Сопло с отклоняемым вектором тяги

Полезная модель относится к области газотурбинных авиационных двигателей, в частности к конструкции реактивных сопел с отклоняемым вектором тяги.
Из уровня техники известно сопло с отклоняемым вектором тяги турбореактивного газотурбинного авиационного двигателя по патенту RU 14384, выбранное в качестве наиболее близкого аналога (прототипа). Отклонение вектора тяги в прототипе осуществляется на сопле Лаваля. Сопло содержит сходящиеся и расходящиеся створки, тяги расходящихся створок и управляющее кольцо, кинематически связанное с тягами расходящихся створок. Управляющее кольцо имеет подвеску в виде многозвенных петель, складывающихся в радиальных плоскостях. При этом, по меньшей мере, одно звено каждой петли содержит отверстие, имеющее форму двух конусов, сопрягающихся меньшими диаметрами в середине звена.
Недостатком прототипа является то, что поворот всех створок на заданный угол обеспечивается наличием зазоров в отверстии между осями и конусами звеньев. Чем больше угол отклонения расширяющихся створок сопла и, следовательно, управляющего кольца, тем больше должен быть угол сходящихся конусов в отверстии. Такая конструкция соединения двух звеньев является, по сути, сферическим шарниром, имеющим ограничители в виде поверхностей двух сходящихся конусов в отверстии. В зависимости от положения гидроцилиндров наличие сферического шарнира в подвеске не позволяет однозначно определить положение управляющего кольца и положение расходящихся створок, так как управляющее кольцо может занять любое положение в пределах, ограниченных углом конусов в отверстии. Таким образом, такое сопло является недостаточно управляемым в пределах, ограниченных углами конусов в отверстии, и может существенно усложнить управление самолетом. Кроме того, при нарушении работы гидросистемы управления соплом, например при потере герметичности, сопло становится неуправляемым в том смысле, что на сопле устанавливается произвольный угол отклонения вектора тяги.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении надежности конструкции сопла с регулируемым вектором тяги.
Технический результат заявленной полезной модели направлен на обеспечение соосности положения управляющего кольца на оси корпуса сопла при нарушении работы системы управления вектором тяги, например, в случае, когда усилия гидроцилиндров становятся равными нулю вследствие потери герметичности.
Технический результат заявленной полезной модели достигается тем, что сопло с отклоняемым вектором тяги содержит сходящиеся и расходящиеся створки, тяги расходящихся створок и управляющее кольцо с подвеской в виде многозвенных петель, складывающихся в радиальных плоскостях, кинематически связанное с тягами расходящихся створок. При этом, по меньшей мере, одно звено каждой петли содержит отверстие, имеющее выполненный в середине участок цилиндрической формы, а другие участки отверстия выполнены в виде двух конусов, сопрягающихся меньшими диаметрами с участком цилиндрической формы. При этом, по меньшей мере, два звена петли соединены между собой при помощи упругой оси, размещенной в указанном отверстии.
Кроме того, в частных случаях выполнения, каждое звено, соединенное с управляющим кольцом, содержит отверстие, в середине которого выполнен участок цилиндрической формы, а другие участки отверстия выполнены в виде двух конусов, сопрягающихся меньшими диаметрами с участком цилиндрической формы.
Помимо этого, звено, содержащее отверстие, в середине которого выполнен участок цилиндрической формы, а другие участки отверстия выполнены в виде двух конусов, сопрягающихся меньшими диаметрами с участком цилиндрической формы, сопрягается со смежным звеном по сферической поверхности.
Сущность полезной модели поясняется следующими иллюстрациями:
- на фиг. 1 изображен продольный разрез сопла с отклоняемым вектором тяги;
- на фиг. 2 изображены звенья петли подвески при повороте створок.
