ВОЗДУХОЗАБОРНИК ДЛЯ ГОНДОЛЫ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
TURBOJET NACELLE AIR INTAKE

Изобретение относится к гондоле турбореактивного двигателя.
Если говорить в общих чертах, гондола летательного аппарата включает в себя воздухозаборник, среднюю секцию и нижнюю по потоку секцию. Используемый в данной заявке термин «нижний по потоку» относится к направлению, соответствующему направлению потока холодного воздуха, поступающего в турбореактивный двигатель. По аналогии, термин «верхний по потоку» относится к противоположному направлению.
Воздухозаборник находится выше по потоку от турбореактивного двигателя, назначение которого состоит в приведении летательного аппарата в движение. Ниже по потоку от воздухозаборника расположена средняя секция, охватывающая собой вентилятор турбореактивного двигателя. Еще ниже по потоку располагается нижняя по потоку секция, в которой, как правило, находятся средства реверса тяги, охватывающие камеру сгорания турбореактивного двигателя. Гондола оканчивается соплом, выпускное отверстие которого находится ниже по потоку от турбореактивного двигателя.
Воздухозаборник содержит по меньшей мере одну внешнюю панель, по меньшей мере одну внутреннюю панель и воздухозаборную кромку, которая имеет внутреннюю стенку, вводимую в контакт с воздушным потоком, поступающим в турбореактивный двигатель. Внешние панели (внешняя панель) обычно представляют собой цельное продолжение воздухозаборной кромки. Говоря другими словами, обычные внешние панели (внешнюю панель) нельзя рассматривать как размещенные на воздухозаборной кромке в результате установки.
Что касается внутренних панелей (внутренней панели), то воздухозаборная кромка крепится к ним съемным образом. Следовательно, подвижная структура, включающая в себя воздухозаборную кромку и внешние панели (внешнюю панель), может совершать перемещение относительно неподвижной структуры, включающей в себя внутренние панели (внутреннюю панель). Такая подвижная структура позволяет получать доступ к оборудованию, помещенному внутри гондолы, в случае проведения работ по его техобслуживанию.
Кроме того, внутренние панели (внутренняя панель) могут быть снабжены по меньшей мере одной акустической панелью, в частности, сотового типа, способной поглощать акустические помехи, создаваемые работающим турбореактивным двигателем.
Гондола также содержит перегородку, которая обычно закреплена на воздухозаборной кромке и ограничивает собою полость, в которой размещены кабели или различные средства, обеспечивающие функционирование гондолы, в частности, средства удаления льда с воздухозаборной кромки.
Средняя секция охватывает вентилятор турбореактивного двигателя. Эта секция прикреплена к воздухозаборнику неподвижным образом с помощью внутренних панелей (внутренней панели) или подвижным - с помощью внешних панелей (внешней панели), при этом она обеспечивает непрерывность аэродинамического обтекания.
Для проведения операций по техобслуживанию оборудования, размещенного внутри воздухозаборника, указанную подвижную структуру смещают вверх по потоку относительно средней секции при помощи направляющих средств. Такие направляющие средства представлены, как правило, системой рельсов.
Таким образом, при открытом положении, т.е. когда воздухозаборная кромка и внешние панели (внешняя панель) сдвинуты вверх по потоку, оператор получает доступ внутрь гондолы и может приступать к выполнению требуемых работ по техобслуживанию.
Однако в условиях полета воздухозаборник находится в закрытом положении, при котором указанная подвижная структура скреплена с внутренними панелями (внутренней панели) и со средней секцией.
Зона сопряжения подвижной и неподвижной структур гондолы обычно находится вблизи вышеупомянутой перегородки. В этой связи воздухозаборная кромка снабжена расположенным вблизи перегородки средством сопряжения, которое, как правило, представлено нижним по потоку Г-образным концом, выполненным с возможностью скрепления с ответным средством, находящимся напротив него и принадлежащим к внутренней панели.
Однако на предполетной стадии, т.е. когда турбореактивный двигатель находится на фазе ускорения при еще неподвижном самолете, воздухозаборная кромка подвергается действию высоких температур, достигающих 400°C. При таких тепловых нагрузках возникает значительное расширение материалов, из которых изготовлена воздухозаборная кромка. Это расширение приводит к существенному деформированию кромки, при котором создаются усилия, вытягивающие подвижную структуру вверх по потоку. В результате, в зоне сопряжения возникает большой зазор, разительно ухудшающий эксплуатационные характеристики турбореактивного двигателя.
