы он, по существу, достигал кожуха 5а гондолы 1. Таким образом, внутренний диаметр DM1 гондолы 1 на выходе из кожуха 5а средней части 5 оказывается, по существу, равным диаметру DF1 внутреннего корпуса 8 в месте выступа 12.
В дополнение к указанной конфигурации подвижный обтекатель имеет, во-первых, наружную стенку 13, обеспечивающую внешнюю конструктивную неразрывность гондолы 1 с наружным обтекаемым корпусом 5b кожуха 5а, и, во-вторых, внутреннюю стенку 14, обеспечивающую внутреннюю конструктивную неразрывность гондолы 1 с кожухом 5а, при этом указанная внутренняя стенка 14, по существу, повторяет кривизну внутреннего корпуса 8, чтобы канал 9 сохранял, по существу, постоянное проходное сечение и, следовательно, содержал углубление, соответствующее выступу 12. Далее внутренняя стенка 14 и наружная стенка 13 соединяются друг с другом по потоку за подвижным обтекателем 10, образуя выпускной канал, обеспечивающий выход холодного потока под нужным углом.
Таким образом, в открытом положении подвижный обтекатель 10 полностью перекрывает канал 9, причем выступ 12, по существу, обеспечивает контакт внутреннего корпуса 8 с передней по потоку частью указанного подвижного обтекателя 10 с образованием функционального управляющего зазора.
Необходимость выполнить углубление внутренней стенки 14 подвижного обтекателя с одновременным обеспечением аэродинамических качеств гондолы требует большей толщины между наружными и внутренними корпусами. Кроме того, поскольку при открытом положении подвижного обтекателя 10 весь холодный поток перекрывается, гондола должна иметь достаточно большое проходное сечение отклонения холодного потока, чтобы можно было отклонить значительную часть этого холодного потока. Это требует наличия отклоняющих решеток 11 большего размера, что ведет к увеличению длины раскрытия подвижного обтекателя 10, а также соответствующих толщины и внутреннего объема, в котором отклоняющие решетки 11 размещаются при закрытом положении подвижного обтекателя 10.
Указанное увеличение габаритов ведет также к увеличению веса и затрудняет установку под крылом самолета подобной гондолы для турбореактивного двигателя с высокой степенью двухконтурности.
Заявленное изобретение обеспечивает техническое решение, позволяющее избежать такого увеличения габаритов и веса.
Принцип, положенный в основу изобретения, заключается в том, что гондолы, предназначенные для турбореактивных двигателей с высокой степенью двухконтурности, в силу своих размеров отличаются более высоким естественным сопротивлением, которое имеет тенденцию к торможению самолета. Это сопротивление получило название «сопротивление входа». В результате устраняется необходимость в оптимизации реверсирования тяги посредством отведения вперед гондолы максимального количества холодного воздушного потока.
Раскрытое в заявленном изобретении техническое решение заключается в том, чтобы на одном из этапов реверсирования тяги оставить часть холодного потока в виде выходящей прямой струи, что позволяет уменьшить размеры средств реверсирования, причем указанное проходное сечение утечки вторичного потока регулируют и определяют так, чтобы обеспечить необходимое и достаточное реверсирование.
На фиг.2 и 3 представлены два варианта осуществления заявленного изобретения.
На фиг.2 представлено первое решение, которое заключается в сохранении выступа 12 гондолы 1 согласно уровню техники, но с меньшей длиной отклоняющих решеток и с соответствующим уменьшением длины раскрытия подвижного обтекателя 10.
Таким образом, единственное отличие гондолы 100 от гондолы 1 заключается в том, что она имеет отклоняющие решетки 111 с длиной, меньшей, чем решетки гондолы 1. Диаметр DF1 внутреннего корпуса 8 в месте выступа 12 по-прежнему, по существу, равен внутреннему диаметру DM1 кожуха 5а на выходе средней части 5.
Меньшая длина отклоняющих решеток 111 допускает меньшее смещение подвижного обтекателя 10 при открытии системы реверсирования тяги. В результате передняя по потоку часть подвижного обтекателя 10, по существу, больше, не контактирует с выступом 12, а останавливается перед указанным выступом, в результате чего в канале 9, между подвижным обтекателем 10 и внутренним корпусом 8, образуется проходное сечение утечки S2. Кроме того, поскольку становится легче разместить отклоняющие решетки 11 внутри подвижного обтекателя 10 в закрытом положении, вся толщина подвижного обтекателя 10 в его передней части может быть уменьшена по сравнению с уровнем техники. Это соответственно позволяет уменьшить общую толщину Е' гондолы, а точнее - расстояние между кожухом 5а и наружной конструкцией 5b средней части 5, причем указанное уменьшение толщины Е' скажется естественным образом на сечении воздухозаборника 4 и приведет к совокупному уменьшению общего диаметра DN2 гондолы 111 по сравнению с диаметром DN1 гондолы 1 с толщиной Е.
