ВНУТРЕННЯЯ КОНСТРУКЦИЯ ГОНДОЛЫ ВОЗДУШНОГО СУДНА
AIRCRAFT NACELLE INTERNAL STRUCTURE

Изобретение относится к внутренней конструкции гондолы турбореактивного двигателя воздушного судна.
Изобретение также относится к гондоле турбореактивного двигателя воздушного судна, включающей в себя наружную конструкцию, концентрически охватывающую по меньшей мере одну часть указанной внутренней конструкции.
Воздушное судно приводится в движение несколькими турбореактивными двигателями, каждый из которых установлен в гондоле, также вмещающей набор вспомогательных управляющих устройств, связанных с функционированием двигателя и обеспечивающих различные функции во время его работы или простоя. Эти вспомогательные управляющие устройства в частности включают механическую систему управления реверсом тяги.
Гондола, как правило, представляет собой трубчатую конструкцию, расположенную вдоль продольной оси и включающую в себя воздухозаборник, расположенный спереди по потоку, среднюю секцию, охватывающую вентилятор турбореактивного двигателя и заднюю секцию, расположенную сзади по потоку, вмещающую механизм реверса тяги и охватывающую камеру сгорания турбореактивного двигателя. Указанная трубчатая конструкция, как правило, оканчивается соплом, выход которого расположен сзади по потоку относительно турбореактивного двигателя.
Современные гондолы предназначены для размещения двухконтурных турбореактивных двигателей, способных генерировать с помощью вращающихся лопастей вентилятора горячий воздушный поток (также называемый "первичным потоком"), исходящий из камеры сгорания турбореактивного двигателя, и холодный воздушный поток (также называемый "вторичным потоком"), циркулирующий с внешней стороны турбореактивного двигателя через кольцевой канал, также называемый кольцевым трактом.
В данном описании выражение "назад по потоку" относится к направлению, соответствующему направлению холодного воздушного потока, поступающего в турбореактивный двигатель, а выражение "вперед по потоку" обозначает противоположное направление.
Указанный кольцевой канал образован наружной конструкцией, так называемой наружной неподвижной конструкцией (OFS), и концентрической внутренней конструкцией, называемой внутренней неподвижной конструкцией (IFS), окружающей конструкцию двигателя, расположенного сзади от вентилятора по направлению потока. Наружная и внутренняя конструкции находятся на "заднем" участке двигателя. Наружная конструкция может содержать один или несколько подвижных обтекателей, размещенных вдоль продольной оси гондолы, выполненных с возможностью перемещения между положением, обеспечивающим выпуск реверсивного воздушного потока и положением, в котором они препятствуют его выпуску.
Кроме того, в задней по потоку секции гондолы имеется группа подвижных обтекателей, оконечная часть которых образует сопло, предназначенное для направленного выпуска холодного воздушного потока (далее - "воздушный поток"). Каждый подвижный обтекатель, как правило, выполняет функцию реверса тяги. Указанное сопло предоставляет мощность, необходимую для обеспечения движущей силы путем увеличения скорости реактивной струи. Сопло сопряжено с управляющей системой, объединенной или не объединенной с обтекателями и позволяющей изменять и оптимизировать площадь сечения кольцевого тракта в зависимости от фазы полета воздушного судна.
Обычно регулируемое сопло образовано подвижными элементами, выполненными таким образом, чтобы обеспечить возможность уменьшения площади сечения кольцевого канала на участке выпуска воздушного потока. Данные подвижные элементы в основном приводятся в действие средствами управления.
Однако подобное регулирование площади выходного сечения сопла достаточно сложно выполнимо. Во-первых, это подразумевает размещение в подвижных обтекателях механических элементов или дополнительных систем. Во-вторых, регулируемое сопло подобного типа не просто установить в гондолы других типов, как имеющие средства реверса тяги, так и не имеющие.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить гондолу, в которой выходное сечение сопла регулируется путем применения средств, позволяющих устранить вышеуказанные недостатки.
