УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ПОПАДАНИЯ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ
DEVICE TO PROTECT TURBOJET ENGINE AGAINST INGRESS OF FOREIGN MATTERS

Изобретение относится к авиационному оборудованию, в частности к воздухозаборникам турбореактивных двигателей.
Известны устройства для защиты турбореактивного двигателя, основанные на сепарации посторонних предметов, содержащие установленные во входном канале между воздухозаборником и двигателем либо неподвижные лопатки, установленные под углом к направлению движения воздуха /см. патент США №3362155, кл. 60-39.09, 1968 [1]/, либо одноступенчатый ротор с повернутыми к продольной оси радиальными лопатками и приводом /см. патент США №3979903, кл.60-39.09, 1976 [2]; а.с. СССР №865694, кл. В64D 33/02, F02С 7/04, 1977 [3]/, либо подвижную ромбовидную панель, имеющую возможность возвратно-поступательного горизонтального перемещения /см. патент РФ №2205135, кл. В64D 33/02, F02С 7/05, 2001 [4]/.
Недостатками всех известных устройств являются значительная сложность конструкции за счет сложности приводных механизмов, большой вес и габариты, низкие надежность и эффективность защиты, большие гидравлические сопротивления на входе в двигатель на нерабочих режимах со значительными возмущающими воздействиями на поток.
Известны также устройства для защиты турбореактивного двигателя, имеющие возможность удаления защитных элементов из канала воздухозаборника на нерабочих режимах, выполненные в виде соединенных со штоком гидроцилиндров управления поворотных защитных экранов либо сеточного типа /см. патент РФ №2205136, кл. B64D 33/02, F02C 7/05, 2001 [5]; патент РФ №2271964, кл. B64D 33/02, F02C 7/055, 2004 [6]/, либо типа аэродинамических элементов в форме малого крыла /см. патент РФ №2168646, кл. F02C 7/05, B64D 33/02, 1999 [7]/.
Недостатками известных устройств являются предельная сложность как самой защитной конструкции, так и механизмов управления, большой вес и габариты, что резко ограничивает возможности их использования.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для защиты турбореактивного двигателя от попадания посторонних предметов, содержащее установленные в корпусе воздухозаборника со смещением относительно друг друга в осевом направлении вдоль геликоидальных линий защитные элементы аэродинамической формы, выполненные из волокнистых пленкоподобных или проволочно-подобных элементов, а также из пластмассовых материалов /см. патент РФ №1658825, кл. F02C 7/05, 1981 [8]/, принятое за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются, несмотря на аэродинамические формы защитных элементов, их осевое смещение относительно друг друга и расположение вдоль геликоидальных линий, сравнительно большие гидравлические сопротивления на входе в двигатель на нерабочих режимах, то есть значительные возмущающие воздействия на поток.
Сущность изобретения заключается в создании конструкции устройства для защиты турбореактивного двигателя, обладающего высокой эффективностью защиты и минимальным возмущающим воздействием на поток в нерабочих режимах за счет, с одной стороны, возможности удаления защитных элементов из канала воздухозаборника на нерабочих режимах без использования гидроэлектромеханического привода, а с другой стороны, за счет формирования принципиально другой по характеру системы защитных элементов в виде направленного потока ферромагнитных частиц.
Технический результат - снижение возмущающих воздействий на поток в нерабочих и рабочих режимах устройства при сохранении эффективности защиты турбореактивного двигателя.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для защиты турбореактивного двигателя от попадания посторонних предметов, содержащем установленные в корпусе воздухозаборника со смещением относительно друг друга в осевом направлении защитные элементы, особенность заключается в том, что корпус воздухозаборника снабжен плотно вставленным в него металлическим футляром с открытой внутрь корпуса полостью, например, в форме полого цилиндра с отогнутыми внутрь торцевыми буртиками, намагниченным в радиальном направлении, а также установленной в центральной части корпуса вдоль его продольной оси цилиндрической катушки с сердечником аэродинамической формы, подключенной к генератору синусоидального и импульсного электрических сигналов с регулируемыми амплитудой и частотой, а защитные элементы выполнены в виде мелких фрагментов /частей/ ферромагнитных тел, в частности ферромагнитного порошка, заполняющих полость футляра.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен корпус воздухозаборника с предлагаемым устройством, общий вид с центральным продольным разрезом.
