РАЗГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО
TURBOJET ENGINE UNLOADER, AND TURBOJET ENGINE WITH SAID UNLOADER

Настоящее изобретение относится к области авиационных турбореактивных двигателей с истечением первичного и вторичного воздуха.
Более конкретно, оно относится к разгрузочным устройствам для турбореактивных двигателей и к турбореактивному двигателю, снабженному таким разгрузочным устройством.
Известен авиационный турбореактивный двигатель с истечением первичного и вторичного воздуха, содержащий первичный поток истечения газа и вторичный поток истечения газа, которые разделены промежуточной оболочкой, которая является структурной деталью. В первичном потоке по ходу истечения газа от начала к концу размещены компрессор низкого давления и компрессор высокого давления. Сжатый таким образом воздух поступает в камеру сгорания, в которой смешивается с топливом под давлением, которое поджигается, для передачи на выходе из камеры сгорания энергии турбине высокого давления, которая вращает компрессор высокого давления, затем турбину низкого давления. Давление выходящего из турбин газа добавляется к общему давлению газа вторичного потока для обеспечения движения самолета.
При некоторых режимах полета количество воздуха, вырабатываемого компрессором низкого давления, является повышенным для правильного функционирования турбореактивного двигателя, поэтому существует необходимость в переводе части этого воздуха во вторичный поток, чтобы избежать феномена рыскания, вызванного отрывом струек жидкости, стекающих вдоль лопастей, вызывающих нестабильность обтекания.
Отвод воздуха называется также воздушной разгрузкой. Он осуществляется разгрузочным устройством.
Широко известное разгрузочное устройство выполнено в виде подвижных шарнирных заслонок, одновременно приводимых в действие приводными средствами. Такое разгрузочное устройство с заслонками описано в патенте US 3638428. Пример устройства с заслонками представлен на фиг. 10, на котором показан первичный поток воздуха 110, при этом устройство содержит компрессор низкого давления 112, и поток вторичного воздуха 114, который окружает первичный поток воздуха 110. Оба потока 110, 114 являются кольцевыми и разделены межпотоковым отсеком 117, выполненным в виде кольцевого отсека с внутренней оболочкой 116 и внешней оболочкой 118. Промежуточная оболочка 120, являющаяся структуральной, простирается на секцию турбореактивного двигателя и связывает внутреннюю оболочку 116 и внешнюю оболочку 118. Промежуточная оболочка 120 содержит удерживающие рычаги 122, которые простираются радиально от внешней оболочки 118 внутрь потока 114. Эти удерживающие рычаги 22 позволяют передать усилие двигателя на структуру самолета. Их обычно бывает от восьми до двенадцати.
Выше удерживающих рычагов 122 внутренний поток 114 содержит также систему выходных направляющих лопаток, которые радиально простираются от внешней оболочки 118 и функцией которых является выравнивание потока воздуха после его прохождения через лопатки вентилятора (не показанного на чертеже).
Течение в первичном потоке 110 показано стрелкой 190. Течение во вторичном потоке показано стрелкой 192. Разгрузка или отвод воздуха от первичного потока 110 во вторичный поток 114 представлено стрелкой 194. Разгрузка осуществляется через внутренние отверстия 126 внутренней оболочки 116 и внешние отверстия 128 внешней оболочки 118 посредством подвижных задвижек 130, размещенных во внутреннем отсеке 117 между внутренней оболочкой 116 и внешней оболочкой 116. Подвижные задвижки 130 приводятся в действие гидроцилиндрами 164 таким образом, чтобы синхронно закрыть внутренние отверстия 126. Внешние отверстия 128 не перекрываются. Они выполнены в виде решетки, распределенной по окружности внешней оболочки 118, и размещены на уровне промежуточной оболочки между удерживающими рычагами 122.
