ГОНДОЛА ДВУХКОНТУРНОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
BYPASS TURBOJET NACELLE

Изобретение относится к гондоле турбореактивного двигателя, содержащей изменяемую сопловую секцию.
Летательный аппарат приводится в движение посредством нескольких турбореактивных двигателей, каждый из которых размещен в гондоле, также вмещающей группу вспомогательных исполнительных устройств, связанных с ее работой и выполняющих различные функции при действующем или бездействующем турбореактивном двигателе. Эти вспомогательные исполнительные устройства содержат, в частности, механическую систему, приводящую в действие реверсоры тяги.
Гондола имеет, как правило, трубчатую структуру. Она включает в себя воздухозаборник, размещенный выше по потоку от турбореактивного двигателя, среднюю часть, охватывающую вентилятор турбореактивного двигателя, и нижнюю по потоку часть, которая вмещает средства реверсора тяги и ограничивает собой камеру сгорания турбореактивного двигателя, причем эта нижняя по потоку часть обычно оканчивается соплом, выпускное отверстие которого находится ниже по потоку от турбореактивного двигателя.
Современные гондолы рассчитаны на размещение в них двухконтурного турбореактивного двигателя, способного генерировать, посредством вращающихся лопастей вентилятора, поток горячего воздуха (его называют также первичным потоком), выходящий из камеры сгорания турбореактивного двигателя, и поток холодного воздуха (вторичный поток), циркулирующий снаружи турбореактивного двигателя по кольцевому каналу (называемому также трактом), образованному между капотом турбореактивного двигателя и внутренней стенкой гондолы. Оба эти воздушных потока выпускаются из турбореактивного двигателя через заднюю часть гондолы.
Функция реверсора тяги заключается в повышении тормозной способности летательного аппарата при его посадке, осуществляемом за счет перенаправления по меньшей мере части создаваемой турбодвигателем тяги в обратную сторону, т.е. вперед. На данном этапе реверсор перекрывает тракт холодного потока и направляет этот поток в переднюю зону гондолы, в результате чего создается реверсивная тяга, действие которой складывается с торможением колес летательного аппарата.
Выбор указанных средств, обеспечивающих переориентацию холодного потока, зависит от типа реверсора тяги.
Подвижный капот, выполняющий функцию реверсирования тяги, относится к задней секции гондолы, в силу чего его нижняя по потоку часть образует сопло, которое обеспечивает направленный выброс воздушных потоков. Это сопло может действовать в качестве дополнительного компонента для главного сопла, обеспечивающего направленную циркуляцию горячего потока. В таком случае его называют «вспомогательным соплом».
Как известно из патента US 5806302, подобный подвижный капот снабжен по меньшей мере одним соплом, установленным с возможностью перемещения относительно этого капота, благодаря чему можно регулировать выпускное сечение кольцевого тракта в зависимости от положения указанного сопла. Такое подвижное сопло называют также «подвижной структурой, регулирующей сечение сопла».
Однако каждый подвижный узел, т.е., во-первых, капот реверсора тяги и, во-вторых, подвижное сопло, приводится в действие специально предназначенным для этого приводом. Данное обстоятельство подразумевает необходимость использования цепей питания и управления приводами, прокладываемых внутри подвижного капота, что создает проблемы в смысле техобслуживания и безопасности.
Изменяемая сопловая система описана также во французской заявке FR 06/05512. Эта система соединена с решетчатым реверсором тяги, при этом ее внешняя конструкция определяет профиль обтекания реверсора. В данной заявке предложено использовать телескопический силовой цилиндр, первый шток которого выполнен с возможностью смещения подвижного капота, а второй шток - с возможностью регулирования сопла. Такая система позволяет решить проблему, связанную со сосредоточением средств питания и управления в зоне передней рамы, на которой закреплено основание привода двойного действия.