Устройство для защиты турбореактивного двигателя от попадания посторонних предметов содержит установленные в корпусе 1 воздухозаборника 2 со смещением относительно друг друга в осевом направлении защитные элементы, при этом корпус 1 воздухозаборника 2 снабжен плотно вставленным в него с жесткой фиксацией металлическим футляром 3 с открытой внутрь корпуса 1 полостью, например, в форме полого цилиндра 4 с отогнутыми внутрь торцевыми буртиками 5, намагниченным в радиальном направлении, а также установленной с помощью радиальных стоек 6 в центральной части корпуса 1 вдоль его продольной оси цилиндрической катушкой 7 с ферромагнитным сердечником 8 аэродинамической формы, подключенной к генератору синусоидального и импульсного электрического сигналов /на чертеже не показан/ с регулируемыми амплитудой и частотой, а защитные элементы выполнены в виде мелких фрагментов /частей/ 9 ферромагнитных тел, в частности ферромагнитного порошка, заполняющих полость футляра 3, образованную цилиндром 4 и буртиками 5. В качестве фрагментов ферромагнитных тел могут быть использованы отходы при механической обработке последних, раскрошенная стружка и т.п., а в качестве ферромагнитного порошка - природный магнитный железняк либо ферромагнитная окалина металлургических производств. Ферромагнитный сердечник 8 имеет аэродинамическую каплевидную форму в направлении набегающего на воздухозаборник воздушного потока.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Во внерабочих режимах устройства, то есть практически в любое время, кроме взлета и посадки самолета, электрический сигнал с генератора на катушку 7 не подается. При этом ферромагнитный порошок 9, размещенный по периферии футляра 3 в открытых внутрь корпуса 1 полостях, образованных полым цилиндром 4 и отогнутыми буртиками 5, притянут к намагниченным в радиальном направлении стенкам полого цилиндра 4, представляющего собой постоянный магнит. Таким образом, в нерабочих режимах защитные элементы полностью удалены из воздушного канала, причем без использования сложных конструкций элементов и сложных механизмов управления ими, что абсолютно устраняет возможность воздействия на воздушный поток и резко упрощает конструкцию устройства. В рабочих режимах работы устройства, то есть в основном во время взлета и посадки самолета, когда в воздухозаборник могут попасть посторонние предметы, подброшенные шасси и поднятые вихрем, поднятым между поверхностью взлетно-посадочной полосы и воздухозаборником, в катушку 7 подается от генератора либо синусоидальный, либо импульсный /см. далее/ электрические сигналы заданной частоты и амплитуды. При этом в случае синусоидального сигнала ферромагнитный порошок 9 два раза за период действия электрического сигнала при достижении им значений, близких к максимальным, преодолевая силы магнитного взаимодействия с постоянным магнитом 4, притягивается к катушке 7 /естественно, при достаточной для отрыва амплитуде синусоидального сигнала в катушке 7/, и соответственно два раза за период при значениях синусоидального сигнала в катушке 7, близких к нулю, ферромагнитный порошок 9 притягивается назад к постоянному магниту 4 в полость. Аналогично и в случае импульсного электрического сигнала с заданной амплитудой и скважностью импульсов ферромагнитный порошок 9 в течение времени прохождения импульса притягивается к катушке 7, а в промежутках между импульсами возвращается в полость к постоянному магниту 4. Таким образом, в рабочем режиме устройства канал подачи воздуха к двигателю, то есть пространство между постоянным магнитом 4 и катушкой 7, перекрыто колеблющимся с высокой частотой направленным силовым потоком ферромагнитных частиц 9. Причем данный поток характеризуется, с одной стороны, многократным количеством рядов в осевом направлении, предельно высокой частотой колебаний, задаваемой частотой электрического сигнала в катушке 7, а с другой стороны, значительной динамической жесткостью в осевом направлении, определяемой магнитными параметрами постоянного магнита 4, электромагнита 7, 8 и амплитудой тока в катушке 7, что практически препятствует проникновению сквозь данный поток посторонних предметов в двигатель. При этом указанный поток ферромагнитных частиц практически не искажает воздушный поток на входе в двигатель, то есть не увеличивает гидравлическое сопротивление в рабочих режимах. В устройстве может использоваться либо вариант с подачей в катушку 7 синусоидального, либо вариант с импульсным сигналом. Это расширяет функциональные возможности устройства, улучшает его рабочие и эксплуатационные характеристики, возможность подстройки к заданным магнитомеханическим параметрам ферромагнитного порошка 9 и электромагнитным параметрам постоянного магнита 4 и электромагнита 7, 8. Например, при сравнительно крупной структуре ферромагнитных фрагментов 9 и, соответственно, повышении их инерционности могут возникнуть сложности при обеспечении непрерывности потока колеблющихся частиц при синусоидальном сигнале, в этом случае целесообразно использовать импульсный сигнал с заданной скважностью и амплитудой импульсов. И, наоборот, при мелкой структуре ферромагнитного порошка 9 синусоидальный сигнал с заданной частотой и амплитудой обеспечит непрерывный поток заданной динамической продольной жесткости. Такой колеблющийся с высокой частотой поток ферромагнитных частиц с силовой радиальной ориентацией в магнитном поле /например, при частоте электрического сигнала 50 Гц частота колебаний частиц 100 Гц/ представляет собой для летящих посторонних предметов практически сплошную преграду, выталкивающую эти тела из потока. Сoздание в радиальном промежутке между постоянным магнитом 4 и электромагнитом 7, 8 электромагнитного поля со значительной напряженностью  обеспечивает значительную удельную продольную динамическую жесткость потока ферромагнитных частиц, то есть способность обладающих высокой кинетической энергией частиц упруго противодействовать проникновению внутрь потока постороннего тела со значительной силой на единицу площади, вызывать отбрасывание /отскакивание/ таких тел наружу из потока. Механическую модель такого устройства можно рассматривать, например, в виде велосипедного колеса с бесконечным количеством струн с заданным натяжением /спиц/, причем как в плоскости колеса, так и во множестве слоев вдоль его продольной оси. Однако в отличие от струн каждая из радиальных линий ферромагнитных частиц принципиально разрывна. Поэтому ферромагнитные частицы, имея осевую жесткость, аналогичную струнам по отношению к вводимым внутрь посторонним предметам, оказывают минимальное гидравлическое сопротивление проходящему сквозь них воздушному потоку. Таким образом, в рабочем режиме устройство резко уменьшает возмущающее воздействие на воздушный поток.
Таким образом, предлагаемое устройство, характеризуясь сравнительной простотой конструкции, малым весом, габаритами и не требуя наличия специальных поворотных защитных экранов, сложных приводных механизмов, гидравлических, механических и т.д. управляющих элементов, позволяет, с одной стороны, обеспечить высокую эффективность и надежность защиты двигателя в рабочих режимах при минимальных возмущающих воздействиях на поток, а с другой стороны, абсолютно исключить возмущающие воздействия на поток в нерабочих режимах за счет возможности принципиально другого по характеру вывода защитных элементов из воздушного канала без применения сложных специальных устройств.