Устройство разгрузки из известного уровня техники, которое было описано выше со ссылкой на фиг.10, не соответствует концепции современных турбореактивных двигателей, габариты и массу, согласно которой стараются уменьшить их. Для этого стремятся уменьшить радиальный размер турбореактивных двигателей, и было предложено поместить выходные направляющие лопатки в ту же аксиальную секцию промежуточной оболочки, что и удерживающие рычаги, и даже придать удерживающим рычагам направляющие профили. Например, на промежуточной оболочке размещаются удерживающие рычаги, между которыми распределены направляющие лопатки. Как следствие, в этой секции не остается места для размещения открытых наружу решеток, необходимых для разгрузки. Кроме того, даже если было бы возможно выделить место для размещения и позиционирования таких разгружающих решеток, имеются другие причины для опасений. Действительно, первичный поток (стрелки 190) часто содержит загрязнения, такие как льдинки, при попадании которых в разгрузочный поток (стрелки 194) могут быть разрушены выходные направляющие лопатки, размещенные между удерживающими рычагами, так как направляющие лопатки выполнены, как правило, из композитного материала или алюминия.
Изобретение имеет задачей устранение указанных выше недостатков. Для решения поставленной задачи предлагается устройство для разгрузки, позволяющее осуществить отвод воздуха из первичного потока во вторичный и которое соответствует концепции турбореактивного двигателя, в котором выходные направляющие лопатки размещены в той же секции, что и удерживающие рычаги.
В соответствии с первым аспектом изобретение относится к устройству разгрузки, предназначенному для отвода части первичного потока к вторичному потоку турбореактивного двигателя, при этом указанный турбореактивный двигатель имеет первичный поток истечения воздуха и вторичный поток истечения воздуха, между которыми находится отсек с внутренней оболочкой, отделяющей указанный первичный поток, и внешней оболочкой, отделяющей указанный вторичный поток, при этом указанный турбореактивный двигатель имеет промежуточный картер, снабженный входной и выходной стенками, причем устройство разгрузки содержит внутренние отверстия внутренней оболочки, размещенные на входе промежуточного картера; внешние отверстия внешней оболочки, размещенные на выходе промежуточного картера; линию разгрузки, связывающую указанные внутренние отверстия с указанными внешними отверстиями через промежуточный отсек; средства перекрывания, способные открывать и закрывать указанную линию разгрузки, отличающееся тем, что линия разгрузки содержит отверстия на входе промежуточного картера; отверстия на выходе промежуточного картера; кольцевой канал, размещенный между промежуточным картером, внешней оболочкой и связывающей камерой, при этом указанная связывающая камера опирается на промежуточный картер таким образом, чтобы закрыть его входные отверстия в указанный канал, и опирается на внешнюю оболочку таким образом, чтобы закрыть внешние отверстия в указанном кольцевом канале.
Предпочтительно, чтобы входные отверстия промежуточного кожуха были выполнены во входной стенке последнего, а выходные отверстия были выполнены в выходной стенке последнего.
Предпочтительно также, чтобы устройство разгрузки содержало коллектор, размещенный на входе промежуточного кожуха и содержащий разгрузочные проходы, соединяющие внутренние отверстия внутренней оболочки и входные отверстия промежуточной оболочки.
Предпочтительно также, чтобы разгрузочное устройство содержало столько же отверстий на входе, сколько и на выходе, и, кроме того, содержало направляющие трубы, установленные между входной стенкой промежуточного кожуха, при этом каждая направляющая труба должна связывать одно входное отверстие с соответствующим выходным отверстием.
Средство перекрывания содержит разгрузочное кольцо, снабженное разгрузочными окнами и размещенное на входе промежуточного кожуха. Указанное разгрузочное кольцо способно перемещаться вращаясь вокруг оси, между положением открывания линии разгрузки, в котором каждое упомянутое разгрузочное окно соответствует, по меньшей мере, частично, проходам линии разгрузки, и положением закрывания линии разгрузки, в котором каждое разгрузочное окно не соответствует указанным проходам линии разгрузки.
