УСТРОЙСТВО ПОВОРОТА ВЕКТОРА ТЯГИ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВУХКОНТУРНОГО ДВИГАТЕЛЯ
DEVICE FOR TURNING TRACTION VECTOR OF DOUBLE-FLOW JET TURBINE ENGINE

Изобретение относится к устройствам для реверсирования и изменения направления вектора тяги авиационных турбореактивных двухконтурных двигателей.
Известно, что сопла с модернизированными реверсивными устройствами (РУ) могут быть использованы как средство повышения уровня летно-технических, маневренных и пилотажных характеристик самолетов, позволяющее обеспечить управляемость на режимах полета с малыми скоростями, где недостаточна эффективность аэродинамических органов управления.
Использование на самолете дополнительных к РУ устройств для отклонения вектора тяги (ОВТ) рассматривается как одна из возможностей улучшения летно-технических характеристик перспективных самолетов.
Известно отклоняющее устройство, изменяющее направление истечения выхлопной струи, например сопло с отклонением вектора тяги компании Stage III Technologies L.C. (Патент США №6233920 от 22.05.2001 г.). Предложена конструкция створчатого типа, устанавливаемая на сопло. На полетных и взлетных режимах створки РУ формируют наружные стенки обтекателя мотогондолы. При включении реверса тяги происходит сдвигание створок вниз по потоку и разворот. Однако для отклонения выхлопной струи двухконтурного двигателя с большой степенью двухконтурности использование поворотного сопла затруднительно из-за его большой массы.
Компания SNECMA Moteurs разработала реверсивное устройство и сопло турбореактивного двигателя (Патент США №6289670 от 18.09.2001 г.). Створки сопла в устройстве предусматривают большую регулировку площади сопла и управление изменением направления вектором тяги, что позволяет использовать это устройство на перспективных сверхзвуковых самолетах. Однако в этом патенте угол изменения направления вектора тяги расположен в небольших пределах.
Наиболее близким аналогом того же назначения по конструкции, что и заявляемое техническое решение, является «Устройство реверсирования тяги двухконтурного турбореактивного двигателя» Патент РФ №2162537 от 04.06.1998 г. фирмы ИСПАНО - СЮИЗА АЭРОСТРЮКТЮР (Fr). Устройство включает цилиндрическую мотогондолу вентилятора наружного контура и центральное тело газогенератора внутреннего контура двигателя. Устройство содержит в задней части мотогондолы по периферии окна и на выходе кольцевое сопло. В окнах размещены реверсивные и отклоняющие створки, имеющие форму совкового типа, где реверсивные створки выполнены полыми и установлены в задней части каждого окна мотогондолы на поперечных осях. Каждая отклоняющая створка шарнирно связана на поперечной оси со своей реверсивной створкой. Кроме того, реверсивные и отклоняющие створки шарнирно соединены со средствами управления их перемещением. Данное устройство осуществляет заданное реверсирования тяги и относительно просто по конструкции. Основным недостатком устройства являются большие потери при высоких углах отклонения выхлопных струй на режиме ОВТ.
Таким образом известные конструкции РУ уже не могут удовлетворять современным требованиям по обеспечению характеристик боковой устойчивости и поперечной управляемости на больших углах атаки современных самолетов, имеющих классические аэродинамические поверхности управления.
В основу изобретения положено решение задачи создания современного РУ с добавлением ему функций ОВТ.
Это позволит повысить эффективность боковой устойчивости и поперечной управляемости самолета на больших углах атаки, улучшить его взлетно-посадочные характеристики на малых скоростях полета.
Поставленная задача решается тем, что устройство поворота вектора тяги турбореактивного двухконтурного двигателя, включающего центральное тело газогенератора внутреннего контура и мотогондолу вентилятора наружного контура с кольцевым соплом на выходе, содержит в задней части мотогондолы по периферии окна и размещенные в окнах реверсивные и отклоняющие створки, имеющие форму совкового типа. Реверсивные створки закреплены в задней части каждого окна мотогондолы на поперечных осях. Каждая отклоняющая створка шарнирно связана на поперечной оси со своей реверсивной створкой. Кроме того, реверсивные и отклоняющие створки шарнирно соединены со средствами управления их перемещением.
