Плоское сопло турбореактивного двигателя
JET TURBINE FLAT NOZZLE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции плоских сопел турбореактивных двигателей (далее ТРД).
Известно плоское сопло ТРД, содержащее последовательно установленные и шарнирно соединенные друг с другом корпус, дозвуковые створки и сверхзвуковые створки, а также внешние створки, соединенные с корпусом и сверхзвуковыми створками, боковые стенки, соединенные с корпусом (RU 2445486 С1). Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостаток предложенной конструкции плоского сопла состоит в том, что боковые стенки корпуса в местах расположения дозвуковых и сверхзвуковых створок под действием газовых сил деформируются, что приводит к образованию зазоров между стенками и створками сопла и, как следствие, приводит к утечкам газа и снижению тяги. При этом створки должны иметь большую толщину для обеспечения необходимой прочности, что приводит к росту массы сопла.
Техническими результатами, достигаемыми заявленным устройством, являются повышение прочности боковых стенок сопла ТРД и уменьшение их деформации. Кроме того, обеспечивается герметичное сочленение дозвуковых и сверхзвуковых створок с боковыми стенками сопла, предотвращающее утечки газа между стенками и створками, а также снижение массы корпуса и плоского сопла в целом.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в известном плоском сопле ТРД, содержащем последовательно установленные и шарнирно соединенные друг с другом корпус, дозвуковые створки и сверхзвуковые створки, а также внешние створки, соединенные с корпусом и сверхзвуковыми створками, боковые стенки, соединенные с корпусом, согласно настоящему изобретению, участок любой из боковых стенок, расположенный за корпусом, выполнен в виде пересекающихся продольных и поперечных гофр с образованием продольных и поперечных сообщающихся между собой канавок, в поперечном разрезе выполненных дугообразной выпуклой формы относительно продольной оси двигателя, причем между пересекающимися продольными и поперечными гофрами образованы вогнутые участки относительно продольной оси двигателя, при этом со стороны внутренней поверхности каждого из упомянутых участков, с зазором относительно него, установлено по плоскому теплозащитному экрану, жестко зафиксированному относительно первого, кроме того на наружной поверхности любого из плоских теплозащитных экранов выполнены поперечные ребра жесткости, каждое из которых выполнено в поперечном разрезе дугообразной формы, установлено непосредственно под поперечным гофром боковой стенки и жестко зафиксировано на наружной поверхности теплозащитного экрана посредством соединительных силовых элементов, выполненных зацело с ним, причем высота любого из поперечных ребер жесткости меньше или равна расстоянию между вершиной вогнутого относительно продольной оси двигателя участка любой из боковых стенок и ближайшей к ней точки на поверхности теплозащитного экрана.
Такое выполнение конструкции повышает прочность и жесткость боковых стенок сопла. Также предотвращаются значительные деформации его боковых стенок, а значит и образование зазоров между ними и створками, что в свою очередь снижает утечки газа и, как следствие, потери тяги ТРД. Кроме того, при работе плоского сопла боковые стенки деформируются под действием газовых сил, а выполненные на ней продольные и поперечные гофры повышают жесткость боковых стенок при изгибе соответственно в поперечном и продольном направлениях, что в свою очередь увеличивает прочность и жесткость конструкции в целом, препятствует возникновению зазоров между боковыми стенками и дозвуковыми и сверхзвуковыми створками сопла в результате деформации первых, а значит и утечкам газа через указанные зазоры, снижая тем самым потери тяги сопла и ТРД в целом.
Со стороны внутренней поверхности каждого из упомянутых участков, с зазором относительно него, установлено по плоскому теплозащитному экрану, жестко зафиксированному относительно первого, в результате чего образуется канал для охлаждения боковых стенок сопла.
На наружной поверхности любого из плоских теплозащитных экранов установлены поперечные ребра жесткости, каждое из которых выполнено в поперечном разрезе дугообразной формы, расположено непосредственно под поперечным гофром боковой стенки и жестко зафиксировано на наружной поверхности теплозащитного экрана посредством соединительных силовых элементов, выполненных зацело с ним, что повышает прочность и жесткость теплозащитного экрана.