В положении полного открывания линии разгрузки каждое разгрузочное окно разгрузочного кольца полностью совпадает с разгрузочным проходом коллектора. В положении полного закрывания линии разгрузки каждое разгрузочное окно разгрузочного кольца не совпадает с частью разгрузочного прохода коллектора.
Средства перекрывания содержат приводные средства указанного разгрузочного кольца для управления перемещением последнего между указанными позициями полного открывания и полного закрывания линии разгрузки.
Средства привода содержат, по меньшей мере, одну направляющую прорезь, выполненную во входной стенке промежуточного кожуха по кольцевому направлению.
Средства привода содержат, по меньшей мере, одну ось управления разгрузочным кольцом. Ход оси ограничен краями указанной направляющей прорези.
Средства привода содержат, по меньшей мере, один гидроцилиндр, сочлененный с указанной осью управления и размещенный внутри отсека между верхней и нижней стенками промежуточного кожуха.
В соответствии с другим вариантом, изобретение относится к турбореактивному двигателю, содержащему устройство разгрузки по первому варианту.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие фигуры, в числе которых:
фиг.1 изображает в аксиальном разрезе разгрузочное устройство по изобретению;
фиг.2 изображает в аксонометрии разгрузочное устройство по изобретению в продольном разрезе;
фиг.3 изображает вид в аксонометрии крупным планом разгрузочного устройства в разрезе по продольной оси, представляющий соединение разгрузочного кольца с коллектором;
фиг.4 изображает вид в аксонометрии перед разгрузочным кольцом;
фиг.5 изображает вид в аксонометрии за коллектором;
фиг.6-8 изображают вид в аксонометрии комплекса, образованного коллектором и кольцом разгрузки, когда линия разгрузки полностью открыта, частично открыта и полностью закрыта;
фиг.9 изображает вид в аксонометрии средства привода кольца разгрузки;
фиг.10 уже описанная, представляет вид в аксиальном разрезе разгрузочного устройства из известного уровня техники.
В дальнейшем термины «радиальный», «аксиальный» и «кольцевой» касаются турбореактивного двигателя, и термины «верхний» и «нижний» касаются направления течения газов в турбореактивном двигателе.
На фиг.1 представлена в осевом разрезе часть турбореактивного двигателя, центрованного вокруг промежуточной оболочки 20, и показана часть первичного потока, в котором циркулирует первичная струя 10, обозначенная стрелками 90, и вторичная струя 14, направление которой обозначено стрелками 92. Промежуточный картер содержит верхнюю стенку 202 и нижнюю стенку 204. Он содержит также удерживающие рычаги 22, которые простираются радиально во вторичном потоке 14 от внешней оболочки 18 и закреплены на верхней стенку 202 и нижней стенке 204. Он содержит также выходные направляющие лопатки, которые радиально размещены во вторичном потоке от внешней оболочки 18. В частности, межпотоковый отсек 17 содержит промежуточную часть, называемую межпотоковой полостью 19, ограниченную внешней оболочкой 18, внутренней оболочкой 16, верхней стенкой 202 промежуточного картера 20 и верхней стенкой 204 промежуточного кожуха 20.
Разгрузочный поток первичной струи 10 к вторичной струе 14 показан стрелками 94. Он выходит из первичной струи 10 через внутренние отверстия 26 внутренней оболочки 16 и проникает во вторичную струю через внешнее отверстие 28 внешней оболочки 18. Оно проходит через верхнее отверстие 32 верхней стенки 202 и нижнее отверстие 34 нижней стенки 204.
