РЕАКТИВНОЕ СОПЛО С УПРАВЛЯЕМЫМ ВЕКТОРОМ ТЯГИ ДЛЯ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
JET NOZZLE WITH CONTROLLED THRUST VECTOR FOR JET TURBINE ENGINE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции сопел турбореактивных двигателей (ТРД).
Известно сопло с управляемым вектором тяги (УВТ) для ТРД, содержащее корпус, сходящиеся и расходящиеся створки и управляющее кольцо, установленное посредством цилиндрических вкладышей и осей в неподвижном кольце, закрепленном на корпусе, и соединенное силовыми тягами с расходящимися створками (см. патент РФ №2375599, кл. F02K 1/12, опубл. в 2009 г.).
Недостаток известного сопла состоит в том, что при повороте управляющего кольца расходящиеся створки, симметричные относительно оси поворота, поворачиваются силовыми тягами, шарнирно закрепленными на кольце и расходящихся створках, на разные по величине углы в радиальном направлении, причем угол поворота створки, поворачивающейся наружу, менее угла поворота внутрь на 1,5°…2,5°. Это приводит к тому, что при работе на дроссельных режимах при повороте сопла критическое сечение сопла может перейти на срез, что резко увеличивает давление на расходящиеся и сходящиеся створки, и, как следствие, может привести к возникновению больших напряжений в конструкции и резкому увеличению необходимых усилий для поворота створок. Это приводит к разрушению сопла.
Задачей данного изобретения является усовершенствование кинематической схемы сопла, в результате которого при повороте расходящихся створок площадь среза всегда должна быть более площади критического сечения.
Указанная задача достигается тем, что в известном реактивном сопле с управляемым вектором тяги для ТРД, содержащем корпус, сходящиеся и расходящиеся створки и управляющее кольцо, соединенное силовыми тягами с расходящимися створками, согласно изобретению между управляющим кольцом и расходящейся створкой установлен трехзвенник, содержащий рычаг, шарнирно прикрепленный к заднему фланцу корпуса сопла, кронштейн, шарнирно прикрепленный к передней части расходящейся створки, и дополнительную тягу, соединяющую рычаг и кронштейн, причем рычаг соединен с управляющим кольцом промежуточной тягой, кронштейн соединен с расходящейся створкой осью, перпендикулярной последней, а силовая тяга снабжена дополнительным кронштейном с установленными на нем роликами, заведенными в направляющие, выполненные на расходящейся створке.
Такое выполнение устройства позволяет обеспечить на всех режимах работы сопла при повороте вектора тяги одинаковые углы поворота в радиальном направлении расходящихся створок, симметричных относительно оси поворота, то есть сохранить большую площадь среза сопла относительно площади критического сечения, что увеличивает надежность сопла с УВТ, а также позволяет уменьшить посредством рычагов силы, действующие на управляющее кольцо, то есть уменьшить массу сопла.
На фиг.1 изображен продольный разрез сопла с УВТ;
на фиг.2 - вид на силовые тяги, соединяющие управляющее кольцо с расходящимися створками;
на фиг.3 - сечение Б-Б - конструкция кронштейна с роликами на силовой тяге;
на фиг.4 - кинематическая схема действия трехзвенников и расходящихся створок.
Сопло содержит корпус 1, шарнирно закрепленные на нем сходящиеся створки 2, на концах которых установлены расходящиеся створки 3, и управляющее кольцо 4, соединенное силовыми тягами 5 с расходящимися створками 3. Между управляющим кольцом 4 и расходящейся створкой 3 установлен трехзвенник, содержащий рычаг 6, шарнирно прикрепленный к заднему фланцу корпуса сопла 1, и кронштейн 7, шарнирно прикрепленный к передней части расходящейся створки 3. Кронштейн 7 соединен дополнительной тягой 8 с рычагом 6 на его малом плече. Большим плечом рычаг 6 соединен с управляющим кольцом 4 промежуточной тягой 9. Рычаг 6, дополнительная тяга 8, кронштейн 7 и сходящаяся створка образуют параллелограммный механизм. Кронштейн 7 имеет общую радиальную ось 10 с расходящейся створкой 3, расположенной перпендикулярно ее полотну (основанию). Таким образом расходящаяся створка 3 имеет возможность поворота в радиальном направлении совместно с кронштейном 7 и в окружном - вокруг оси 10.
На заднем конце силовой тяги 5, выполненной в виде фермы, установлен дополнительный кронштейн 11, снабженный роликами 12, заведенными в направляющие 13, выполненные на расходящейся створке 3. К переднему фланцу управляющего кольца 4 присоединены гидроцилиндры 14, установленные в передней части корпуса 1.
При работе двигателя усилия газового потока передаются на расходящиеся створки 3 и далее через оси 10 и трехзвенники на промежуточные тяги 9. Далее уменьшенное в пропорции плеч рычага 9 усилие передается на управляющее кольцо 4, которое удерживается гидроцилиндрами 14 (см. фиг.1). Для поворота вектора тяги гидроцилиндры 14 поворачивают управляющее кольцо 4 вокруг оси О (см. фиг.4) на угол φ1 (φ2) и далее - через промежуточные тяги 9 - трехзвенники и расходящиеся створки 3, симметричные относительно оси поворота, поворачиваются на равные углы, то есть углы β1, γ1, α1 равны β2, γ2, α2 (см. фиг.4), что позволяет сохранить отношение площади среза сопла к площади его критического сечения.
При повороте управляющего кольца 4 силовые тяги 5 поворачивают расходящиеся створки 3 в плоскости их скольжения, то есть вокруг осей 10, не преодолевая усилий от газового потока, в отличие от прототипа, а кронштейны 11 с роликами 12 движутся вдоль направляющей 13.
Таким образом, из-за уменьшения усилий на управляющем кольце 4 и на силовых тягах 5 возможно их значительно облегчить, то есть уменьшить массу сопла. Сохранение геометрии сопла при повороте вектора тяги увеличивает его надежность.