Новым в изобретении является то, что каждая реверсивная створка снабжена окном, в котором установлена полая отклоняющая створка. Отклоняющая створка состоит из наружной и внутренней стенок с каналом между ними. Внешняя поверхность наружной стенки отклоняющей створки на режиме прямой тяги образует часть наружной поверхности мотогондолы. Вдоль продольных кромок окон мотогондолы между мотогондолой и центральным телом газогенератора тракт наружного контура двигателя разделен радиальными пилонами аэродинамического профиля, контактирующими при работе с реверсивными и отклоняющими створками. Средства управления перемещением реверсивных и отклоняющих створок выполнены в виде отдельных приводов поступательного движения. Каждая реверсивная створка соединена шарнирно задней кромкой с мотогондолой за своим окном через привод, размещенный в последней, и снабжена снаружи в передней части обтекателем в виде полого трехгранного кольцевого сектора. Наружная грань сектора на режимах прямой тяги и отклоняемого вектора тяги образует часть наружной поверхности мотогондолы, а две другие - соответственно внутренние переднюю и заднюю наклонные поверхности обтекателя. При этом отклоняющая створка размещена в реверсивной створке за обтекателем и связана шарнирно с расположенным в обтекателе приводом. На режиме прямой тяги внутренняя поверхность реверсивной створки и внутренняя поверхность внутренней стенки отклоняющей створки образуют части внутренней поверхности мотогондолы наружного контура двигателя.
Выполнение каждой реверсивной и отклоняющей створок в виде формы совкового типа обеспечивает уменьшение растекания струй при истечении потока воздуха наружу из устройства.
Снабжение реверсивной створки окном, в котором установлена полая отклоняющая створка, позволяет использовать окно мотогондолы не только для функции реверсирования, но и для выполнения функции ОВТ. Это позволяет, не изменяя габариты РУ, при незначительном увеличении массы получить новую функцию устройства.
Выполнение отклоняющей створки из наружной и внутренней стенок с каналом между ними обеспечивает стабильные расходные характеристики канала при различных положениях створки.
Разделение тракта радиальными пилонами аэродинамического профиля вдоль продольных кромок окон мотогондолы наружного контура двигателя между мотогондолой и центральным телом газогенератора, контактирующими при работе с реверсивными и отклоняющими створками, обеспечивает разделение потока через окна мотогондолы в заданных секторах.
Выполнение средств управления перемещением реверсивной и отклоняющей створок в виде отдельных приводов поступательного движения позволяет обеспечивать управление РУ и ОВТ по заданной программе.
Соединение каждой реверсивной створки шарнирно задней кромкой с мотогондолой за своим окном через привод, размещенный в последней, обеспечивает уменьшение аэродинамических потерь в каналах створок и окнах мотогондолы.
Снабжение реверсивной створки снаружи в передней части обтекателем в виде полого трехгранного кольцевого сектора позволяет уменьшить потери на обтекание створок потоком воздуха на всех режимах.
Выполнение наружной грани сектора обтекателя в виде части кольцевой наружной поверхности мотогондолы обеспечивает непрерывность наружной поверхности последней.
Выполнение двух других граней сектора соответственно внутренними передней и задней наклонными поверхностями обтекателя обеспечивает беззазорное сопряжение реверсной створки с мотогондолой и отклоняющей створкой.
Размещение отклоняющей створки в реверсивной створке за обтекателем и связь ее с расположенным в обтекателе отдельным приводом позволяет расширить функции управления ОВТ.
Образование внутренней поверхностью реверсивной створки и внутренней поверхностью внутренней стенки отклоняющей створки части кольцевой внутренней поверхности мотгондолы обеспечивает непрерывность внутренней поверхности последней в наружном контуре на режиме прямой тяги.
Существенные признаки изобретения могут иметь развитие и уточнения.
Канал отклоняющей створки может быть выполнен с косым срезом на входе. Причем задние кромки наружной и внутренней стенок должны быть расположены в одном выходном поперечном сечении канала, а длина наружной стенки должна быть меньше длины внутренней стенки. Это обеспечивает свободное перемещение отклоняющей створки в реверсивной и стыковку отклоняющей створки с задней частью кольцевой наклонной поверхности обтекателя на отдельных режимах.