Для решения указанной задачи в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложена внутренняя конструкция гондолы турбореактивного двигателя воздушного судна, концентрически расположенная вдоль продольной оси, проходящей через центр указанной внутренней конструкции, и содержащая активные подвижные элементы и пассивные подвижные элементы, причем каждый активный подвижный элемент выполнен из одной или нескольких подвижных частей, при этом каждый активный подвижный элемент выполнен так, чтобы приводить в движение смежные с ним пассивные подвижные элементы, при этом внутренняя конструкция имеет первое номинальное положение, в котором между активными подвижными элементами и пассивными подвижными элементами имеется аэродинамическая непрерывность, второе положение, в котором активные подвижные элементы выступают за пассивные подвижные элементы в направлении наружу от внутренней конструкции относительно центра внутренней конструкции после перемещения пассивных подвижных элементов посредством активных подвижных элементов, и третье положение, в котором активные подвижные элементы выступают за пассивные подвижные элементы в направлении внутрь внутренней конструкции относительно центра внутренней конструкции после перемещения пассивных подвижных элементов посредством активных подвижных элементов.
Под направлением "внутрь внутренней конструкции относительно центра указанной неподвижной конструкции" подразумевается направление от неподвижного основания подвижного элемента к центральной части указанной неподвижной конструкции.
Под направлением "наружу от внутренней конструкции относительно центра указанной неподвижной конструкции" подразумевается направление от указанного неподвижного основания в сторону от центральной части указанной неподвижной конструкции.
Под "активным подвижным элементом" подразумевается элемент, выполненный с возможностью перемещения и активации других неактивных подвижных элементов, так называемых пассивных элементов, с целью приведения их в движение.
Под "пассивным подвижным элементом" подразумевается элемент, выполненный с возможностью перемещения под воздействием по меньшей мере одного из активных подвижных элементов.
Будучи установленной в гондолу, внутренняя конструкция в соответствии с изобретением позволяет простым, надежным и эффективным способом изменять сечение выходного сопла.
В результате указанная конструкция позволяет улучшить рабочие характеристики турбореактивного двигателя, а также ограничить шумовое воздействие простым и обратимым способом.
Кроме того, внутренняя конструкция в соответствии с изобретением независима от средств реверса тяги и может использоваться в гондоле любого типа, содержащей или не содержащей указанные средства.
Согласно другим вариантам изобретения предложенная внутренняя конструкция включает один или несколько дополнительных признаков, рассматриваемых по отдельности или в любых возможных комбинациях:
- по меньшей мере две подвижных части взаимодействуют друг с другом через ведущее звено, имеющееся в ведущей подвижной части, подлежащей приведению в движение, и ведомое звено, имеющееся в одной или нескольких подвижных частях, подлежащих приведению приведенной в движение ведущей подвижной частью, что позволяет легко приводить в движение подвижные элементы;
- ведомые и ведущие звенья взаимодействуют посредством скольжения и/или вращения, что обеспечивает простоту и эффективность управления;
- ведущие подвижные части приводятся в действие средствами управления, что обеспечивает возможность удаленного управления изменением площади сечения внутренней конструкции;
- средства управления содержат систему с моторизированным приводом, связанную с датчиком положения каждой подвижной части, что позволяет приводить в движение каждую конкретную подвижную часть;
- средства управления размещают в зоне, смежной с активным подвижным элементом, что позволяет освободить достаточно пространства для управления подвижными частями;
- каждая зона оснащена акустическими средствами, что обеспечивает поглощение шумового воздействия от внутренней конструкции;
- подвижные части, формирующие активный подвижный элемент, выполнены из металла или композитного материала;
- подвижные части выполнены из разных материалов, что позволяет приспособить каждый компонент внутренней конструкции к его назначению;
- один или несколько материалов являются упругодеформируемыми или термодеформируемыми, что позволяет не перегружать внутреннюю конструкцию;
- каждая подвижная часть сформирована одной или несколькими продольными пластинами, что позволяет легко и эффективно устанавливать каждый активный подвижный элемент.
В соответствии со вторым аспектом, объектом настоящего изобретения является гондола турбореактивного двигателя воздушного судна, включающая наружную конструкцию, концентрически охватывающую по меньшей мере одну часть внутренней конструкции в соответствии с изобретением, с формированием кольцевого канала.