Из вышенаписанного можно видеть, что каждое из упомянутых изменяемых сопел обладает достаточно сложной конструкцией и требует использования дополнительной приводной системы, что неблагоприятно сказывается на надежности и весе всего модуля гондолы.
Принимая во внимание данное обстоятельство, задачу настоящего изобретения можно сформулировать как разработка гондолы упрощенной конструкции, согласно которой не требуется использовать специальный приводной орган.
В рамках решения поставленной задачи разработана гондола двухконтурного турбореактивного двигателя, включающая в себя нижнюю по потоку часть, оснащенную устройством реверса тяги, содержащим подвижный капот, установленный с возможностью поступательного смещения в направлении, по существу параллельном продольной оси гондолы, и выполненный с возможностью поочередного перевода между закрытым положением, при котором он обеспечивает непрерывность аэродинамических линий гондолы и закрывает собой отклоняющие средства, и раскрытым положением, при котором он раскрывает в гондоле канал и открывает указанные отклоняющие средства, причем указанный подвижный капот имеет продолжение в виде по меньшей мере одной сопловой секции, установленной на его нижнем по потоку конце. Гондола характеризуется тем, что указанная сопловая секция включает в себя по меньшей мере одну панель, установленную с возможностью поворота посредством по меньшей мере одного шарнира относительно оси, по существу перпендикулярной продольной оси гондолы, причем указанная панель связана с неподвижным обтекателем турбореактивного двигателя посредством по меньшей мере одного передаточного звена, установленного с возможностью поворота вокруг точек крепления, соответственно, к панели сопловой секции и неподвижному обтекателю.
Таким образом, благодаря использованию одной или нескольких поворотных панелей, входящих в состав сопловой секции и связанных посредством передаточного звена с неподвижным обтекателем, эти панели могут автоматически шарнирно поворачиваться во время перемещения подвижного капота в направлении вверх или вниз по потоку. В результате, система привода и управления подвижного капота может обеспечивать, помимо прочего, регулирование сопловой секции. И поскольку в конструкции используется всего одна приводная система, становится возможным снизить вес всего узла гондолы и повысить его надежность.
Совершенно очевидно, что количество используемых передаточных звеньев зависит от нагрузок и балансировки задействованных панелей. Например, можно предусмотреть использование двух передаточных звеньев, размещенных с боков каждой сопловой секции или возле ее боковых кромок.
В соответствии с первым вариантом изобретения, передаточное звено установлено наклонно таким образом, что при нахождении панели в полетном положении его конец, связанный с панелью, расположен выше по потоку от другого конца, связанного с неподвижным обтекателем, что обеспечивает возможность увеличения сечения сопловой секции при отводе подвижного капота назад.
В соответствии со вторым вариантом изобретения, передаточное звено установлено наклонно таким образом, что при нахождении панели в полетном положении его конец, связанный с панелью, расположен ниже по потоку от другого конца, связанного с неподвижным обтекателем, что обеспечивает возможность уменьшения сечения сопловой секции при отводе подвижного капота назад.
В предпочтительном случае гондола содержит от четырех до восьми поворотных панелей подвижной сопловой секции. Однако понятно, что длина панелей и их количество определяются заданными эксплуатационными характеристиками. Соответственно, их количество не ограничивается шестью. Просто, указанное конкретное количество (шесть панелей) позволяет минимизировать аэродинамические потери, обусловленные передаточными звеньями в тракте циркуляции воздушного потока.
Согласно предпочтительному варианту изобретения, шарнирное вращение панели поворотной сопловой секции ограничено толщиной линий обтекания нижнего по потоку конца подвижного капота. Совершенно очевидно, что, если толщина линий обтекания недостаточно велика, то можно предусмотреть перекрытие указанных линий внутренним или внешним аэродинамическим обтекателем, в зависимости от принятой кинематической схемы.