Поверхность задней кромки окна реверсивной створки может быть выполнена профилированной из двух сопряженных между собой частей поверхностей соосных торовых секторов. Это уменьшает потери потока на задней кромке окна реверсивной створки на всех режимах.
Таким образом решена поставленная в изобретении задача создания современного РУ с добавлением ему функций ОВТ. Это техническое решение повышает эффективность боковой устойчивости и поперечной управляемости самолета на больших углах атаки и малых скоростях полета, улучшает его взлетно-посадочные характеристики при незначительном увеличении массы реверсивного устройства.
Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием конструкции и работы устройства со ссылкой на фиг.1-6, где:
на фиг.1 схематически изображен продольный разрез устройства поворота вектора тяги наружного контура турбореактивного двухконтурного двигателя на режиме прямой тяги;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - схематически изображен продольный разрез устройства поворота вектора тяги потока наружного контура турбореактивного двухконтурного двигателя на режиме реверса тяги;
на фиг.4 - схематически изображен продольный разрез устройства поворота вектора тяги отклоняющего под углом к оси двигателя поток наружного контура турбореактивного двухконтурного двигателя на полном режиме ОВТ;
на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.4;
на фиг.6 - схематически изображен продольный разрез устройства поворота вектора тяги турбореактивного двухконтурного двигателя, отклоняющего часть потока воздуха наружного контура на частичном режиме ОВТ и направляющего одновременно другую часть потока наружного контура через сопло для обеспечения режима прямой тяги.
Устройство поворота вектора тяги турбореактивного двухконтурного двигателя, включающего (см. фиг.1, 2) цилиндрическую мотогондолу 1 вентилятора наружного контура 2 и центральное тело 3 газогенератора внутреннего контура, согласно изобретению содержит в задней части мотогондолы 1 по периферии окна 4 и на выходе кольцевое сопло 5. В окнах 4 размещены реверсивные 6 и отклоняющие 7 створки, имеющие форму совкового типа. Реверсивные 6 створки закреплены в задней части каждого окна 4 на поперечных осях 8, закрепленных в мотогондоле 1. Каждая отклоняющая 7 створка шарнирно 9 связана на поперечной оси 10 со своей реверсивной 6 створкой. Кроме того, реверсивные 6 и отклоняющие 7 створки шарнирно соединены со средствами управления их перемещением. Каждая реверсивная 6 створка (см. фиг.2) снабжена окном 11, в котором установлена полая отклоняющая 7 створка. Отклоняющая створка 7 (см. фиг.1, 6) состоит из наружной 12 и внутренней 13 стенок с каналом 14 между ними, в котором установлены перегородки 15, предотвращающие боковое растекание потока на цилиндрических поверхностях. Внешняя поверхность наружной 12 стенки отклоняющей створки 7 на режиме прямой тяги (см. фиг.1) образует часть наружной поверхности мотогондолы 1. Между мотогондолой 1 и центральным телом 3 газогенератора установлены (см. фиг.2, 5) пилоны 16 аэродинамического профиля, образующие отдельные каналы 17 наружного контура 2 двигателя, по которым уплотняются боковые кромки створок 6 на режиме реверсирования тяги или кромок створок 7 при отклонении вектора тяги, а также исключается растекание потока и его влияние на работу соседних каналов 17. Средства управления перемещением реверсивных 6 и отклоняющих 7 створок выполнены (см. фиг.1, 6) в виде отдельных приводов поступательного движения соответственно 18 и 19. Кроме того, каждая реверсивная 6 створка соединена шарнирно 20 задней кромкой 21 с мотогондолой 1 за своим окном 4 через привод 18, а также снабжена в передней части обтекателем 22 в виде полого трехгранного кольцевого сектора. На режимах прямой тяги и отклоняемого вектора тяги (см. фиг.1, 4) наружная грань 23 обтекателя 22 является частью наружной 24 поверхности мотогондолы 1, а две другие грани 25 и 26 являются - соответственно внутренними передней и задней наклонными поверхностями обтекателя 22 реверсивной створки 6. Отклоняющая 7 створка размещена в