УСТРОЙСТВО ПОДВЕСКИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО ПОДВЕСКИ
SUSPENSION DEVICE OF GAS-TURBINE ENGINE, AND GAS-TURBINE ENGINE CONTAINING SUCH SUSPENSION DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к области газотурбинных двигателей и к устройству подвески газотурбинного двигателя на несущей конструкции воздушного судна.
Газотурбинный двигатель, подвешенный, например, под крылом самолета посредством пилона, содержит узел подвески в передней части, воспринимающий усилия, передаваемые, в частности, промежуточным кожухом двигателя, и задний узел подвески, располагающийся на уровне выхлопного кожуха. В изостатической конструкции устройства подвески упомянутые усилия передаются при помощи соответствующих рычагов, распределенных между двумя органами крепления и работающих исключительно на растяжение или на сжатие. Эти рычаги закреплены, с одной стороны, на балке, жестко связанной с несущей конструкцией самолета, а с другой стороны, с силовой арматурой кожуха двигателя. При этом узлы крепления упомянутых рычагов на их концах представляют собой шаровые шарниры таким образом, чтобы обеспечивать возможность передачи усилий только вдоль оси этих рычагов. Усилия, воспринимаемые этими органами крепления, представляют собой крутящий момент двигателя и усилия, которые воздействуют в поперечной плоскости двигателя, такие, например, как вес этого двигателя, боковые усилия и тяга двигателя.
Для того чтобы уменьшить вибрации, возникающие на конструкции самолета в результате функционирования двигателя, и связанный с этим шум в пассажирском салоне и в кабине экипажа, известно введение виброизоляционных средств в системы крепления двигателя. Так, например, в патенте ЕР 250659 описано устройство подвески газотурбинного двигателя на несущей конструкции самолета, включающее поперечную ось, располагающуюся между балкой, на которой двигатель подвешен при помощи рычагов, и пилоном крепления под крылом самолета. Эта поперечная ось удерживается при помощи первой пары виброизоляционных элементов на ее концах, работающих на вертикальное сжатие, и второй пары виброизоляционных элементов, работающих на поперечное сжатие. Две эти пары виброизоляционных элементов являются независимыми друг от друга и могут иметь различные коэффициенты упругости. Такое техническое решение представляет определенную громоздкость по высоте.
Известны и другие варианты размещения, которые оказываются относительно сложными. Они применяются обычно в системах гиперстатического типа. Главный недостаток этого типа устройства подвески двигателя заключается в отсутствии информации о величине усилий, передаваемых в детали в каждый момент времени. Таким образом, определение размерных параметров виброизоляционных элементов в этом случае оказывается более затруднительным и не вполне надежным.
Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в реализации системы подвески газотурбинного двигателя на несущей конструкции воздушного судна, представляющей собой одновременно конструкцию изостатического типа и содержащей гибкий виброизоляционный элемент, причем эта система должна оставаться возможно более компактной.
В соответствии с предлагаемым изобретением устройство подвески газотурбинного двигателя на несущей конструкции воздушного судна содержит балку, имеющую в своем составе первый элемент, в котором могут быть размещены средства крепления к упомянутой несущей конструкции, и второй элемент, в котором могут быть размещены средства крепления к газотурбинному двигателю, и отличается тем, что упомянутая балка содержит по меньшей мере одну первую пластину и по меньшей мере одну вторую пластину, предназначенные для размещения в поперечном направлении по отношению к оси ОХ двигателя и связанные между собой при помощи слоя гибкого и амортизирующего материала, причем упомянутая первая пластина жестко связана с первым элементом, а другая пластина связана со вторым элементом, и в котором средство крепления к газотурбинному двигателю содержит по меньшей мере один рычаг, шарнирно закрепленный при помощи связи типа шарового шарнира на втором элементе балки.
Благодаря техническому решению, предложенному в данном изобретении, средство, обеспечивающее амортизацию вибраций, встраивают в конструкцию балки, образуя таким образом компактную по высоте систему, имеющую простую и изостатическую конструкцию.