Предпочтительно по меньшей мере одна часть подвижных элементов внутренней конструкции расположена по существу напротив свободного конца указанной наружной конструкции.
Более подробное объяснение настоящего изобретения приводится в последующем описании со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
- на Фиг.1 схематически показано сечение гондолы в соответствии вариантом осуществления изобретения;
- на Фиг.2-4 в аксонометрии показан вариант осуществления внутренней неподвижной конструкции в соответствии с изобретением, в котором активные и пассивные подвижные элементы находятся в номинальном положении;
- на Фиг.5-7 в аксонометрии показан вариант внутренней неподвижной конструкции, изображенной на Фиг.2-4, в котором активные и пассивные подвижные элементы выдвинуты в объем кольцевого канала гондолы;
- на Фиг.8-10 в аксонометрии показан вариант осуществления внутренней неподвижной конструкции, изображенной на Фиг.2-4, в которой активные и пассивные подвижные элементы выдвинуты в объем внутренней конструкции;
- на Фиг.11-13 схематически показаны сечения конструкции в соответствии с вариантом осуществления изобретения, соответственно, в положении, в котором активные и пассивные подвижные элементы выдвинуты в объем кольцевого канала, в номинальном положении и в положении, в котором активные и пассивные подвижные элементы выдвинуты в объем внутренней конструкции;
- на Фиг.14-16 показаны сечения конструкции в соответствии с изобретением, соответственно, в номинальном положении, в положении, в котором активные и пассивные подвижные элементы выдвинуты в объем кольцевого канала, и в положении, в котором активные и пассивные подвижные элементы выдвинуты в объем внутренней конструкции;
- на Фиг.17-19 показаны сечения конструкции, выполненной в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, соответственно, в номинальном положении, в положении, в котором активные и пассивные подвижные элементы выдвинуты в объем кольцевого канала, и в положении, в котором активные и пассивные подвижные элементы выдвинуты в объем внутренней конструкции;
- на Фиг.20-22 схематически показаны сечения конструкции, выполненной в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, соответственно, в номинальном положении, в положении, в котором активные и пассивные подвижные элементы выдвинуты в объем кольцевого канала, и в положении, в котором активные и пассивные подвижные элементы выдвинуты в объем внутренней конструкции.
Как показано на Фиг.1, гондола 1 в соответствии с изобретением имеет трубчатую форму вдоль продольной оси Δ. Гондола 1 в соответствии с изобретением содержит переднюю секцию 2 с воздухозаборником 3, среднюю секцию 4, окружающую вентилятор 5 турбореактивного двигателя 6 и заднюю секцию 7. Задняя секция 7 содержит внутреннюю конструкцию 8 (IFS), окружающую передний участок турбореактивного двигателя 6, и наружную конструкцию 9 (OFS), на которой размещается подвижный обтекатель (не показан), включающий в себя средства реверсирования тяги.
Внутренняя неподвижная конструкция (8) и наружная неподвижная конструкция (9) определяют границы кольцевого канала 10, через который проходит воздушный поток 12, попадающий внутрь гондолы 1 через воздухозаборник 3.
Таким образом, предложенная гондола 1 имеет стенки, ограничивающие пространство, такое как воздухозаборник 3 или кольцевой канал 10, в которое поступает, в котором циркулирует и из которого выходит воздушный поток 12.
Гондола, представленная в изобретении, оканчивается соплом 21, состоящим из наружного узла 22 и внутреннего узла 24. Наружный узел 22 и внутренний узел 24 обеспечивают направленный выброс горячего воздушного потока 25, исходящего из турбореактивного двигателя 6.
Продольная ость Δ' внутренней неподвижной конструкции 8 обычно коллинеарна продольной оси Δ гондолы 1, представленной в изобретении.
