ПОВОРОТНОЕ РЕГУЛИРУЕМОЕ РЕАКТИВНОЕ СОПЛО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области авиационных газотурбинных двигателей, а именно к регулируемым сверхзвуковым соплам для турбореактивных двигателей, в том числе к регулируемым соплам с управляемым вектором тяги.
Из уровня техники известно поворотное регулируемое реактивное сопло газотурбинного двигателя с отклоняемым вектором тяги по патенту RU 2168047 С1, 27.05.2001, выбранное в качестве аналога, в котором реализовано устройство подвески поворотного кольца при помощи многозвенного шарнира, при этом к шарниру поворотное кольцо крепится при помощи сложной кинематической связи. К поворотному кольцу крепятся гидроцилиндры. Поворотное кольцо дает возможность независимого регулирования критического и выходного сечений. Недостаток аналога заключается в большом количестве кинематических звеньев, в том числе шарниров в подвеске, что приводит к уменьшению надежности. Кроме того, в конструкции подвески поворотного кольца, а именно в конструкции шарниров, отсутствуют дополнительные элементы, которые в случае потери управления предохраняют конструкцию сопла от разрушения.
Из уровня техники известно поворотное регулируемое реактивное сопло газотурбинного двигателя с отклоняемым вектором тяги по патенту US 6212877 В1, 10.04.2001, выбранное в качестве наиболее близкого аналога (прототипа), содержащее створки дозвуковые ведущие и сверхзвуковые ведомые, поворотное кольцо с гидроцилиндрами с возможностью независимого регулирования критического и выходного сечений. Поворотное кольцо прикреплено к корпусу с экранами посредством двухзвенных шарниров (шарниров, состоящих из двух звеньев), расположенных равномерно по окружности. Звенья двухзвенных шарниров соединены между собой посредством цилиндрических шарниров. При этом первые звенья двухзвенных шарниров соединены с корпусом с экранами посредством цилиндрических шарниров, а вторые звенья двухзвенных шарниров соединяются с поворотным кольцом при помощи сферических шарниров.
Непосредственно к поворотному кольцу крепятся тяги, идущие от створок сверхзвуковых ведомых и предназначенные для управления площадью среза сопла. Недостатком прототипа является отсутствие элементов (упоров) на звеньях двухзвенных шарниров, предохраняющих конструкцию сопла от разрушения.
Предлагаемое техническое решение заключается в повышении надежности конструкции поворотного регулируемого реактивного сопла в критических условиях при потере управления, а именно при разрушении гидроцилиндров.
Сущность технического решения заключается в том, что поворотное регулируемое реактивное сопло газотурбинного двигателя с отклоняемым вектором тяги, содержит створки дозвуковые ведущие и сверхзвуковые ведомые, поворотное кольцо с гидроцилиндрами с возможностью независимого регулирования критического и выходного сечений. Поворотное кольцо прикреплено к корпусу с экранами посредством двухзвенных шарниров, расположенных равномерно по окружности. При этом звенья двухзвенных шарниров соединены между собой посредством цилиндрических шарниров, первые звенья двухзвенных шарниров соединены с корпусом с экранами посредством цилиндрических шарниров, а вторые звенья двухзвенных шарниров соединяются с поворотным кольцом при помощи сферических шарниров. Непосредственно к поворотному кольцу крепятся тяги, идущие от створок сверхзвуковых ведомых и предназначенные для управления площадью среза сопла. Звенья двухзвенных шарниров оснащены взаимно расположенными друг к другу упорами ограничения углов отклонения сверхзвуковой части сопла.
Сущность полезной модели поясняется следующими иллюстрациями:
На фиг. 1 общий вид на поворотное регулируемое реактивное сопло газотурбинного двигателя с отклоняемым вектором тяги.
На фиг. 2 вид на двухзвенный шарнир с упорами.
На фиг. 3 вид на двухзвенный шарнир, стоящий на верхнем и нижнем упоре.
Устройство содержит корпус с экранами 1, силовой пояс 2, гидроприводы 3, двухзвенные шарниры 4, поворотное кольцо 5, створки наружные 7, тяги створок сверхзвуковых ведомых 8, створки сверхзвуковые ведомые 10, створки дозвуковые ведущие 11, гидроцилиндры 12, рычаги 13, тяги створок дозвуковых 14, шарниры створок 15.
