Плоское сопло турбореактивного двигателя
TURBOJET ENGINE FLAT NOZZLE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции плоских сопел турбореактивных двигателей (далее ТРД).
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбрано 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).
Недостатком прототипа является низкая прочность и жесткость сверхзвуковых створок и боковых стенок корпуса плоского сопла при действии на них давления газа и, как следствие, их значительные деформации. Деформации сверхзвуковых створок приводят к отклонению площади среза плоского сопла от расчетной, что в свою очередь увеличивает потери его тяги. Из-за деформации стенок образуется зазор между ними и створками, в результате чего происходят утечки газа, а, следовательно, также растут потери тяги. Кроме того, низкая прочность и жесткость сверхзвуковых створок и боковых стенок корпуса снижают надежность работы плоского сопла и ТРД в целом.
Техническим результатом, достигаемым заявленным устройством, является снижение потерь тяги и повышение надежности работы плоского сопла и ТРД в целом.
Указанный технический результат достигается 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 сверхзвуковых створок в месте соединения ее с дозвуковой створкой в поперечном разрезе выполнен прямоугольной формы, плавно переходящий в направлении среза плоского сопла в участок, выполненный в поперечном разрезе уголковой формы, образованный двумя пластинами, соединенными по торцам под тупым углом, вершина которого направлена от продольной оси турбореактивного двигателя, при этом участок любой из внешних створок, расположенный непосредственно над соответствующей сверхзвуковой створкой, повторяет геометрическую форму последней.
Наличие участка уголковой формы со стороны среза плоского сопла повышает прочность и жесткость сверхзвуковых створок за счет образованного продольного ребра жесткости, а также уменьшает площадь боковых стенок корпуса, на которую воздействует давление газового потока.
Выполнение участков сверхзвуковых створок прямоугольной формы в месте соединения их с дозвуковыми позволяет обеспечить надежное соединение указанных створок между собой и избежать в этом месте утечек газа.
Выполнение участка любой из внешних створок, расположенного непосредственно над соответствующей сверхзвуковой створкой, повторяющего геометрическую форму последней также позволяет повысить ее прочность и жесткость за счет образованного продольного ребра жесткости, а также обеспечить минимальное расстояние между ней и смежной сверхзвуковой створкой на срезе плоского сопла, что приводит к снижению потерь эффективной тяги двигателя в результате донного сопротивления (Теория и расчет авиационных двигателей / Под. ред. С.М. Шляхтенко. Учебник для вузов - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1987 - 568 с: ил., страница 177).
Преимущественно выполнение упомянутого тупого угла (α) в интервале 110-150°- меньше 110° приведет к недостаточной прочности сверхзвуковой створки, а больше 150° - к значительному росту ее массы.
Преимущественно выполнение максимальной высоты (h) сверхзвуковой створки на срезе плоского сопла не превышающей 20% от ее длины необходимо для плавного изменения формы проточной части сопла с целью недопущения потерь тяги вследствие отрыва потока газа от его поверхности.
Сущность настоящего изобретения поясняется фигурами чертежей.
На фигуре 1 изображен продольный разрез плоского сопла турбореактивного двигателя.
На фигуре 2 изображен разрез А-А.
На фигуре 3 изображен разрез Б-Б.
Плоское сопло ТРД, содержит корпус 1 с боковыми стенками 2, дозвуковые створки 3 и сверхзвуковые створки 4, причем корпус 1, дозвуковые створки 3 и сверхзвуковые створки 4 установлены последовательно и шарнирно соединенные друг с другом. Плоское сопло ТРД также содержит внешние створки 5, соединенные с корпусом 1 и сверхзвуковыми створками 4. При этом участок любой из сверхзвуковых створок 4 в месте соединения ее с дозвуковой створкой 3 в поперечном разрезе выполнен прямоугольной формы, плавно переходящий в направлении среза плоского сопла в участок, выполненный в поперечном разрезе уголковой формы, образованный двумя пластинами 6 и 7, соединенными по торцам под тупым углом, вершина которого направлена от продольной оси турбореактивного двигателя. Кроме того участок любой из внешних створок 5, расположенный непосредственно над соответствующей сверхзвуковой створкой 4, повторяет геометрическую форму последней.
Устройство работает следующим образом.
При работе ТРД вращением дозвуковых и сверхзвуковых створок 3 и 4 устанавливаются необходимые на заданном режиме работы площадь критического сечения плоского сопла и площадь его среза. Внешние створки 5 обеспечивают обтекание плоского сопла наружным потоком воздуха с минимальными аэродинамическими потерями. При изменении формы поперечного сечения сверхзвуковой створки 4 с прямоугольной на уголковую увеличивается ее прочность и жесткость при изгибе в направлении, перпендикулярном продольной оси симметрии двигателя, что в свою очередь уменьшает ее деформацию и, как следствие, уменьшает отклонение площади среза плоского сопла от расчетной, а значит и потери его тяги. Переход с прямоугольного на уголковое сечение по длине сверхзвуковой створки 4 позволяет при неизменных ширине проточной части и площади среза уменьшить площадь боковых стенок 2, на которые действует давление газового потока, что приводит к снижению нагрузки, действующей на них, а значит и уменьшению их деформаций. Это предотвращает образование зазоров между стенками 2 и створками 3 и 4 плоского сопла и, как следствие, исключает утечки газа в указанные зазоры, а значит и потери тяги вследствие них.
Выполнение участка любой из внешних створок 5, расположенного непосредственно над соответствующей сверхзвуковой створкой 4, повторяющего геометрическую форму последней также позволяет повысить ее прочность и жесткость за счет образованного продольного ребра жесткости, а также обеспечить минимальное расстояние между ней и смежной сверхзвуковой створкой 4 на срезе плоского сопла (размер b на фиг. 3), что приводит к снижению потерь эффективной тяги двигателя в результате донного сопротивления (Теория и расчет авиационных двигателей / Под. ред. С.М. Шляхтенко. Учебник для вузов - 2-е изд., перераб. И доп. - М: Машиностроение, 1987 - 568 с: ил., страница 177). Выполнение тупого угла α (фиг. 3) в диапазоне 110°…150° обеспечивает достаточно высокую прочность и жесткость сверхзвуковой створки 4 без существенного роста массы, а выполнение ее максимальной высоты (размер h на фиг. 3) на срезе сопла не превышающей 20% от ее же длины необходимо для плавного изменения формы проточной части сопла с целью недопущения потерь тяги вследствие отрыва потока газа от его поверхности.