Внутренняя неподвижная конструкция 8 содержит ряд активных подвижных элементов 103 и пассивных подвижных элементов 101, при этом активные подвижные элементы 103 выполнены из одной или нескольких подвижных частей 103a, 103b. Каждый активный подвижный элемент 103 выполнен таким образом, чтобы приводить в движение смежные пассивные подвижные элементы 101, так что внутренняя конструкция 8 имеет первое номинальное положение, в котором активные подвижные элементы 103 находятся в аэродинамической непрерывности с пассивными подвижными элементами 101 (см. Фиг.2-4), второе положение, в котором активные подвижные элементы 103 выступают от пассивных подвижных элементов 101 по направлению от центра внутренней конструкции 8 после перемещения пассивных подвижных элементов 101 посредством активных подвижных элементов 103 (см. Фиг.5-7), и третье положение, в котором активные подвижные элементы 103 выступают от пассивных подвижных элементов 101 по направлению к центру внутренней конструкции 8 после перемещения пассивных подвижных элементов 101 посредством активных подвижных элементов 103 (см. Фиг.8-10).
Определения "внутренний" и "наружный" приводятся относительно центральной оси внутренней неподвижной конструкции, которая обычно совпадает с центральной осью гондолы.
В результате, когда в предложенной гондоле 1 установлена внутренняя неподвижная конструкция 8, можно изменять высоту сечения кольцевого канала посредством перемещения активных подвижных элементов 103 и пассивных подвижных элементов 101 относительно стационарной оконечной части внутренней конструкции 8. Следовательно, внутренняя неподвижная конструкция 8 позволяет простым и эффективным способом улучшить рабочие характеристики турбореактивного двигателя 6, а также снизить шумовое воздействие.
При этом внутренняя неподвижная конструкция 8 независима от подвижных обтекателей наружной неподвижной конструкции 9 и может использоваться в гондоле любого типа, содержащей или не содержащей средства реверса тяги.
В соответствии с примером, показанным на Фиг.2-4, сечение внутренней неподвижной конструкции 8 находится в номинальном положении, т.е. подвижные элементы внутренней неподвижной конструкции обеспечивают аэродинамическую непрерывность. Кольцевой канал 10 имеет одинаковую высоту, перпендикулярно продольной оси Δ.
Согласно примеру, показанному на Фиг.5-7, сечение внутренней неподвижной конструкции более не обеспечивает аэродинамическую непрерывность, поскольку активные подвижные элементы 103 выдвинуты в объем кольцевого канала 10, уменьшая его высоту. Данная конфигурация позволяет улучшить рабочие характеристики турбореактивного двигателя 6 в крейсерской фазе или фазе снижения.
Согласно примеру, показанному на Фиг.8-10, поперечное сечение внутренней неподвижной конструкции не находится в аэродинамической непрерывности, поскольку активные подвижные элементы 103 выдвинуты в объем внутренней неподвижной конструкции, увеличивая высоту кольцевого канала 10. Данная конфигурация подходит для режимов работы двигателя с повышенной тягой, при взлете или наборе высоты.
Как показано на Фиг.11-13, активные подвижные элементы 103 могут приводить в движение пассивные подвижные элементы 101 с сохранением аэродинамической линии. Соответственно, в примере, показанном на Фиг.11, активные подвижные элементы 103 выдвинуты в объем кольцевого канала 10, отодвигая пассивные подвижные элементы 101a и 101b. Пассивные подвижные элементы 101a и 101b сдвинуты относительно номинального положения, показанного на Фиг.10 в сторону, указанную стрелками 102.
В примере, показанном на Фиг.13, активные подвижные элементы 103 выдвинуты в объем 105 внутренней неподвижной конструкции, сдвигая пассивные подвижные элементы 101a и 101b ближе друг к другу. Пассивные подвижные элементы 101a и 101b сдвинуты в сторону, указанную стрелками 104 относительно номинального положения, показанного на Фиг.12.
Активные подвижные элементы 103 сформированы из одной или нескольких подвижных частей. Каждая подвижная часть 103a, 103b может быть сформирована одной или несколькими продольными пластинами, что позволяет легко и эффективно устанавливать каждый активный подвижный элемент 103. Действительно, продольные пластины просты в установке, поскольку указанные пластины могут быть достаточно гибкими для осуществления смещения частей 103a и 103b. Указанные пластины могут, к примеру, иметь один подвижный конец и второй конец - закрепленный. Указанные пластины могут быть гибкими и могут быть выполнены из металла или композитного материала.
