СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
POWER UNIT OF AN AERIAL VEHICLE

Настоящее изобретение относится к силовой установке летательного аппарата, содержащей гондолу турбореактивного двигателя, пилон и огнеупорную уплотнительную прокладку.
Как известно из уровня техники, силовая установка летательного аппарата, такая как с реверсором тяги типа холодного потока, может содержать гондолу, охватывающую турбореактивный двигатель.
Верхняя по потоку часть гондолы предназначена для направления воздуха к входу турбореактивного двигателя, а нижняя по потоку часть гондолы позволяет с высокой скоростью выпускать воздух, прошедший через турбореактивный двигатель, производя, тем самым, тягу, необходимую для приведения в движение летательного аппарата.
Гондола обычно содержит наружный обтекатель, определяющий наружный аэродинамический профиль гондолы, и внутренний обтекатель, окружающий турбореактивный двигатель, при этом пространство между двумя указанными обтекателями определяет путь холодного потока гондолы.
Внутренний обтекатель, часто называемый «внутренней неподвижной конструкцией» гондолы, или «ВНК», в своей нижней по потоку части продолжается основным газовыпускным соплом, направляющим поток горячего воздуха, выходящий из внутреннего контура турбореактивного двигателя.
В стандартной конструкции реверсора тяги холодного потока, зона двигателя, расположенная между внутренней панелью ВНК реверсора тяги и двигателем, называемая зоной отсека внутреннего контура, а также отсеком «внутреннего контура», считается пожароопасной зоной. Кроме того, в нормальном режиме работы эта зона находится в неблагоприятных температурных условиях, особенно в своей нижней по потоку части.
Для обеспечения защиты крыла и систем, таких как пилон, соединяющих силовую установку с крылом и расположенных над турбореактивным двигателем и его гондолой, в случае их установки под крылом, между зоной «внутреннего контура» и зоной пилона необходимо разместить уплотнение в целях предотвращения проникновения пламени в случае возгорания.
С этой целью, в известном из уровня техники решении размещают уплотнительную прокладку, изготовленную из эластомера, называемую обычно огнеупорным уплотнением или противопожарным уплотнением или уплотнением пилона, удерживаемую внутренней неподвижной конструкцией и опирающуюся на пилон (стойку летательного аппарата).
Такие уплотнения, как описано, например, в заявке FR2920215, состоят обычно из нескольких слоев, изготовленных из одного материала или нескольких материалов, в зависимости от желаемой прочности и эластомера. Состав эластомера зависит от практики поставщика и особенностей применения.
Такие прокладки обычно имеют выпуклую форму и содержат удлинения, или ножки, для их удержания на конструкции.
Таким образом, прокладки пилона отделяют холодную зону пилона от горячей зоны «внутреннего контура» турбореактивного двигателя.
Например, максимальные температуры, которые выдерживают такие прокладки, достигают 205°C в случае длительного использования и даже 225°C и 250°C в случае краткосрочного использования.
Однако, такие высокие температуры могут привести к проблемам, связанным с остаточным магнетизмом и механической прочностью прокладки после продолжительной работы под воздействием высоких температур и особенно в нижней по потоку зоне гондолы. Прокладка даже может быть существенно повреждена и, следовательно, не сможет длительное время выдерживать температуры выше 250°C.
Настоящее изобретение направлено на полное или частичное устранение указанных недостатков путем предложения силовой установки для летательного аппарата, содержащей уплотнительную прокладку в нижней по потоку части гондолы, устойчивую к высоким температурам на протяжении длительного периода.
Изобретение относится к силовой установке летательного аппарата, включающей в себя гондолу, содержащую турбореактивный двигатель, поддерживаемый пилоном. Указанная гондола содержит:
- наружный обтекатель;
- внутреннюю неподвижную конструкцию, ограничивающую совместно с наружный обтекателем кольцевое пространство, в котором может циркулировать поток холодного воздуха, и
- уплотнительную прокладку, расположенную между внутренней неподвижной конструкцией и пилоном, причем указанная уплотнительная прокладка предназначена для отделения холодной зоны пилона от горячей зоны двигателя.
Согласно изобретению силовая установка содержит устройство вентиляции, обеспечивающее отклонение части холодного воздуха из потока холодного воздуха к уплотнительной прокладке для ее вентиляции.
