ГОНДОЛА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С СОПЛОМ ПЕРЕМЕННОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
NACELLE FOR AIRCRAFT ENGINE WITH NOZZLE OF VARIABLE CROSS SECTION

Изобретение относится к гондоле для двигателя летательного аппарата с соплом переменного поперечного сечения.
Как известно, гондола двигателя летательного аппарата обеспечивает направление наружного воздуха к двигателю и высокоскоростной выброс этого воздуха с получением при этом необходимой тяги.
В двухконтурных турбореактивных двигателях нагнетаемый вентилятором воздушный поток разделяется за вентилятором на первичный поток (называемый также «горячим» потоком), который поступает во внутренний контур турбореактивного двигателя, претерпевая там серию сжатий и одно разрежение, и вторичный поток («холодный» поток), который циркулирует внутри по существу кольцевого тракта, ограниченного с одной стороны обтекателем двигателя (неподвижно закрепленной внутренней конструкцией, называемой также НЗВК (IFS)), а с другой стороны - диаметром гондолы.
Холодный воздушный поток, выходящий за гондолой через реактивное сопло, ограниченное нижней по потоку кромкой гондолы, обеспечивает основную часть тяги.
В целях оптимизации аэродинамических показателей и тем самым экономии потребления горючего, весьма целесообразно иметь возможность регулировки поперечного сечения выпускного отверстия воздушного потока за гондолой - действительно, полезно иметь возможность увеличения указанного сечения на этапах взлета и посадки и уменьшения его на крейсерских этапах полета; такое техническое решение иногда называют «адаптивным соплом» или же «регулируемым соплом вентилятора» (сопло РСВ, VFN).
Кроме того, известно, что в гондоле весьма часто размещены средства реверса тяги, обеспечивающие при посадке направление части вторичного воздушного потока к передней или верхней по потоку стороне гондолы, что вносит существенный вклад в торможение летательного аппарата.
Такие средства реверса тяги часто снабжены отклоняющими решетками, то есть содержат группу решеток, расположенных ниже по потоку от кожуха вентилятора, по периметру тракта циркуляции холодного потока, причем указанные решетки открываются по команде посредством сдвижного капота реверсора тяги, установленного на конструкции гондолы.
Реактивное сопло выхода вторичного воздушного потока расположено в нижнем по потоку продолжении капота реверсора тяги, и важно обеспечить возможность независимого приведения в действие указанных двух узлов гондолы, в частности, задача состоит в том, чтобы увеличивать поперечное сечение сопла без приведения в действие средств реверса тяги, в частности, при выполнении взлета.
Из уровня техники известен целый ряд технических решений по приведению в действие рассматриваемых узлов независимо друг от друга.
Одно из известных решений предусматривает использование для указанных двух узлов независимых приводных силовых цилиндров.
Согласно другому решению используют цилиндры с двумя штоками, при этом один шток приводит в действие капот реверсора тяги, а другой - реактивное сопло.
Согласно еще одному решению используют силовые цилиндры, приводящие в действие только реактивное сопло, при этом предусмотрены управляемые средства фиксирования капота реверсора с соплом, замыкаемые при нахождении сопла в конце хода вниз по потоку, что позволяет привести в действие капот реверсора тяги, и отмыкаемые после прихода капота реверсора тяги обратно в положение «прямой тяги», что позволяет вернуть реактивное сопло в верхнее по потоку положение.
Недостатком всех указанных известных решений является, в частности, чрезмерная масса, что обусловлено тем, что для обеспечения независимого приведения в действие капота реверсора тяги и реактивного сопла используют отдельные силовые цилиндры и/или средства фиксирования.
Задачей предложенного изобретения является, в частности, устранение указанного недостатка.
Для решения указанной задачи предлагается гондола двигателя летательного аппарата, содержащая сдвижной капот реверсора тяги, перемещаемый между положением прямой тяги и положением обратной тяги; реактивное сопло переменного поперечного сечения, размещенное в нижнем по потоку продолжении указанного капота; и средства приведения в действие соответственно указанных капота и сопла, причем предложенная гондола отличается тем, что указанное реактивное сопло установлено на указанном капоте реверсора тяги с возможностью сдвига, при этом указанные средства реверса тяги содержат:
по меньшей мере один силовой цилиндр для приведения в действие указанного капота реверсора тяги;
по меньшей мере одну ведущую шестерню, установленную поворотно на неподвижно закрепленной конструкции указанной гондолы;
по меньшей мере одну зубчатую рейку для приведения в действие указанного реактивного сопла, прикрепленную к указанному соплу, причем указанная зубчатая рейка входит в зацепление с указанной ведущей шестерней при нахождении указанного капота реверсора тяги в положении прямой тяги и выходит из зацепления с указанной шестерней при нахождении указанного капота реверсора в положении обратной тяги.
