СИСТЕМА ПОДПИТКИ ВОЗДУХОЗАБОРНИКА
AIR INTAKE FEEDING SYSTEM

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к системе подпитки воздухозаборника, и может быть использовано в конструкции воздухозаборников летательных аппаратов, в частности сверхзвуковых маневренных самолетов.
При эксплуатации летательных аппаратов возможно попадание в воздухозаборник силовой установки посторонних предметов с взлетно-посадочной полосы или с элементов каркаса воздухозаборника, что представляет опасность для работы силовой установки. Поэтому существует необходимость в обеспечении предотвращения попадания посторонних предметов в воздухозаборник силовой установки при одновременном обеспечении поступления достаточного количества воздуха в воздухозаборник силовой установки.
Из уровня техники известны створки подпитки воздухозаборника для обеспечения необходимого объема воздуха в воздухозаборниках двигателей самолетов на взлетно-посадочных режимах имеются (Журнал «Техника воздушного флота», 1991 г. №4, с. 52, Нечаев Ю.Н., Теория авиационных двигателей, ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1990 г., с. 255-259).
Из патента RU 40294 U1, опублик. 10.09.2004, Кл. B64D 33/02, F02C 7/04, известен воздухозаборник самолета, содержащий шпангоуты, внешнюю и внутреннюю поверхности и внешние створки подпитки, которые в закрытом положении являются участками внешней поверхности самолета и закреплены относительно шпангоутов с возможностью вращения.
Из патента RU 187080 U1, опублик. 18.02.2019, Кл. B64D 33/02, F02C 7/05, известно защитное устройство воздухозаборника самолета, содержащее раму, на которой крепятся створки подпитки, и стационарные перфорированные сетки, снабженные продольными пазами под установку профиля рамы воздухозаборника.
Недостатки известных из уровня техники устройств заключаются в том, что не обеспечивается защита от попадания посторонних предметов в воздухозаборник силовой установки и соответственно безопасность эксплуатации двигателя летательного аппарата, так как сетки недостаточно хорошо зафиксированы и при возникновении различных нагрузок не достаточно препятствуют попаданию посторонних предметов в воздухозаборник силовой установки летательного аппарата, не обеспечивается жесткость конструкции воздухозаборника, а также не обеспечивается поступление достаточного количества воздуха.
Техническая задача, на достижение которой направлено изобретение, заключается в устранении недостатков известных из уровня техники, обеспечении предотвращения попадания посторонних предметов в воздухозаборник силовой установки при одновременном обеспечении поступления достаточного количества воздуха в воздухозаборник силовой установки.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении предотвращения попадания посторонних предметов в воздухозаборник силовой установки, поступления достаточного объема воздуха в воздухозаборник силовой установки на всех режимах эксплуатации летательного аппарата, повышения жесткости силового каркаса воздухозаборника, надежности и стабильности газодинамической работы силовой установки, в том числе на режимах сверхманевренности, а также улучшение ремонтопригодности, ресурса и надежности конструкции и унификации элементов конструкции.
Указанный технический результат достигается системой подпитки воздухозаборника, которая включает раму прямоугольной формы, имеющую продольные силовые элементы с верхним и нижним рядами отверстий и поперечные элементы жесткости, петли, закрепленные на раме, снабженные верхним и нижним рядами проушин, створки подпитки воздухозаборника, установленные с возможностью поворота на петлях, закрепленные с помощью пропускания нижних стержней через ряды нижних отверстий рамы и ряды нижних проушин петель, и сегменты сетки, снабженные с одной стороны проушинами, а с противоположной стороны проушинами с прорезями, закрепленные на петлях с помощью пропускания верхних стержней через ряды верхних отверстий рамы, ряды верхних проушин петель, проушины сеток и проушины сеток с прорезями. Сегменты сетки образуют защитную сетку, составляющую аэродинамическую поверхность канала воздухозаборника. Створки подпитки составляют внешнюю аэродинамическую поверхность воздухозаборника. Створки подпитки снабжены упорными площадками, позволяющими отклоняться створкам подпитки под напором воздуха на угол не более 60°. Навеска сегментов сеток к петлям на верхних стержнях выполнена шарнирным способом по типу петлевого соединения с попарным чередованием проушин и проушин с прорезями на переднем и заднем краях сегментов сетки. Навеска створок подпитки к петлям на нижних стержнях выполнена чередованием проушин аналогично конструкции рояльной петли.
Изобретение поясняется следующими изображениями:
Фиг. 1 - конструкция системы подпитки воздухозаборника с разнесенными элементами в изометрии,
Фиг. 2 - продольное сечение системы подпитки воздухозаборника А-А,
Фиг. 3 - поперечное сечение системы подпитки воздухозаборника Б-Б.