Согласно варианту осуществления уплотнительная прокладка содержит полую часть, вентилируемую устройством вентиляции.
Предпочтительно, устройство вентиляции вентилирует полую часть уплотнительной прокладки потоком холодного воздуха, обеспечивающего высокое давление внутри уплотнительной прокладки.
В соответствии с другим вариантом осуществления, устройство вентиляции вентилирует наружную поверхность уплотнительной прокладки.
Предпочтительно, устройство вентиляции содержит вентиляционный канал, пересекающий в поперечном направлении внутреннюю неподвижную конструкцию. Вентиляционный канал имеет вход холодного воздуха, открывающийся в поток холодного воздуха, и выход холодного воздуха, открывающийся в зону вентиляции, образованную между внутренней неподвижной конструкцией и пилоном, вблизи от уплотнительной прокладки.
Предпочтительно, силовая установка содержит опорный элемент прокладки, расположенный внутри зоны вентиляции. Опорный элемент прокладки содержит нижний участок, прикрепленный к внутренней неподвижной конструкции, верхний участок, поддерживающий уплотнительную прокладку, и камеру, в которую открывается выход холодного воздуха вентиляционного канала. Устройство вентиляции имеет по меньшей мере одно вентиляционное отверстие, пересекающее верхний участок опорного элемента прокладки. Перед выходом через вентиляционное отверстие часть холодного воздуха, циркулирует от вентиляционного канала к камере.
Согласно варианту осуществления, вентиляционное отверстие пересекает одну из поперечных стенок опорного элемента прокладки так, чтобы вентилировать наружную поверхность уплотнительной прокладки и открывается в горячую зону двигателя.
Согласно другому варианту осуществления вентиляционное отверстие пересекает верхнюю стенку опорного элемента прокладки. Уплотнительная прокладка содержит отверстие, обращенное к указанному вентиляционному отверстию так, чтобы образовать сообщение по текучей среде между камерой и полой частью уплотнительной прокладки для вентиляции внутреннего пространства последней.
Согласно другому варианту осуществления, устройство вентиляции содержит проход внутри камеры опорного элемента прокладки, соединяющий вентиляционный канал с вентиляционным отверстием.
Предпочтительно, указанный проход образован каналом, проходящим вдоль одной из поперечных стенок опорного элемента прокладки, и опорной камерой, образованной под верхней стенкой опорного элемента прокладки. Опорная камера ограничена верхней стенкой опорного элемента прокладки и дополнительной стенкой.
Верхняя стенка опорного элемента поддерживает С-образный удерживающий элемент, в который вставлены две ножки уплотнительной прокладки, отходящие радиально от полой части.
Альтернативно, опорная камера соответствует пространству, образованному между удерживающим элементом и верхней стенкой опорного элемента прокладки. Канал соединен с опорной камерой, открывающейся внутрь уплотнительной прокладки, по меньшей мере одним вентиляционным отверстием.
Таким образом, изобретением предложена силовая установка для летательного аппарата, содержащая уплотнительную прокладку, выдерживающую высокую температуру более длительное время.
Устройство вентиляции согласно изобретению позволяет уплотнительной прокладке выдерживать температуры более 250°C. Механические свойства прокладки при указанных температурах остаются неизменными.
Изобретение обеспечивает простое и недорогое решение.
Оно позволяет использовать известные и проверенные технологии в области огнеупорных прокладок без чрезмерных затрат, связанных с испытаниями на соответствие стандартам высокотемпературных прокладок новых типов.
Такая вентиляция положительно влияет на прочность прокладки, как в нормальных условиях работы, так и в случае возгорания.
Такая вентиляция также участвует в вентиляции турбореактивного двигателя в зоне внутреннего контура (горячая зона двигателя).
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего описания, приведенного со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
- на фиг. 1 в аксонометрии показана силовая установка летательного аппарата, содержащая гондолу турбореактивного двигателя, удерживаемую пилоном;
- на фиг. 2 схематически показано устройство вентиляции согласно первому варианту осуществления изобретения;
- на фиг. 3 в аксонометрии подробно показаны вентиляционные отверстия в опорном элементе прокладки, согласно этому варианту осуществления;
- на фиг. 4 схематически показано устройство вентиляции согласно второму варианту осуществления изобретения;
- на фиг. 5 схематически показано устройство вентиляции согласно третьему варианту осуществления изобретения;
- на фиг. 6 схематически показано устройство вентиляции согласно четвертому варианту осуществления изобретения;
- на фиг. 7 схематически показано устройство вентиляции согласно пятому варианту осуществления изобретения.