Наличие перечисленных признаков позволяет приводить реактивное сопло в действие независимо от капота реверсора тяги посредством устройства типа реечной передачи из ведущей шестеренки и зубчатой рейки, которое существенно проще и имеет меньшие вес и габариты относительно указанных различных устройств, известных из уровня техники.
Заявленная гондола может обладать следующими дополнительными признаками:
указанная гондола снабжена группой силовых цилиндров для приведения в действие указанного капота реверсора тяги, а также группой устройств для приведения в действие указанного реактивного сопла, содержащих шестерню и зубчатую рейку;
указанные устройства, содержащие шестерню и зубчатую рейку, расположены вблизи «12-часовых» и «6-часовых» балок неподвижно закрепленной конструкции указанной гондолы - указанные балки, которые расположены соответственно в верхней и в диаметрально противоположной нижней части гондолы, обычным путем позволяют осуществлять установку и смещение подвижных элементов гондолы;
указанная гондола снабжена средствами фиксирования указанного сопла с указанным капотом реверсора тяги при нахождении указанного сопла в его крайнем положении ниже по потоку и при нахождении капота реверсора тяги в положении прямой тяги - указанные средства фиксирования позволяют осуществлять смещение реактивного сопла совместно с капотом реверсора тяги под действием указанных силовых цилиндров;
указанная гондола снабжена средствами устранения люфта между каждой шестерней и соответствующей зубчатой рейкой - указанные средства устранения люфта обеспечивают беспрепятственное вхождение шестерни снова в зацепление с зубьями рейки при возвращении зубчатой рейки в положение выше по потоку под действием смещения вверх по потоку капота реверсора тяги;
указанные средства устранения люфта содержат средства упругой подвески указанной шестерни на неподвижно закрепленной конструкции гондолы;
указанные средства устранения люфта снабжены по меньшей мере одним роликом с осью, параллельной оси указанной шестерни, выполненным с возможностью приведения указанной зубчатой рейки в контакт с указанной шестерней.
Другие признаки изобретения будут очевидны по прочтении описания, приводимого ниже со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 - изображение осевого сечения задней части заявленной гондолы в крейсерском режиме;
фиг.2 - изображение задней части в аксонометрии;
фиг.3 - частичный вид задней части гондолы в сечении плоскостью Р с фиг.1-2;
фиг.4 - изображение сдвижного механизма задней части гондолы;
фиг.5 - схематическое изображение задней части в крейсерском режиме;
фиг.6, 7, 8 - изображения, аналогичные соответственно фиг.2, 4, 5, при нахождении реактивного сопла задней части гондолы в положении, соответствующем взлету или посадке;
фиг.9, 10, 11 - изображения, аналогичные соответственно фиг.1, 2 и 4, при нахождении задней части гондолы в положении, соответствующем реверсированию тяги;
фиг.12, 13, 14 - изображения, аналогичные фиг.5, схематично иллюстрирующие различные этапы перемещения задней части гондолы в положение реверса тяги;
фиг.15 - изображение, аналогичное фиг.4, схематично иллюстрирующее возврат задней части гондолы в положение с фиг.6-8;
фиг.16 - изображение, аналогичное фиг.4, схематично иллюстрирующее возврат реактивного сопла в положение, соответствующее крейсерскому режиму;
фиг.17 и 18 - изображения, аналогичные фиг.3, иллюстрирующие два варианта устранения люфта между ведущей шестерней и рейкой, прикрепленной к реактивному соплу задней части заявленной гондолы.
На всех чертежах идентичные или схожие номера позиций относятся к идентичным или схожим компонентам или сборочным единицам.
Все чертежи снабжены координатной системой XYZ, три оси которой представляют собой соответственно продольное, поперечное и вертикальное направление гондолы.
Следует отметить, что ось Х направлена в сторону верхней по потоку части гондолы, при этом под потоком понимается воздушный поток, который должен проходить через гондолу во время рабочего процесса.
Следует также отметить, что в приведенном ниже описании речь идет в основном о задней части гондолы, то есть о той ее части, которая расположена ниже по потоку от кожуха вентилятора - поскольку именно к этой зоне относится изобретение.
Кроме того, следует отметить, что ниже описана по существу лишь одна половина гондолы, при этом подразумевается, что конструкцию второй половины гондолы, расположенной с другой стороны подвесной балки, можно вывести, используя простую симметрию описываемой половины относительно вертикальной плоскости, параллельной плоскости XZ.
Рассмотрим фиг.1, изображающую заднюю часть заявленной гондолы в ситуации крейсерского полета.