Более того, поскольку внутренние панели (внутренняя панель) изготовлены, как правило, из композитных материалов, они подвергаются действию значительных тепловых нагрузок, ведущих к разрушению конструкции.
Соответственно основная задача изобретения заключается в разработке воздухозаборника для гондолы, лишенного указанных выше недостатков.
В соответствии с первым аспектом изобретения, поставленная задача решена путем создания воздухозаборника для гондолы турбореактивного двигателя, обеспечивающего направленное пропускание воздушного потока к вентилятору турбореактивного двигателя и содержащего по меньшей мере одну внешнюю панель, по меньшей мере одну внутреннюю панель и воздухозаборную кромку, которая снабжена внутренней стенкой, вводимой в контакт с воздушным потоком, поступающим в турбореактивный двигатель, а также перегородку, отделяющую воздухозаборную кромку от остальной части гондолы. Предложенный воздухозаборник характеризуется тем, что воздухозаборная кромка снабжена добавочным сегментом, выполненным с возможностью прикрепления к внутренней панели и проходящим по существу по линии продолжения внутренней стенки в сторону нижней по потоку части воздухозаборника на длину, примерно равную по меньшей мере максимальному расстоянию между перегородкой и воздухозаборной кромкой.
Таким образом, предложенный воздухозаборник содержит воздухозаборную кромку, внутренняя стенка которой снабжена добавочным сегментом, проходящим за пределы перегородки в сторону нижней по потоку части воздухозаборника. Это значит, что зона сопряжения, обеспечиваемая этим добавочным сегментом, смещена вниз по потоку на большее расстояние по сравнению с зоной сопряжения, присущей системам известного уровня техники. Благодаря этой особенности, указанная зона сопряжения больше не подвергается тепловым нагрузкам или подвергается им лишь в очень незначительной степени, и, следовательно, деформация воздухозаборной кромки уже не происходит, что исключает вероятность возникновения зазора в указанной зоне.
При этом не затрудняется доступ к находящемуся внутри гондолы оборудованию, равно как и к внутренним панелям (внутренней панели), в частности, к акустическому экрану.
В соответствии с другими вариантами изобретения, предложенный воздухозаборник характеризуется перечисленными ниже одним или несколькими необязательными признаками, которые можно рассматривать как по отдельности, так и в разнообразных комбинациях:
- добавочный сегмент содержит элемент сопряжения, выполненный с возможностью прикрепления к ответному элементу сопряжения, установленному на внутренней панели; в результате, становится возможным прикреплять воздухозаборную кромку к внутренней панели съемным образом;
- добавочный сегмент установлен на внутренней стенке воздухозаборной кромки; в результате, при реализации изобретения становится возможным использовать обычные воздухозаборные кромки;
- добавочный сегмент представляет собой конструктивную панель с ячеистой сердцевиной, что позволяет повысить механическую прочность этого сегмента;
- указанная конструктивная панель является акустической, что позволяет увеличить акустическую поверхность и, тем самым, улучшить акустические свойства гондолы;
- добавочный сегмент представляет собой по существу непрерывное продолжение внутренней стенки воздухозаборной кромки, что облегчает сборку воздухозаборника;
- внутренняя стенка и добавочный сегмент представляют собой конструктивные панели с ячеистыми сердцевинами, что позволяет увеличить акустическую поверхность воздухозаборника;
- на добавочном сегменте в зоне сопряжения с внутренней панелью установлена усиливающая перегородка, которая повышает конструктивную прочность подвижной структуры, но не приводит к существенному возрастанию ее массы.
В соответствии с другим аспектом изобретения, предложена гондола для турбореактивного двигателя, снабженная указанным воздухозаборником.
Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, причем приведенное описание не следует рассматривать как ограничение объема патентных притязаний данного изобретения. На указанных чертежах:
фиг.1 в аксонометрии изображает гондолу, снабженную предложенным воздухозаборником, который показан в своем раскрытом положении;
фиг.2 в продольном сечении изображает фрагмент предложенного воздухозаборника, который показан в своем закрытом положении;
фиг.3 в продольном сечении изображает фрагмент показанного на фиг.2 воздухозаборника, находящегося в раскрытом положении;
фиг.4 в продольном сечении изображает альтернативный вариант показанного на фиг.2 воздухозаборника, находящегося в закрытом положении;
фиг.5 в продольном сечении изображает другой альтернативный вариант показанного на фиг.2 воздухозаборника, который показан в своем раскрытом положении;
фиг.6 в продольном сечении изображает еще один альтернативный вариант показанного на фиг.2 воздухозаборника, находящегося в закрытом положении.
