ПОДВЕСКА КАНАЛА ХОЛОДНОГО ПОТОКА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ВЫПУСКНОМ КОРПУСЕ ПРИ ПОМОЩИ ТЯГ И РАДИАЛЬНЫХ ВИЛОК
TURBOJET COLD FLOW CHANNEL SUSPENSION AT EXHAUST HOUSING, USING RODS AND RADIAL FORKS

Настоящее изобретение относится к области турбореактивных двигателей и органов, обеспечивающих соединение между различными деталями. В частности, оно касается органов, обеспечивающих механическое крепление канала холодного потока двухконтурных турбореактивных двигателей.
Тяговый двигатель, такой как турбореактивный двигатель, может быть установлен в разных местах самолета посредством крепления к стойке или пилону, принадлежащему к конструкции этого самолета. Так, он может быть подвешен под крылом, закреплен на фюзеляже, как правило, сзади или установлен в хвостовом оперении при помощи соответствующих средств крепления. Эти средства крепления должны обеспечивать передачу механических усилий между двигателем и конструкцией самолета. При этом учитываемыми нагрузками являются, в частности, вес двигателя вдоль вертикальной оси Z, его тяга вдоль оси Х двигателя и боковые аэродинамические нагрузки вдоль поперечной оси Y. Передаваемые нагрузки включают в себя также восприятие крутящего момента вокруг оси двигателя. Кроме того, эти средства должны поглощать, не передавая их на стойку крепления, деформации, действующие на двигатель во время различных фаз полета, например, в результате размерных колебаний, связанных с термическими расширениями или сжатиями.
Вариант подвески, например, в случае турбореактивного двигателя с вентилятором, состоит в креплении двигателя к стойке, принадлежащей к конструкции крыла самолета, при помощи передней подвески или крепления и задней подвески или крепления. Переднюю подвеску крепят, в частности, на промежуточном корпусе ниже по потоку от корпуса вентилятора, а заднюю подвеску - на выпускном корпусе удаления первичного потока. Эти две детали образуют конструктивные элементы турбомашины, которые воспринимают все усилия. Современные турбореактивные двигатели являются двухконтурными турбомашинами с большой степенью двухконтурности, при этом вторичный воздушный поток подвергается сжатию в единственной ступени компрессора, называемой вентилятором. На выходе этой ступени он направляется каналом непосредственно в сопло для участия в тяге двигателя. Таким образом, он циркулирует между основным каскадом двигателя, ограниченным корпусами, и каналом холодного потока (обычно обозначаемым английским сокращением OFD от Outer Fun Duct или наружный канал вентилятора). Из соображений уменьшения веса этот канал обычно выполняют из композиционного материала. Этот канал крепят на двигателе при помощи соединений, находящихся на его двух продольных концах, при этом первое крепление осуществляют спереди на корпусе, охватывающем вентилятор, а второе - сзади на опорном кольце, установленном на выпускном корпусе.
Соединение между опорным кольцом и этим выпускным корпусом обычно осуществляют при помощи кронштейнов, которые проходят через холодный поток. В более поздних вариантах его можно также обеспечивать при помощи профилированных тяг, закрепленных, с одной стороны, на канале холодного потока и, с другой стороны, на выпускном корпусе, что позволяет значительно уменьшить массу этого соединения. В случае крепления тягами соединение осуществляют при помощи решетки тяг, как правило, в количестве шести или восьми, выровненных попарно и закрепленных в трех или четырех точках на опорном кольце, как показано на фиг. 2.
Из уровня техники известны тяги, которые закреплены на выпускном корпусе при помощи соединений, образованных на выпускном корпусе осью, проходящей радиально от корпуса, и на тяге - отверстием, выполненным в одном из ее концов. Если такое соединение обеспечивает степень свободы тяги при повороте в плоскости, касательной к корпусу, и относительные осевые перемещения корпуса и канала холодного потока, связанные с расширениями, то оно требует добавления бобышек и вставок на выпускном корпусе и применения вставок и винта для восприятия усилий. Как, например, в решении, описанном в документе US 3397855. Следовательно, недостатком такого решения является слишком большое число деталей и более сложное техническое обслуживание.