На фиг. 1 в аксонометрии показана силовая установка 1 летательного аппарата, содержащая турбореактивный двигатель 8 и гондолу 2, удерживаемую пилоном 3, или стойкой летательного аппарата.
Силовая установка 1, состоящая из пилона 3, гондолы 2 и турбореактивного двигателя 8, показана с верхней по потоку (или передней) стороны в левой части чертежа и нижней по потоку (задней) стороны в правой части чертежа.
Воздух, показанный стрелкой 30, всасывается в воздухозаборник 35 вентилятором (не показан).
Силовая установка 1 содержит наружный обтекатель 9, который может состоять из капота, и внутреннюю неподвижную конструкцию 4, определяющую вместе с наружным обтекателем 9 кольцевое пространство 6, в котором циркулирует поток 7 холодного воздуха (или холодный поток).
Вентилятор (не показан) приводится в действие внутренним контуром турбореактивного двигателя, который содержит компрессор, камеру сгорания и турбину (не показаны).
Выхлопные газы, полученные в результате сгорания топлива и воздуха, собранного на выходе вентилятора, после прохождения через турбину выпускаются через канал горячего потока, показанный стрелкой 31 между газовыпускным основным соплом 5 и газовыпускным конусом 34.
Установка изготовлена и установлена в направлении продольной оси А. Пилон 3 позволяет подвесить гондолу 2 и турбореактивный двигатель 8 к крылу летательного аппарата (не показано).
Основное сопло 5 для выпуска выхлопных газов, испускаемых основной частью турбореактивного двигателя 8, расположено в нижней по потоку (задней) части 36 гондолы 2. Турбореактивный двигатель 8 установлен внутри внутренней неподвижной конструкции 4 гондолы 2.
Между внутренней неподвижной конструкцией 4 и пилоном 3 установлена уплотнительная прокладка 10 для отделения холодной зоны 11 пилона от горячей зоны 12 двигателя. Уплотнительная прокладка 10 прижата к пилону 3 и, в частности к боковой поверхности 42 пилона 3, служащей опорной зоной (или «местом посадки» прокладки).
Холодная зона 11 расположена на стороне пилона 3, в отличие от горячей зоны 12 двигателя, расположенной в отсеке внутреннего контура двигателя, также называемым отсеком «внутреннего контура», в котором имеет место высокая температура.
Уплотнительная прокладка 10, обычно называемая огнеупорной уплотнительной прокладкой 10 или прокладкой пилона, так как она опирается на пилон 3, предназначена для защиты пилона 3.
Уплотнительная прокладка 10 расположена по длине пилона 3 и в частности смещена к задней части пилона 3.
Из соображений симметрии, силовая установка 1 содержит две внутренние неподвижные конструкции 4, расположенные на каждой стороне пилона 3.
Следовательно, силовая установка 1 содержит по меньшей мере две уплотнительные прокладки 10, размещенные на каждой стороне пилона 3.
Уплотнительная прокладка 10 содержит полую часть 19 и две ножки 33, отходящие радиально от полой части 19. В этом примере полая часть 19 имеет цилиндрическую форму, но она может иметь и другую форму.
Согласно изобретению, силовая установка 1 содержит устройство 13 вентиляции, позволяющее отклонять часть 14 холодного воздуха из потока 7 холодного воздуха к уплотнительной прокладке 10 для ее вентиляции и охлаждения.
Такое решение позволяет вентилировать уплотнительную прокладку 10 или участок уплотнительной прокладки 10, подверженный в нормальном режиме работы воздействию высоких температур.
Устройство 13 вентиляции расположено на обеих сторонах пилона 3 для охлаждения двух уплотнительных прокладок 10, проходящих вдоль двух соответствующих боковых поверхностей 42 пилона 3.
