Плоское сопло турбореактивного авиационного двигателя
AIRCRAFT TURBOJET ENGINE FLAT NOZZLE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции плоских сопел турбореактивных авиационных двигателей.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбрано плоское сопло турбореактивного двигателя, содержащее последовательно установленные и шарнирно соединенные друг с другом корпус, дозвуковые створки и сверхзвуковые створки, а также внешние створки, соединенные с корпусом и сверхзвуковыми створками (RU 2445486 С1).
Недостатком прототипа является наличие зазора между сверхзвуковыми и внешними створками сопла в его выходном сечении (на срезе сопла). Это приводит к образованию за ним области пониженного давления во время работы плоского сопла в условиях полета, что в свою очередь приводит к потерям эффективной тяги двигателя в результате донного сопротивления (Теория и расчет авиационных двигателей / Под ред. С.М. Шляхтенко. Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 568 с.: ил., страница 177).
Техническим результатом, достигаемым заявленным устройством, является снижение потерь эффективной тяги плоского сопла за счет устранения донного сопротивления.
Указанный технический результат достигается тем, что известное плоское сопло турбореактивного авиационного двигателя, содержащее последовательно установленные и шарнирно соединенные друг с другом корпус, дозвуковые створки и сверхзвуковые створки, а также внешние створки, соединенные с корпусом и сверхзвуковыми створками, согласно настоящему изобретению содержит обтекатели, любой из которых выполнен в поперечном разрезе П-образной формы и контактирует с соответствующей сверхзвуковой створкой по боковым поверхностям, причем со стороны среза плоского сопла обтекатель контактирует с наружной поверхностью сверхзвуковой створки, а с противоположной стороны обтекателя выполнена цилиндрическая законцовка, контактирующая по наружной поверхности с ответной поверхностью близлежащего торца соответствующей внешней створки, причем продольная ось цилиндрической законцовки совмещена с осью вращения соответствующей сверхзвуковой створки, кроме того, любой из обтекателей жестко зафиксирован на соответствующей сверхзвуковой створке в местах контакта с последней, при этом любая из внешних створок соединена с корпусом посредством по меньшей мере одного кронштейна, одним концом жестко соединенного с первой, а другим концом шарнирно соединенного с последним, а с соответствующей сверхзвуковой створкой любая из внешних створок соединена по меньшей мере посредством одного кронштейна, жестко соединенного с последней, и по меньшей мере одной тяги, соединенной с первой посредством шарнирного соединения, ось вращения которого совмещена с осью вращения сверхзвуковой створки, причем кронштейн с тягой соединены шарнирно.
Обтекатели, любой из которых выполнен в поперечном разрезе П-образной формы и контактирует с соответствующей сверхзвуковой створкой по боковым поверхностям, устраняют зазор между внешней и сверхзвуковой створками за счет того, что со стороны среза плоского сопла обтекатель контактирует с наружной поверхностью сверхзвуковой створки, а с противоположной стороны обтекателя выполнена цилиндрическая законцовка, контактирующая по наружной поверхности с ответной поверхностью близлежащего торца соответствующей внешней створки.
Продольная ось цилиндрической законцовки совмещена с осью вращения соответствующей сверхзвуковой створки, кроме того, любой из обтекателей жестко зафиксирован на соответствующей сверхзвуковой створке в местах контакта с последней. Это позволяет избежать возникновения зазора между обтекателем и внешней створкой при вращении сверхзвуковой створки относительно дозвуковой (при изменении площади среза сопла).
Любая из внешних створок соединена с корпусом посредством по меньшей мере одного кронштейна, одним концом жестко соединенного с первой, а другим концом шарнирно соединенного с последним, а с соответствующей сверхзвуковой створкой любая из внешних створок соединена по меньшей мере посредством одного кронштейна, жестко соединенного с последней и по меньшей мере одной тяги, соединенной с первой посредством шарнирного соединения, ось вращения которого совмещена с осью вращения сверхзвуковой створки, причем кронштейн с тягой соединены шарнирно. Благодаря этому, каждая внешняя створка может вращаться относительно корпуса плоского сопла при изменении положения дозвуковых створок (изменении площади критического сечения плоского сопла) без образования зазора в месте контакта с обтекателем.
Сущность настоящего изобретения поясняется фигурами чертежей.
На фигуре 1 изображен продольный разрез плоского сопла турбореактивного авиационного двигателя.
На фигуре 2 изображен разрез А-А.
На фигуре 3 представлено увеличенное изображение тяги и мест ее соединения с кронштейном внешней створки и со сверхзвуковой створкой.
На фигуре 4 изображен разрез Б-Б.