В предпочтительном случае каждая панель шарнирно поворачивается относительно двух передаточных звеньев, каждое из которых соединено с указанной панелью сопловой секции посредством сочленения, причем два этих сочленения размещены друг от друга на расстоянии, по существу соответствующем двум третям ширины указанной панели подвижной сопловой секции. Благодаря этому удается поддерживать оптимальную непрерывность линий обтекания между подвижным капотом и подвижной сопловой секцией в процессе манипулирования сопловой секцией.
Согласно предпочтительному варианту изобретения, по меньшей мере часть сопловой секции имеет, со стороны нижнего по потоку участка, оторцовку, образованную шевронными элементами. Совершенно очевидно, что указанная оторцовка на нижнем по потоку участке может быть также гладкой или компланарной.
В предпочтительном случае подвижный капот имеет продолжение в виде неподвижных секций, расположенных с каждой стороны каждой панели подвижной сопловой секции, причем указанные неподвижные секции выполнены таким образом, что обеспечивают непрерывность линий обтекания нижней по потоку части, когда панель сопловой секции находится в полетном положении. Благодаря таким межстворчатым продолжениям удается сохранять линии обтекания гондолы при полетном положении. Разумеется, указанные межстворчатые продолжения, образованные неподвижными секциями, можно уменьшить до простейшего варианта или вообще обойтись без них, оставив панели сопловой секции в соприкосновении друг с другом.
Согласно предпочтительному варианту изобретения, указанная неподвижная секция имеет по меньшей мере одну боковую закраину, обеспечивающую опору для панели подвижной сопловой секции.
В предпочтительном случае неподвижная секция снабжена уплотнительными средствами, обеспечивающими герметичное соединение с соответствующей панелью подвижной сопловой секции.
Согласно предпочтительному варианту изобретения, передаточное звено, связывающее панель сопловой секции с обтекателем турбореактивного двигателя, выполнено регулируемым по длине. Благодаря этому становится возможным точно адаптировать длину передаточного звена к требуемой амплитуде вращения, зависящей от перемещения подвижного капота.
В качестве альтернативной или дополнительной меры, по меньшей мере одна точка крепления передаточного звена, связывающего панель сопловой секции с обтекателем турбореактивного двигателя, может быть выполнена регулируемой по меньшей мере в одном направлении по оси передаточного звена, а при необходимости - в направлениях вдоль и поперек гондолы.
Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
фиг.1 схематически в продольном разрезе изображает реверсор тяги, снабженный предложенной поворотной сопловой секцией;
фиг.2 схематически в поперечном разрезе изображает выпускную часть заявленной гондолы, содержащую группу поворотных сопловых секций;
фиг.3 и 4 сбоку изображают показанную на фиг.2 выпускную часть, иллюстрируя сопловые секции, соответственно, в полетном и раскрытом положениях;
фиг.5 схематически в увеличенном масштабе изображает фрагмент показанной на фиг.2 выпускной части;
фиг.6-9 схематически изображают в продольном разрезе показанный на фиг.1 реверсор тяги при, соответственно, его реверсивном, отведенном назад, раскрытом и выдвинутом вперед положениях;
фиг.10-12 в увеличенном масштабе изображают фрагмент стыковочной зоны между подвижным капотом реверсора тяги и передней рамой гондолы.
Гондола образует трубчатую оболочку для двухконтурного турбореактивного двигателя (не показан), обладающего высокой степенью двухконтурности, и обеспечивает направленное пропускание воздушных потоков, создаваемых этим двигателем с помощью лопастей вентилятора (не показан), а именно потока горячего воздуха, проходящего через камеру сгорания турбореактивного двигателя (не показана), и потока (F) холодного воздуха, циркулирующего снаружи турбореактивного двигателя.
Гондола, как правило, содержит переднюю часть, образующую воздухозаборник, среднюю часть, охватывающую вентилятор турбореактивного двигателя, и нижнюю по потоку часть, которая охватывает турбореактивный двигатель и может быть снабжена системой реверса тяги.