Устройство 13 вентиляции расположено преимущественно в нижней по потоку части гондолы. Оно может быть размещено по всей длине пилона 3. Устройство 13 вентиляции может быть также размещено вдоль других уплотнительных прокладок, например, таких, как расположенные выше по потоку от внутренней неподвижной конструкции 4.
Устройство 13 вентиляции содержит по меньшей мере один вентиляционный канал 15, пересекающий в поперечном направлении внутреннюю неподвижную конструкцию 4, как показано на фиг. 2, 4-7.
Вентиляционный канал 15 содержит с одной стороны вход 16 холодного воздуха, открывающийся в поток 7 холодного воздуха, и выход холодного воздуха 17, открывающийся в зону 18 вентиляции, образованную между внутренней неподвижной конструкцией 4 и пилоном 3 вблизи от уплотнительной прокладки 10. Эта зона 18 вентиляции расположена в верхней части отсека «внутреннего контура» двигателя.
Силовая установка 1 содержит опорный элемент 20 прокладки, размещенный внутри зоны 18 вентиляции.
В этом примере опорный элемент 20 прокладки имеет в целом U-образную форму, но может быть другой эквивалентной формы.
Опорный элемент 20 прокладки содержит нижний участок 21, прикрепленный к внутренней неподвижной конструкции 4, верхний участок 22, поддерживающий уплотнительную прокладку 10, и камеру 25, в которую открывается выход 17 холодного воздуха вентиляционного канала 15.
Камера 25 проходит вдоль внутренней неподвижной конструкции 4 в направлении, перпендикулярном плоскости фигуры 2.
Опорный элемент 20 прокладки проходит в направлении X, перпендикулярном плоскости фигуры 2.
Устройство 13 вентиляции содержит по меньшей мере одно вентиляционное отверстие 24, расположенное на верхнем участке 22 опорного элемента 20 прокладки.
Таким образом, часть 14 холодного воздуха, собранная в потоке 7 холодного воздуха, прежде чем выйти через вентиляционное отверстие 24, может циркулировать от вентиляционного канала 15 к камере 25 и вентилировать уплотнительную прокладку 10.
Камера 25 опорного элемента 20 прокладки ограничена первой поперечной стенкой 26, расположенной на стороне горячей зоны 12 двигателя, второй поперечной стенкой 27, расположенной на стороне холодной зоны 11 пилона, и верхней стенкой 37.
На стороне горячей зоны 12 двигателя имеется тепловой мат 39, удерживаемый в положении вдоль внутренней неподвижной конструкции 4 посредством удерживающего элемента 40, прикрепленного к опорному элементу 20 прокладки.
Согласно первому варианту осуществления, показанному на фиг. 2 и 3, вентиляционное отверстие(ия) 24 пересекает (ют) первую поперечную стенку 26 опорного элемента 20 прокладки так, чтобы вентилировать наружную поверхность 23 уплотнительной прокладки 10 и выходить в горячую зону 12 двигателя.
Другой вариант осуществления показан на фиг. 7. Можно расположить места выхода (вентиляционные отверстия 24) на стороне пилона 3. Вентиляционные отверстия 24 открываются в холодную зону 11 пилона.
Независимо от указанных вариантов осуществления, вентиляционные отверстия 24 в данном примере имеют продолговатую форму, проходящую в направлении X, но могут и меть и другую форму.
Также, вентиляционные отверстия 24 равномерно распределены рядом друг с другом вдоль первой поперечной стенки 26 или второй поперечной стенки 27 опорного элемента 20 прокладки в соответствии с указанным направлением X и вблизи от верхней стенки 37 опорного элемента 20 прокладки.
Уплотнительная прокладка 10 расположена на верхней стенке 37 опорного элемента 20 прокладки.
Нижняя часть верхней стенки 37 опорного элемента 20 прокладки, внутренняя часть камеры 25 и даже опорный элемент 20 прокладки также вентилируются, охлаждая, тем самым, уплотнительную прокладку 10 за счет теплопроводности.
Опорный элемент 20 прокладки прикреплен к внутренней неподвижной конструкции 4 по существу герметичным образом.
Предпочтительно, камера 25 герметизирована, имея только места выхода в точно установленных положениях (вентиляционные отверстия 24). Эти места выхода в точно установленных положениях могут быть выполнены наподобие трубок-пикколо и распределены вдоль подлежащего защите участка.