По меньшей мере две подвижные части могут взаимодействовать друг с другом через ведущее звено, расположенное на ведущей подвижной части, приводимой в движение, и ведомое звено, расположенное на одной или нескольких подвижных частях, ведомой, приводимой в движение ведущей подвижной частью, что позволяет легко приводить в движение подвижные элементы 103.
Ведомые и ведущие звенья могут взаимодействовать посредством скольжения и/или вращения, что обеспечивает простое и эффективное управление.
В соответствии с первым примером, изображенном на Фиг.14-16, активные подвижные элементы 103 сформированы из двух частей 103a и 103b, установленных на периферии гондолы, представленной в изобретении.
В соответствии с данным примером, ведущая подвижная часть 103b может перемещаться путем вращения вокруг оси, смещенной относительно центра. Для этого указанная подвижная часть 103b может содержать закрытый паз 107, предназначенный для взаимодействия со штифтом 108 по смещенной оси поворота 109 относительно указанной подвижной части 103b.
Ведущая подвижная часть 103b может содержать ведущее звено 111, предназначенное для приведения в движение ведомого звена 110 ведомой подвижной части 103a. Для этого на ведомом звене 110 размещают закрытый паз 114, предназначенный для взаимодействия со штифтом 112, размещаемым на ведущем звене 111. Подвижные части 103a и 103b устанавливают с возможностью вращения вокруг осей 119a и 119b соответственно, как правило, перпендикулярных продольной оси Δ' и расположенных на удалении от ведущего звена 111 и ведомого звена 110.
Таким образом, в зависимости от положения штифта 112 в закрытом пазе 114, обе подвижные части 103a и 103b определяют аэродинамическую линию 116, располагаемую выше (см. Фиг.15) или ниже (см. Фиг.16) аэродинамической линии 115, соответствующей номинальному положению подвижных частей относительно центра внутренней неподвижной конструкции 8.
В положении, показанном на Фиг.15, площадь сечения кольцевого канала 10 уменьшена, в положении, показанном на Фиг.16, - увеличена.
В соответствии со вторым примером, изображенном на Фиг.17-19, каждый активный подвижный элемент 103 сформирован из трех частей 103a, 103b и 103c. Части 103a, 103b и 103c взаимодействуют друг с другом путем вращения и скольжения.
В соответствии с примером, показанным на Фиг.17-19, ведущая подвижная часть 103b содержит два отдельных ведущих звена 121a и 121b. На ведущем звене 121a расположен штифт 122a, предназначенный для взаимодействия с открытым пазом 124a ведомого звена 120a подвижной части 103a. На ведущем звене 121b расположен открытый паз 124b, предназначенный для взаимодействия со штифтом 122b ведомого звена 120b подвижной части 103c.
Когда ведущая часть 103a приводится в движение, штифт 122a ведущего звена, воздействуя на одну из стенок открытого паза 124a, приводит подвижную часть 103a в движение. Открытый паз 124b ведущего звена воздействует на штифт 122b ведомого звена, приводя в движение ведомую подвижную часть 103c.
Ведомые подвижные части 103a и 103c устанавливают с возможностью вращения вокруг осей 129a и 129c соответственно, как правило, перпендикулярных продольной оси Δ' и расположенных на удалении от ведущего звена 121 и ведомого звена 120.
Таким образом, в зависимости от положения штифтов 122a и 122b в пазах 124a и 124b три подвижные части 103a, 103b и 103c определяют аэродинамическую линию 126, располагаемую выше (см. Фиг.18) или ниже (см. Фиг.19) аэродинамической линии 125, соответствующей номинальному положению подвижных частей 103a, 103b и 103c относительно центра внутренней неподвижной конструкции 8.
В положении, показанном на Фиг.18, площадь сечения кольцевого канала 10 уменьшена, в положении, показанном на Фиг.19, - увеличена.
