ПРИВОДНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ВОЗДУШНОГО СУДНА
AIRCRAFT POWER PLANT DRIVE SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системе привода подвижных заслонок силовой установки воздушного судна, а также к силовой установке, содержащей такую систему.
Уровень техники
Силовая установка воздушного судна в общем случае содержит гондолу, прикрепленную к крылу воздушного судна, и турбореактивный двигатель, прикрепленный к гондоле. В случае турбореактивного двигателя с истечением первичного и вторичного воздуха турбореактивный двигатель содержит компрессор, камеру сгорания, турбину высокого давления, позволяющую приводить в движение компрессор, и турбину низкого давления, позволяющую приводить во вращение воздуходувку. Воздуходувка позволяет ускорять поток холодного воздуха, циркулирующий в кольцевом канале, заключенном между турбореактивным двигателем и гондолой, для образования тяги, необходимой для перемещения воздушного судна.
Силовые установки оборудованы различными системами, встроенными между внешней оболочкой гондолы и турбореактивным двигателем.
В частности, силовые установки содержат систему реверса тяги, или систему TRAS (от английского «Thrust Reverse Actuation System», т.е. система включения реверса тяги), которая позволяет реверсировать тягу на этапе посадки с целью обеспечения более эффективного торможения воздушного судна. Такая система содержит набор подвижных заслонок, приводимых в движение соединенными с ними силовыми цилиндрами, который позволяет перекрывать кольцевой канал и направлять поток холодного воздуха в переднюю часть гондолы, тем самым создавая обратную тягу, действие которой усиливает действие торможения колес.
В случае так называемой системы реверса тяги «с дверцами» гондола оборудована подвижными заслонками (называемыми «дверцами»), поворачиваемыми относительно конструкции гондолы между втянутым положением, в котором они допускают течение потока воздуха в канале по направлению к задней части гондолы, и выдвинутым положением, в котором заслонки блокируют течение воздушного потока и разворачивают его в направлении передней части гондолы.
В случае так называемой системы реверса тяги «с решетками» гондола оборудована подвижными заслонками, скользящими вдоль направляющих между втянутым положением, в котором они допускают течение потока воздуха в канале по направлению к задней части гондолы, и выдвинутым положением, в котором они открывают решетки отводных лопастей, расположенные в корпусе гондолы.
В общем случае, как в одном, так и в другом варианте, для перемещения подвижных заслонок предусматривают комплект предназначенных для этого силовых цилиндров.
Кроме того, приводная система может содержать систему регулирования воздушного потока или систему VFN (от английского «Variable Fan Nozzle», т.е. вентиляторное сопло с переменным сечением), предназначенную для оптимизации расхода топлива. Такая система позволяет регулировать поток холодного воздуха, циркулирующий в кольцевом канале, в зависимости от скорости воздушного судна. Обычно такая система содержит подвижные заслонки, приводимые в движение силовыми цилиндрами с целью изменения площади поперечного сечения канала циркуляции.
Для получения дополнительной экономии топлива производители воздушных судов стремятся максимально уменьшить лобовое аэродинамическое сопротивление, создаваемое силовой установкой. Эта задача может быть решена, в частности, путем уменьшения толщины гондолы. Такое решение приводит к уменьшению объема, который может быть использован для установки различных систем, размещаемых между внешней оболочкой гондолы и турбореактивным двигателем.
Патентный документ FR 2922059 описывает линейный приводной механизм двойного действия, обеспечивающий возможность независимого перемещения внутренней и внешней частей кожуха относительно гондолы. Приводной механизм содержит основание, выполненное с возможностью прикрепления к гондоле, первую штангу, выполненную с возможностью поступательного перемещения относительно основания и прикрепляемую к внутренней части кожуха, и вторую штангу, также выполненную с возможностью поступательного перемещения относительно основания и прикрепляемую к внешней части кожуха.
Приводной механизм, предлагаемый в данном документе, позволяет перемещать одну или другую из частей кожуха при помощи единого двигателя, что обеспечивает возможность выборочного управления системой реверса тяги или системой регулирования воздушного потока.
