ВЫХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ПЛОСКОГО РЕАКТИВНОГО СОПЛА
OUTPUT APPARATUS OF A FLAT JET NOZZLE

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к устройствам авиационного газотурбинного двигателя, а именно к нерегулируемым выходным устройствам плоских реактивных сопел.
Известно выходное устройство плоского реактивного сопла авиационного газотурбинного двигателя, содержащее донную часть, верхнюю часть, две боковые стенки с закрепленным на них горизонтальным центральным телом, образующие каналы проточной части (RU №2042852 МПК F02K 1/12. Опубликовано 27.08.1995).
Недостатком известного устройства является значительные потери потока из-за его отрывов от поверхностей, образующих каналы проточной части на выходе из плоского реактивного сопла, то есть большее сопротивление потоку и большие потери.
Техническим результатом, достигаемом при использовании заявленного изобретения, является устранение недостатков известного устройства, то есть конструктивное снижение возможности отрыва потока от поверхностей каналов проточной части за счет грамотного газодинамического проектирования и оптимизации формы их обводов, что приводит к уменьшению потерь потока в каналах проточной части и повышению КПД узла в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном выходном устройстве плоского реактивного сопла, содержащем донную часть, верхнюю часть, две боковые стенки с закрепленным на них горизонтальным центральным телом, образующие каналы проточной части, согласно изобретению выходное устройство выполнено симметрично относительно вертикальной продольной плоскости и с целью снижения потерь в каналах проточной части площадь сечения центрального тела данной плоскостью, а также любой другой параллельной ей и пересекающей выходную кромку, имеет в выходной части клиновидную форму, при этом указанная площадь выполнена асимметричной, также со стороны каналов проточной части поверхности боковых стенок выполнены поверхностями второго порядка, а поверхности центрального тела, верхней части и донной части сформированы плоскими гранями, причем поверхности верхней части и донной части имеют по два перегиба с каждой стороны относительно плоскости симметрии, при этом выходные кромки верхней части, центрального тела и донной части реализованы стреловидными, угол при вершине которых является тупым, а сами вершины смещены вдоль проточной части соответствующим порядком, при том расстояние между второй и третьей вершинами по меньшей мере в два раза больше, чем между первыми двумя вершинами, при этом каналы проточной части вдоль центрального тела выполнены сужающимися по вертикали до вторых перегибов верхней части и донной части соответственно, при том расширяющимися в направлении боковых стенок.
Кроме того, выходные кромки центрального тела выполнены скругленными.
Кроме того, выходные кромки донной части и верхней части выполнены клиновидной формы.
Кроме того, углы стреловидности выходных кромок верхней части, центрального тела и донной части выполнены равными.
Снижение потерь потока в каналах проточной части, ограниченных поверхностями, описанной выше формы, вокруг центрального тела выходного устройства плоского реактивного сопла подтверждаются газодинамическими расчетами в современных программных комплексах, в частности в ANSYS CFD, а также при испытаниях при продувке масштабированных моделей каналов описанной формы.
Выполнение выходного устройства симметричным относительно вертикальной продольной плоскости позволяет снизить поперечную неравномерность потока, что снижает вероятность отрыва потока от образующих каналы проточной части поверхностей, приводит к уменьшению потерь потока в каналах проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение центрального тела таким образом, что площадь его сечения продольной вертикальной плоскостью, а также любой другой параллельной ей и пересекающей выходную кромку, имеет в выходной части клиновидную форму, что позволяет потоку плавно обтекать выходную часть центрального тела и сливаться по его окончании с минимальным краевым эффектом, что приводит к уменьшению потерь потока на выходе из каналов проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение поверхностей каналов проточной части боковых стенок поверхностями второго порядка, а поверхностей центрального тела, верхней части и донной части сформированными плоскими гранями, причем поверхности верхней части и донной части имеют по два перегиба с каждой стороны относительно плоскости симметрии, что позволяет минимизировать потери потока за счет плавности переходов между смежными поверхностями различной формы, а также за счет обеспечения требуемой формы каналов проточной части вдоль центрального тела для минимизации излишнего торможения и вероятности отрыва потока, что приводит к уменьшению потерь потока в каналах проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение каналов проточной части вдоль центрального тела сужающимися по вертикали до вторых перегибов верхней части и донной части соответственно, при том расширяющимися в направлении боковых стенок, позволяет физически прижимать поток к поверхностям, в том числе и в направлении боковых стенок, за счет оптимального сочетания сужения по вертикали, расширения по горизонтали и незапирания потока из-за недостаточной пропускной способности каждого последующего поперечного сечения каналов проточной части, при этом поток начинает плавно менять направление течения в сторону боковых стенок, без отрывов от них, что приводит к уменьшению потерь потока в каналах проточной части и повышению КПД узла в целом.
