Всеракурсное сопло
ALL-TRACK NOZZLE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции сопел турбореактивных двигателей (ТРД).
Известно сопло ТРД, содержащее установленный между форсажной камерой и реактивным соплом двигателя корпус в виде вставки, состоящей из неподвижной секции и поворотной, способной вращаться вокруг продольной оси двигателя, причем механизм поворота выполнен в виде ряда роликов, установленных на корпусе двигателя, оси вращения которых размещены вдоль оси двигателя, и направляемого роликами троса, прикрепленного к корпусу сопла, концы которого прикреплены к катушкам, установленным на корпусе двигателя, и соединены с силовыми цилиндрами, причем оси катушек размещены поперек продольной оси двигателя (см. патент RU 2375600 класса F02K 1/78, опубл. в 2009 г.).
Недостатком известного устройства является большой ход гидроцилиндров и повышенные нагрузки на катушках, что значительно увеличивает габариты конструкции.
Кроме того, изменение вектора тяги двигателя осуществляется отклоняемой частью сопла. Из уровня техники известно, что отклонение сопла осуществляется с помощью силовых гидроцилиндров, к которым по трубопроводам подводится рабочая жидкость. В случае, когда изменение вектора тяги двигателя осуществляется только посредством отклоняющейся части сопла, подвод рабочей жидкости к силовым гидроцилиндрам осуществляется по жестким трубопроводам. Однако на всеракурсном сопле, где изменение вектора тяги осуществляется также поворотной частью сопла, вращающейся вокруг продольной оси двигателя, для подвода рабочей жидкости к силовым гидроцилиндрам отклоняемой части сопла необходимо использовать гибкий трубопровод.
Задачей изобретения является упрощение конструкции поворотного механизма всеракурсного сопла и увеличение его надежности, а также создание гибкого неэластичного трубопровода высокого давления для подвода рабочей жидкости к силовым цилиндрам отклоняемой части сопла.
Указанная задача решается тем, что в известном всеракурсном сопле, содержащем установленный между форсажной камерой и реактивным соплом двигателя корпус в виде вставки, состоящей из неподвижной секции и поворотной, способной вращаться вокруг продольной оси двигателя, а также отклоняемую часть сопла со средствами управления в виде силовых гидроцилиндров, согласно изобретению механизм поворота выполнен в виде цепной передачи, привод которой находится на неподвижной секции вставки, на поворотной секции закреплена двойная цепь, на концах которой установлены демпферы, между неподвижной и поворотной секциями вставки установлено контактное уплотнение, а подвод рабочей жидкости к силовым гидроцилиндрам отклоняемой части сопла осуществляется по гибкому неэластичному двухканальному трубопроводу высокого давления, содержащему жесткие трубки с переходниками, собираемые в цепь, изгиб которой осуществляется посредством поворота трубок относительно переходников.
Выполнение механизма поворота в виде цепной передачи позволяет использовать в качестве механизма привода поворота сопла червячный привод, который в отличие от гидроцилиндров имеет постоянный объем (нет выдвижных частей), что позволяет осуществлять поворот сопла на угол ±90° в значительно меньших (по сравнению с гидроцилиндрами) габаритах.
Использование двойной цепи увеличивает надежность конструкции в случае разрыва одной из цепей за счет резервирования ответственной функции передачи крутящего момента.
Установка демпферов на концах цепи увеличивает надежность конструкции за счет снижения пиковых нагрузок на цепь в моменты начала и окончания движения.
Наличие контактного уплотнения между неподвижной и поворотной секциями вставки значительно уменьшает утечки рабочего тела (газа), чем достигается увеличение КПД газотурбинного двигателя в целом. Также наличие уплотнения позволяет улучшить температурное состояние роликов поворотного устройства, что увеличит надежность и ресурс конструкции.
Использование гибкого неэластичного трубопровода высокого давления для подвода рабочей жидкости к силовым гидроцилиндрам отклоняемой части сопла позволяет осуществлять управление отклоняемой частью сопла при вращении поворотной секции всеракурсного сопла.
