Регулируемое сопло турбореактивного двигателя
ADJUSTABLE TURBOJET NOZZLE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции регулируемых сопел турбореактивных двигателей.
В качестве наиболее близкого аналога выбрано регулируемое сопло турбореактивного двигателя, содержащее последовательно установленные корпус, имеющий в выходном сечении прямоугольную форму, дозвуковые створки и сверхзвуковые створки, шарнирно соединенные с дозвуковыми створками, а также боковые стенки, жестко соединенные с корпусом (патент RU 2674232, 05.12.2018 г.).
Недостатком прототипа является недостаточная жесткость элементов конструкции, деформация которых приводит к дополнительным газодинамическим потерям при внешнем обтекании воздуха и протекании газа внутри проточной части регулируемого сопла. Результатом этого являются ощутимые потери эффективной тяги газотурбинного двигателя.
Техническим результатом, достигаемым заявленным устройством, является снижение потерь при протекании газа внутри проточной части и внешнем обтекании регулируемого сопла за счет увеличения жесткости элементов его конструкции с сохранением параметров его регулирования, что увеличивает его КПД и газотурбинного двигателя в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что известное регулируемое сопло турбореактивного двигателя, содержащее последовательно установленные корпус, имеющий в выходном сечении прямоугольную форму, дозвуковые створки и сверхзвуковые створки, шарнирно соединенные с дозвуковыми створками, а также боковые стенки, жестко соединенные с корпусом, согласно настоящему изобретению, оно дополнительно снабжено двумя уплотнительными элементами, корпус снабжен выходным фланцем, жестко соединенным с боковыми стенками по торцам, при этом каждая из дозвуковых и сверхзвуковых створок, выполнена в поперечном разрезе уголковой формы, образованной двумя пластинами, соединенными по торцам под тупым углом, вершина которого направлена от продольной оси турбореактивного двигателя, причем каждая из дозвуковых створок шарнирно соединена с боковыми стенками, кроме того между верхним торцом выходного фланца и близлежащим торцом верхней дозвуковой створки, а также между нижним торцом выходного фланца и близлежащим торцом нижней дозвуковой створки установлено по уплотнительному элементу, жестко соединенному с выходным фланцем, при этом поверхности уплотнительных элементов, близлежащие к соответствующим им дозвуковым створкам, выполнены с возможностью контакта с последними, причем каждая из упомянутых поверхностей уплотнительного элемента образована двумя коническими поверхностями, оси конусов которых совпадают с осью вращения соответствующей дозвуковой створки, кроме того каждая из близлежащих поверхностей дозвуковых и сверхзвуковых створок, расположенных вдоль осей их шарнирных соединений, выполнены коническими.
Общеизвестно, что под действием эксплуатационных нагрузок происходит деформирование элементов регулируемых сопел, в большей степени сопел с плоскими участками, ограничивающими проточную часть. Наиболее значимыми в плане деформаций являются изгибные деформации элементов конструкции, вызванные повышенной температурой и давлением газа внутри проточной части. Накопленная деформация элементов конструкции может составлять десятки миллиметров и приводить к значительному изменению условий внешнего обтекания регулируемого сопла, протекания газа в проточной части и истекания из нее. Минимизация данной деформации элементов сопел является одной из приоритетных задач.
Снабжение корпуса выходным фланцем, жестко соединенным с боковыми стенками по торцам, увеличивает изгибную жесткость выходной части корпуса, снижая деформации элементов регулируемого сопла от эксплуатационных нагрузок. Это снижает сопротивление внешнему обтеканию и лучше сохраняет требуемую форму проточной части, что увеличивает КПД регулируемого сопла и газотурбинного двигателя в целом.
Выполнение каждой из дозвуковых и сверхзвуковых створок в поперечном разрезе уголковой формы, образованной двумя пластинами, соединенными по торцам под тупым углом, вершина которого направлена от продольной оси турбореактивного двигателя, увеличивает их изгибную жесткость и снижает деформации элементов регулируемого сопла от эксплуатационных нагрузок. Это снижает сопротивление внешнему обтеканию и лучше сохраняет требуемую форму проточной части, что увеличивает КПД регулируемого сопла и газотурбинного двигателя в целом.
Шарнирное соединение каждой из дозвуковых створок с боковыми стенками позволяет обеспечить уголковую форму непосредственно с входного торца каждой дозвуковой створки, что увеличивает их изгибную жесткость и снижает деформации элементов регулируемого сопла от эксплуатационных нагрузок, а также обеспечивает подвижность дозвуковых створок. Это снижает сопротивление внешнему обтеканию, лучше сохраняет требуемую форму проточной части и возможность регулирования сопла с требуемыми параметрами, что увеличивает КПД регулируемого сопла и газотурбинного двигателя в целом.