В приводном механизме, предлагаемом в данном документе, первая и вторая штанги образованы трубами, которые могут быть телескопически вдвинуты одна в другую. В результате этого, поскольку в ходе перемещения одной или другой части кожуха три точки крепления механизма (точка крепления основания к гондоле, точка крепления первой штанги к внутренней части кожуха и точка крепления второй штанги к внешней части кожуха) могут перестать быть выровнены, в конструкции возникают напряжения.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в предложении приводной системы для подвижных заслонок силовой установки, обладающей малыми размерами и позволяющей ограничить напряжения, возникающие в системе.
Для решения поставленной задачи в соответствии с настоящим изобретением предлагается приводная система для силовой установки, содержащей гондолу, турбореактивный двигатель и канал циркуляции воздуха, расположенный между гондолой и турбореактивным двигателем, причем приводная система содержит:
- корпус и соединительные средства для прикрепления корпуса к гондоле, причем соединительные средства обеспечивают возможность перемещения корпуса относительно гондолы вокруг двух осей вращения,
- первый орган перемещения заслонки регулирования воздушного потока, циркулирующего в канале, причем первый орган отходит от корпуса и содержит первую точку крепления первого органа к заслонке,
- второй орган перемещения заслонки реверса тяги, причем второй орган отходит от корпуса и содержит вторую точку крепления второго органа к заслонке, причем корпус расположен между первой точкой крепления и второй точкой крепления,
- и средства трансмиссии, содержащие вход, первый выход, соединенный с первым органом, и второй выход, соединенный со вторым органом, причем средства трансмиссии выполнены с возможностью выборочной передачи поступающего на вход движения на первый выход для перемещения заслонки регулирования потока или на второй выход для перемещения заслонки реверса тяги.
Благодаря такой приводной системе управление заслонкой регулирования потока и заслонкой реверса тяги осуществляет одна и та же приводная система, что позволяет уменьшить объем, занимаемый оборудованием в силовой установке.
Поскольку точки крепления расположены по разным сторонам корпуса, а корпус выполнен с возможностью перемещения относительно гондолы с двумя степенями свободы, корпус сам по себе занимает такое положение, которое обеспечивает выравнивание трех точек крепления системы. Это позволяет ограничить напряжения, возникающие между корпусом и органами перемещения.
Кроме того, предлагаемая приводная система может обладать следующими характеристиками:
- соединительные средства содержат двойной шарнир, первый орган перемещения и второй орган перемещения выполнены с возможностью поступательного перемещения относительно корпуса в параллельных направлениях,
- первый орган перемещения выполнен с возможностью поступательного перемещения относительно корпуса между втянутым положением и выдвинутым положением в первом направлении выдвижения, а второй орган перемещения выполнен с возможностью поступательного перемещения относительно корпуса между втянутым положением и выдвинутым положением во втором направлении выдвижения, противоположном первому направлению выдвижения,
- устройство содержит кабель питания, проходящий между гондолой и корпусом для обеспечения питания приводной системы, причем кабель согнут с образованием двух участков кабеля, выполненных с возможностью поступательного перемещения друг относительно друга для компенсации перемещений корпуса относительно гондолы,
- устройство содержит двигатель, соединенный со входом средств трансмиссии для подачи движения на вход,
- средства трансмиссии содержат эпициклоидный механизм, содержащий солнечную шестерню на входе, а также коронную шестерню и водило на первом и втором выходах,
средства трансмиссии содержат блокирующие средства для обеспечения неподвижности первого выхода при разрешении перемещения заслонки реверса тяги,
- в частности, блокирующие средства содержат электромагнитный тормоз,
- средства трансмиссии содержат блокирующие средства для обеспечения неподвижности второго выхода при разрешении перемещения заслонки регулирования потока,
- в частности, блокирующие средства содержат запорный штифт, выполненный с возможностью перемещения между втянутым положением, в котором заслонка реверса тяги высвобождена для перемещения, и выдвинутым положением, в котором штифт препятствует перемещению заслонки реверса тяги,
- система содержит средства синхронизации для синхронизации первого выхода с первым выходом другой приводной системы силовой установки,
- средства синхронизации содержат гибкую штангу, соединяющую первый выход с первым выходом другой приводной системы силовой установки.