Как следует из фиг.1, гондола 1, снабженная предложенным воздухозаборником, образует трубчатый корпус турбореактивного двигателя (не показан), обеспечивающий направленное пропускание создаваемых им воздушных потоков с образованием внутренних и внешних линий обтекания, необходимых для достижения оптимальных эксплуатационных показателей. Внутри гондолы находятся различные компоненты, необходимые для работы турбореактивного двигателя, а также некоторые вспомогательные системы, например, система реверса тяги.
Гондола 1 пилоном 3 прикреплена к какой-либо неподвижной структуре летательного аппарата, например к крылу 2.
Если говорить более подробно, гондола 1 включает в себя предложенный воздухозаборник 4, расположенный в верхней по потоку части, среднюю секцию 5, охватывающую вентилятор (не показан) турбореактивного двигателя, и нижнюю по потоку секцию 6, которая охватывает турбореактивный двигатель и в которой обычно размещена система реверса тяги (не показана).
В состав средней секции 5 входит кожух 9, прикрепленный одним из своих концов к воздухозаборнику 4 с обеспечением непрерывности линий обтекания.
Воздухозаборник 4 разделен на три зоны. Первая зона, находящаяся выше всего по потоку, представляет собой воздухозаборную кромку 4a, обеспечивающую оптимальный забор воздуха, нагнетаемого в направлении турбореактивного двигателя для его подвода к вентилятору и внутренним компрессорам турбореактивного двигателя. Вторая зона - это секция 4b, присоединенная к одному из концов воздухозаборной кромки 4a и включающая по меньшей мере одну внешнюю панель 40. Третья зона - секция 4c, присоединенная к другому концу воздухозаборной кромки 4a и включающая по меньшей мере одну внутреннюю панель 41.
Внутренние панели (внутренняя панель) 41 обеспечивают надлежащее проведение воздуха к лопастям (не показаны) вентилятора. Поэтому эти панели (панель) 41 прикреплены своим нижним по потоку концом с помощью крепежных скоб к верхнему по потоку концу кожуха 9. В результате, внутренние панели (внутренняя панель) 41 образуют вместе со средней секцией 5 структуру, которая является неподвижной относительно гондолы 1. Кроме того, эти панели (панель) могут включать в себя акустический экран, служащий для ослабления шума, обусловленного работой турбореактивного двигателя и вибрациями указанной структуры. Такой акустический экран образован, как правило, сотовой или любой иной известной структурой, способной поглощать шум.
Внутренние панели (внутреннюю панель) 41 обычно изготавливают из композитного материала, содержащего углерод, или даже из алюминия.
Согласно изобретению, воздухозаборная кромка 4a прикреплена к внешним панелям (внешней панели) 40 с образованием единого отсоединяемого элемента, называемого подвижной структурой. В этой связи воздухозаборная кромка 4a может быть выполнена за одно целое с внешними панелями (внешней панелью) 40.
Внешние панели (внешнюю панель) 40 изготавливают, как правило, из композитного материала, содержащего углерод, или даже из алюминия.
Воздухозаборную кромку 4а выполняют, как правило, из алюминия, титана или любого другого известного высокотемпературного композитного материала.
Чтобы обеспечить возможность отвода подвижной структуры вверх по потоку от гондолы 1, гондолу обычно снабжают направляющими средствами 15, обеспечивающими по существу прямолинейное перемещение внешних панелей (внешней панели) 40 в направлении вверх по потоку от гондолы 1, с тем чтобы можно было раскрыть воздухозаборник 4 для проведения техобслуживания. В качестве примера системы рельсов можно назвать системы, описанные в заявке FR 2906568, например, рельсовые каретки; расположенный в желобе рельс, взаимодействующий с направляющей системой; систему роликовых салазок, взаимодействующих с соответствующим рельсом; а также продольный валик, совершающий скользящее перемещение через соответствующее отверстие.
Предложенный воздухозаборник 4 содержит также перегородку 45, отделяющую воздухозаборную кромку 4a от остальной части воздухозаборника. Эта перегородка ограничивает полость 47, в которой размещается различное оборудование, способствующее надлежащему функционированию гондолы 1, например, противообледенительные устройства.
