Регулируемое сопло турбореактивного двигателя
ADJUSTABLE TURBOJET ENGINE 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 две неподвижные боковые стенки, установленные между ними подвижные створки и механизм снижения изгибной деформации неподвижных боковых стенок, выполненный контактирующим с последними с их внешней стороны относительно проточной части (патент RU 2374477, 27.11.2009 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 две неподвижные боковые стенки, установленные между ними подвижные створки и механизм снижения изгибной деформации неподвижных боковых стенок, выполненный контактирующим с последними с их внешней стороны относительно проточной части, согласно настоящему изобретению, содержит корпус с выходным фланцем прямоугольной формы, жестко соединенным с боковыми стенками по торцам и снабженным двумя вертикальными силовыми балками, установленными на его наружных боковых поверхностях, при этом подвижные створки выполнены в виде шарнирно соединенных друг с другом дозвуковых и сверхзвуковых створок, причем каждая дозвуковая створка шарнирно соединена с боковыми стенками, кроме того механизм снижения изгибной деформации неподвижных боковых стенок выполнен в виде, по меньшей мере, двух кронштейнов, установленных на корпусе, и, по меньшей мере, двух горизонтальных балок, каждая из которых своей центральной частью шарнирно закреплена на соответствующей вертикальной силовой балке, при этом противолежащие концы каждой из горизонтальных балок соединены с корпусом посредством кронштейна, а также с соответствующей боковой стенкой, с возможностью смещения первых относительно последних вдоль продольной оси сопла.
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. При этом обеспечивается возможность регулирования критического и выходного сечений сопла, а также отклонения вектора тяги.
Снабжение сопла корпусом с выходным фланцем прямоугольной формы, жестко соединенным с боковыми стенками по торцам и снабженным двумя вертикальными силовыми балками, установленными на его наружных боковых поверхностях, позволяет увеличить жесткость элементов сопла и снижает изменение формы проточной части в работе, что увеличивает КПД регулируемого сопла и газотурбинного двигателя в целом.
Выполнение подвижных створок в виде шарнирно соединенных друг с другом дозвуковых и сверхзвуковых створок, а каждой дозвуковой створки, шарнирно соединенной с боковыми стенками, позволяет обеспечить требуемое регулирование критического и выходного сечений сопла, а также отклонения вектора тяги, что обеспечивает требуемую форму проточной части в работе, за счет чего увеличивает КПД регулируемого сопла и газотурбинного двигателя в целом.
Выполнение механизма снижения изгибной деформации неподвижных боковых стенок в виде, по меньшей мере, двух кронштейнов, установленных на корпусе, и, по меньшей мере, двух горизонтальных балок, каждая из которых своей центральной частью шарнирно закреплена на соответствующей вертикальной силовой балке, и соединение противолежащих концов каждой из горизонтальных балок с корпусом посредством кронштейна, а также с соответствующей боковой стенкой, с возможностью смещения первых относительно последних вдоль продольной оси сопла, позволяет увеличить изгибную жесткость боковых стенок и снижает изменение формы проточной части в работе, что увеличивает КПД регулируемого сопла и газотурбинного двигателя в целом.
Преимущественно, расстояния от оси шарнира соединения каждой горизонтальной балки с соответствующей вертикальной силовой балкой до мест соединения концов балки со смежными элементами равны.
Выполнение расстояний от оси шарнира соединения каждой горизонтальной балки с соответствующей вертикальной силовой балкой до мест соединения концов балки со смежными деталями равными позволяет в частном случае реализации обеспечить требуемое изменение формы проточной части в работе, что увеличивает КПД регулируемого сопла и газотурбинного двигателя в целом.
Преимущественно, каждое соединение противолежащих концов горизонтальных балок со смежными элементами выполнено в виде проушины с продолговатым отверстием на конце горизонтальной балки и цилиндрической оси, установленной в продолговатом отверстии и закрепленной на смежном элементе
Выполнение каждого соединения противолежащих концов горизонтальных балок со смежными элементами в виде проушины с продолговатым отверстием на концах горизонтальных балок и цилиндрической оси, установленной в продолговатом отверстии и закрепленной на смежном элементе, позволяет обеспечить требуемое изменение формы проточной части с учетом относительных перемещений смежных деталей в работе, в том числе и температурных расширений, что увеличивает КПД регулируемого сопла и газотурбинного двигателя в целом.