Выполнение гибкого неэластичного трубопровода высокого давления в виде жестких трубок с переходниками, собираемыми в цепь, изгиб которой осуществляется посредством поворота трубок относительно переходников, позволяет подводить и отводить рабочую жидкость высокого давления в гидроцилиндры управления отклоняемой части сопла при вращении поворотной секции всеракурсного сопла.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется фигурами 1-3.
Фиг. 1 - общий вид всеракурсного сопла.
Фиг. 2 - устройство демпфера (в двух положениях).
Фиг. 3 - гибкий неэластичный двухканальный трубопровод высокого давления.
Поворотное сопло ТРД содержит неподвижную 1 и поворотную 2 секции вставки на корпусе двигателя между форсажной камерой и реактивным соплом (на чертеже не указаны). На неподвижной секции 1 установлен корпус приводной шестерни 3, который дополнительно зафиксирован кронштейнами 4. В корпусе приводной шестерни 3 установлен вал приводной шестерни 5, на который установлена двойная шестерня 6. Привод шестерни осуществляется от привода 7, например червячного (или иного), через рессору 8. Двойная шестерня 6 входит в зацепление с двойной цепью 9 поворотной секции 2. В поворотной секции 2 установлены воспринимающие радиальную нагрузку ролики 10 и воспринимающие осевую нагрузку ролики 11. Также в поворотной секции 2 установлено секторное контактное уплотнение 12, которое за счет пружин (на чертеже не указаны) поджимается к элементу неподвижной секции 1.
Двойная цепь 9 крепится к поворотной секции 2 через демпферы 13. Каждый демпфер 13 состоит из рычага 14, к которому крепится двойная цепь 9 с одной стороны и верхнее тарельчатое седло 15 с другой стороны. Верхнее тарельчатое седло 15 опирается на пружину 16, которая, в свою очередь, опирается на нижнее тарельчатое седло 17 на поворотной секции 2. В нижнем тарельчатом седле 17 установлен ограничитель перемещения 18.
Гибкий неэластичный трубопровод высокого давления 19 связывает агрегаты управления соплом (на фигурах не указаны) и гидроцилиндры управления соплом (на фигурах не указаны).
Трубопровод высокого давления 19 состоит из переходника 20, служащего для поворота потока рабочей жидкости. К переходнику 20 с помощью ниппелей 21 присоединяются трубки 22. Трубки с ниппелями соединяются при помощью сварки. Ниппель 21 вставляется в переходник 20 с небольшим зазором и уплотняется с помощью колец 23. Возникающие вследствие высокого давления силы компенсируются стяжками 24, которые соединяются друг с другом с помощью штифта 25 и стопорного кольца 26.
Поворот сопла осуществляется как по часовой, так и против часовой стрелки относительно продольной оси ГТД. От привода 7 через рессору 8, вал приводной шестерни 5 и двойную шестерню 6 крутящий момент передается на двойную цепь 9, которая, в свою очередь, поворачивает поворотную секцию 2. Вращение поворотной секции 2 относительно корпуса осуществляется за счет воспринимающих радиальную нагрузку роликов 10. Передача осевой нагрузки сопла с поворотной секции 2 на неподвижную секцию 1 осуществляется воспринимающими осевую нагрузку роликами 11, а установка их в паре позволяет воспринимать как положительную, так и отрицательную осевую нагрузку.
Для снижения резких нагрузок на двойную цепь 9 оба ее конца прикреплены к соответствующему демпферу 13, которые поглощают энергию натяжения двойной цепи 9 за счет сжатия пружин 16, а для предотвращения ее соскальзывания демпферы 13 оборудованы ограничителями перемещения 18.
Для отклонения вектора тяги к силовым гидроцилиндрам отклоняемой части сопла подается рабочая жидкость, которая протекает в трубопроводе по двум трубкам и в переходнике поворачивается на 90°. Трубки могут свободно поворачиваться относительно переходника, и весь узел работает подобно кардану. Трубки и переходники собираются в цепь и образуют гибкий (неэластичный) двухканальный трубопровод высокого давления.
Изобретение позволяет упростить конструкцию поворотного механизма всеракурсного сопла и увеличить его надежность, а также обеспечить подвод рабочей жидкости к силовым цилиндрам отклоняемой части сопла.