ГОНДОЛА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ, СНАБЖЕННАЯ СРЕДСТВАМИ СНИЖЕНИЯ ШУМА, СОЗДАВАЕМОГО ЭТИМ ДВИГАТЕЛЕМ
NACELLE OF JET TURBINE ENGINE, WHICH IS EQUIPPED WITH REDUCTION DEVICES OF NOISE CREATED WITH SUCH ENGINE

Изобретение относится к гондоле турбореактивного двигателя, снабженной средствами снижения шума, создаваемого этим двигателем.
Самолет приводится в движение посредством по меньшей мере одной силовой установки, содержащей турбореактивный двигатель, размещенный в трубчатой гондоле. Каждая силовая установка прикреплена к самолету пилоном, расположенным, как правило, под крылом или на фюзеляже.
Традиционно гондола включает в себя воздухозаборник, помещенный перед двигателем, среднюю секцию, заключающую внутри себя вентилятор турбореактивного двигателя, и заднюю секцию, заключающую внутри себя камеру сгорания турбореактивного двигателя. На выходе турбореактивного двигателя может быть закреплено основное сопло.
При необходимости, в задней секции гондолы может быть размещен реверсор тяги, назначение которого заключается в повышении тормозной способности летательного аппарата при посадке, осуществляемом за счет перенаправления вперед по меньшей мере части создаваемой турбодвигателем тяги.
В современных летательных аппаратах в гондолах установлены двухконтурные турбореактивные двигатели, способные генерировать, с помощью вращающихся лопастей вентилятора, горячий воздушный поток (его называют также первичным потоком), выходящий из камеры сгорания турбореактивного двигателя, и холодный воздушный поток (вторичный или обводной), проходящий снаружи турбореактивного двигателя по внутреннему каналу (также называемому трактом), образованному между задним внутренним элементом и задним внешним элементом гондолы. Оба эти воздушных потока выбрасываются из турбореактивного двигателя через заднюю часть гондолы.
В современных гондолах указанного типа реверсор тяги перекрывает контур холодного потока и направляет холодный поток в переднюю часть гондолы, создавая тем самым обратную тягу, действие которой складывается с торможением колес летательного аппарата.
Для осуществления переориентации холодного потока, в зависимости от типа реверсора тяги, можно использовать разные средства. Однако в любом случае реверсор тяги включает в себя подвижные обтекатели, выполненные с возможностью перемещения между развернутым положением, при котором они открывают в гондоле канал для перенаправленного потока, и убранным положением, при котором они перекрывают указанный канал. Эти обтекатели могут выполнять функцию отклонения или всего лишь функцию приведения в действие других отклоняющих средств.
В случае каскадного реверсора тяги, содержащего решетку лопаток, переориентация воздушного потока осуществляется с помощью решетки отклоняющих лопаток, при этом обтекатель выполняет лишь обычную функцию сдвижения, направленную на открывание или закрывание указанных решеток. Также можно использовать дополнительные блокировочные дверцы, которые приводятся в действие за счет сдвижения обтекателя и обеспечивают перекрытие тракта за решетками, оптимизируя таким образом переориентацию холодного потока.
Кроме того, может быть предусмотрено общее эжекторное сопло, устанавливаемое за реверсором тяги, используемым в гондоле со смешанными потоками.
Задняя секция гондолы, вне зависимости от того, оборудована она реверсором тяги или нет, обычно имеет осесимметричную форму, неразрывную вдоль плоскости, по существу перпендикулярной продольной оси гондолы. Также имеются элементы обтекания, которые установлены на двигателе позади его основной части и придают гондоле лучшую аэродинамическую обтекаемость.
Однако в любом случае столкновение выталкиваемого гондолой воздуха с окружающим наружным воздухом сопровождается очень сильным шумом.
Снижать такой нежелательный шум было предложено за счет выполнения зубчатых вырезов на выходе задней секции гондолы (см., например, патент US 2003/0213227). Указанные вырезы чаще всего называют зубцами. Зубцы могут иметь самые разнообразные формы. Они улучшают гомогенность смешивания выталкиваемого воздуха с воздухом, находящимся снаружи от гондолы. Подобное конструктивное решение обеспечивает более плавное перемешивание двух потоков, способствуя снижению уровня шума, обычно имеющего место в традиционных конструкциях.