На представленных изображениях используются следующие обозначения:
1 - рама,
1 а - поперечные элементы рамы,
1б - продольные элементы рамы,
1в - отверстия,
2 - петли,
2а - болтовое соединение для крепления петель к поперечным элементам рамы,
2б - проушины петлевого соединения для навески створок подпитки,
2в - проушины петлевого соединения для навески сегментов сетки,
2г - упорные площадки петли,
3 - створки подпитки,
3а - упорные площадки створки подпитки,
3б - проушины петлевого соединения для навески на петли,
4 - сегменты сетки,
4а - передние проушины петлевого соединения для навески на петли,
4б - задние проушины петлевого соединения для навески на петли,
5 - верхние стержни,
6 - нижние стержни,
7 - аэродинамическая поверхность канала воздухозаборника,
8 - внешняя аэродинамическая поверхность воздухозаборника.
Система подпитки воздухозаборника расположена между внешней аэродинамической поверхностью воздухозаборника и аэродинамической поверхностью канала воздухозаборника. Система подпитки воздухозаборника представляет собой раму 1 прямоугольной формы, на которой установлены защитная сетка, состоящая из сегментов 4 сетки, петли 2 и поворотные створки 3 подпитки. Петли 2 прикреплены к поперечным элементам 1а рамы 1. Защитная сетка расположена на раме 1 со стороны прилегающей к аэродинамической поверхности 7 канала воздухозаборника. Створки 3 подпитки установлены на раме 1 со стороны прилегающей к внешней аэродинамической поверхности 8 воздухозаборника.
Базовым элементом системы подпитки воздухозаборника является рама 1, представляющая собой единую «конструктивную платформу», обеспечивающую крепление остальных элементов системы подпитки воздухозаборника и крепление системы подпитки воздухозаборника к каркасу воздухозаборника. Рама выполнена в виде единого цельнофрезерованного элемента из плиты алюминиевого сплава. Рама содержит два продольных элемента 1б в виде балок двутаврового сечения и набор поперечных элементов 1а в виде балок уголкового сечения. Форма и размеры сечений продольных элементов 1б и поперечных элементов 1а задают форму и размеры полостей «перетока» воздуха. С внешней стороны продольные элементы 1б рамы 1 имеют конструктивные элементы, такие как ребра, пояса, фестоны, служащие для крепления рамы 1 к каркасу воздухозаборника.
На поперечные элементы 1а рамы 1 монтируются петли 2 посредством болтового соединения 2а. Формы сечений поперечных элементов 1а рамы 1 и петель 2 согласованы и унифицированы, что обеспечивает их однозначное взаиморасположение, удобный и простой монтаж болтового соединения и взаимозаменяемость. Закрепленные таким образом петли 2 образуют с поперечными элементами 1а рамы 1 составной профиль замкнутого контура, обладающий высокой жесткостью, как на изгиб, так и на кручение.
Петли 2 представляют собой профили уголкового сечения и снабжены рядом верхних проушин 2в петлевого соединения для навески сегментов сетки и рядом нижних проушин 2б петлевого соединения для навески створок подпитки. Верхние проушины 2в петель 2 предназначены для крепления сегментов 4 сетки с помощью верхних стержней 5. Нижние проушины 2б петель 2 предназначены для крепления створок 3 подпитки с помощью нижних стержней 6.
На петлях 2 выполнены упорные площадки 2г, задающие угол открытия створок 3 подпитки. Передняя часть петли 2 имеет выступ, обеспечивающий расположение соседней створки 3 подпитки в закрытом положении.
К петлям 2 с помощью нижних стержней 6 проходящих через нижний ряд отверстий 1в закреплены с возможностью поворота створки 3 подпитки. Створки 3 подпитки представляют собой прямоугольные фрезерованные панели, имеющие плоскую поверхность со стороны прилегающей к внешней аэродинамической поверхности 8 воздухозаборника, и с другой стороны имеющие проушины 3б петлевого соединения для навески на петли 2. Навеска створок 3 подпитки к петлям 2 на нижних стержнях 6 выполнена чередованием проушин аналогично конструкции рояльной петли. В проушинах 3б створок 3 подпитки установлены бронзовые втулки. Створки 3 подпитки снабжены упорными площадками 3а, задающими угол открытия створок 3 подпитки. Створки 3 подпитки выходят на внешнюю аэродинамическую поверхность воздухозаборника и отклоняются напором потока воздуха до 60° внутрь рамы 1, вращаясь вокруг нижних стержней 6.
С помощью верхних стержней 5 проходящих через верхний ряд отверстий 1в к петлям 2 крепятся сегменты 4 сетки. Сегменты 4 сетки по ее переднему и заднему краям имеют передние проушины 4а и задние проушины 4б для соединения с петлями 2. При этом задние проушины 4б выполнены с прорезями. Шаг и разбивка проушин 4а, 4б сегментов 4 сетки подобраны для обеспечения попарного соединения сегментов 4 сетки на каждой петле 2 и унифицирования соединения. Навеска сегментов 4 сеток к петлям 2 на верхних стержнях 5 выполнена шарнирным способом по типу петлевого соединения с попарным чередованием проушин и проушин с прорезями на переднем и заднем краях сегментов сетки, обеспечивая унифицированный стык.