Нижняя по потоку часть включает в себя внешний конструктивный элемент (который может содержать систему реверса тяги) и расположенный внутри него обтекатель 2 двигателя, который в случае рассматриваемой в данной заявке гондолы двухконтурного турбореактивного двигателя ограничивает вместе с указанным внешним конструктивным элементом тракт 3 пропускания холодного воздуха F.
Фиг.1 схематически изображает в продольном разрезе нижнюю по потоку часть гондолы, снабженную системой реверса тяги и предложенной поворотной сопловой секцией.
В состав этой нижней по потоку части входят передняя рама 5, подвижный капот 6 реверсора тяги и сопловая секция 7.
Нижняя по потоку часть обычно состоит из двух полуформ, каждая из которых снабжена указанным подвижным капотом 6.
Подвижный капот 6 можно смещать по существу в продольном направлении гондолы, переводя его между закрытым положением, при котором он входит в соприкосновение с передней рамой 5, обеспечивая непрерывность линий обтекания нижней по потоку части, и раскрытым положением, при котором он отведен от передней рамы 5 и раскрывает в гондоле канал, открывая отклоняющие решетки 70. В процессе своего открытия подвижный капот 6 при помощи передаточного звена 9, закрепленного на внутреннем обтекателе 2, приводит во вращение створку 8, в результате чего указанная створка по меньшей мере частично перекрывает тракт 3, что позволяет оптимизировать реверсирование воздушного потока F.
В соответствии с изобретением, сопловая секция 7 содержит группу периферийных панелей 10, установленных с возможностью поворота на нижнем по потоку конце подвижного капота 6. Как следует из фиг.2-4, нижняя по потоку часть содержит шесть подвижных панелей 10, распределенных по ее периметру, причем три панели связаны с подвижным капотом 6 правой полуформы, а три другие панели - с подвижным капотом 6 левой полуформы. В предпочтительном случае сопловая секция содержит от четырех до восьми панелей 10.
Каждая панель 10 связана с внутренним обтекателем 2 посредством передаточного звена 11.
Таким образом, во время смещения подвижного капота 6 в гондоле вверх или вниз по потоку передаточное звено 11 обеспечивает поворот соответствующей панели 10. В результате, смещение подвижного капота 6 позволяет регулировать положение панелей 10 сопловой секции 7 без использования специально предназначенных для этого приводного средства и системы управления.
Из сказанного следует, что подвижный капот должен быть выполнен таким образом, чтобы его смещение вверх или вниз по потоку на небольшую величину не приводило к реверсированию или утечке потока F.
Согласно представленному варианту изобретения, передаточное звено 11, приводящее в действие панель 10, установлено наклонно, причем при полетном положении сопловой секции его конец, соединенный с панелью, находится выше по потоку от другого его конца, соединенного с внутренним конструктивным элементом 2. Однако в других вариантах изобретения можно предусмотреть обратную направленность указанного передаточного звена. В этом случае реверсирование подвижного капота 6 приведет не к увеличению сечения сопловой секции, как описано выше, а к его уменьшению.
Подвижный капот имеет добавочный сегмент 15, отходящий от него вверх по потоку и проходящий над верхней закраиной 16 передней рамы 5, по которой он может перемещаться без раскрытия какой-либо полости в нижней по потоку части. Между этим добавочным сегментом 15 и верхней закраиной 16 предусмотрено уплотнение 17, предотвращающее утечку воздуха F.
Как показано на фиг.2-5, каждая панель 10 обрамлена неподвижными секциями 18, которые являются продолжением подвижного капота 6 и обеспечивают непрерывность линий обтекания нижней по потоку части, когда панели 10 находятся в полетном положении. Каждая из этих неподвижных секций 18 имеет боковые закраины 19, служащие опорами для панелей 10. В предпочтительном случае указанные боковые закраины 19 снабжены уплотнениями.
На фиг.6-9 панели 10 и подвижный капот 6 показаны в различных положениях.