Воздушный поток может выходить только через вентиляционные отверстия 24.
Таким образом, посредством потока 7 холодного воздуха можно поддерживать в этой камере 25 избыточное давление.
Альтернативно, вентилирующий воздух можно выпускать в холодную зону 11 пилона через вентиляционные отверстия 24 на второй поперечной стенке 27 опорного элемента 20 прокладки.
Согласно другому варианту осуществления, показанному на фиг. 4, вентиляционное отверстие 24 пересекает верхнюю стенку 37 опорного элемента 20 прокладки.
Уплотнительная прокладка 10 содержит отверстие 28, обращенное к вентиляционному 24 отверстию так, чтобы установить сообщение по текучей среде между камерой 25 и полой частью 19 уплотнительной прокладки для вентиляции внутренней части последней.
Предпочтительно, полая часть 19 уплотнительной прокладки 10 вентилируется холодным воздушным потоком, достаточным для создания высокого давления внутри уплотнительной прокладки 10.
Устройство 13 вентиляции может также содержать по меньшей мере один проход 29 внутри камеры 25 опорного элемента 20 прокладки, соединяющий вентиляционный канал 15 с вентиляционным отверстием 24.
Согласно другому варианту осуществления, показанному на фиг. 5, проход 29 образован каналом 30, проходящим вдоль одной из поперечных стенок 26, 27 опорного элемента 20 прокладки и опорной камеры 31, образованной под верхней стенкой 37 опорного элемента 20 прокладки.
Опорная камера 31 ограничена дополнительной стенкой 38 и верхней стенкой 37 опорного элемента 20 прокладки.
Опорная камера 31 проходит вдоль опорного элемента 20 прокладки в направлении X.
В этом примере вентиляционные отверстия 24 пересекают поперечную стенку 26 опорного элемента 20 прокладки так, чтобы вентилировать наружную поверхность 23 уплотнительной прокладки 10 и выходить в горячую зону 12 двигателя.
Вентиляционный канал 15 соединен с каналом 30 опорного элемента 20 прокладки, который соединен с опорной камерой 31. Это позволяет получить камеру уменьшенного размера, увеличивая, тем самым, давление части 14 холодного воздуха и эффективность вентиляции.
Удерживающий элемент 40 позволяет направлять воздушный поток к наружной поверхности уплотнительной прокладки 10 на выходе вентиляционных отверстий.
В частности, удерживающий элемент 40 содержит наружный выступ 41, размещенный так, что он обращен к вентиляционному отверстию 24.
Направление воздушных струй на выходе выбрано таким образом, чтоб создавать оболочку между горячей зоной 12 двигателя и выпуклостью уплотнительной прокладки 10.
Верхняя стенка 37 опорного элемента 20 прокладки содержит С-образный удерживающий элемент 32, в который вставлены две ножки уплотнительной прокладки 10.
С-образная форма удерживающего элемента 32 позволяет получить эффект Коанда с закруглением С и направлением воздушного потока к уплотнительной прокладке 10.
Согласно другому варианту осуществления, показанному на фиг. 6, опорная камера 31 соответствует пространству, образованному между С-образным удерживающим элементом 32 и верхней стенкой 37 опорного элемента 20 прокладки. Это позволяет получить камеру уменьшенных размеров, увеличив давление части 14 холодного воздуха и эффективность вентиляции.
Канал 30 соединен с опорной камерой 31, выходящей внутрь уплотнительной прокладки 10 через по меньшей мере одно вентиляционное отверстие 24.
Вентиляционный канал 15 соединен с каналом 30 опорного элемента 20 прокладки, который соединен с опорной камерой 31, выходящей внутрь уплотнительной прокладки 10.
Альтернативно, и в зависимости от конструкции силовой установки, возможно совместить такую вентиляцию с вентиляцией других частей, обычно с вентиляцией «бамперных» металлических фитингов ВНК.
В случае, когда вентилирующий воздух выпускается в горячей зоне 12 двигателя (отсек внутреннего контура), этот воздух участвует в общей вентиляции двигателя.
В соответствии с другим вариантом осуществления (не показан), стенка пилона 42 локально содержит тепловой щит, чтобы минимизировать подачу тепла путем переноса в опорную зону прокладки.