Настоящее изобретение призвано устранить эти недостатки и предложить такой тип связи между кольцом, поддерживающим канал холодного потока, и выпускным корпусом, который не имеет недостатков известных технических решений и предоставляет больше возможности для относительных перемещений выпускного корпуса с каналом холодного потока.
В связи с этим, объектом изобретения является двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий цилиндрический канал холодного потока, установленный при помощи тяг, прикрепленных к цилиндрической наружной обечайке выпускного корпуса на уровне точек крепления, отличающийся тем, что точки крепления выпускного корпуса представляют собой вилки, проушины которых проходят радиально от наружной обечайки, при этом отверстие упомянутых вилок ориентировано в направлении образующих наружной обечайки.
Эта вилка придает степень свободы решетке тяг в радиальной плоскости, позволяющую им деформироваться и избегать прохождения через тяги слишком больших усилий.
Предпочтительно тяги соединяются с упомянутым каналом холодного потока, являясь касательными или почти касательными к упомянутой наружной обечайке. Касательное направление позволяет ориентировать усилия, передаваемые тягами на выпускной корпус, вдоль нейтрального волокна обечайки выпускного корпуса. В идеале направление является абсолютно касательным к обечайке, но оно может слегка расходиться с этим идеальным направлением по причинам механической сборки всего узла.
Предпочтительно вилки выполнены в четном количестве и связаны по две в одной паре, располагаясь на окружности наружной обечайки таким образом, чтобы тяги, закрепленные на двух соответствующих вилках, сходились в одной точке на упомянутом канале холодного потока. Это расположение облегчает относительные деформации канала холодного потока и выпускного корпуса и участвует, таким образом, в уменьшении усилий, проходящих в тягах.
Предпочтительно вилки расположены таким образом, чтобы каждая из вилок одной и той же пары находилась рядом с одной из вилок смежной пары.
В частном варианте выполнения число пар вилок равно 3, при этом совокупность тяг образует треугольник, вершины которого находятся на упомянутом канале холодного потока.
В другом варианте выполнения число пар вилок равно 4, при этом совокупность тяг образует квадрат, вершины которого находятся на упомянутом канале холодного потока.
Предпочтительно выпускной корпус содержит, по меньшей мере, одно углубление на своей окружности, в дне которого расположена соответствующая вилка таким образом, чтобы отверстие упомянутой вилки находилось на одной линии с цилиндром, образованным упомянутой обечайкой, по обе стороны от упомянутого углубления. Таким образом, усилия, действующие на тягу, передаются на выпускной корпус без рычажного эффекта и, следовательно, без момента сил, который отрицательно влиял бы на механическую прочность крепления вилок на корпусе.
Предпочтительно точки крепления тяг на упомянутом канале холодного потока расположены в осевом направлении выше по потоку от вилок наружной обечайки выпускного корпуса. Эта конфигурация обеспечивает удлинение первичного каскада двигателя под действием расширения, превышающего расширение канала холодного потока, с простым вытягиванием тяг и без радиального усилия, что происходило бы, наоборот, с жесткой точкой, связанной с проходом посредством радиального расположения в линию этих точек крепления на корпусе и на канале.
Предпочтительно отверстие вилок ориентировано по оси вращения турбореактивного двигателя, при этом тяги являются тягами на шаровом шарнире, что обеспечивает их осевое смещение относительно упомянутых вилок.
Объектом изобретения является также выпускной корпус турбореактивного двигателя, содержащий цилиндрическую наружную обечайку, на окружности которой находятся точки крепления для тяг, предназначенных для обеспечения крепления канала холодного потока упомянутого турбореактивного двигателя, при этом, по меньшей мере, одно из этих креплений представляет собой вилку, проушины которой выполнены радиально от упомянутой наружной обечайки.