Применение для навески сегментов 4 сетки системы петель в виде проушин 4а и проушин 4б с прорезями дает возможность установки без монтажных напряжений в каркасе воздухозаборника. Такая система установки позволяет не нагружать конструкцию рамы от соседних поперечных балок делая их независимыми элементами, работающими только на кручение для удержания створок подпитки, и гарантирует отсутствие перекосов сегментов сетки в раме во время эксплуатации на всех режимах эксплуатации летательного аппарата. Кроме того, выполнение петель с одной стороны сегментов сетки с прорезями дает возможность компенсировать изгиб сегментов сеток от напора воздуха, проходящего через них, не позволяя при этом сегментам сетки создать дополнительной изгибающей нагрузки на стержни крепления к раме.
Сегменты 4 сетки закрывают образованные двумя соседними поперечными элементами 1а рамы 1 полости. Сегменты 4 сетки образуют защитную сетку на всей поверхности системы подпитки воздухозаборника со стороны прилегающей к аэродинамической поверхности канала воздухозаборника. Сегменты 4 сетки предпочтительно изготавливаются из титана. Сегмент 4 сетки имеет перфорацию, выполненную в виде квадратных ячеек размером 4×4 мм с наклоном к плоской поверхности 60°. Ячейки перфорации выполнены электроэрозионным прожигом. Размер и форма ячеек обеспечивают поступление достаточного объема воздуха, поступающего через систему подпитки воздухозаборника, и задерживание посторонних предметов минимального размера, способного повредить двигатель при попадании в него.
Крепление сегментов 4 сеток, петель 2 и створок 3 подпитки к раме 1 с помощью стержней 5 и 6 позволяет повысить ремонтопригодность данных соединений за счет возможности быстрой и легкой замены только деталей подверженных износу, чаще всего это сетки, стержни и створки подпитки, тем самым увеличить ресурс конструкции без серьезных доработок.
При этом стоит отметить, что конструкция имеет сокращенное количество отдельных элементов и сборочных единиц обеспечивая повышение уровня унификации элементов конструкции. Кроме того, все сегменты сеток унифицированы и могут быть установлены между любыми поперечными элементами рамы.
Количество упорных площадок 3а равномерно распределено между петлями 2 по всей длине створки 3 подпитки и обеспечивает равномерное нагружение всех элементов рамы от створок 6 подпитки, что в свою очередь влияет на увеличение ресурса конструкции.
Работа системы подпитки воздухозаборника представлена на примере работы воздухозаборника летательного аппарата с такой системой подпитки воздухозаборника и осуществляется следующим образом.
Створки 3 подпитки находятся в закрытом положении под действием собственного веса опираясь на выступы петель 2.
При запуске силовой установки летательного аппарата в канале воздухозаборника создается разрежение и под действием перепада давления открываются внешние створки 3 подпитки. Через полости, образованные створками 3 подпитками, с внешней аэродинамической поверхности воздухозаборника и через полости, образованные между поперечными элементами 1а и сегментами сетки 4, в воздухозаборник поступает воздух. Угол отклонения створок 3 подпитки регулируется величиной перепада давления. Предельное значение угла открытия створок 3 подпитки ограничено упорными площадками 3а в профиле рамы 1.
После взлета летательного аппарата и возрастания его скорости разрежение в канале воздухозаборника уменьшается. При выравнивании давления в канале воздухозаборника и на внешней поверхности воздухозаборника створки закрываются под действием собственного веса, опираясь на выступы петель 2, и в дальнейшем, при нарастании давления в канале, продолжают находиться в закрытом положении.
Таким образом, система подпитки воздухозаборника обладает следующими особенностями и достоинствами.
Членение защитной сетки на отдельные сегменты сетки и их стационарное размещение значительно упрощает конструкцию
Крепление защитных сеток, основанное на петлевом шарнирном соединении, позволяет:
- обеспечить, одновременно, простоту установки, компенсацию погрешностей и допусков изготовления и сборки элементов системы подпитки,
- исключить образование усилий растяжения/сжатия в сегменте сетки вследствие монтажа и/или возможных деформации конструкции,
- исключить/снизить нагрузки на поперечные элементы рамы вследствие давления на сегменты сетки,
- формировать из них поверхность с экстраполированной кривизной;
- обеспечить сообщение между отдельными полостями системы подпитки, что улучшает газодинамику тока воздуха,
- повышение прочности и ресурса, за счет снижения нагрузок из-за шарнирной конструкции крепления сегментов сетки.
Система подпитки воздухозаборника обеспечивает защиту от попадания посторонних предметов в воздухозаборник, поступление достаточного количества воздуха в воздухозаборник, надежность работы силовой установки, в том числе на режимах повышенной нагрузки, и реализует сочетание высокой эффективности ее газодинамической работы, благодаря обеспечению, а также улучшение ремонтопригодности, ресурса, надежности конструкции и унификации элементов конструкции.