Отсутствие симметрии у площади сечения центрального тела продольной вертикальной плоскостью обусловлено выбором оптимальных геометрических параметров поверхностей каналов проточной части для минимизации отрывов потока, что приводит к уменьшению потерь потока в каналах проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение выходных кромок верхней части, центрального тела и донной части со стреловидностью обусловлено изменением направления и скорости потока в сторону боковых стенок относительно средней его части, то есть выравниванию и оптимизации параметров потока к выходным кромкам и, как следствие, к снижению краевого эффекта, что приводит к уменьшению потерь потока на выходе из каналов проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение углов при вершинах стреловидных выходных кромок верхней части, центрального тела и донной части тупым физически минимизирует длину кромок и снижает краевой эффект, а сами вершины смещены вдоль проточной части соответствующим порядком, при том расстояние между второй и третьей вершинами по меньшей мере в два раза больше, чем между первыми двумя вершинами, обеспечивает оптимальные параметры потока для снижения краевого эффекта, что приводит к уменьшению потерь потока на выходе из каналов проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение выходных кромок центрального тела скругленными снижает краевой эффект, что приводит к уменьшению потерь потока на выходе из каналов проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение выходных кромок донной части и верхней части клиновидной формы снижает краевой эффект, что приводит к уменьшению потерь потока на выходе из каналов проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение углов стреловидности выходных кромок верхней части, центрального тела и донной части равными позволяет выравнивать параметры потока при выходе из каналов проточной части, что приводит к уменьшению потерь потока на выходе из каналов проточной части и повышению КПД узла в целом.
На фиг. 1 представлен эскиз продольного разреза выходного устройства.
На фиг. 2 представлен вид изометрии сверху и сбоку на выходное устройство.
В частном случае реализации (фиг. 1) выходное устройство плоского реактивного сопла выполнено симметричным относительно вертикальной продольной плоскости, содержит верхнюю часть 1, донную часть 2, две боковые стенки 3 и горизонтальное центральное тело 4, закрепленное на боковых стенках 3 и выходная часть которого выполнена клиновидной со скругленными выходными кромками. Выходные кромки верхней части 1 и донной части 2 выполнены клиновидными (фиг. 1). Выходные кромки верхней части 1, центрального тела 4 и донной части 2 выполнены со стреловидностью, углы А, Б, В, при вершинах 5, 6, 7 которых выполнены тупыми и равными (фиг. 2). При этом сами вершины 5, 6, 7 разнесены вдоль потока таким образом, что расстояние от вершины 6 выходной кромки центрального тела 4 до вершины 7 выходной кромки донной части 2 превышает расстояние от вершины 5 верхней части 1 до вершины 6 выходной кромки центрального тела в 4,5 раза. Каналы проточной части вдоль центрального тела 4 выполнены сужающимися по вертикали, по ходу движения потока (фиг. 1) и расширяющимися по горизонтали (на чертежах не показано). При этом из-за формы центрального тела 4 поверхности верхней части 1 и донной части 2 имеют по два перегиба 8, 9 и 10, 11 с каждой стороны относительно плоскости симметрии. Так как поверхность донной части 2 выполнена таким образом, что имеет перегиб вдоль линии пересечения с продольной вертикальной плоскостью симметрии (фиг. 2). Поверхности в каналах проточной части верхней части 1, центрального тела 4 и донной части 2 сформированы плоскими гранями, а поверхности боковых стенок 3 выполнены криволинейными (второго порядка).
По всем каналам проточной части обеспечивается плавность переходов, что обеспечивает минимизацию потерь при работе выходного устройства в составе плоского реактивного сопла. Поток, обтекая центральное тело 4, поджимается по вертикали и начинает менять свое направление в части ближе к боковым стенкам 3 и в их сторону из-за расширения каналов проточной части в горизонтальном направлении за счет формы поверхностей боковых стенок 3. Также из-за формы выходных кромок верхней части 1, центрального тела 4 и донной части 2 снижается краевой эффект при выходе потока из каналов проточной части.
Реализация каналов проточной части выходного устройства плоского реактивного сопла описанным выше поверхностным формированием позволит уменьшить потери потока при обтекании центрального тела и соответственно приведет к повышению КПД узла в целом.