Фиг.6 изображает подвижный капот 6 несколько отведенным в реверсивное положение, что увеличивает сечение сопловой секции 7. Поскольку смещение осуществляют на небольшое расстояние, удается сохранить герметичность в верхней по потоку зоны, как говорилось выше.
Амплитуда поворота панелей 10 как функция от величины отвода в реверсивное положение определяется положением передаточного звена 11. После реверсирования положения передаточного звена 11 (т.е. после того, как точка крепления передаточного звена 11 к внутреннему обтекателю 2 будет находиться выше по потоку от точки его крепления к панели 10) поворот будет происходить внутрь гондолы, при этом сечение сопловой секции 7 будет уменьшаться.
На фиг.7 подвижный капот 6 показан в процессе раскрытия, проводимого для выполнения этапа реверса тяги. На этом переходном этапе панели 10 сопловой секции 7 следуют по кинематической схеме, обеспечивающей большее раскрытие, чем та, что требуется в режиме регулирования сопла.
Однако такая ситуация не приводит к снижению эффективности турбореактивного двигателя, поскольку в этом положении герметичность верхней по потоку зоны уже не обеспечивается, и часть потока F реверсируется решетками 70.
Напротив, наружная аэродинамики гондолы в рассматриваемом положении сильно нарушена, благодаря чему повышается тормозная способность летательного аппарата.
На фиг.8 подвижный капот 6 показан полностью раскрытым, вследствие чего система реверса тяги работает на всю мощность.
При этой конфигурации панели 10 могут уже вернуться в положение, близкое к их полетному положению, соответствующему режиму прямой тяги.
На фиг.9 подвижный капот 6 показан в чрезмерно втянутом положении, т.е. переведен вверх по потоку за пределы его нормального закрывающего положения, что приводит к повороту панели 10 внутрь тракта, а следовательно, к уменьшению сечения сопловой секции.
Следует заметить, что передаточное звено 11 оказывает существенное влияние на поворот соответствующей панели 10. Более того, на поворот панелей влияет даже малейшее перемещение подвижного капота 6. Таким образом, для облегчения регулирования панелей 10 и для корректного их перевода в полетное положение передаточное звено 11 следует выполнять регулируемым по длине и/или регулируемым в продольном, либо в поперечном направлении.
Изменять передаточное звено по длине можно либо за счет регулирования самого этого звена, либо путем регулирования точек его крепления к панелям 10 и к внутреннему обтекателю 2.
На фиг.10-12 показаны различные варианты выполнения верхнего по потоку уплотнения, предусмотренного между подвижным капотом 6 и передней рамой 5.
На фиг.10 показано уплотнение 117, которое размещено под отклоняющими решетками 70 и обращено внутрь нижней по потоку части. При таком расположении предотвращается создание повышенного давления внутри подвижного капота 6.
На фиг.11 показана верхняя по потоку активируемая уплотнительная система, включающая в себя уплотнение 217, установленное на элементе 218 упругого возврата, который удерживает его в контакте с передней рамой вдоль всей траектории регулирования. Преимущество такой конструкции заключается в характере сплющивания уплотнения 217, которое в данном случае не скользящее, как в случае уплотнения 117, а непосредственное и непрерывное.
На фиг.12 представлен другой вариант верхней по потоку активируемой уплотнительной системы, которая в данном случае размещена под отклоняющими решетками 70, что позволяет предотвратить создание повышенного давления в зоне, охваченной подвижным капотом 6. В этой уплотнительной системе использовано уплотнение 317, установленное на упругом элементе 318, который закреплен на внутренней части подвижного капота 6. Этот упругий элемент удерживает уплотнение 317 прижатым к передней раме 5 во время этапа регулирования сечения сопловой секции.
В заключение следует отметить, что представленные варианты гондолы приведены лишь в качестве поясняющих примеров и не ограничивают объем правовой охраны данного изобретения, который, напротив, охватывает собой все возможные модификации гондолы. В частности, подвижное сопло может быть установлено не на гондоле, снабженной реверсором тяги, а на ровной гондоле.