Как показано на фиг.1, в состав задней части гондолы входят неподвижно закрепленная внутренняя конструкция 1, образующая обтекатель турбореактивного двигателя (не показан), центрированного вокруг оси А, и подвижная наружная конструкция 3, ограничивающая тракт 5 циркуляции вторичного воздушного потока 7, создаваемого вентилятором (не показан) и вытекающего через выходное поперечное сечение 9 с обеспечением при этом тяги летательного аппарата.
В частности, подвижная наружная конструкция 3 содержит радиально-внутреннюю подвижную часть 11, образующую капот реверсора тяги, и радиально-наружную часть 13, образующую сопло переменного сечения.
На капоте 11 реверсора тяги шарнирно установлены створки 15 реверса тяги, каждая из которых посредством соединительных штанг 17 соединена с неподвижно закрепленной внутренней конструкцией 1.
Предусмотрены также решетки 19 реверса тяги, неподвижно установленные на передней раме 21, имеющей по существу кольцевую форму и закрепленной ниже по потоку от кожуха вентилятора (не показан).
В ситуации крейсерского полета, показанной на фиг.1, капот 11 реверсора тяги и верхняя по потоку часть 23 реактивного сопла 13 закрывают собой решетки 19 реверса тяги. При этом створки 15 реверса тяги размещены в продолжении капота 11 реверсора тяги, за счет чего холодный воздушный поток 7 может свободно циркулировать в тракте 5.
В ситуации обратной тяги, показанной на фиг.9, происходит сдвиг как капота 11 реверсора тяги, так и реактивного сопла 13 вниз по потоку от отклоняющих решеток 19, в результате чего створки 15 реверса тяги поворачиваются в положение поперек тракта 5 циркуляции вторичного потока, вызывая тем самым отклонение и выход вторичного воздушного потока 7 наружу через решетки 19 в направлении верхней по потоку части гондолы.
Ниже более подробно описано предлагаемое техническое решение, обеспечивающее переход из положения с фиг.1 в положение с фиг.9.
Как показано на фиг.3, внутренний капот 11 реверсора тяги соединен с неподвижно закрепленной внутренней конструкцией 1 посредством продольной балки 25, задающей первую салазку 27, внутри которой может перемещаться первый продольный ползун 29.
Реактивное сопло 13 прикреплено ко второй продольной салазке 31, внутри которой может перемещаться второй продольный ползун 33, сам жестко соединенный с первым ползуном 29.
Как хорошо показано на фиг.3-4, вдоль второй салазки 31 проходит зубчатая рейка 35, выполненная с возможностью взаимодействия с шестерней 37, установленной на валу 39 двигателя 41, закрепленного на выступающей части 43 балки 25.
Следует отметить, что такой узел, обеспечивающий направленное перемещение сопла РСВ (VFN) может иметь обратную конфигурацию, то есть салазку можно интегрировать не с продольным ползуном 33, а с первым продольным ползуном 29. В этой конфигурации шестерню 37 можно приводить в движение в верхней плоскости относительно оси салазки.
Кроме того, можно выбрать другое место для размещения реечной передачи, не систему из салазки и ползуна, как боковая конструкция реактивного сопла 13.
Как теперь очевидно из описания, электродвигатель 41 может обеспечивать смещение второй салазки 31 относительно второго ползуна 33, то есть сдвиг реактивного сопла 13 относительно внутреннего капота 11.
При этом приведение в действие самого внутреннего капота 11 обеспечено группой силовых цилиндров, один из которых показан на фиг.2 под номером позиции 45. Один из концов указанного цилиндра закреплен на передней раме 21, а другой конец - на внутреннем капоте 11.
Описанные выше основные компоненты схематично показаны на фиг.5, иллюстрирующей конфигурацию, соответствующую режиму прямой тяги и крейсерскому режиму.
В данной конфигурации внутренний капот 11 реверсора тяги находится в своем верхнем по потоку положении и замкнут с передней рамой 21 посредством первого фиксатора 46.
Силовые цилиндры 45 находятся во втянутом состоянии.
Реактивное сопло 13 расположено выше по потоку от внутреннего капота 11, то есть каждая из ведущих шестерен 37 (на самом деле их две на каждую половину гондолы - одна в верхней части половины гондолы, а другая - в нижней части) находится ниже по потоку от соответствующей ей зубчатой рейки 35.
Имеется второй фиксатор 47, который выполнен с возможностью крепления реактивного сопла 13 с внутренним капотом 11 и находится в разомкнутом состоянии.
Такая конфигурация соответствует крейсерскому полету, во время которого, разумеется, средства реверса тяги должны бездействовать, а выходное поперечное сечение 9 сопла 13 должно быть минимальным.
Перейдем к рассмотрению фиг.6-8, иллюстрирующих ситуацию, соответствующую взлету или посадке.
В этом случае надо иметь возможность увеличения сечения 9 реактивного сопла 13, для чего необходимо сместить указанное сопло вниз по потоку относительно положения на фиг.1-5.