Поворотное регулируемое реактивное сопло газотурбинного двигателя содержит корпус с экранами 1, силовой пояс 2 крепления гидроприводов с агрегатами управления и задний фланец для крепления створок гидроцилиндров, силовых элементов (траверс и т.п.), а также механизмов привода створок. Передний фланец используется для крепления к корпусу форсажной камеры. К корпусу с экранами 1 крепятся экраны охлаждения. На экранах корпуса с экранами 1 выполнена перфорация для организации «завесного» охлаждения экрана и створок сопла. Силовые гидроприводы 3 управления поворотным кольцом 5 шарнирно крепятся к силовому поясу корпуса с экранами 1 кронштейнами, расположенными под углом 120° по окружности. На платформах, крепящихся к корпусу с экранами 1 под углом 120° по окружности, закреплены двухзвенные шарниры 4 подвески поворотного кольца 5, которые при помощи первых из своих звеньев соединены с поворотным кольцом 5. Такая подвеска позволяет поворотному кольцу 5 перемещаться вдоль продольной оси сопла и поворачиваться на некоторый (определенный) угол во всех направлениях (при этом происходит незначительное смещение центра поворотного кольца 5 в плоскости, перпендикулярной продольной оси сопла). При этом поворотное кольцо 5 не имеет возможности проворачиваться вокруг продольной оси сопла. Поворотное кольцо 5 представляет собой сварную конструкцию, состоящую из Z-образного шпангоута с присоединенными сваркой наружной и внутренней обечайками. К переднему фланцу поворотного кольца 5 при помощи цапф присоединены штоки гидроцилиндров. На наружной поверхности поворотного кольца 5 закреплены сферические сектора, обеспечивающие оптимальное обтекание и сопряжение со створками наружными 7. К заднему торцу поворотного кольца 5 на проушинах крепятся множество двойных тяг 8 управления створками сверхзвуковыми ведомыми 10. Задними концами тяги второго ряда соединены пальцами с проушинами створок сверхзвуковых ведомых. Дозвуковая часть сопла состоит из множества створок дозвуковых ведущих 11 и проставок, которые закреплены на заднем фланце корпуса с экранами 1. На проставках расположены ограничители, которые входят в «корыта» створок дозвуковых ведущих 11, определяя радиальные перемещения проставок. На створках дозвуковых ведущих 11 закреплены теплозащитные экраны. Привод и синхронизация движения створок дозвуковых ведущих 11 осуществляется механизмом, состоящим из множества гидроцилиндров 12 двухстороннего действия, рычагов 13 и тяг 14. Рычаги 13 подвижно закреплены на траверсах. Каждый рычаг тягами соединен с двумя соседними створками. Таким образом, образуется последовательно замкнутая система привода и синхронизации положения створок дозвуковых ведущих 11, которая препятствует возникновению деформации критического сечения сопла от непрерывного нагружения при отклонении вектора тяги. Осевые и радиальные усилия от рычагов и гидроцилиндров воспринимаются траверсой и передаются на фланцы корпуса с экранами 1. Сверхзвуковая часть сопла состоит из множества расходящихся створок сверхзвуковых ведомых 10 и множества проставок. Соединение створок сверхзвуковых ведомых 10 со створками дозвуковыми ведущими 11 выполнено посредством шарниров створок 15, имеющих взаимоперпендикулярные оси. Проставки соединяются между собой сферическими подшипниками. На полотне створок сверхзвуковых ведомых 10 закреплены коромысла для соединения с шарнирами тяг, «центрирующих» положение проставок. На полотне створок сверхзвуковых ведомых 10 имеются опорные площадки ограничителей проставок. Положение проставок сверхзвуковой части сопла определяется механизмом центрирования, состоящим из качалок и тяг, соединенных со створками сверхзвуковыми ведомыми 10. Поворотное кольцо 5 крепится при помощи, например, трех двухзвенных шарниров, равномерно расположенных по окружности поворотного кольца 5. Под двухзвенным шарниром понимается шарнир, состоящий из двух звеньев, т.е. первого звена и второго звена. Звенья двухзвенных шарниров 4 выполнены таким образом, чтобы не допустить открытия и закрытия сопла вне допустимых пределов, для этого они оснащены взаимно расположенными друг к другу упорами, а именно верхним и нижним упором, выполненными, соответственно на первом звене и на втором звене двухзвенного шарнира. Звенья двухзвенных шарниров 4 соединены между собой при помощи цилиндрических шарниров. При этом первые звенья двухзвенных шарниров соединены с корпусом с экранами 1 посредством цилиндрических шарниров, а вторые звенья двухзвенных шарниров соединяются с поворотным кольцом 5 при помощи сферических шарниров.
Поворотное регулируемое реактивное сопло газотурбинного двигателя с выполненными на двухзвенных шарнирах упорами работает следующим образом. Известно, что отклонение вектора тяги осуществляется за счет отклонения створок сверхзвуковых ведомых. Отклонение створок сверхзвуковых ведомых обеспечивается за счет наклона поворотного кольца. При этом угол наклона поворотного кольца ограничивается величиной хода штока гидроприводов, которые становятся на упоры. В случае повреждения гидроприводов, например при их разрушении, углы наклона поворотного кольца становятся ничем не ограниченными, что может привести к отклонению створок сверхзвуковых ведомых на увеличенные величины углов и приведет к выходу указанных створок из зацепления. С целью повышения надежности в конструкцию двухзвенных шарниров введены упоры, являющиеся резервной системой ограничения угла наклона поворотного кольца и, следовательно, угла отклонения створок сверхзвуковых ведомых. Другим применением упоров на подвеске может явиться дополнительное ограничение угла наклона поворотного кольца на величину меньшую, чем обеспечивают гидроприводы в своих крайних положениях при движении штоков. Стоит отметить, что внешние створки образуют обтекаемую поверхность с низкими потерями эффективной тяги, а регулирование среза сопла осуществляется створками сверхзвуковыми ведомыми и кинематическими звеньями, включающими в себя тяги, поворотное кольцо, шарниры, гидроприводы и пр., при этом регулирование сопла не связано с внешними створками.