После выбора фиксированной геометрической конфигурации, форму зубцов в процессе эксплуатации менять уже нельзя. К сожалению, во многих случаях предложенная треугольная форма сопряжена с хрупкостью или приводит к деформации концов под воздействием ударов, возникающих, в частности, при смещении оборудования по периметру гондолы, причем даже удар, не несущий видимых признаков повреждения, может нарушить работу выходной секции, приводя к снижению эффективности устройства. По тем же причинам, заключающимся в обеспечении определенного сечения выталкивания, становится труднее проводить технические работы в случае ремонта или замены какой-либо части зубцов.
Кроме того, чтобы задняя часть гондолы могла противостоять воздействию молнии, ее обычно обрабатывают путем внедрения металлического армирующего компонента, как правило, методом нанесения. Однако наличие указанных зубцов затрудняет проведение операции армирования.
В документах ЕР 1580417, ЕР 1580418 и US 2004/237501 предложена гондола для турбореактивного двигателя летательного аппарата, включающая в себя задний внутренний и задний внешний элементы, ограничивающие внутренний канал для пропускания вторичного потока, создаваемого турбореактивным двигателем, причем указанный задний внешний элемент содержит по меньшей мере один распределительный контур, выходящий наружу на выходе турбореактивного двигателя и выполненный с возможностью подсоединения к источнику подачи шумопонижающей текучей среды, расположенному перед задним внешним элементом.
Хорошо известно, что при вытекании шумопонижающей текучей среды создается аэродинамический экран, выполняющий ту же функцию, что и фиксированные зубцы, т.е. обеспечивающий более гомогенное перемешивание воздуха, выходящего из внутреннего канала гондолы, с окружающим наружным воздухом. Благодаря такому гомогенному смешению удается снизить уровень шума, возникающего при работе турбореактивного двигателя.
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении согласования между устройством снижения шума и гондолой, снабженной реверсором тяги.
Указанная цель достигается путем создания гондолы для турбореактивного двигателя летательного аппарата, содержащей задний внутренний элемент и задний внешний элемент, ограничивающие между собой внутренний канал для пропускания вторичного или обводного потока, создаваемого турбореактивным двигателем, причем указанный задний внешний элемент содержит по меньшей мере один распределительный контур, выходящий наружу на выходе турбореактивного двигателя и выполненный с возможностью подсоединения к источнику подачи шумопонижающей текучей среды, расположенному перед задним внешним элементом, при этом задний внешний элемент снабжен реверсором тяги, выполненным с возможностью перехода из закрытого положения, в котором он обеспечивает прохождение указанного потока по внутреннему каналу в виде прямой струи, в открытое положение, в котором он открывает отверстие в этом заднем внешнем элементе с обеспечением возможности переориентации указанного потока в отклоненную струю путем активации средств реверса тяги.
Указанная гондола характеризуется тем, что указанный распределительный контур включает в себя по меньшей мере одну подводящую трубу, обеспечивающую передачу текучей среды от указанного источника подачи к выходу турбореактивного двигателя по меньшей мере тогда, когда указанный реверсор тяги находится в закрытом положении, причем эта подводящая труба представляет собой
- подводящую трубу, содержащую по меньшей мере две телескопические трубки, обеспечивающие попеременный переход реверсора тяги из закрытого положения в открытое положение;
- или подводящую трубу, передний конец которой снабжен средствами согласования, обеспечивающими надлежащий контакт с зоной сопряжения, связанной с источником подачи напрямую или опосредованно.
Наличие данной подводящей трубы обеспечивает возможность сочетания устройства снижения уровня шума, действующего путем испускания шумопонижающей текучей среды, с гондолой, снабженной реверсором тяги.