Эта вилка придает решетке тяг степень свободы в радиальной плоскости, позволяя им деформироваться и избегать прохождения в тягах слишком больших усилий.
Предпочтительно отверстие упомянутой вилки ориентировано в направлении образующих наружной обечайки.
Предпочтительно упомянутая обечайка содержит, по меньшей мере, одно углубление на своей окружности, в дне которого расположена упомянутая вилка таким образом, чтобы ее отверстие находилось на одной линии с цилиндром, образованным упомянутой обечайкой, по обе стороны от упомянутого углубления.
Изобретение, его другие задачи, детали, отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего подробного описания одного или нескольких вариантов выполнения изобретения, представленных исключительно в качестве неограничительных примеров, со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематичный вид двухконтурного турбореактивного двигателя с соединением при помощи тяг между выпускным корпусом и каналом холодного потока.
Фиг.2 - вид в перспективе выпускного корпуса согласно варианту выполнения изобретения, соединенного при помощи решетки тяг с опорным кольцом канала холодного потока турбореактивного двигателя.
Фиг.3 - детальный вид выпускного корпуса, показанного на фиг.2.
Фиг.4 - частичный вид в разрезе выпускного корпуса, показанного на фиг.2.
Фиг.5 - вид в перспективе выпускного корпуса согласно второму варианту выполнения изобретения.
На фиг.1 символически показан двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий вентилятор 101, первичный каскад 102, содержащий на своем выходе выпускной корпус 1, участвующий в конструкции двигателя, и задний конус 103. Первичный поток, проходящий через первичный каскад, выбрасывается в первичное сопло 104, окружающее задний конус, тогда как вторичный поток, поступающий от вентилятора, направляется на его выходе каналом 105 холодного потока, заканчивающимся вторичным соплом 106. Канал 105 холодного потока прикреплен к выпускному корпусу 1 посредством решетки тяг 3, которые наклонены относительно радиальной плоскости двигателя, при этом крепление на канале холодного потока расположено выше по потоку относительно крепления на выпускном корпусе.
На фиг.2 показан выпускной корпус 1, окруженный опорным кольцом 2, предназначенным для поддержания, со стороны выхода, канала 105 холодного потока этого турбореактивного двигателя. Усилия, связанные с этим поддержанием, передаются на выпускной корпус через узел из шести тяг 3, которые закреплены одним из своих концов на кольце 2 и другим концом на выпускном корпусе 1 при помощи креплений в виде вилок. Как показано на фигуре, тяги 3 расположены по две по касательной к выпускному корпусу 1 и образуют, таким образом, треугольник, вершины которого расположены на опорном кольце 2. Они имеют прямолинейную форму и выполнены между двумя концевыми частями в виде ушка, которые предназначены для установки в них осей вилок, одна из которых расположена на выпускном корпусе 1, а другая на опорном кольце 2. Каждое ушко содержит отверстие и оборудовано частью в виде шарового шарнира, через которую проходит ось соответствующей вилки, что придает тяге степень свободы при повороте в плоскости, касательной к выпускному корпусу 1. Что касается ее прямолинейной части, то она выполнена уплощенной и является профилированной, чтобы оказывать как можно меньше сопротивления вторичному воздушному потоку, через который проходят эти тяги. Чтобы снизить стоимость за счет стандартизации деталей турбомашины, тяги 3 имеют симметрию относительно центральной плоскости их прямолинейной части, при этом ушки имеют одинаковую форму, и профиль прямолинейной части является симметричным профилем; таким образом, каждое ушко можно расположить как со стороны выпускного корпуса 1, так и со стороны опорного кольца 2.