Плоское сопло турбореактивного авиационного двигателя содержит последовательно установленные корпус 1, дозвуковые створки 2 и сверхзвуковые створки 3, причем корпус 1 соединен с дозвуковыми створками 2 посредством шарнирных соединений 4, дозвуковые створки 2 в свою очередь соединены с сверхзвуковыми створками 3 посредством шарнирных соединений 5.
Плоское сопло турбореактивного авиационного двигателя также содержит внешние створки 6. При этом любая из внешних створок 6 соединена с корпусом 1 посредством по меньшей мере одного кронштейна 7 (возможно их параллельное соединение несколькими кронштейнами 7), одним концом жестко соединенного с первой посредством фланцевого соединения 8, а другим концом соединенного с последним посредством шарнирного соединения 9. А с соответствующей сверхзвуковой створкой 3 любая из внешних створок 6 соединена по меньшей мере посредством одного кронштейна 10 с тягой 11 (возможно их параллельное соединение несколькими кронштейнами 10 с тягами 11), соединенных между собой посредством шарнирного соединения 12, причем любой из кронштейнов 10 жестко соединен с соответствующей внешней створкой 6 посредством фланцевого соединения 13, а любая из тяг 11 соединена с соответствующей сверхзвуковой створкой 3 посредством шарнирного соединения 14, ось вращения которого совмещена с осью вращения сверхзвуковой створки 3.
Плоское сопло турбореактивного авиационного двигателя дополнительно содержит обтекатели 15, любой из которых выполнен в поперечном разрезе П-образной формы и контактирует с соответствующей сверхзвуковой створкой 3 по боковым поверхностям 16 и 17 (см. фиг. 4), а со стороны среза плоского сопла обтекатель 15 контактирует с соответствующей наружной поверхностью сверхзвуковой створки 3, при этом любой из обтекателей 15 жестко зафиксирован на соответствующей сверхзвуковой створке 3 в местах контакта с последней, например, болтами.
Причем с противоположенной стороны любого из обтекателей 15, относительно стороны среза плоского сопла, выполнена цилиндрическая законцовка 18, контактирующая по наружной поверхности с ответной поверхностью 19 близлежащего торца соответствующей внешней створки 6 (а именно, торца, направленного в сторону среза плоского сопла), причем продольная ось цилиндрической законцовки 18 совмещена с осью вращения соответствующей сверхзвуковой створки 3.
Устройство работает следующим образом.
В процессе работы турбореактивного авиационного двигателя изменяются площади критического и выходного сечений плоского сопла за счет поворота дозвуковых и сверхзвуковых створок 2 и 3. При этом тяги 11, соединяющие внешние створки 6 со сверхзвуковыми створками 3, также поворачивают последние относительно осей шарнирных соединений 9. Вместе с дозвуковыми створками 2 и внешними створками 6 изменяют свое положение и сверхзвуковые створки 3 с жестко закрепленными на них обтекателями 15. Так как каждый кронштейн 10 неподвижно закреплен на соответствующей внешней створке 6, то расстояние между осью шарнирного соединения 12 и ответной поверхностью 19 близлежащего торца соответствующей внешней створки 6, контактирующей с обтекателем 15, всегда постоянно.
Вследствие того, что тяга 11, соединяющая кронштейн 10 со сверхзвуковой створкой 3, прикреплена шарнирным соединением 14 к последней соосно шарнирному соединению 5, то ответная поверхность 19 близлежащего торца соответствующей внешней створки 6, контактирующей с цилиндрической законцовкой 18 обтекателя 15, всегда перемещается относительно последнего также соосно оси вращения шарнирного соединения 5, которая также является и продольной осью симметрии этой цилиндрической законцовки 18. Вследствие этого взаимные перемещения внешней створки 6 и обтекателя 15 происходят без образования зазоров. Последний вблизи выходного сечения также соединяется со сверхзвуковой створкой 3 беззазорно.
Таким образом, в конструкции заявленного плоского сопла при любых взаимных положениях дозвуковых 2, сверхзвуковых 3 и внешних 6 створок, между последними отсутствует зазор как на срезе (в выходном сечении), так и в месте контакта обтекателя 15 с внешней створкой 6, в результате чего внешний поток воздуха обтекает наружную поверхность плоского сопла, не имеющую уступов.
Вследствие этого в конструкции плоского сопла отсутствуют потери эффективной тяги от донного сопротивления, которое заключается в образовании областей пониженного давления при обтекании потоком уступов, которые в свою очередь отсутствуют в данном плоском сопле.
Такое выполнение конструкции позволит повысить эффективную тягу двигателя и уменьшить удельный расход топлива при его работе.