Сопло газотурбинного двигателя летательного аппарата
AIRCRAFT GAS TURBINE ENGINE NOZZLE

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и может быть использовано для снижения тепловой заметности летательных аппаратов (ЛА) с газотурбинными двигателями (ГТД) от поражения ракетами с тепловой головкой самонаведения.
Исследования показывают [Термодинамика и теплопередача. Учебник для вузов ВВС. В.Н. Кобельков, В.Д. Улас, P.M. Федоров; Под ред. P.M. Федорова. - М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2004, стр. 264], что наибольшей тепловой излучательной способностью обладают рабочие лопатки последней ступени газовой турбины и элементы конструкции выходного устройства (сопла) газотурбинного двигателя, видимые с задней полусферы ЛА.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому изобретению является сопло газотурбинного двигателя, образованное каналом переменной формы [Конструкция и прочность авиадвигателей: Учебное пособие. Под редакцией А.И. Евдокимова. - М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2007, стр. 228]. Недостатком данного сопла является его высокая тепловая заметность, вследствие нагрева сопла высокотемпературной струей проходящего через него потока газа.
Техническим результатом изобретения является снижение тепловой заметности ЛА за счет охлаждения сопла ГТД и введения в выходящую струю газов жидкостно-парового облака.
Указанный технический результат достигается тем, что сопло ГТД ЛА, образованное каналом переменной формы, выполнено перфорированным, концентрично соплу установлен наружный кожух, по форме повторяющий форму сопла, в пространстве между соплом и кожухом выполнены перегородки, выполняющие функцию силовых элементов и образующие продольный, относительно оси сопла, канал подвода рабочего тела, и примыкающие к нему кольцевые каналы, в перегородках, образующих продольный канал, в местах примыкания кольцевых каналов выполнены отверстия, через которые рабочее тело подается из продольного канала в кольцевые каналы и через перфорацию в стенке сопла далее подается на внутреннюю поверхность сопла, выходная кольцевая стенка, соединяющая наружный кожух и сопло на выходном его срезе, имеет перфорацию, через которую рабочее тело подается на границу струи выходящего потока газа, на наружной поверхности кожуха имеется элемент подвода рабочего тела в продольный канал.
Сущность изобретения заключается в том, что сопло выполнено перфорированным, концентрично соплу установлен наружный кожух, по форме повторяющий форму сопла, кожух и сопло жестко закреплены между собой кольцевыми стенками, при этом кольцевая стенка на выходном срезе сопла выполнена перфорированной, пространство между соплом и кожухом разделено на кольцевые каналы, которые соединены между собой продольным каналом, снабженным элементом подвода рабочего тела, на стенках продольного канала выполнены отверстия.
Кожух, повторяющий форму сопла, позволяет снизить тепловую заметность ГТД ЛА за счет его экранирования [http://www.ngpedia.ru/id609987p1.html, дата обращения 25.02.2016 г.]. Рабочее тело, через элемент подвода, подается в продольный канал, а оттуда, через отверстия в его стенках, попадает в кольцевые каналы. Рабочее тело охлаждает не только наружную стенку сопла, но и, имея возможность проникать через отверстия перфорации сопла, охлаждает его внутреннюю поверхность, снижая при этом тепловую заметность посредством пленочного охлаждения [http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_tech/3035/Пленочное, дата обращения 25.02.2016 г.]. Кроме того, часть рабочего тела подается через выходную перфорированную кольцевую стенку на границу струи газов, выходящих из сопла, образуя жидкостно-паровую фазу, которая также способствует снижению тепловой заметности ГТД ЛА.
В качестве рабочего тела может использоваться, например, керосин, являющийся топливом для ГТД. Известно [Таблицы и диаграммы теплофизических величин и газодинамических функций. / Составители: P.M. Федоров, Н.И. Мелик-Пашаев. - М.: Воениздат, 1980, стр. 6, 30], что теплоемкость керосина примерно в два раза выше, чем, например, теплоемкость воздуха. Таким образом, керосин в качестве рабочего тела может эффективнее охлаждать сопло по сравнению с воздухом. Наличие в выхлопной струе газов топлива в жидкостно-паровой фазе также способствует снижению тепловой заметности ГТД ЛА.
Этим достигается указанный технический результат.
Вариант конструктивного исполнения сопла представлен на фиг. 1а, 1б, 2 и 3, где обозначены: 1 - сопло, 2 - кожух, концентрически расположенный соплу и повторяющий его форму, 3 - кольцевая стенка, жестко закрепляющая кожух к соплу на входе, 4 - кольцевая стенка, жестко прикрепляющая кожух к соплу на выходном срезе, кольцевая стенка 4 имеет перфорацию 5, 6 - перегородки, образующие в пространстве между соплом и кожухом продольный канал 7, с примыкающими к нему 8 - кольцевыми каналами, в местах примыкания кольцевых каналов к продольному каналу выполнены отверстия 9, 10 - отверстия перфорации сопла, 11 - элемент подвода рабочего тела в продольный канал.
Устройство работает следующим образом. Рабочее тело под избыточным давлением через элемент подвода 11, который может быть выполнен в виде штуцера, подается в продольный канал 7, заполняя все его пространство. Из продольного канала 7 топливо через отверстия 9 поступает в кольцевые каналы 8, заполняя их. Из продольного канала 7 и кольцевых каналов 8 под действием перепада давлений и за счет эжектирующего действия струи проходящих через сопло газов топливо через перфорацию 10 поступает на внутреннюю поверхность сопла. Взаимодействуя со струей газов, протекающих через сопло, топливо, поступающее на внутреннюю поверхность сопла, размывается, образуя защитную пленку, которая обеспечивает снижение температуры внутренней поверхности сопла. Температура наружной поверхности сопла и кожуха также снижается за счет получения многослойной стенки с нахождением рабочего тела между ее слоями. См., например, [Термодинамика и теплопередача. Учебник для вузов ВВС. В.Н. Кобельков, В.Д. Улас, P.M. Федоров; Под ред. P.M. Федорова. - М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2004, стр. 280]. Кроме того, под действием перепада давлений и эжекции выходной струи газов часть топлива из замыкающего кольцевого канала, через перфорацию 5, выполненную в кольцевой стенке 4, подается на границу выходной струи газов уже за срезом сопла. Нахождение в струе выходящих из сопла газов топлива в жидкостно-паровой фазе позволяет вывести генерируемый ГТД спектр излучения из диапазона разрешающей способности средств самонаведения. См, например, [http://poleznayamodel.ru/model/12/123938.html, дата обращения 01.02.2016 г.]. Снижение температуры внутренней и наружной стенки сопла, ввод топлива в выходную струю газов позволяет снизить уровень тепловой заметности сопла ГТД ЛА.
Этим достигается указанный технический результат.