В соответствии с изобретением также предлагается силовая установка, содержащая:
- гондолу,
- турбореактивный двигатель,
- канал циркуляции воздуха, расположенный между гондолой и турбореактивным двигателем,
- заслонку регулирования воздушного потока, циркулирующего в канале,
- заслонку реверса тяги и
- определенную выше приводную систему для выборочного перемещения заслонки регулирования потока или заслонки реверса тяги относительно гондолы.
Краткое описание чертежей
Другие характеристики и преимущества изобретения станут ясны из нижеследующего описания, приведенного в качестве примера и не накладывающего каких-либо ограничений, содержащего ссылки на прилагаемые чертежи. На чертежах:
- на фиг.1 схематически представлена в разрезе приводная система по одному из вариантов осуществления изобретения;
- на фиг.1 bis схематически представлен другой вариант осуществления приводной системы по фиг.1;
- на фиг.2 схематически представлены соединительные средства для прикрепления корпуса приводной системы к гондоле;
- на фиг.3 схематически представлена силовая установка, содержащая несколько приводных систем;
- фиг.4 схематически иллюстрирует возможное нарушение выравнивания трех точек крепления приводной системы.
Осуществление изобретения
На фиг.1 представлена приводная система 100, содержащая корпус 10 и соединительные средства 20 для прикрепления корпуса 10 к силовой установке.
Система также содержит электрический двигатель 30 и средства 40 трансмиссии, расположенные внутри корпуса 10.
Кроме того, система содержит первую штангу 50, подвижную относительно корпуса 10 и позволяющую перемещать заслонку 60 регулировки потока, и вторую штангу 70, подвижную относительно корпуса 10 и позволяющую перемещать заслонку 80 реверса тяги.
Первая штанга 50 выполнена с возможностью поступательного перемещения относительно корпуса 10 вдоль направления, обозначенного осью X, между втянутым положением и выдвинутым положением.
Вторая штанга 70 также выполнена с возможностью поступательного перемещения относительно корпуса 10 между втянутым положением и выдвинутым положением вдоль направления, параллельного направлению перемещения первой штанги 50.
Точнее, первая штанга 50 выполнена с возможностью перемещения между втянутым положением и выдвинутым положением в первом направлении выдвижения, а вторая штанга 70 выполнена с возможностью перемещения между втянутым положением и выдвинутым положением во втором направлении выдвижения, противоположном первому направлению выдвижения.
Таким образом, корпус 10 расположен между двумя штангами 50 и 70, причем эти две штанги выступают из корпуса 10 в противоположных направлениях.
Соединительные средства 20 представляют собой двойное шарнирное соединение, обеспечивающее возможность поворота корпуса 10 относительно гондолы вокруг двух взаимно перпендикулярных осей вращения.
Средства 40 трансмиссии представляют собой механический узел с одним входом и двумя выходами, обеспечивающий возможность выборочной передачи движения, которое оно получает на вход от электрического двигателя 30, на первый выход для обеспечения движения первой подвижной штанги 50, либо на второй выход для обеспечения движения второй подвижной штанги 70.
Точнее, средства 40 трансмиссии содержат эпициклоидный механизм 41, состоящий из солнечной шестерни 42, соединенной со входом двигателя, водила 43, соединенного со вторым выходом, коронной шестерни 44, соединенной с первым выходом, и сателлитов 45, установленных между солнечной шестерней 42 и коронной шестерней 44 и поддерживаемых выступами водила 43.
Электрический двигатель 30 содержит статор 31, закрепленный относительно корпуса 10, и полый ротор 32, который может быть приведен во вращательное движение вокруг оси X при подаче питания на двигатель. Ротор 32 жестко скреплен с солнечной шестерней 42, которая образует входной элемент системы трансмиссии. Таким образом, двигатель может приводить солнечную шестерню 42 во вращение вокруг оси X относительно корпуса 10.
Первая подвижная штанга 50 соединена с коронной шестерней 44 при помощи соединительных средств 90 типа передачи винт-гайка, что позволяет преобразовывать вращательное движение коронной шестерни 44 вокруг оси X в поступательное движение первой штанги 50 в направлении, параллельном оси X. Таким образом, коронная шестерня 44 образует первый выходной элемент средств 40 трансмиссии.