Известен патент ЕР 257665, в котором описан способ, представленный на фигурах с 19 по 22, в частности на фиг.22, реализации устройства подвески, имеющего в своем составе четыре виброизоляционных элемента, образованные параллельными между собой пластинами, связанными друг с другом слоем эластомерного материала и ориентированными в вертикальном направлении параллельно оси двигателя. Цель данного технического решения состоит в том, чтобы амортизировать путем деформации сдвига эластомерного материала вибрации, которые распространяются в вертикальной плоскости. Такое расположение виброизоляционных элементов позволяет данному устройству подвески оставаться относительно жестким в плоскости, перпендикулярной к оси двигателя, по отношению к воздействию поперечных усилий и крутящего момента. Техническое решение, реализуемое в предлагаемом изобретении, отличается от этого его прототипа тем, что здесь обеспечивается амортизация совокупности вибраций, ориентированных в поперечной плоскости, с возможностью создания максимальной площади активной поверхности, соответствующей всей площади поверхности пластин, образующих упомянутую балку, причем данное устройство остается при этом компактным по высоте.
Предпочтительно, чтобы упомянутая балка содержала множество параллельных между собой пластин, связанных друг с другом при помощи сцепляемости слоев эластомерного материала, причем эти пластины жестко связаны чередующимся образом с упомянутым первым элементом и с упомянутым вторым элементом.
Здесь выражение "множество" означает, что данная система имеет в своем составе по меньшей мере три пластины, а именно одну центральную пластину, связанную с одним элементом, и две пластины, располагающиеся по одну и по другую стороны от этой центральной пластины и связанные с другим элементом. Выбор количества этих пластин определяется размерами располагаемого пространства для размещения этой системы, характеристиками амортизации, которые желательно обеспечить в данном случае, а также в функции требований производственного характера. В частности, при одинаковых габаритных размерах изготовление адаптируют таким образом, чтобы обеспечить возможно большее количество слоев эластомерного материала и пластин. Если же, напротив того, размеры располагаемого пространства не являются определяющими, осуществляют поиск технического решения, обеспечивающего оптимальную стоимость производства для максимального количества элементов.
Предпочтительно, чтобы упомянутые пластины могли быть изготовлены независимым образом и скреплены между собой болтовыми соединениями.
Предпочтительно, чтобы сквозь упомянутые пластины проходил по меньшей мере один стержень, параллельный оси двигателя, а между пластинами и упомянутым стержнем обеспечивался некоторый зазор. Таким образом стержень обеспечивает передачу усилий, ориентированных перпендикулярно к оси двигателя, в том случае, когда упомянутые первые пластины подвергаются смещению по отношению к упомянутым вторым пластинам. Балка содержит один или два таких стержня. Этот стержень или два этих стержня обеспечивают восприятие усилий, в частности, в случае повреждения виброамортизирующего элемента или в случае значительного относительного смещения. Действительно, только один стержень предусматривается в том случае, когда устройство подвески не содержит средств восприятия усилий, связанных с крутящим моментом двигателя, относительно оси этого двигателя, причем эти усилия воспринимаются другим устройством подвески.
Данный способ реализации вибрационной изоляции адаптирован к устройству подвески изостатического типа, в котором средство крепления к газотурбинному двигателю содержит по меньшей мере один рычаг, шарнирно закрепленный при помощи шарового шарнира на втором элементе упомянутой балки. В общем случае устройство подвески содержит два рычага, предназначенных для восприятия поперечных усилий, и, в случае необходимости, один рычаг, предназначенный для восприятия крутящего момента сил.
Предпочтительно, чтобы слой эластомерного материала между двумя смежными пластинами выполнялся предварительно напряженным. Такое техническое решение позволяет эластомерному материалу ни в каких ситуациях не работать на растягивание.
