ПОВОРОТНОЕ ОСЕСИММЕТРИЧНОЕ СОПЛО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
TURBOJET VECTORABLE AXIALLY SYMMETRIC NOZZLE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции поворотных осесимметричных сопел турбореактивных двигателей (ТРД).
Известно устройство поворотного осесимметричного сопла ТРД, содержащее неподвижный корпус с экраном, прикрепленным к его внутренней поверхности, и подвижный корпус со сферическим экраном, установленным между неподвижным и подвижным корпусами, причем щели между экранами и корпусами образуют каналы для прохождения охлаждающего воздуха (см. патент RU №2095605, класса F02K 1/78, опубликованный в 1978 г.).
Недостатком указанного устройства является уменьшение щели охлаждающего тракта между экраном сферическим и корпусом сопла на форсажных режимах, в зависимости от степени форсирования, из-за разности температур экрана и корпуса, и коэффициентов линейного расширения. Изменение величины щели тракта охлаждения может привести или к прогарам экранов и корпуса при максимальных форсажных режимах или увеличенным потерям тяги при минимальных форсажах или максимальном бесфорсажном режиме из-за большой щели и увеличенному отбору воздуха на охлаждение соответственно. Указанное снижает надежность двигателя и уменьшает величину тяги на дроссельных режимах.
Задачей изобретения является обеспечение постоянной щели тракта охлаждения подвижного корпуса поворотного сопла на всех режимах работы двигателя.
Указанная задача достигается тем, что в известном поворотном сопле, содержащем неподвижный корпус с экраном, прикрепленным к его внутренней поверхности, и подвижный корпус со сферическим экраном, прикрепленным к его внутренней поверхности и установленным между неподвижным и подвижным корпусами, причем щели между экранами и корпусами образуют каналы для прохождения охлаждающего воздуха, согласно изобретению, сферический экран подвижного корпуса выполнен в виде секций, размещенных в окружном направлении, при этом на каждой секции в двух поясах попарно закреплены подвески с отверстиями в полках, в которые заведены цилиндрические пальцы, жестко прикрепленные к подвижному корпусу, причем в одном из поясов на одной подвеске палец установлен в отверстии без зазора, а на смежной подвеске - в овальном отверстии, выполненном в поперечном направлении относительно продольной оси сопла, а в другом поясе на одной подвеске палец установлен в овальном отверстии, выполненном в продольном направлении, а на смежной - в цилиндрическом отверстии с равномерным зазором.
Такая конструкция позволяет свободно увеличиваться секциям сферического экрана в продольном и поперечном направлениях при максимальной температуре без уменьшения щели между сферической поверхностью экрана и подвижным корпусом и обеспечивает минимально необходимые расчетные потери на охлаждение без прогаров на всех режимах работы двигателя, что увеличивает его надежность и необходимую тягу.
На фиг.1 показан продольный разрез поворотного осесимметричного сопла; на фиг.2 - вид А на сферический экран (подвижный корпус не показан); на фиг.3 - поперечное сечение сопла (сечение Б-Б).
Поворотное осесимметричное сопло содержит неподвижный корпус 1 с экраном 2, прикрепленным к его внутренней поверхности 3, и подвижный корпус 4 со сферическим экраном 5, прикрепленным к его внутренней поверхности 6 и установленным между неподвижным и подвижным корпусами 1 и 4. Между экранами 2 и 5 и корпусами 1 и 4 образованы щели 7, 8 и 9 - каналы для прохождения охлаждающего воздуха.
Сферический экран 5 состоит из секций 10, размещенных в окружном направлении, при этом на каждой секции 10 в двух поясах попарно закреплены подвески 11, 12, 13 и 14.
В полках 15 подвесок 11, 12, 13 и 14 выполнены отверстия 16, 17, 18 и 19, в которые заведены пальцы 20, неподвижно закрепленные на подвижном корпусе 4. При этом отверстие 16 выполнено по диаметру пальца без зазора, отверстие 17 выполнено с овалом поперек продольной оси секции, образуя зазор с пальцем 20 со стороны отверстия 16.
В другом поясе отверстие 18 выполнено цилиндрическим с диаметром, большим диаметра пальца 20 на величину термокомпенсации, а отверстие 19 выполнено с овалом, образующим с пальцем 20 зазор в сторону отверстия 16.
Таким образом, каждая секция 10 сферического экрана 5 зафиксирована во всех направлениях, но имеет зазоры в отверстиях 17, 18 и 19 в полках 15 подвесок для термокомпенсации при разнице температур секций 10 сферического экрана 5 и подвижного корпуса 4 в продольном и поперечном направлениях.
Каждая секция 10 сферического экрана 5 на одной из боковых сторон снабжена неподвижно закрепленными накладками 21 со стороны охлаждающего воздуха, посредством которой она сопрягается с соседней секцией, а на передней части секции 10 выполнены гофры 22 и установлены скобы 23.
Устройство работает следующим образом. При запуске двигателя щели 7, 8 и 9 заполняются охлаждающим воздухом из наружного контура, а вовнутрь сопла устремляются горячие газы турбины, которые подогревают экраны на гораздо большую температуру, чем корпус.
Секции экрана увеличивают свои размеры относительно корпуса в продольном и поперечном направлениях в пределах гарантированных зазоров между пальцами 20 и отверстиями 17, 18 и 19 в полках 15 подвесок 12, 13 и 14.
При поворотах подвижного корпуса 4 относительно неподвижного корпуса 1 экран 2 неподвижного корпуса, соприкасаясь с секциями 10 сферического экрана, 5 стремится сместить секции относительно подвижного корпуса 4, а именно на вертикальной оси - в продольном направлении, на горизонтальной оси (там, где расположены оси вращения подвижного корпуса) - в поперечном направлении, а в остальных местах - в продольном и поперечном направлениях одновременно.
Секции 10 экранов 5, опираясь на боковые торцы овальных отверстий 17 и 19 и по диаметру отверстия 18, остаются неподвижными относительно корпуса 4. Полки 15 подвесок 11, 12, 13 и 14, опираясь на головки 24 пальцев 20, предохраняют перемещение секций 10 в радиальном направлении под действием перепада давлений на экране.
При работе сопла скобы 23 секций воспринимают силы от перепада давлений на переднюю часть секций 10 в сторону их перемещения к корпусу из-за потери полного давления охлаждающего воздуха при повороте в канал между сферическим экраном 5 и корпусом 4.
Накладки 21 герметизируют стыки секций, а также вместе с гофрами 22 придают жесткость секций 10 в продольном направлении.
Предложенное устройство обеспечивает надежное крепление сферических секций экрана к подвижному корпусу сопла при поддержании равномерной в окружном направлении щели охлаждающего тракта, что способствует эффективному охлаждению поворотного осесимметричного сопла и повышает надежность работы двигателя. Конструкция крепления сферических секций экрана к корпусу сопла облегчает сборку сопла и обеспечивает его ремонтопригодность.