окне 11 реверсивной 6 створки за обтекателем 22 и связана шарнирно с расположенным в обтекателе 22 отдельным приводом 19. На режиме прямой тяги внутренняя поверхность реверсивной створки 6 и внутренняя поверхность внутренней стенки отклоняющей створки 7 образуют части внутренней поверхности мотогондолы 1 наружного контура 2 двигателя. Канал 14 отклоняющей створки 7 выполнен с косым срезом 28 на входе для стыковки с поверхностью 26 обтекателя 22. Поверхность задней кромки 29 (см. фиг.4, 6) окна 11 реверсивной 6 створки выполнена профилированной из двух сопряженных между собой частей поверхностей 30 наружного и 31 внутреннего соосных торовых секторов. Передняя наклонная поверхность 25 обтекателя 22 створки 6 (см. фиг.3) уплотняется по наклонной поверхности 32 передней кромки окна 4, а задняя наклонная поверхность 26 обтекателя 22 уплотняется передней кромкой 28 канала 14 отклоняющей створки 7. На режиме ОВТ (см. фиг.4, 5) в месте контакта передней кромки 33 внутренней стенки 13 отклоняющей створки 7 с центральным телом 3 газогенератора внутреннего контура возможно наличие щелей 34, через которые часть воздуха контура 2 вытекает наружу через сопло 5. Утечки воздуха могут быть ликвидированы профилированием передней кромки 33 отклоняющей створки 7 по контуру наружной поверхности центрального тела 3.
Устройство поворота вектора тяги турбореактивного двухконтурного двигателя не препятствует прохождению воздуха через канал наружного контура 2 на режиме прямой тяги и работает следующим образом.
При функционировании устройства на режиме прямой тяги (см. фиг.1, 2) каждый привод 18 втянут и через шарнир 20 на задней кромке 21 устанавливает в окне 4 мотогондолы 1 на поперечной оси 8 реверсивную створку 6 с упором и уплотнением передней наклонной поверхности 25 обтекателя 22 по наклонной поверхности 32 передней кромки окна 4. Каждый привод 19 также втянут, отклоняющая створка 7 размещена на оси 10 с шарнирами 9 в окне 11 реверсивной створки 6 с упором и уплотнением передней косой кромкой 28 по задней наклонной поверхности 26 обтекателя 22. Перемещаясь по наружному контуру 2, воздух через сопло 5 истекает наружу двигателя.
При функционировании устройства на режиме реверса вектора тяги (см. фиг.3) после подачи команды по заданной программе приводы 18 поворачивают в каждом отдельном окне 4 реверсивные створки 6 до упора их задних кромок 21 в центральное тело 3 газогенератора внутреннего контура. Между внутренней поверхностью наклоненной вперед реверсивной створки 6 и наклонной поверхностью 32 передней кромки отдельного окна 4 в плоскости продольной оси мотогондолы 1 образуется канал для прохода воздуха.
При функционировании устройства на полном режиме ОВТ (см. фиг.4, 5) приводы 19 выпускают по заданной команде каждую створку 7 до упора передней кромки 33 внутренней стенки 13 в центральное тело 3 газогенератора внутреннего контура. В отклоняющей створке 7 открывают канал 14. Между внешней поверхностью наружной стенки 12 отклоняющей створки 7 и наклонной поверхностью 26 обтекателя 22 образуют дополнительный канал для прохода воздуха.
При функционировании устройства на частичном режиме ОВТ (см. фиг.6) по команде каждый привод 19 выпускают частично. Створками 7, перемещаемыми приводами 19, частично перекрывают тракт потока газа наружного контура 2 до сопла 5. В отклоняющей створке 7 открывают канал 14 и направляют его выход наружу под острым углом к оси двигателя. Между внешней поверхностью наружной стенки 12 каждой реверсивной створки 6 и наклонной поверхностью 26 обтекателя 22 окна 4 образуют дополнительный канал для прохода воздуха.
Опытные проверки предложенного технического решения подтвердили эффективность работы устройства поворота вектора тяги в мотогондоле наружного контура турбореактивного двухконтурного двигателя для повышения боковой устойчивости, вертикальной и поперечной управляемости самолета на больших углах атаки и малых скоростях полета, снижение потерь в прямом и повернутом потоках воздуха, а также высокую пропускную способность тракта наружного контура двигателя на режимах реверсирования и ОВТ.