Ниже будет приведено подробное описание не являющегося ограничительным варианта осуществления предлагаемого изобретения со ссылками на чертежи, в числе которых:
- фиг.1 представляет собой схематический вид в изометрии устройства подвески в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг.2 представляет собой схематический вид в разрезе по направлению II-II устройства подвески, показанного на фиг.1;
- фиг.3 представляет собой схематический вид в разрезе по направлению III-III устройства подвески, показанного на фиг.1;
- фиг.4 представляет собой схематический вид системы первых пластин, образующих часть устройства подвески, показанного на фиг.1;
- фиг.5 представляет собой схематический вид системы вторых пластин, образующих дополняющую часть устройства подвески, показанного на фиг.1.
В дальнейшем будут даваться ссылки на фиг.1, на которой представлен схематический вид в изометрии с некоторой верхней точки устройства подвески в соответствии с предлагаемым изобретением, которое образует одно из средств крепления газотурбинного двигателя к несущей конструкции воздушного судна. В данном случае газотурбинный двигатель представляет собой турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель. Этот двигатель подвешивается, например, под крылом самолета при помощи пилона. Однако предлагаемое изобретение применяется для крепления двигателя на любом элементе несущей конструкции самолета, включая фюзеляж, причем в этом случае предлагаемое устройство подвески чаще всего располагается не вертикально, а горизонтально для обеспечения бокового крепления.
Устройство подвески содержит балку 1, имеющую в своем составе первый элемент, который позволяет обеспечить крепление к несущей конструкции воздушного судна. В соответствии с приведенным примером выполнения этот первый элемент (2), такой как верхняя платформа 2, имеющая прямоугольную или квадратную форму, в которой выполнены отверстия 21, используемые для крепления этой платформы на несущей конструкции воздушного судна. Платформа закрепляется на этой несущей конструкции при помощи не показанных на чертеже средств крепления, таких, например, как болты, вставленные в отверстия 21. Центральный шип 23, жестко связанный с платформой, взаимодействует с несущей конструкцией воздушного судна и обеспечивает восприятие усилий сдвига между устройством подвески и этой несущей конструкцией.
Упомянутая балка в целом имеет удлиненную форму. Она размещается поперек по отношению к оси двигателя. Здесь речь идет об оси ОХ в системе координат, показанной на фиг.1. При этом ось ОZ представляет собой вертикальную ось, и ось ОY представляет собой поперечную ось. Эта балка содержит также второй элемент, в котором размещаются средства крепления к газотурбинному двигателю. Этот второй элемент образован в рассматриваемом здесь примере выполнения тремя рычагами 3, 4 и 5, которые проходят в направлении вниз и в противоположную сторону от платформы 2. Каждый из этих рычагов содержит поперечную щель, открытую в направлении вниз, и сквозь него в осевом направлении проходит ось 31, 41 и 51, удерживающая, соответственно, рычаг 6, 7 и 8. Эти рычаги шарнирно закреплены на своей оси посредством связи с шаровым шарниром. Эта связь позволяет рычагу поворачиваться относительно оси 31, 41 и 51, а также поворачиваться в двух других направлениях в пределах, допускаемых зазором, существующим между данным рычагом и щелью, в которую этот рычаг входит.
Двигатель подвешивается к балке при помощи рычагов 6, 7 и 8, которые содержат осевые отверстия, предназначенные для прохождения не показанных здесь осей, установленных на элементах силовой арматуры, жестко связанных с кожухом двигателя. Два рычага 6 и 8 образуют между собой некоторый угол и обеспечивают восприятие усилий вдоль направлений ОY и ОZ. Рычаг 7, располагающийся между двумя другими рычагами, воспринимает, совместно с этими рычагами, усилия, связанные с крутящим моментом двигателя. Этот рычаг может отсутствовать в том случае, когда крутящий момент двигателя воспринимается другим узлом подвески двигателя.
Описанная выше система является классической и является конструкцией, используемой и в существующем уровне техники.