Кроме сказанного, благодаря уменьшению длины раскрытия подвижного обтекателя 10 удается уменьшить и длину рельсовых направляющих (не показаны) указанного обтекателя, установленных в верхней и нижней частях корпуса реверсора тяги. Это приводит к уменьшению обтекателя указанных направляющих, что позволяет также уменьшить общие размеры подвижного обтекателя 10, а, следовательно, свести к минимуму прерывности аэродинамического профиля, достигая тем самым повышения эффективности. Ввиду того, что рельсовые направляющие здесь короче, чем в известных из уровня техники системах реверсирования тяги, их можно максимально сместить в направлении наружной поверхности подвижного обтекателя 10, устраняя или уменьшая часть плоской поверхности, которая обычно имеется при рельсовых направляющих, проходящих по всей длине, и расположена в области внутренней стенки 14 подвижного обтекателя 10.
Для сравнения контур гондолы 1 показан на фиг.2 пунктирной линией.
На фиг.3 представлен второй вариант решения, состоящий в уменьшении высоты выступа 12 гондолы 1, известной из уровня техники, и в его размещении ближе к передней части.
Таким образом, гондола 200 отличается от гондолы 1 тем, что она содержит внутренний корпус 208, имеющий выступ 212, который здесь меньше и расположен ближе к передней части, чем выступ 12 гондолы 1.
В результате диаметр DF2 внутреннего корпуса 208 в месте выступа 212 оказывается меньше внутреннего диаметра DM1 кожуха 5а. Это позволяет естественным образом обеспечить зазор между выступом 212 и подвижным обтекателем 10 в открытом положении, причем указанный зазор образует проходное сечение утечки S3 для холодного воздушного потока. Как и в случае с гондолой 1, подвижный обтекатель 10 смещается до выступа 212. Поскольку этот выступ находится ближе к передней части по сравнению с выступом 12 корпуса, известного из уровня техники, длина смещения подвижного обтекателя 10 оказывается меньшей, как и длина расположенных там отклоняющих решеток 211, поскольку отклонению подлежит меньший холодный воздушный поток 3b. Последствия этого для общих размеров гондолы оказываются такими же, как и рассмотренные выше применительно к гондоле 100.
Однако, если учесть, что здесь мы имеем дело с выступом 212 меньшей величины, то углубление, образованное внутренней стенкой 14 подвижного обтекателя 10, тоже будет меньшим. Таким образом, внутренняя стенка 14 имеет меньшую кривизну, что позволяет еще больше уменьшить интервал между внутренней стенкой 14 и наружной стенкой 13 подвижного обтекателя в его передней части, а стало быть, и суммарные размеры гондолы 200 в сравнении с гондолой 1.
Для сравнения контур гондолы 1 показан на фиг.3 пунктирной линией.
Как и в случае с гондолой 100, благодаря уменьшению длины раскрытия подвижного обтекателя 10 удается уменьшить и длину рельсовых направляющих (не показаны) указанного обтекателя. Это приводит к уменьшению обтекателя указанных направляющих, что позволяет также уменьшить общие размеры подвижного обтекателя 10, а следовательно, свести к минимуму прерывности аэродинамического профиля, тем самым повышая эффективность. Ввиду того, что рельсовые направляющие здесь короче, чем в системах реверсирования тяги, известных из уровня техники, их можно максимально сместить в направлении наружной поверхности подвижного обтекателя 10, устраняя или уменьшая часть плоской поверхности, которая обычно имеется при рельсовых направляющих, проходящих по всей длине, и расположенную в канале 9 в области внутренней стенки 14 подвижного обтекателя 10.
В целом проходные сечения утечки S2, S3 увеличиваются с увеличением степени двухконтурности, так что в турбореактивном двигателе с более высокой степенью двухконтурности проходное сечение утечки S2, S3 тоже будет увеличено.
Кроме того, во избежание даже малейшего скопления в канале 9 воздушного потока, что может привести к его подавлению или, в более широком смысле, к любому его изменению в канале 9, проходное сечение утечки S2, S3 и проходное сечение отклонения рассчитывают таким образом, чтобы их сумма была, по существу, равной сечению канала 9 в режиме прямой струи.
Достигаемая эффективность реверсирования зависит от соотношения проходного сечения S2, S3 и проходного сечения канала 9 в режиме прямой струи. Так, применительно к двухконтурному турбореактивному двигателю со степенью двухконтурности, равной 10, было рассчитано, что вполне достаточной является эффективность реверсирования, при которой генерируется обратный поток, создающий обратную тягу, по существу, равную 20% от тяги, создаваемой вторичным потоком в режиме прямой струи. Подобная эффективность реверсирования соответствует проходному сечению утечки S2, S3, приблизительно равному 30% от проходного сечения канала 9 в режиме прямой струи.
Хотя выше изобретение описано на отдельных конкретных примерах осуществления, должно быть совершенно очевидно, что оно никоим образом не ограничивается ими и охватывает также любые технические эквиваленты рассмотренных здесь средств, а также их возможные комбинации, при условии, что они не выходят за рамки объема изобретения.