УСТРОЙСТВО РЕВЕРСИРОВАНИЯ ТЯГИ ДЛЯ МАЛОГАБАРИТНОГО СОПЛА
THRUST REVERSING DEVICE FOR SMALL-SIZE NOZZLE

Настоящее изобретение относится к многоконтурному турбореактивному двигателю, в частности двухконтурному, с разделенными потоками - холодным потоком, образующим кольцевой поток, концентрический к первичному потоку, и выбрасываемым через сопло, отдельное от первичного потока. Изобретение касается, конкретнее, реверсора тяги, установленного в гондоле, образующей кожух вентилятора.
Известный уровень техники
Современная тенденция заключается в разработке двигателей с большой степенью двухконтурности, поскольку они позволяют увеличить их мощность и улучшить удельный расход. Увеличение степени двухконтурности, однако, сопровождается увеличением массы гондолы, в частности обтекателя вентилятора, и образуемого им лобового сопротивления. Данные факторы снижают ожидаемые выгоды по расходу.
Решение, направленное на устранение данной проблемы, заключается в уменьшении длины этой части гондолы, образующей обтекатель вторичного потока. Более короткая и более легкая она приводит к меньшему лобовому сопротивлению. В связи с этим были предложены сверхкороткие гондолы.
В этом случае необходимо решить проблему размещения реверсора тяги вторичного потока, поскольку пространство, имеющееся в гондоле на уровне элемента сопла, ниже по потоку от промежуточного корпуса, оказывается небольшим. Известные устройства реверсирования тяги вторичного потока не совместимы со сверхкороткими гондолами, поскольку они, в частности, содержат полную систему тяг и решеток реверсирования тяги, которая должна быть размещена в сопле и, таким образом, нуждается в относительно длинном сопле.
Кроме того, для данного типа двигателя сечение тракта вторичного потока на выходе из сопла, как правило, определено таким образом, чтобы обеспечивать максимальную производительность для рабочей точки двигателя; например, оптимальное сечение выпуска выбирается в крейсерском режиме. Известно улучшение рабочих характеристик двигателя во всем диапазоне его рабочих режимов с соплом с изменяемым сечением. Осуществление такого сопла с изменяемым сечением вместе с тем представляет собой сложный процесс и требует размещения в гондоле механизма приведения в действие подвижных элементов, позволяющего изменять его сечение. Данный механизм будет взаимодействовать с механизмом устройства реверсирования тяги, и его габаритные размеры добавляются к габаритному размеру механизма управления реверсорами реактивной тяги вторичного потока. Проблема возникает, в частности, когда необходимо осуществить сверхкороткую гондолу; гондола предоставляет меньше пространства для размещения совокупности двух механизмов.
Сущность изобретения
Первой задачей изобретения является расположение механизма реверсирования тяги, который позволяет включить в состав гондолу сверхкороткого типа.
Задачей изобретения также является расположение механизма управления сечением сопла, связанное с расположением механизма реверсирования тяги.
Данные задачи достигаются посредством гондолы двухконтурного турбореактивного двигателя, гондолы, образующей кожух вентилятора, содержащая первый элемент обтекателя, расположенный выше по потоку, и второй элемент обтекателя, образующий сопло; причем второй элемент является подвижным в поступательном перемещении между передним положением, в котором он обеспечивает аэродинамическую целостность гондолы, и положением ниже по потоку, в котором раскрываются отверстия реверсирования потока; причем устройство реверсирования тяги расположено в гондоле и содержит створки-реверсоры вторичного потока, а также решетки для радиального направления потока.
Гондола согласно изобретению отличается тем, что решетки для радиального направления потока являются подвижными в поступательном перемещении вдоль оси гондолы между положением, в котором они убраны в первый элемент обтекателя, и активным положением направления потока; причем второй элемент обтекателя вентилятора жестко соединен с упомянутыми решетками для направления; и тем, что створки-реверсоры установлены подвижными во вращении вокруг осей, поперечных относительно оси гондолы, и жестко соединенными с решетками для направления.
Если в известном уровне техники устройство реверсирования тяги расположено внутри подвижного элемента гондолы, то в данном случае это устройство размещено в первом элементе обтекателя, и, таким образом, согласно решению в соответствии с изобретением, более не представляется необходимым резервировать такой объем внутри подвижного элемента гондолы. Подвижный элемент, т.е. второй элемент обтекателя, образующий сопло, таким образом, может быть таким коротким, как это требуется.