Предлагаемое изобретение состоит в модификации конструкции балки 1 и позволяет сделать ее гибкой в поперечной плоскости. Эта конструкция детально представлена на фигурах с 2 по 5. На фиг.2, которая представляет схематический вид балки в вертикальном разрезе, можно видеть, что эта балка образована множеством пластин, а именно первыми пластинами 10а, 10b, 10с, 10d и 10е и вторыми пластинами 20а, 20b, 20с, 20d, 20е и 20f. Эти первые пластины 10 вложены между вторыми пластинами 20. Между смежными пластинами существует некоторое пространство, которое заполнено эластомерным материалом. Здесь имеется столько слоев 30 этого эластомерного материала, сколько интервалов имеется между первыми пластинами 10 и вторыми пластинами 20. Слои эластомерного материала сцепляются с пластинами, причем вся эта система образует слоистую конструкцию. Первые пластины 10 жестко связаны с упомянутым первым элементом балки, в котором располагаются средства крепления к несущей конструкции воздушного судна и который здесь представляет собой платформу 2. Вторые пластины 20 жестко связаны с упомянутым вторым элементом балки, в котором располагаются средства крепления к газотурбинному двигателю, представленным здесь рычагами 3, 4 и 5.
В примере выполнения, представленном на приведенных в приложении фигурах, каждая из пластин продолжается таким образом, чтобы сформировать соответственно часть первого элемента и часть второго элемента. Пластины 10 и 20 связаны в единое целое соответственно при помощи болтов 13 и 14, как это можно видеть на фиг.1. Однако этот вариант выполнения не является единственно возможным. Так, например, упомянутые пластины могут быть выполнены путем механической обработки двух монолитных блоков. Могут быть рассмотрены также и другие конструктивные решения.
В процессе функционирования двигателя усилия, возникающие вдоль направлений ОZ и ОY, передаются параллельно на упомянутые пластины через слои эластомерного материала, которые подвергаются напряжению сдвига. Это техническое решение исключает работу эластомерного материала на растягивание. Упомянутая балка представляет более значительную жесткость в направлении оси ОХ двигателя. В случае необходимости имеется возможность обеспечить предварительное напряжение слоев эластомерного материала в этом направлении, сжимая эти слои материала в осевом направлении в процессе сборки балки.
Очевидно, что количество пластин не ограничивается тем их количеством, которое представлено в проиллюстрированном варианте выполнения. Количество этих пластин зависит от таких параметров, как размеры располагаемого пространства, предназначенного для размещения устройства подвески, требуемой общей площади поперечного сечения активного эластомерного материала, усилий, которые данное устройство подвески должно будет выдерживать, степени амортизации вибраций, которую желательно применить в данном устройстве подвески. Стоимость изготовления такой конструкции также представляет собой параметр, принимаемый во внимание при определении различных компонентов упомянутой балки.
Эту конструкцию изготавливают, заливая эластомерный материал, например, в интервалы между пластинами таким образом, чтобы обеспечивалось сцепление этого материала с пластинами, как это известно в технологии изготовления слоистых конструкций, состоящих из металла и эластомерного материала.
В соответствии с еще одной характеристикой предлагаемого изобретения в упомянутую балку встраивают один или два осевых стержня 11 или 12, которые проходят сквозь систему пластин. Эти стержни устанавливаются с некоторым зазором в пластинах 10 и 20. Функция этих стержней состоит в том, чтобы обеспечить передачу усилий в направлениях ОZ и ОY в случае смещения пластин 10 и 20 друг по отношению к другу за пределы допустимых, в частности, с точки зрения безопасности, величин, которые определяются упомянутым зазором. Можно предусмотреть только один стержень 11 или 12 в том случае, если данное устройство подвески не задействовано для восприятия усилий от крутящего момента двигателя.
Количество и площадь поверхности упомянутых пластин зависят от усилий, которые желательно фильтровать, а также от предельных нагрузок, которые такая конструкция должна быть способна выдерживать.