Это достигается путем поворота шестерен 37 посредством соответствующих двигателей 41, в результате чего происходит смещение вниз по потоку каждой зубчатой рейки 35 - как показано стрелкой F на фиг.7.
Таким образом происходит перемещение реактивного сопла 13 в нижнее по потоку положение, показанное на фиг.6 и 8. Что касается внутреннего капота 11 реверсора тяги, он остается неподвижным.
Теперь, при необходимости получить реверсирование тяги (см. фиг.9) для посадки, надо разомкнуть первый фиксатор 46 и привести в действие силовые цилиндры 45 - так, чтобы обеспечить сдвиг по первой салазке 27 узла, образованного внутренним капотом 11 и реактивным соплом 13, как показано на фиг.10.
В частности, как показано на фиг.11, на которой одновременный сдвиг обоих компонентов обозначен стрелкой F, каждая зубчатая рейка 35 выходит из зацепления с соответствующей ей ведущей шестерней 37.
Для еще большей ясности следует обратиться к фиг.12-14, на которых показана последовательность взаимодействия различных компонентов при переходе в положение реверса тяги.
Как показано на фиг.12, фиксатор 46 разомкнут, соответственно реактивное сопло 13 находится в нижнем по потоку положении.
Затем, как показано на фиг.13, происходит замыкание второго фиксатора 47, обеспечивающее крепление реактивного сопла 13 с внутренним капотом 11 реверсора тяги.
При этом приводят в действие силовые цилиндры 45, что позволяет получить одновременное смещение указанных капота и сопла в их нижнее по потоку положение, в результате чего каждая шестерня 37 выходит из зацепления с соответствующей ей зубчатой рейкой 35 (см. фиг.14).
В рассматриваемом положении реверса тяги действие соединительной штанги 17 приводит к тому, что створки 15 реверса тяги препятствуют циркуляции вторичного потока в тракте 5, в результате чего происходит возврат вторичного воздуха наружу в направлении передней части гондолы -как показано стрелкой 7 на фиг.9.
Возврат заявленной гондолы в свое исходное состояние осуществляется в два этапа: как показано на фиг.15, прежде всего приводят во втянутое состояние силовые цилиндры 45, возвращая тем самым узел, образованный внутренним капотом 11 реверсора тяги и реактивным соплом 13, в положение прямой тяги. Это общее перемещение обозначено на фиг.15 стрелкой F.
Таким образом каждая зубчатая рейка 35 возвращается в зацепление с соответствующей ведущей шестерней 37.
Затем, чтобы вернуть реактивное сопло 13 в его верхнее по потоку положение (с небольшим поперечным сечением, соответствующим ситуации крейсерского полета), шестерни 37 посредством соответствующих двигателей 41 поворачивают в направлении, противоположном направлению с фиг.7, до тех пор, пока верхняя по потоку часть 23 реактивного сопла 13 не перекроет полностью решетки 19 реверса тяги.
Как следует из приведенного выше описания, обеспечена возможность независимого приведения в действие внутреннего капота 11 реверсора тяги и реактивного сопла 13 с использованием средств значительно меньшего веса по сравнению со средствами, известными из уровня техники - размеры и вес используемой реечной передачи несомненно меньше, чем у известных из уровня техники систем с двумя силовыми цилиндрами или с силовыми цилиндрами с двумя штоками.
Важным моментом осуществления изобретения является необходимость надежно обеспечить возвращение каждой зубчатой рейки 35 в зацепление с соответствующей ведущей шестерней 37, независимо от могущих иметь место люфтов и деформаций.
Для этого следует предусмотреть систему устранения люфта, например содержащую, как показано на фиг.17, ролик 51, свободно установленный на балке 25, имеющий ось 53, параллельную валу 39 двигателя 41, и выполненный с возможностью нажатия на зубчатую рейку 35, приводящий указанную рейку в контакт с зубьями шестерни 37, при возвращении указанной рейки из положения с фиг.11 в положение с фиг.15.
Как показано на фиг.18, в качестве альтернативы можно, используя средства 55 упругой подвески, соединить двигатели 41 с неподвижно закрепленной балкой 25 - при этом шестерни 37 будут поворачиваться вокруг по существу вертикальной оси, то есть оси, параллельной длинной стороне листа чертежей 9/9.
Разумеется, что настоящее изобретение никоим образом не ограничено описанным и проиллюстрированным здесь вариантом осуществления.
Так, например, для соединения внутреннего капота 11 реверсора тяги с реактивным соплом 13 можно обойтись и без второго фиксатора 47 - установлено, что вторичный воздушный поток и наружный воздух самостоятельно стремятся удерживать реактивное сопло 17 в положении, максимально удаленном вниз по потоку относительно внутреннего капота 11.