В соответствии с другими опциональными признаками предложенной гондолы
- указанная подводящая труба выполнена с возможностью обеспечения сообщения между источником подачи и по меньшей мере одним распределительным трубопроводом;
- распределительный трубопровод имеет тороидальную форму;
- с каждым распределительным трубопроводом в задней части сообщается по меньшей мере один диффузор;
- каждый диффузор согласован по форме с задним концом гондолы, ограниченным сходящимися друг к другу линиями;
- каждый диффузор выполнен в форме воронки, при этом его полость является незанятой или содержит внутренние средства, образующие отражатели;
- каждый диффузор включает в себя группу трубок, которые могут различаться по диаметру, направленности тракта и ориентации;
- каждый диффузор связан с автономной системой управления и регулирования, обеспечивающей регулирование расхода текучей среды, проходящей через этот диффузор;
- к заднему концу каждого диффузора присоединен интерцептор, направляющий выходящий из диффузора поток к внутренней или внешней поверхности;
- в гондоле предусмотрены средства обеспечения зоны герметичного соединения между двумя телескопическими трубками по меньшей мере тогда, когда реверсор тяги находится в закрытом положении.
Изобретение относится также к установке, содержащей гондолу указанного типа. Установка характеризуется тем, что содержит источник подачи текучей среды, связанный с каждой подводящей трубой.
В соответствии с другими опциональными признаками этой установки
- гондола содержит по меньшей мере одно устройство управления и регулирования, предназначенное для регулирования расхода текучей среды, поставляемой указанным источником подачи в каждую подводящую трубу;
- каждое устройство управления и регулирования содержит средства охлаждения, выполненные с возможностью охлаждения текучей среды, поставляемой источником подачи.
Данное изобретение также относится к летательному аппарату, содержащему по меньшей мере одну установку указанного типа. Летательный аппарат характеризуется тем, что в нем в качестве указанного источника подачи используется турбореактивный двигатель.
В соответствии с другими опциональными признаками этого летательного аппарата
- двигатель сообщается с распределительным трубопроводом через по меньшей мере одну подающую стойку;
- источник подачи находится на борту указанного летательного аппарата.
Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
фиг.1 упрощенно в аксонометрии изображает фрагмент известной зубчатой гондолы, прикрепленной к крылу летательного аппарата;
фиг.2 представляет вид, сходный с фиг.1, но относящийся к случаю заявленной гондолы;
фиг.3 упрощенно в продольном разрезе изображает фрагмент двигателя, являющегося источником подачи воздуха;
фиг.4 упрощенно в продольном разрезе изображает фрагмент заявленной гондолы, содержащей фиксированный задний внешний элемент;
фиг.5 упрощенно сверху в продольном разрезе изображает фрагмент диффузора, соответствующего первому варианту его выполнения;
фиг.6 представляет вид, сходный с фиг.5, но соответствующий второму варианту выполнения диффузора;
фиг.7 упрощенно, в увеличенном масштабе в разрезе по линии VII-VII, изображает фрагмент гондолы, показанной на фиг.4;
фиг.8 и 9 упрощенно в увеличенном масштабе изображают интерцептор, установленный на конце диффузора гондолы, показанной на фиг.4;
фиг.10 упрощенно в продольном разрезе изображает заявленную гондолу, задний внешний элемент которой снабжен реверсором тяги, содержащим телескопические трубки (показан в закрытом положении);
фиг.11 представляет вид, сходный с видом по фиг.10, но изображающий реверсор тяги в открытом положении;
фиг.12 упрощенно в продольном разрезе иллюстрирует сопряжение подводящей трубы с источником подачи для другого варианта заявленной гондолы, снабженной реверсором тяги;
фиг.13 подробно иллюстрирует другой вариант сопряжения подводящей трубы с источником подачи;
фиг.14 упрощенно в продольном разрезе изображает фрагмент заявленного основного сопла.
В последующем описании и на чертежах одинаковые детали или детали, выполняющие одинаковые функции, обозначены одинаковыми номерами позиций.