Сопло с отклоняемым вектором тяги состоит из корпуса 1, к фланцу которого через цилиндрические шарниры крепятся сходящиеся створки 2. К сходящимся створкам 2, например, через сферические шарниры крепятся расходящиеся створки 3. Расходящиеся створки через систему тяг 4, 5 и 6 крепятся к управляющему кольцу 7, которое крепится к корпусу 1 через звенья 8, 9 и 10. Управляющее кольцо 7 соединено с корпусом 1 через гидроцилиндры 11. Для отклонения вектора тяги, например через вращение расходящихся створок 3 на заданный угол, происходит отклонение управляющего кольца 7, приводимого в движение гидроцилиндрами 11. При этом, по меньшей мере, одно звено 8, например, каждой петли содержит отверстие, имеющее выполненный в середине участок цилиндрической формы, а другие участки отверстия выполнены в виде двух конусов, сопрягающихся меньшими диаметрами с участком цилиндрической формы. При этом, по меньшей мере, два звена петли соединены между собой посредством упругой оси, которая размещена в указанном отверстии.
Ось представляет из себя металлический стержень, выполненный, например, из стали 10Х11Н23ТЗМР или хромоникелевого сплава ХН77ТЮР. Диаметр и длину оси указанного отверстия подбирают таким образом, чтобы величина прогиба оси под действием нагрузок не превышала величин, обеспечивающих работу оси в области упругих деформаций. Например, в результате нарушения герметичности гидросистемы начинает действовать сила, пытающаяся выпрямить оси, соединяющие звенья подвески. Выпрямление осей приводит к тому, что сопло перестает отклонять вектор тяги. Это повышает надежность системы и дает возможность обеспечить требование к приведению сопла в положение соосности с осью управляющего кольца при отказе гидросистемы.
Цилиндрический участок отверстия имеет диаметр 4-12 мм и длину, составляющую от 1/2 до 3/2 величины указанного диаметра. При этом угол каждого из конусов (имеются в виду два конуса, выполненных в участках отверстия и сопрягающихся меньшими диаметрами с участком цилиндрической формы, выполненным в середине отверстия), сопрягающихся меньшими диаметрами с цилиндрическим участком отверстия, равен не более 3°. Центр упругой оси совпадает с центральной осью сферической поверхности, выполненной с внутренней стороны звена 9 под взаимодействие с контактной сферической поверхностью звена 8. Сферическая поверхность предназначена для свободного поворота звена 8 относительно общей оси (продольная ось гибкой оси) для сопрягаемых звеньев 8 и 9 на угол, соответствующий углу поворота управляющего кольца 7. Радиус сферической поверхности звена 8 выбирается из расчета того, что он должен в 4-8 раз превышать диаметр участка цилиндрической формы, выполненный в указанном отверстии.
При работе сопла отклонение вектора тяги, например, через вращение расходящихся створок 3 на заданный угол производят за счет отклонения управляющего кольца 7, приводимого в движение гидроцилиндрами 11. Многозвенная подвеска, состоящая из звеньев 8, 9 и 10, одно из которых, например звено 8, имеет отверстие, в середине которого выполнен участок цилиндрической формы и участки, выполненные в виде двух конусов, сопрягающихся меньшими диаметрами с участком цилиндрической формы, обеспечивает определенное угловое положение оси вращения управляющего кольца относительно оси сопла или продольной оси двигателя. Это достигается за счет изменения формы цилиндрических осей 12 и появления в них упругих свойств, пытающихся выпрямить оси и установить однозначное взаимное положение звеньев. При отказе гидроцилиндров (при потере герметичности) усилия от гидроцилиндров стремятся к нулю. В этом случае основные усилия, воздействующие на управляющее кольцо 7, приходят как от газовой струи, воздействующей через расходящиеся створки и идущие от них тяги на управляющее кольцо 7, так и от цилиндрических осей 12, пытающихся выпрямиться под воздействием упругих сил и совместить таким образом ось управляющего кольца 7 с осью сопла или продольной осью двигателя. Таким образом выполняется главное требование по надежности - исключить отклонение вектора тяги при отказе работы гидросистемы.