Согласно другому признаку, достаточно, чтобы неподвижный первый элемент обтекателя поддерживал направляющие рельсы для решеток, проходящие в направлении ниже по потоку. Когда подвижный второй элемент находится в положении выше по потоку, на этапе полета, он покрывает направляющие рельсы, которые, таким образом, оказываются внутри подвижного второго элемента.
Предпочтительно, решетки, а также второй элемент обтекателя жестко соединены с синхронизирующим кольцом, перпендикулярным оси двигателя. Кольцо позволяет приводить в движение узел посредством приводных механизмов, установленных в первом элементе обтекателя выше по потоку.
Приведение во вращение створок-реверсоров может, таким образом, управляться в зависимости от осевого положения решеток - убранного или выдвинутого. Точнее, створки-реверсоры управляются на вращение посредством тяг, расположенных в первом элементе обтекателя вентилятора.
Данные тяги, согласно способу осуществления, установлены скользящими параллельно направляющим рельсам; причем один конец тяг шарнирно закреплен на створках-реверсорах, а другой конец скользит в гнезде первого элемента обтекателя гондолы. В частности, когда решетка совершает поступательное перемещение вдоль рельс, тяги направляются в поступательном перемещении вдоль направляющих рельс, препятствуя, таким образом, раскрытию створок, а когда решетка приходит к концу хода, то расположение приводит их к поворачиванию вокруг оси, перпендикулярной направляющим рельсам, запуская, таким образом, поворот створок-реверсоров в положение отклонения потока. Вторичный поток отклоняется при прохождении через решетки для радиального направления.
Преимуществом решения, согласно изобретению, является предоставление возможности комбинировать управление реверсором тяги с изменением сечения трубки тракта выбрасываемого воздуха. В этом случае второй элемент образует вместе с обтекателем центрального корпуса турбореактивного двигателя сечение потока, изменяемое в зависимости от положения второго элемента обтекателя, образующего сопло. Для этого достаточно, чтобы подвижная часть была достаточно покрыта статичной частью для того, чтобы на первом участке хода подвижной части сопло оставалось закрытым и не обеспечивало подачу в решетки.
Таким образом, сечение тракта вторичного потока увеличивается, когда второй элемент приводится в движение из своего положения выше по потоку на части своего передвижения в направлении ниже по потоку, причем устройство реверсирования тяги становится на место, когда второй элемент, образующий сопло, продолжает свое передвижение в направлении ниже по потоку.
Краткое описание фигур
Фиг.1 изображает вид сбоку двухконтурного газотурбинного двигателя со сверхкороткой гондолой.
Фиг.2 изображает продольный разрез половины двигателя, представленного на фиг.1.
Фиг.3 представляет собой вид реверсора тяги в активном положении в разрезе в перспективе, показанный в три четверти сзади.
Фиг.4 представляет собой вид в разрезе реверсора в полетном положении.
Фиг.5 представляет собой вид, соответствующий представленному на фиг.4, и изображает направление передвижения элементов сопла для увеличения сечения выпуска при заходе на посадку и при посадке летательного аппарата.
Фиг.6, 7 и 8 представляют собой разрезы в перспективе, показанные спереди в три четверти, изображающие выдвижение реверсора тяги.
Фиг.9 и 10 представляют собой разрезы в перспективе, показанные спереди в три четверти, изображающие закрытие реверсора.
Подробное описание способа осуществления изобретения
На фиг.1 изображен пример двухконтурного турбореактивного двигателя. Он содержит аэродинамический цилиндрический кожух отсека вентилятора, который в дальнейшем называется гондолой 10 или гондолой вентилятора. На данной фигуре, справа от гондолы 10, изображен цилиндрический обтекатель первичного потока 14, он имеет меньший диаметр. Вторичный поток выбрасывается в атмосферу в кольцеобразное пространство, образованное между гондолой 10 и центральным корпусом. Расположенное ниже по потоку реактивное сопло 6 определяет границу кольцевого тракта первичного потока.