Между внутренними отверстиями 26 и верхними отверстиями 32 промежуточного картера 20 разгрузочный поток 94 направляется по коллектору 36. Коллектор 36 представлен в аксонометрии на виде сзади на фиг.5 и выполнен в виде кольцевой детали, имеющей верхнюю зону 38 и нижнюю зону 40. Верхняя зона 38 является кольцевой, которая является продолжением внутренней оболочки 16. Нижняя зона 40 содержит фиксирующий фланец 42 для ее фиксации на верхней стенке 202 промежуточного картера 20. Коллектор 36 содержит в нижней зоне 40 разгрузочные проходы 44 в количестве, равном количеству отверстий 32 верхней стенки 202. В иллюстрируемом примере количество разгрузочных проходов 44 равно десяти. Они простираются от внутренней поверхности 46 до нижней зоны 48 нижней зоны 40, при этом указанная нижняя зона 48 является площадью контакта между фиксирующим фланцем 42 и промежуточным картером 20, когда коллектор 36 прикреплен к нему. Они открываются во внутреннюю поверхность 46 внутренними отверстиями 50.
Между нижними отверстиями 34 промежуточного картера 20 и внешними отверстиями 28 разгрузочный поток 94 направляется по кольцевому каналу 52. Последний ограничен нижней стенкой 204 промежуточного картера 20, внешней оболочкой 18 сверху промежуточного картера 20 и соединительной камерой 54, которая связывает указанную внешнюю оболочку 18 и указанную внешнюю стенку 204 таким образом, чтобы перекрыть внешние отверстия 28 и нижние отверстия 34 в указанном кольцевом канале 52.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, который показан на чертежах, разгрузочный поток 94 проходит между верхними отверстиями 32 и нижними отверстиями 34 промежуточного картера 20 по направляющим трубам 56, которые проходят строго в аксиальном направлении через межпотоковую полость 19 межпотокового отсека 17, размещенного между верхней 202 и нижней 204 стенками промежуточного картера 20. При наличии направляющих труб 56 количество верхних отверстий 32 и нижних отверстий 34 должно быть одинаковым. В приводимом примере их количество равно десяти. Направляющие трубы 56 предпочтительно используются для направления полного разгрузочного потока 194, который в противном случае заполнял бы межпотоковую полость 19 межпотокового отсека 17 между верхней 202 и нижней 204 стенками промежуточного картера 20 с возможностью попадания в полость 19 таких фрагментов как лед или песок.
Коллектор 36, верхние отверстия 22, нижние отверстия 34, кольцевой канал 52 и направляющие трубы 56 при их наличии образуют цепь разгрузки 36, 56, 34, 52 между внутренними отверстиями 26 внутренней оболочки 16 и внешними отверстиями 28 внешней оболочки 18.
Разгрузочное устройство по изобретению содержит внутренние отверстия 26, отверстия 28 и линию разгрузки. Оно содержит также средства перекрывания 58, 60, 62, 64, 66 указанной линии разгрузки.
Средства перекрывания 58, 60, 62, 64, 66 содержат разгрузочное кольцо 58, представленное в аксонометрии на фиг.4. Разгрузочное кольцо 58 содержит разгрузочные окна 60, число которых, форма и размеры соответствуют числу, форме и размерам внутренних отверстий 50 коллектора 36. В рассматриваемом примере их число равняется десяти.
При сборке разгрузочное кольцо 58 центрируется по внутренней поверхности 46 коллектора 36 с возможностью быть провернутым между двумя крайними положениями. Точнее говоря, разгрузочное кольцо 58 установлено напротив внутренней поверхности 46 нижней зоны 40 коллектора 36 и приводится во вращение этой внутренней поверхностью 46.
Крайние положения так же, как и промежуточное положение частичного открытия, проиллюстрированы на фиг.6-8.
Фиг.6 представляет вид в аксонометрии разгрузочного кольца 58, сочлененного с коллектором 36 в положении полного открывания линии разгрузки, в котором разгрузочное кольцо 58 повернуто таким образом, что его разгрузочные окна 60 точно размещены напротив внутренних отверстий 50 разгрузочных проходов 44 коллектора 36.