В соответствии с другим примером, показанным на Фиг.20-22, каждый активный подвижный элемент 103 состоит из двух подвижных частей 103a и 103b. В данном случае ведущая подвижная часть 103b включает ведущее звено 131, находящееся в контакте с ведомым звеном 130 ведомой подвижной части 103a. Как правило, ведущее звено 131 размещают под ведомым звеном 130, т.е. ведущее звено 131 поддерживает ведомое звено 130. Также ведущее звено 131 находится в контакте кулачком 134, установленным с возможностью вращения вокруг оси, как правило, перпендикулярной продольной оси Δ'. Обе подвижные части 103a и 103b установлены с возможностью вращения вокруг оси 137, как правило, перпендикулярной продольной оси Δ' и расположенной на удалении от ведущего звена 131 и ведомого звена 130.
В результате ведомое звено 130 прижато к ведущему звену 131, положение которого по высоте определяется углом поворота кулачка 134.
Таким образом, в зависимости от углового положения кулачка 134 обе подвижные части 103a и 103b определяют аэродинамическую линию 136, располагаемую выше (см. Фиг.21) или ниже (см. Фиг.22) аэродинамической линии 135, соответствующей номинальному положению подвижных частей 103a и 103b относительно центра внутренней неподвижной конструкции 8.
В положении, показанном на Фиг.21, площадь сечения кольцевого канала 10 уменьшена, в положении, показанном на Фиг.22, - увеличена.
Как правило, высота выходного сечения сопла, сформированного внутренней неподвижной конструкцией 8 и наружной неподвижной конструкцией 9, может изменяться в пределах 5-10%. Для этого ротационно-подвижные части поворачиваются на угол, примерно равный 7°, при этом данный угол может изменяться в зависимости от формы конструкций.
Поверхность внутренней неподвижной конструкции 8 может быть снабжена специальным покрытием для обеспечения цельности аэродинамической поверхности.
Ведущие подвижные части 103 приводятся в действие средствами управления (не показано), что обеспечивает возможность удаленного управления изменением площади сечения внутренней неподвижной конструкции 8.
Средства управления могут включать систему с моторизированным приводом, объединенную с датчиком положения одной или нескольких подвижных частей, что позволяет приводить в движение каждую конкретную подвижную часть. Системы привода и датчиков положения каждой подвижной части могут быть основаны на деформации структуры, содержащей пьезоэлектрические элементы.
Средства управления могут быть размещены в зоне, смежной с активным подвижным элементом, что позволяет освободить достаточно пространства для управления подвижными частями. В данном случае и в случае использования пьезоэлектрических датчиков пьезоэлектрическая зона может быть установлена в указанной зоне с наружной стороны внутренней неподвижной конструкции 8. В случае использования пьезоэлектрических датчиков и пьезоэлектрических систем привода они могут быть установлены в одной и той же зоне.
Для каждой зоны выполняют акустическую обработку, что обеспечивает снижение шумового воздействия от двигателя.
Акустическая обработка может быть выполнена в виде перфорированной или пористой оболочки, которую размещают на внутренней поверхности внутренней неподвижной конструкции 8.
Как вариант, акустическая обработка может быть выполнена в виде наружной оболочки, которую размещают снаружи внутренней неподвижной конструкции 8 и в виде внутренней оболочки, размещаемой на внутренней поверхности внутренней неподвижной конструкции 8. Наружная оболочка может быть перфорированной или пористой, с целью поглощения шумового воздействия. Также наружная оболочка может быть выполнена из упругого композитного материала на основе стекла, углерода, эпоксидной смолы и т.п. Внутренняя оболочка может быть выполнена из более эластичного материала, чем наружная оболочка, например из эластомера. Также внутренняя оболочка может быть выполнена из нескольких частей, соединенных эластомером.
Внутренняя оболочка может содержать слои звукопоглощающего материала, например Feltmetal, или ячеистые панели, обработанные надлежащим образом для установки в наружную или внутреннюю оболочку.
Подвижные части могут быть выполнены из различных материалов, что позволяет выполнить каждый элемент внутренней конструкции в соответствии с его назначением.
Один или несколько используемых материалов могут быть упругодеформируемыми или термодеформируемыми, что позволяет не перегружать внутреннюю конструкцию.
Очевидно, что признаки, соответствующие описанным выше вариантам осуществления, могут использоваться по отдельности или в комбинации друг с другом, без выхода за рамки предложенного изобретения.