Аналогичным образом, вторая подвижная штанга 70 соединена с водилом 43 посредством соединительных средств 110 типа передачи винт-гайка, что позволяет преобразовывать вращательное движение водила 43 вокруг оси X в поступательное движение второй штанги 70 в направлении, параллельном оси X. Таким образом, водило 43 образует второй выходной элемент средств 40 трансмиссии.
Средства 40 трансмиссии также содержат электромагнитный тормоз 46, который может быть приведен в действие для остановки движения коронной шестерни 44 относительно корпуса 10.
Средства 40 трансмиссии также содержат блокирующие средства 47, которые могут быть приведены в действие для выборочной блокировки или высвобождения заслонки 80 реверса тяги. Для этого блокирующие средства 47 содержат штифт 48, выполненный с возможностью поступательного перемещения в направлении Y, перпендикулярном направлению X перемещения заслонки 80 реверса тяги. Штифт 48 выполнен с возможностью перемещения между втянутым положением, в котором он высвобождает заслонку 80 реверса тяги, и выдвинутым положением, в котором он входит в соответствующее гнездо 88 заслонки 80 реверса тяги и препятствует тем самым ее перемещению.
Средства 40 трансмиссии также содержат кабель 49 питания, соединяющий двигатель 30 с источником электроэнергии. Корпус 10 содержит внутренний канал 11, в котором проходит кабель 49 питания. Внутренний канал 11 имеет форму «шпильки для волос» и содержит два параллельных участка 13 и 14. Корпус 10 содержит разделительную стенку 12, разделяющую два параллельных участка 13 и 14 внутреннего канала. Таким образом, кабель 49 питания сложен вдвое по форме канала 11 и образует два участка, расположенные по обе стороны от разделительной стенки 12. В случае перемещения корпуса 10 относительно гондолы происходит перемещение разделительной стенки 12 относительно гондолы и поступательное перемещение каждого из участков кабеля 49 относительно другого без повреждения кабеля.
Кроме того, средства 40 трансмиссии также содержат механический выход 91, соединенный с коронной шестерней 44 и обеспечивающий возможность синхронизации перемещений заслонки 60 регулирования потока с перемещениями других заслонок регулирования потока силовой установки. Система 100 содержит гибкую трансмиссионную штангу, обеспечивающую возможность соединения всех механических выходов 91 приводных систем 100 силовой установки.
При заданной скорости вращения двигателя 30 приводная система,100, представленная на фиг.1, позволяет обеспечить высокую скорость перемещения заслонки 60 регулирования воздушного потока и низкую скорость перемещения заслонки 80 реверса тяги.
На фиг.1 bis схематически представлен один из вариантов осуществления приводной системы 100 по фиг.1.
В соответствии с данным вариантом солнечная шестерня 42 по-прежнему соединена со входом двигателя. Однако водило 43 соединено с первым выходом (подвижной штангой 50), а коронная шестерня 44 соединена со вторым выходом (подвижной штангой 70).
Таким образом, при заданной скорости вращения двигателя приводная система обеспечивает низкую скорость перемещения заслонки 60 регулирования воздушного потока и высокую скорость перемещения заслонки 80 реверса тяги.
На фиг.2 схематически представлены соединительные средства 20 для прикрепления корпуса приводной системы к гондоле.
Соединительные средства 20 представляют собой двойное шарнирное соединение, содержащее первое шарнирное соединение 21 и второе шарнирное соединение 22.
Первое шарнирное соединение 21 содержит первую вилку 211, жестко прикрепленную к гондоле, промежуточный элемент 212 и вторую вилку 213. Промежуточный элемент 212 установлен с возможностью вращения, с одной стороны, относительно первой вилки 211 вокруг первой оси, а с другой стороны, относительно второй вилки 213 вокруг второй оси вращения, перпендикулярной первой оси.