На фиг.2 изображен частичный продольный разрез половины двигателя 1. Двигатель 1 содержит (в направлении слева направо) расположенный выше по потоку вентилятор 2, находящийся ниже по потоку от элемента 11 гондолы 10, образующего воздухозаборник. Воздух, засасываемый вентилятором, разделяется на два концентрических потока - первичный P и вторичный S. Поток первичного воздуха P повторно сжимается для сгорания в камере сгорания, затем расширяется, проходя через одну или несколько ступеней турбины, приводящих в движение роторы компрессора, в том числе вентилятор 2. Данная часть двигателя детально не рассматривалась и представлена просто блоком 4. Первичный поток выбрасывается в сопло 5, расположенное ниже по потоку, кольцевого первичного потока вдоль реактивного сопла 6. Обтекатель образует кожух данной части двигателя. Этот обтекатель обозначают как обтекатель первичного потока 14.
Масса засасываемого воздуха, а затем вторичный поток оказываются заключенными в корпусе вентилятора 21. Вторичный поток ниже по потоку от вентилятора проходит через поперечины промежуточного корпуса 22 и, возможно, сопловые лопатки, затем выбрасывается в атмосферу вдоль обтекателя 14 первичного потока. Гондола 10 окружает корпус вентилятора 21 и промежуточный корпус 22. Гондола 10 образована ниже по потоку от воздухозаборника 11 первого элемента обтекателя 12, который проходит вдоль корпуса вентилятора и обечайки промежуточного корпуса 22. Ниже по потоку от промежуточного корпуса 22 гондола 10 содержит второй элемент обтекателя 13. Данный второй элемент обтекателя 13 образует с обтекателем 14 первичного потока, сопло выпуска вторичного потока.
Двигатель оснащен устройством реверсирования тяги, посредством которого вторичный поток может быть отведен радиально и в направлении выше по потоку таким образом, чтобы аннулировать реактивную тягу и создать обратную реактивную тягу торможения летательного аппарата при его рулении по земле.
Существуют различные устройства, обеспечивающие осуществление данной функции. Изобретение относится к устройству реверсирования тяги, содержащему элемент, который образует сопло вторичного потока, подвижный в направлении ниже по потоку, раскрывая при этом створки-реверсоры и открывая проходы вдоль гондолы, через которые поток, блокированный створками-реверсорами, отводится радиально в направлении наружу двигателя; решетки размещены в отверстиях для направления потока.
На фиг.3 изображено устройство реверсирования потока в активном положении. На фиг.4 и 5 изображены другие детали. Устройство содержит решетку или множество решеток 15, подвижных вдоль внутренней стенки первого элемента обтекателя 12 между положением, в котором она полностью убрана внутрь данного первого элемента 12, и активным положением, изображенным на фигуре. Решетка содержит радиальные лопатки, изогнутые в направлении выше по потоку, параллельные друг другу и разнесенные на расстояние друг от друга. Их задачей является направление потока, который проходит через решетку, радиально и в направлении выше по потоку.
Пространство 12A образовано между обечайкой 221 промежуточного корпуса (фиг.5) и элементом 12 обтекателя для размещения механизмов реверсора тяги. Поперечная стенка, соединяющая первый элемент 12 с обечайкой 221, ограничивает расположенный выше по потоку край радиального отверстия в гондоле и образует край отклонения 121 потока.
В данном пространстве также содержатся приводные механизмы 19 приведения в действие реверсора тяги; речь может идти о силовых цилиндрах.
Решетка 15 направляется во время своего передвижения спереди назад посредством множества направляющих рельс 122. Данные рельсы проходят от края отклонения 121 параллельно оси гондолы. Длина данных рельсов соответствует расстоянию максимального раскрытия решетки. Решетка содержит, например, направляющие, которые опираются на рельсы вдоль ее передвижения.
Решетка 15 содержит множество радиальных узлов 151, на конце которых крепится синхронизирующее кольцо 16. Данное кольцо перпендикулярно оси гондолы. Кольцо соединено с подвижными стержнями (фиг.4) приводных механизмов 19.
На данных узлах 151 или, естественно, синхронизирующем кольце установлены и шарнирно закреплены створки-реверсоры 17. Створки содержат вилки 17a, через которые проходят оси 151a (фиг.4), перпендикулярные оси гондолы, которые также проходят через узлы. Следовательно, створки могут поворачиваться вокруг осей 151а узлов 151 решеток 15.