Высота любого из поперечных ребер жесткости меньше или равна расстоянию между вершиной вогнутого относительно продольной оси двигателя участка любой из боковых стенок и ближайшей к ней точки на поверхности теплозащитного экрана. Это необходимо с целью недопущения перекрытия канала охлаждения ребер жесткости и обеспечения прохода охлаждающего воздуха с минимальными гидравлическими потерями давления.
В частном случае реализации заявленного изобретения вдоль поперечных ребер жесткости, с обеих сторон относительно их выпуклых вершин, выполнены сквозные отверстия. Это необходимо для охлаждения воздухом поверхности теплозащитного экрана, находящейся под ребрами жесткости, и для снижения массы последних и конструкции в целом.
Сущность настоящего изобретения поясняется фигурами чертежей.
На фигуре 1 изображен продольный разрез плоского сопла турбореактивного двигателя.
На фигуре 2 - сечение А-А - поперечный разрез по дозвуковым створкам и продольным гофрам на боковых стенках плоского сопла.
На фигуре 3 - сечение Б-Б - продольный разрез по поперечным гофрам на боковых стенках плоского сопла и ребрам жесткости.
На фигуре 4 - увеличенный элемент Д.
На фигуре 5 - вид Г - на боковую стенку плоского сопла в изометрии с вырезами в продольном и поперечном направлениях.
Плоское сопло турбореактивного двигателя содержит последовательно установленные и шарнирно соединенные друг с другом корпус 1, дозвуковые створки 2 и сверхзвуковые створки 3, а также внешние створки 4, соединенные с корпусом 1 и сверхзвуковыми створками 3, боковые стенки 5, соединенные с корпусом 1. Участок любой из боковых стенок 5, расположенный за корпусом 1 выполнен в виде пересекающихся продольных и поперечных гофр 6 и 7 соответственно с образованием продольных и поперечных сообщающихся между собой канавок 8 и 9 соответственно, в поперечном разрезе выполненных дугообразной выпуклой формы относительно продольной оси ТРД, причем между пересекающимися продольными и поперечными гофрами 6 и 7 образованы вогнутые участки 10 относительно продольной оси ТРД.
Со стороны внутренней поверхности каждого из упомянутых участков, с зазором относительно него установлено по плоскому теплозащитному экрану 11, жестко зафиксированному относительно первого, например развальцованными штифтами или болтами 12. На наружной поверхности любого из плоских теплозащитных экранов 11 размещены поперечные ребра жесткости 13, каждое из которых выполнено в поперечном разрезе дугообразной формы, установлено непосредственно под поперечным гофром 7 боковой стенки 5 и жестко зафиксировано на наружной поверхности теплозащитного экрана 11 посредством соединительных силовых элементов 14, выполненных зацело с ним, в частности силовые элементы 14 расположены с обеих сторон любого из поперечных ребер жесткости 13 имеют в поперечном разрезе дугообразную форму и жестко соединены с поперечными ребрами жесткости 13 по близлежащим торцам, например посредством сварки.
Высота L любого из поперечных ребер жесткости 13 меньше или равна расстоянию N между вершиной вогнутого относительно продольной оси ТРД участка любой из боковых стенок 5 и ближайшей к ней точки на поверхности теплозащитного экрана 11. Вдоль поперечных ребер жесткости 13 с обеих сторон относительно их выпуклых вершин выполнены сквозные отверстия 15.
Охлаждение плоского сопла осуществляется следующим образом.
Охлаждающий воздух поступает из тракта охлаждения ТРД в канал охлаждения, образованный боковыми стенками 5 и теплозащитными экранами 11. Основная часть охлаждающего воздуха огибает поперечные ребра жесткости 13, заходя в поперечные гофры 7 боковых стенок 5, охлаждая тем самым и боковые стенки 5 и теплозащитные экраны 11. Другая часть воздуха проходит через сквозные отверстия 15 в поперечных ребрах жесткости 13, не изменяя своего первоначального направления и тем самым охлаждая участки теплозащитных экранов 11 под первыми.