Фиг.7 представляет вид в аксонометрии разгрузочного кольца 58, сочлененного с коллектором 36 в положении частичного открывания - или частичного закрывания - линии разгрузки, в котором разгрузочное кольцо 58 повернуто таким образом, чтобы его разгрузочные окна 60 частично перекрывали внутренние отверстия 50 разгрузочных проходов 44 коллектора 36 и частично перекрывали внутреннюю поверхность 46 последнего.
Фиг.8 представляет вид в аксонометрии разгрузочного кольца 58, сочлененного с коллектором 36 в положении полного перекрывания разгрузочной линии, в которой разгрузочное кольцо 58 повернуто таким образом, что его разгрузочные окна 60 не совпадают с внутренними отверстиями 50 разгрузочных проходов 44 коллектора 36, а совпадают с внутренней поверхностью последнего.
Средства перекрывания 58, 60, 62, 64, 66 содержат также средства привода 62, 64, 66 разгрузочного кольца 58, которое показано на фиг.9.
В примере выполнения, показанном на чертежах, разгрузочное кольцо 58 снабжено, по меньшей мере, одной управляющей осью 62, которая направлена строго в осевом направлении относительно разгрузочного кольца 58. Предпочтительно, разгрузочное кольцо 58 снабжено двумя управляющими осями 62. Такие управляющие оси 62 размещены между окнами 60 разгрузочного кольца 58. Каждая управляющая ось 62 соединена с гидроцилиндром 64, который размещен либо в межпотоковй полости 19 между верхней стенкой 202 и нижней стенкой 204 промежуточного картера 20, либо в межпотоковом отсеке 17. С этой целью каждая управляющая ось 62 проходит через верхнюю стенку 202 промежуточного картера 20. Точнее говоря, каждая управляющая ось 62 проходит через управляющую прорезь 66, выполненную в этой верхней стенке 202 между двумя верхними отверстиями. Управляющая ось 62 упирается в края управляющей прорези 66. Ход управляющей оси 62 ограничен краями управляющей прорези 66. Последняя размещена таким образом, чтобы ход управляющей оси 62 позволял разгрузочному кольцу 58 перемещаться между двумя крайними желаемыми положениями линии разгрузки. Таким образом, один из упоров управляющей оси 62 соответствует положению полного открывания разгрузочного кольца 58, в то время как другой упор управляющей оси соответствует положению полного закрывания разгрузочного кольца 58.
Фиг.3 представляет вид в аксонометрии и в поперечном разрезе линии разгрузки. Она представляет коллектор 36, закрепленный на верхней стенке 202 промежуточного картера 20, а также разгрузочное кольцо 58 и коллектор 36, сочлененные в положении полного открывания линии разгрузки. На разрезе видно внутреннее отверстие 26, разгрузочный проход 44 и верхнее отверстие 32. На этом чертеже видно, что внутренняя оболочка межпотокового отсека образована на этом уровне турбореактивного двигателя верхней зоной 38 коллектора 36 кольцевой деталью 70 и промежуточным картером 20. Кольцевая деталь 70 является частью кольцевой связи, жестко соединенной с верхней стенкой 202 промежуточного картера 20 с помощью средств фиксации 72, например болтов, и на которой центрируется разгрузочное кольцо 58. С целью упрощения направляющие трубы 56 не показаны на фиг.3.
Фиг.2 представляет в уменьшенном виде аксонометрию и разрез линии разгрузки. На ней показан коллектор 36, жестко закрепленной на верхней стенке 202 промежуточного картера 20. Этот чертеж представляет также нижнее отверстие 34 нижней стенки 204 промежуточного картера 20 и верхнее отверстие 26 внешней оболочки 18, а также кольцевой канал 52. Последний образован внешней оболочкой 18, нижней стенкой 204 промежуточного картера 20 и соединительной камерой 54. Кроме того, фиг.2 показывает выходные направляющие лопасти 24 и удерживающий рычаг 22, жестко установленные на верхней 202 и нижней 204 стенках внутреннего картера 20. С целью упрощения на фиг.2 не показаны направляющие трубы 56.