Второй элемент 13 обтекателя крепится к решетке 15. Таким образом, когда решетка осуществляет поступательное перемещение, она увлекает за собой створки-реверсоры 17 и второй элемент 13 обтекателя. Данный элемент 13 содержит внешнюю стенку 131 и внутреннюю стенку 132. Эти две стенки соединяются ниже по потоку для образования расположенного ниже по потоку края гондолы.
Поворот створок управляется посредством тяг 18. Тяги проходят параллельно направляющим рельсам 122, вдоль и под ними (направляющими рельсами). Расположенный ниже по потоку конец тяг прикреплен к створкам 17. Створки содержат внутреннюю вилку 17b, расположенную ниже по потоку относительно вилок 17a. Через данную вилку 17b проходит ось 18b, которая также проходит через расположенный ниже по потоку конец тяг 18.
Расположенная выше по потоку часть тяг 18 содержит направляющую 18C (фиг.6), в которой скользит стопорный штифт 124, жестко соединенный с краем отклонения 121 (фиг.3). Тяги скользят в прорези 121a, выполненной в краю 121, и останавливаются посредством стопорного штифта 124, когда он приходит к концу хода направляющей 18c.
Тяги 18 опираются на ролик 122a, закрепленный на нижнем краю направляющих рельс 122. Ролики для тяг образуют упоры в направлении наружу. Верхний край тяг, контактирующий с роликами, содержит выемку 18a. Тяги являются подвижными вдоль рельсов. Когда ролик 122a катится между выемкой 18a и осью 18b, он ограничивает тягу в положении, параллельном рельсам. Когда ролик находится между расположенным выше по потоку краем тяг 18 и выемкой 18a, тяга может поворачиваться наружу. Поскольку расположенный ниже по потоку конец соединен со створкой 17, тяга заставляет створку поворачиваться наружу.
Описание работы реверсора приводится со ссылкой на фиг.4-10.
На фиг.4 показано конфигурация в полете; второй элемент 13 обтекателя находится в положении выше по потоку. Реверсор полностью убран в гондолу. Выходное сечение тракта воздуха является минимальным.
На фиг.5 движение обозначено стрелками. Приводной механизм 19 толкает синхронизирующее кольцо 16 вправо и приводит в движение вправо узел реверсора и сопла. Створки по-прежнему закрыты, а сечение сопла увеличивается. С этой целью внутренняя стенка 132 и стенка обтекателя 14 выполнены взаимодополняющей формы. Данная конфигурация соответствует этапу захода на посадку и посадки летательного аппарата.
Как показано на фиг.6, приводной механизм - привод 19 - продолжает толкать кольцо 16. Тяга 18 направляется в поступательном перемещении вдоль направляющих рельс 122 за счет того, что ролик 122a опирается на ее верхнюю поверхность. Открытие створок затруднено.
Как показано на фиг.7, тяга 18 начинает упираться в стопорный штифт 124 (не показан). Она более не может перемещаться вправо. Выемка 18a тяги проходит место установки ролика, причем последний более не опирается на верхнюю поверхность тяги 18. Она свободна для поворота вокруг стопорного штифта, позволяя, таким образом, выполнять движение по открытию створок 17.
Как показано на фиг.8, реверсор тяги вышел, и пилот летательного аппарата может давать газ.
На фиг.9 и 10 изображено движение по закрытию реверсора. Приводной механизм 19 оттягивает синхронизирующее кольцо 16 влево. Ролик 122a опирается на выемку тяги 18 и мешает движению влево. Створка, таким образом, закрывается, и тяга стремится вновь занять горизонтальное положение. После занятия тягой горизонтального положения створка закрыта, и выемка тяги освобождена от ролика. Таким образом, тяга может перемещаться влево и направляться при поступательном перемещении посредством ролика, который в этом случае опирается на верхнюю поверхность тяги.
Изобретение за счет расположения механизма в первом элементе гондолы имеет преимущество, которое заключается в освобождении пространства в подвижном элементе, образующем сопло. Оно, таким образом, может быть уменьшено.
Управление тягой позволяет удерживать створки заблокированными на этапе изменения сечения сопла.