Показанная на фиг.1 известная гондола 1 прикреплена к крылу 2 летательного аппарата пилоном 3. В соответствии с уровнем техники, данная гондола 1 содержит размещенный перед двигателем воздухозаборник 4, среднюю секцию 5, заключающую внутри себя вентилятор турбореактивного двигателя, и заднюю секцию 6, заключающую внутри себя камеру сгорания турбореактивного двигателя. Для снижения нежелательного шума, возникающего при встрече выбрасываемого воздуха с окружающим наружным воздухом, на выходе задней секции 6 гондолы 1 выполнены дугообразные вырезы. Такие вырезы обычно называют «зубцами». Данные зубцы 7 могут иметь самые разнообразные формы. Они предназначены для улучшения гомогенности смешивания выбрасываемого воздуха с воздухом, находящимся снаружи гондолы 1.
На фиг.2 представлен вид, сходный с фиг.1, но изображающий заявленную гондолу 101. В отличие от гондолы 1 задняя секция 106 данной гондолы 101 не имеет зубцов 7. Тем не менее, предложенная гондола обеспечивает возможность создания «жидкостных зубцов», образующих аэродинамический экран, выполняющий ту же функцию, что и зубцы 7.
Для этого, как следует из фиг.3, в изобретении предусмотрена возможность отбора воздуха из двигателя 9 через по меньшей мере одну стойку 10, поддерживающую внутренний картер 11 средней секции 5, заключающей внутри себя вентилятор. Первый конец указанной стойки 10 закреплен в двигателе 9, а второй конец прикреплен к средней секции 5 и соединен с устройством 12 управления и регулирования, которое расположено перед задней секцией 106 гондолы 1. В результате, источник подачи воздуха, необходимого для осуществления гомогенизации, представлен в данном случае двигателем 9. Однако, в соответствии с другим вариантом изобретения, указанная подача воздуха (или в более общем случае какой-либо текучей среды) может быть обеспечена непосредственно от летательного аппарата через пилон 3 с помощью любого присутствующего или вновь добавленного средства, которое способно вырабатывать мощность, требуемую для выполнения указанной функции, - например, компрессора или вспомогательного двигателя (не показаны).
На фиг.4 можно видеть, что задняя секция 106 включает в себя задний внутренний элемент 13, образующий внутреннюю аэродинамическую поверхность внутреннего канала 14, через который проходит отходящий от вентилятора поток, и задний внешний элемент 15, который с одной стороны имеет внутреннюю стенку 16, образующую внешнюю аэродинамическую поверхность внутреннего канала 14, а с другой стороны - обтекательную стенку 17, образующую наружную аэродинамическую поверхность.
Устройство 12 управления и регулирования сообщается с распределительным трубопроводом 18 через подводящую трубу 19, проходящую по существу вдоль оси двигателя 9. Более конкретно, распределительный трубопровод 18 и подводящая труба 19 расположены между внутренней стенкой 16 и обтекательной внешней стенкой 17 заднего внешнего элемента 15. Распределительный трубопровод 18 имеет тороидальную форму и обеспечивает распределение поступающего от двигателя 9 воздуха по всей задней окружной части заднего внешнего элемента 15. В качестве примера можно указать, что в случае использования реверсора тяги со створками (не показан) распределительный трубопровод 18 размещен за этими створками.
В задней части установлены равномерно распределенные диффузоры 20, сообщающиеся с распределительным трубопроводом 18 и согласованные по форме с задним концом гондолы 101, ограниченным сходящимися друг к другу линиями (показано на фиг.7). В зависимости от требуемой геометрии жидкостных зубцов на выходе турбореактивного двигателя диффузоры 20 могут различаться по конструкции, форме и выполняемым функциям.
Как следует из фиг.5, каждый диффузор 20 может быть выполнен в форме воронки, при этом его полость 21 является незанятой, т.е. не имеет внутри себя каких-либо зон неоднородности ее структуры. В противном случае, в диффузоре могут быть установлены различные внутренние средства, например отражатели, разворачиваемые секции, заслонки и т.п., применяемые как по отдельности, так и в различных сочетаниях.
В соответствии с другим вариантом (показан на фиг.6) каждый диффузор 20 выполнен в виде совокупности трубок 22, которые могут различаться по диаметру, направленности тракта или ориентации.
Кроме того, с каждым диффузором 20 связана автономная система 24 управления и регулирования, обеспечивающая возможность регулирования расхода воздуха, поступающего из распределительного трубопровода 18. Благодаря такой возможности удается еще значительнее улучшать эффективность жидкостных зубцов во время различных фаз полета летательного аппарата.