На фиг.3 показан сектор выпускного корпуса 1 с его наружной обечайкой 11, ограниченной расположенным выше по потоку фланцем 12 и расположенным ниже по потоку фланцем 13, для его соединения с близлежащими деталями первичного каскада 102. Наружная обечайка 11 содержит на своей окружности шесть вилок 4, которые расположены по две и рядом друг с другом и служат точками крепления для описанных выше тяг 3 крепления канала 105 холодного потока. Для механического крепления выпускного корпуса 1 вилки расположены напротив кронштейнов этого корпуса, которые проходят через первичный поток и которые обеспечивают соединение наружной обечайки с внутренней обечайкой и с внутренними деталями, на которых установлены опорные подшипники валов вращения.
Проушины этих вилок 4 ориентированы радиально относительно обечайки 11 и расположены на ее окружности таким образом, что проходящая через них ось (не показана) имеет по существу осевое направление (относительно оси вращения двигателя). Эта конфигурация придает тягам 3 степень свободы в радиальной плоскости, что позволяет деформироваться треугольнику, образованному шестью тягами, и позволяет избегать воздействия на них усилий изгиба. Следовательно, их размеры можно рассчитывать без учета таких усилий изгиба, что позволяет уменьшить их массу.
Следует отметить, что в варианте выполнения, представленном на фиг.3 и 4, каждая вилка установлена в углублении 5, выполненном в наружной обечайке 11. На фиг.4 более детально показано расположение вилки 4 в этом углублении 5. Наружная обечайка 11, имеющая общую цилиндрическую форму тела вращения вокруг оси вращения двигателя, имеет в месте крепления шести тяг 3 впадину, образующую углубление 5, проходящее в окружном направлении по обе стороны от вилки 4 и в осевом направлении от середины обечайки к расположенному выше по потоку 12 и расположенному ниже по потоку 13 фланцам. Таким образом, проушины вилки закреплены на обечайке в дне этого углубления, что позволяет расположить ниже отверстие 6 вилки и приблизить его в радиальном направлении к радиусу обечайки 11 вне углубления. С учетом этого углубления тяга 3, закрепленная на вилке 4 при помощи оси, проходящей через отверстие 6, действует своим тяговым или толкающим усилием в направлении, которое является касательным к окружности обечайки 11 вне углубления. Восприятие этих усилий обечайкой происходит непосредственно в направлении ее волокон, а не со смещением, которое производили бы рычаг и момент сил, отрицательно влияя на ее механическую прочность.
На фиг.5 показан вариант обечайки в соответствии с изобретением. В этом втором варианте выполнения вилки 4 в данном случае тоже проходят по окружности наружной обечайки 11, и их проушины ориентированы в радиальном направлении. С другой стороны, из соображений упрощения изготовления выпускного корпуса 1 наружная обечайка 11 не имеет углубления на уровне крепления вилок 4. Они выступают относительно окружности, сохраняя при этом ориентацию, которая придает осевое направление их отверстиям. Недостаток, связанный с присутствием рычажного эффекта для усилий, передаваемых тягой 3, компенсирован легкостью изготовления и соответствующим снижением стоимости.
Чтобы обеспечивать свободу движения для узла решетки тяг в осевом направлении и, следовательно, возможность расширения первичного каскада, который во время работы имеет более высокую температуру, чем канал холодного потока, во время монтажа тяги не ориентируют идеально в радиальном направлении. Крепления этих тяг на канале 105 холодного потока, то есть по сути дела в месте опорного кольца 2, расположены слегка выше по потоку от вилок 4 выпускного корпуса 1. Эта конфигурация, которая более наглядно показана на фиг.1, устраняет возможность слишком больших напряжений сжатия в тягах 3 и позволяет им проходить и сопровождать перемещение назад первичного каскада. Расширение первичного каскада по сути дела выражается в отходе назад выпускного корпуса 1 относительно опорного кольца 2 и, следовательно, в повороте тяг 3 относительно их вилок крепления как в вилке, установленной на опорном кольце, так и в вилке 4 выпускного корпуса 1. Этот отход стал возможен, с одной стороны, за счет продольной упругости прямолинейной части тяги и, с другой стороны, за счет того, что речь идет о тяге на шаровом шарнире, то есть шаровой шарнир обеспечивает связь между прямолинейной частью и ушком тяги.