СОПЛО РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ С УПРАВЛЕНИЕМ ВЕКТОРОМ ТЯГИ

Полезная модель относится к области авиационной техники, в частности, к выходным устройствам реактивных силовых установок и может использоваться на всех видах перспективных дозвуковых и трансзвуковых летательных аппаратах.
Известны сопла, например, применяемые на высокоскоростных летательных аппаратах, управление вектором тяги в которых осуществляется посредством поворота самого сопла (http://www.aviaport.ru/news/2009/10/15/183360.html). Такой способ управления вектором тяги имеет существенный недостаток, который заключается в том, что на сопле возникают большие шарнирные моменты, что требует применения приводов большой мощности. Большие энергозатраты на работу такого сопла и его относительно небольшой ресурс делают малопривлекательным использование такого сопла для непрерывного управления самолетом по тангажу и курсу.
Известно сопло реактивного двигателя с управлением вектором тяги (Karen A. Deere "Summary of fluidic thrust vectoring research conducted at NASA Langley research center", The 21 AIAA Applied Aerodynamics Conference, June 23-26, 2003, Orlando, Florida, AIAA-2003-3800, p.10, p.18 (fig.13)), принятое нами за прототип, имеющее прямоугольную форму среза сопла и содержащее вставки, установленные в выходном канале реактивного двигателя и заканчивающиеся в критическом сечении, разделяющие канал на внутреннюю и внешнюю части, а также управляемые дроссельные заслонки. Отклонение вектора тяги в таком сопле основано на создании несимметричности истекающего газового потока на установленные за критическим сечением криволинейные створки Коанда. Несимметричность газового потока обеспечивается за счет разделения потока в сопле с помощью разделительных перегородок (вставок) на два контура: внутренний и внешний, причем последний также содержит не менее двух каналов. При перекрытии дроссельной заслонкой одного из каналов, составляющих внешний контур, в открытом внешнем канале в области критического сечения происходит отрыв потока от стенки створки Коанда и поток газов следует по направлению к противоположной створке и прилипает к ней, что приводит к отклонению струи и, следовательно, повороту вектора тяги.
Однако такая конструкция сопла приводит к заметным дополнительным потерям тяги на расположенных за критическим сечением криволинейных створках Коанда и увеличению удельного расхода топлива, а также увеличению веса конструкции.
Задача и технический результат состоят в разработке конструкции плоского сопла, обеспечивающей уменьшение потерь тяги, удельного расхода топлива при незначительном увеличении массы двигателя.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что сопло реактивного двигателя с управлением вектором тяги, содержит сужающийся канал от реактивного двигателя до среза сопла прямоугольной формы, а также две вставки, разделяющие канал на внутреннюю и, внешнюю части и установленные во внешних каналах управляемые дроссельные заслонки, обеспечивающие непрерывное изменение площади проточной части внешних каналов. Вставки расположены внутри канала таким образом, что плоскость, проходящая через заднюю кромку любой из вставок и противоположную ей кромку среза сопла, образует с плоскостью среза сопла угол 8…20°. Такая конструкция при перекрытии заслонки, обеспечивает создание несимметричности истекающего потока газов, что приводит к отклонению струи и, следовательно, вектора тяги. В отличие от прототипа предлагаемое сопло содержит сужающийся канал и разделительные перегородки (вставки) заканчиваются до критического сечения, а створки Коанда, образующие расширяющуюся часть канала, отсутствуют.
Преимуществом предлагаемой схемы управления вектором тяги являются минимальные потери тяги и удельного расхода топлива, а также незначительное увеличение веса конструкции. Кроме того, затраты энергии на изменения направления вектора тяги минимальны, поскольку шарнирные моменты и моменты инерции дроссельных заслонок очень малы. Это обеспечивает высокие угловые скорости отклонения вектора тяги. В результате, такое сопло может применяться для балансировки и управления самолета, в т.ч. с нейтральной или небольшой отрицательной статической устойчивостью, во всем диапазоне режимов полета на протяжении всего полета.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 изображено плоское сопло с газодинамическим управлением вектором тяги.
Основными конструктивными элементами сопла реактивного двигателя с управлением вектором тяги являются: корпус 1 с суживающимся внутренним каналом от реактивного двигателя до среза сопла АВ, две вставки 2 и 3, разделяющих канал на три потока: два внешних, образующих внешний контур сопла, и один внутренний осевой поток, а также дроссельные заслонки 4 и 5, для запирания соответствующих внешних каналов (фиг.1).
Управление вектором тяги осуществляют следующим образом: на режиме прямой тяги, когда оба внешних канала открыты, критическое сечение сопла располагается на срезе сопла по линии АВ. В случае, если один из каналов полностью перекрыт, например, заслонкой 4, и нет протока газов, критическое сечение располагается по линии АС, что приводит к отклонению вектора тяги (фиг.1) на угол 8…20° по отношению к оси сопла.
Работоспособность такого сопла подтверждается расчетными и экспериментальными исследованиями. Показано, что предложенное сопло позволяет отклонять вектор тяги на угол до 20°.
Таким образом, предложенное техническое решение, заключающееся в том, что вставки, разделяющие канал от реактивного двигателя до среза сопла, расположены внутри канала таким образом, что плоскость, проходящая через заднюю кромку любой из вставок и противоположную ей кромку среза сопла, образует с плоскостью среза сопла угол 8…20°, что обеспечивает минимальные потери тяги и удельного расхода топлива при незначительном увеличении веса конструкции, а также достижение высоких угловых скоростей отклонения вектора тяги при минимальных затратах энергии.