Фиг.8 и 9 иллюстрируют дополнительную меру управления перемешиванием потоков, реализованную путем размещения на заднем конце каждого диффузора 20 интерцептора 25, проходящего в указанный диффузор на всю его длину или на часть длины. Этот интерцептор позволяет ориентировать выходящий из диффузора 20 поток в нужном направлении, а именно в сторону внутренней или внешней поверхности - по усмотрению специалиста. Следует отметить, что каждый интерцептор 26 можно также закрепить на заднем краю заднего внешнего элемента 15, при этом он по-прежнему будет представлять собой продолжение соответствующего диффузора 20.
Кроме того, следует понимать, что в случае гондолы со смешанным потоком такую же конфигурацию можно придать и общему соплу (не показано) за задним внешним элементом 15.
На фиг.10 и 11 представлен пример изобретения, относящийся к гондоле 201, задняя секция 206 которой включает в себя задний внешний элемент 15, образующий реверсор тяги. Указанный реверсор тяги выполнен с возможностью переориентации потока, протекающего через внутренний канал 14, посредством отклоняющих решеток 26, развертывание и складывание которых происходит за счет поступательного перемещения заднего внешнего элемента 15, соответственно, в переднем или заднем направлении.
В рассматриваемом примере каждая подводящая труба 19 содержит две телескопические трубки 19а, 19b, выполняющие двойную функцию. Во-первых, они обеспечивают подачу к распределительному трубопроводу 18 воздуха, поставляемого устройством 12 управления и регулирования, а, во-вторых, в надлежащий момент времени линейно перемещают задний внешний элемент 15. Совершенно очевидно, что между двумя трубками 19а, 19b можно предусмотреть участок сопряжения, обеспечивающий между ними сплошную или точечную зону герметичного соединения, причем как в выдвинутом, так и в задвинутом положении.
На фиг.12 показана гондола 301, задняя секция 306 которой не способна формировать жидкостные зубцы на этапе реверса тяги. Это значит, что в данном случае функция гомогенизации воздуха может быть реализована только в режиме прямой струи, когда решетки отклоняющих лопаток 26 переведены в убранное положение. С этой целью передний конец 27 подводящей трубы 19 и выход 28 устройства 12 управления и регулирования снабжены специальными средствами изолирования, благодаря которым указанный передний конец 27 может входить в надлежащий контакт с выходом 28 только тогда, когда задний внешний элемент 15 функционирует в режиме прямой струи.
Тем не менее, герметичное сопряжение можно обеспечить на любом участке между устройством 12 управления и регулирования и распределительным трубопроводом 18.
Например, как изображено на фиг.13 для случая гондолы, снабженной створчатым реверсором тяги (не показан), зона согласования подачи может быть образована в боковой части (в направлении стрелки 29), при этом устройство 12 управления и регулирования снабжено на своем выходе трубкой 30, поперечное сечение которой идеально соответствует сечению подводящей трубы 19. Указанная зона согласования может находиться в любой угловой позиции гондолы, сочтенной подходящей по соображениям обеспечения лучшей кинематики манипулирования конструктивными элементами. Кроме того, при такой конфигурации подачу воздуха к диффузорам 20 предпочтительно осуществлять по центральным лонжеронам фиксированного заднего внешнего элемента гондолы, что обеспечит доступ к двигателю 9 через стандартное отверстие, выполненное в каждой полуструктуре вокруг пилона 3 летательного аппарата.
Наконец, на фиг.14 проиллюстрировано применение предложенного способа гомогенизации в отношении основного сопла 31. Здесь расположение и конфигурация средств подвода воздуха выбраны с использованием тех же принципов, что и в случае применения указанного способа в отношении заднего внешнего элемента 15 гондолы 101.
Данное изобретение описано на примере лишь некоторых вариантов его выполнения, которые не следует рассматривать как ограничение патентных притязаний изобретения. Все модификации, замены и улучшения данного изобретения, при условии, что они отвечают его сути, должны расцениваться как попадающие в объем его правовой охраны.