Сущность настоящего изобретения поясняется фигурой чертежа.
На фигуре изображен вид в изометрии на механизм снижения изгибной деформации неподвижных боковых стенок 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, расположенные между боковых стенок 3, причем каждая из дозвуковых створок 4 соединена с боковыми стенками 3 посредством шарнирных соединений 6, дозвуковые створки 4 в свою очередь попарно шарнирно соединены с сверхзвуковыми створками 5. Дозвуковые створки 4 и сверхзвуковые створки 5 соединены с механизмами управления (на фигуре не показаны) и могут проворачиваться под их действием, регулируя тем самым площадь критического и выходного сечений, а также отклонение вектора тяги. Регулируемое сопло турбореактивного двигателя также содержит две вертикальные силовые балки 7, закрепленные на вертикальных участках выходного фланца 2 посредством подвижных соединений. В частном случае реализации каждая вертикальная силовая балка 7 закреплена на выходном фланце 2 при помощи трех подвижных соединений - в центральной части при помощи цилиндрического шарнира, а по краям при помощи соединения, позволяющего взаимные возвратно-поступательные относительные перемещения вдоль вертикальной силовой балки 7 и ограничивающего перемещения в перпендикулярных последней направлениях (например, проушин). При этом регулируемое сопло снабжено механизмом снижения изгибной деформации неподвижных боковых стенок 3, состоящим из четырех кронштейнов 8, жестко закрепленных на корпусе 1, и четырех горизонтальных балок 9. Причем на каждой вертикальной силовой балке 7 закреплено по две горизонтальные балки 9 посредством цилиндрических шарниров 10 (см. фигуру). На концах каждой горизонтальной балки 9 выполнены проушины 11 с продолговатыми отверстиями 12, а на кронштейнах 8 и боковых стенках 3 закреплены оси 13, причем последние установлены в соответствующих отверстиях 12. Посредством проушин 11 и осей 13 реализуются соединения между горизонтальными балками 9 и соответствующими их противоположным концам элементами регулируемого сопла, а именно, кронштейнами 8 и боковыми стенками 3. Наличие механизма снижения изгибной деформации неподвижных боковых стенок 3 снижает деформации последних в эксплуатации. Подвижные соединения в конструкции необходимы для того, чтобы обеспечивать компенсацию температурных расширений и возможность регулировки критического и выходного сечений сопла, а также отклонения вектора тяги.
Сборка регулируемого сопла проверена при помощи 3D электронного макета, часть которого представлена на фигуре.
Устройство работает следующим образом.
В процессе работы турбореактивного двигателя элементы регулируемого сопла подвергаются деформациям от эксплуатационных нагрузок. В частности, от действия давления и температуры в проточной части боковые стенки 3 изгибаются и посредством осей 13 воздействуют на соответствующие проушины 11 горизонтальных балок 9, которые работают по принципу коромысла и, проворачиваясь относительно цилиндрических шарниров 10, воздействуют на более жесткий корпус 1. Данное воздействие передается посредством кронштейнов 8 и закрепленных на последних осей 13, тем самым снижая изгибные деформации боковых стенок 3 и корпуса 1 в области кронштейнов 8. Причем оси 13 могут смещаться относительно соответствующих проушин 11 вдоль горизонтальных балок 9 за счет реализации в проушинах 11 овальных отверстий 12, компенсируя тем самым температурные расширения конструкции. Это исключает заклинивание механизма снижения изгибной деформации неподвижных боковых стенок 3 и обеспечивает надежную его работу.
Такое выполнение позволяет за счет увеличения жесткости элементов конструкции и ее оригинальности снизить изменение формы проточной части и, тем самым, газодинамические потери внутри нее с сохранением параметров регулирования сопла, что увеличивает его КПД и газотурбинного двигателя в целом.