Снабжение регулируемого сопла двумя уплотнительными элементами таким образом, что они жестко соединены с выходным фланцем и установлены между верхним торцом выходного фланца и близлежащим торцом верхней дозвуковой створки, а также между нижним торцом выходного фланца и близлежащим торцом нижней дозвуковой створки, позволяет увеличить изгибную жесткость выходного фланца и уплотнить пространство между выходным фланцем и дозвуковыми створками. Это снижает сопротивление внешнему обтеканию, лучше сохраняет требуемую форму проточной части и снижает утечки газа из проточной части, что увеличивает КПД регулируемого сопла и газотурбинного двигателя в целом.
Выполнение поверхностей уплотнительных элементов, близлежащих к соответствующим им дозвуковым створкам, с возможностью контакта с последними, причем каждая из упомянутых поверхностей уплотнительного элемента образована двумя коническими поверхностями, оси конусов которых совпадают с осью вращения соответствующей дозвуковой створки, позволяет обеспечить требуемую изгибную жесткость и подвижность дозвуковых створок с минимизацией утечек газа из проточной части, что увеличивает КПД регулируемого сопла и газотурбинного двигателя в целом.
Выполнение каждой из близлежащих поверхностей дозвуковых и сверхзвуковых створок, расположенных вдоль осей их шарнирных соединений, коническими позволяет обеспечить требуемую изгибную жесткость и относительную подвижность дозвуковых и сверхзвуковых створок с минимизацией утечек газа из проточной части, что увеличивает КПД регулируемого сопла и газотурбинного двигателя в целом.
Сущность настоящего изобретения поясняется фигурами чертежей.
На фигуре 1 изображен продольный разрез регулируемого сопла турбореактивного двигателя при минимальных площадях критического и выходного сечений.
На фигуре 2 изображен один из уплотнительных элементов регулируемого сопла турбореактивного двигателя.
Регулируемое реактивное сопло турбореактивного двигателя, содержит последовательно установленные корпус 1, содержащий выходной фланец 2 прямоугольной формы, жестко закрепленные на вертикальных участках фланца 2 две боковые стенки 3, две дозвуковые створки 4 и две сверхзвуковые створки 5, причем каждая из дозвуковых створок 4 соединена с боковыми стенками 3 посредством шарнирных соединений 6, дозвуковые створки 4 в свою очередь попарно соединены с сверхзвуковыми створками 5 посредством шарнирных соединений 7. Дозвуковые створки 4 и сверхзвуковые створки 5 соединены с механизмами управления и могут проворачиваться под их действием, регулируя тем самым площадь критического и выходного сечений. Регулируемое сопло турбореактивного двигателя также содержит два уплотнительных элемента 8, жестко закрепленных на горизонтальных участках выходного фланца 2 и расположенных между последним и соответствующими дозвуковыми створками 4. При этом максимально близкая к торцам дозвуковых створок поверхность 9 каждого из уплотнительных элементов 8 образована двумя коническими поверхностями (фиг. 2), оси конусов которых совпадают с осью вращения соответствующей дозвуковой створки, при этом в эксплуатации поверхности 9 могут контактировать с торцами дозвуковых створок 4 под действием эксплуатационных нагрузок. Также смежные поверхности 10 дозвуковых створок 4 и сверхзвуковых створок 5 вдоль их шарнирного соединения 7 выполнены коническими. Такое выполнение поверхностей 9 и 10, а также наличие уплотнительных элементов 8, снижает утечки из проточной части в подвижных соединениях соответствующих элементов регулируемого сопла, а также снижает деформации последних в эксплуатации.
Устройство работает следующим образом.
В процессе работы турбореактивного двигателя изменяются площади критического и выходного сечений сопла за счет поворота дозвуковых и сверхзвуковых створок 4 и 5 под действием механизмов управления. При этом происходит относительное перемещение смежных поверхностей, а именно, торцов дозвуковых створок 4 относительно конических поверхностей 9 и поверхностей 10. Выполнение данных поверхностей коническими и то, что смежные поверхности могут контактировать, снижает утечки газа через зазоры между ними. Также в работе от эксплуатационных нагрузок элементы регулируемого сопла подвергаются деформациям, которые реализуются как на элементах, образующих проточную часть, так и на элементах внешнего обвода. Конструктивно данные деформации минимизируются.
Такое выполнение позволяет за счет увеличения жесткости элементов конструкции и ее оригинальности снизить потери при внешнем обтекании и внутри проточной части с сохранением параметров регулирования сопла, что увеличивает его КПД и газотурбинного двигателя в целом.