Аналогичным образом, второе шарнирное соединение 22 содержит первую вилку 221, жестко прикрепленную ко второй вилке 213 первого шарнирного соединения 21, промежуточный элемент 222 и вторую вилку 223, жестко прикрепленную к корпусу 10 приводного устройства. Промежуточный элемент 222 установлен с возможностью вращения, с одной стороны, относительно первой вилки 221 вокруг первой оси, а с другой стороны, относительно второй вилки 223 вокруг второй оси вращения, перпендикулярной первой оси.
Такие соединительные средства 20 обеспечивают возможность перемещения корпуса 10 приводного устройства относительно гондолы для компенсации возможного нарушения выравнивания трех точек крепления приводного устройства, в частности, в случае одновременного нахождения заслонки 60 регулирования воздушного потока и заслонки реверса тяги в выдвинутом положении.
Точка 1 соответствует точке крепления корпуса 10 к гондоле. Точка 2 соответствует точке крепления первой штанги 50 к заслонке 60 регулирования воздушного потока. Точка 3 соответствует точке крепления второй штанги 70 к заслонке 80 реверса тяги.
Как показано на фиг.4, крепление корпуса 10 приводной системы к гондоле при помощи соединительных средств 20 с двойным шарнирным соединением допускает нарушение выравнивания трех точек крепления системы соответственно к заслонке регулирования воздушного потока (точка 2), к гондоле (точка 1) и к заслонке реверса тяги (точка 3). В частности, эти три точки могут не быть расположены в одной плоскости.
На фиг.3 схематически представлена силовая установка 200, содержащая гондолу 201 и несколько приводных систем 100. В случае выхода из строя электрической синхронизации гибкие штанги 101, соединяющие все механические выходы приводных систем 100, обеспечивают механическую синхронизацию приводных систем 100.
Приводное устройство 100 может быть использовано в соответствии с двумя следующими режимами работы.
Режим «регулирования воздушного потока»
Данный режим работы может быть использован только в полете.
В данном режиме работы второй выход (водило 43) средств 40 трансмиссии блокируют при помощи блокирующих средств 47. Подвижный штифт 48 переводят в выдвинутое положение и вводят в гнездо 88 заслонки реверса тяги, что исключает какое бы то ни было ее перемещение.
Электромагнитный тормоз 46 приводят в действие для высвобождения первого выхода (коронной шестерни 44) средств 40 трансмиссии.
При приведении во вращение электрического двигателя 30 происходит передача вращательного движения со входа (солнечной шестерни 42) средств 40 трансмиссии на первый выход (коронную шестерню 44) средств трансмиссии. Вращательное движение коронной шестерни 44 преобразуют в поступательное движение первой штанги 50 при помощи соединительных средств 90 типа передачи винт-гайка.
Таким образом, происходит перемещение первой штанги 50 относительно корпуса 10 приводной системы 100, которое вызывает соответствующее перемещение заслонки 60 регулирования потока.
Функция «регулирования воздушного потока» позволяет перемещать первую штангу 50 между втянутым положением, в котором расстояние между точками 1 и 2 минимально, и выдвинутым положением, в котором расстояние между точками 1 и 2 максимально, при сохранении постоянного расстояния между точками 1 и 3.
Режим «реверса тяги»
При выполнении условий, необходимых для приведения в действие функции «реверса тяги», первую штангу 50 фиксируют в выдвинутом положении при помощи электромагнитного тормоза 46.
Блокирующие средства 47 приводят в действие для снятия блокировки второго выхода (водила 43) средств 40 трансмиссии. Точнее, запорный штифт 48 выводят для высвобождения заслонки 80 реверса тяги и обеспечения возможности ее перемещения.
При приведении во вращение электрического двигателя 30 происходит передача вращательного движения со входа (солнечной шестерни 42) средств 40 трансмиссии на второй выход (водило 43) средств 40 трансмиссии. Вращательное движение водила 43 преобразуют в поступательное движение второй штанги 70 при помощи соединительных средств 110 типа передачи винт-гайка.
Таким образом, происходит перемещение второй штанги 70 относительно корпуса 10 приводной системы, которое вызывает соответствующее перемещение заслонки 80 реверса тяги.
Функция «реверса тяги» позволяет изменять расстояние между точками 1 и 3 при сохранении постоянного расстояния между точками 1 и 2.