Если рассмотреть предложенный воздухозаборник 4 в продольном сечении, то можно видеть, что максимальное расстояние между перегородкой 45 и воздухозаборной кромкой 4a - это расстояние, обозначенное как d. В данном случае максимальное расстояние d соответствует расстоянию между перегородкой 45 и наиболее удаленной от нее в продольном сечении точкой воздухозаборной кромки 4a. Данное расстояние d равно, как правило, протяженности полости 47.
Перегородка 45 изготовлена, как правило, из алюминия, титана или любого другого известного высокотемпературного композитного материала.
Воздухозаборная кромка 4a содержит также добавочный сегмент 60, выполненный с возможностью прикрепления к внутренней панели 41 и проходящий за пределы перегородки 45, по существу по линии продолжения внутренней стенки 70, на длину l, примерно равную по меньшей мере указанному максимальному расстоянию d между перегородкой 45 и воздухозаборной кромкой 4a.
Поскольку добавочный сегмент 60 проходит в направлении нижней по потоку части предложенного воздухозаборника, а в более общем смысле, гондолы 1, зона сопряжения между внутренними панелями 41 и добавочным сегментом 60 уже не испытывает действие деформации воздухозаборной кромки 4a, или испытывает его лишь в очень незначительной степени. Соответственно, в указанной зоне уже не возникает зазор между внутренней панелью 41 и добавочным сегментом 60, или этот зазор очень незначителен. Благодаря отсутствию такого зазора возрастает срок службы воздухозаборника 4 по сравнению с воздухозаборниками известного уровня техники и снижается вероятность разрыва зоны крепления в условиях полета летательного аппарата. Кроме того, благодаря сохранению непрерывности линий обтекания, не нарушаются аэродинамические характеристики.
Следует также отметить, что в такой системе уже не может возникнуть зазор в указанной зоне сопряжения, обусловленный тепловой деформацией воздухозаборной кромки 4a, что позволяет сохранить надежное крепление в условиях полета летательного аппарата.
Длина l добавочного сегмента 60 лежит обычно в пределах от 50 до 400 мм, в частности от 150 до 300 мм, например, равна 200 мм. При такой длине добавочный сегмент 60 обеспечивает зону сопряжения, не подверженную действию деформаций воздухозаборной кромки 4а или подверженную им лишь в незначительной степени.
Добавочный сегмент 60 выполняют обычно из алюминия или углеродного композитного материала.
В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения, представленным на фиг.2 и 3, добавочный сегмент 60 установлен на внутренней стенке 70 воздухозаборной кромки 4a. Данное обстоятельство позволяет применять настоящее изобретение в отношении обычных известных воздухозаборных кромок. Установку добавочного сегмента 60 можно осуществить, например, при помощи соединительных накладок или любых иных известных средств.
В данном случае в качестве добавочного сегмента 60 целесообразно использовать конструктивную панель с ячеистой сердцевиной, что позволит в еще большей степени повысить механическую прочность этого добавочного сегмента 60.
Согласно предпочтительному варианту изобретения, указанная конструктивная панель представляет собой акустическую панель, что позволяет увеличить площадь акустической поверхности и, тем самым, улучшить акустические характеристики гондолы 1.
Чтобы повысить эффективность поглощения шума, акустическую обработку внутренней панели 41 и добавочного сегмента 60 можно выполнять по-разному. В частности, для получения разных величин акустического сопротивления, можно изменить некоторые параметры акустической панели, например, глубину акустических ячеек, количество акустических слоев, диаметр акустических отверстий. Можно также предусмотреть переходную зону между двумя участками акустической обработки.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов изобретения, добавочный сегмент 60 снабжен элементом 62 сопряжения, выполненным с возможностью скрепления с ответным элементом 64 сопряжения, установленным на внутренней панели 41. В результате такого решения становится возможным прикреплять воздухозаборную кромку 4а к внутренней панели 41 разъемным образом. Элемент 64 сопряжения находится по существу напротив элемента 62 сопряжения, при этом он имеет форму, являющуюся по существу комплементарной форме указанного элемента 62.
В качестве элементов 62 и 64 сопряжения можно использовать любые сопрягаемые элементы, известные из уровня техники. При этом элементы 62 и 64 сопряжения могут также выполнять функцию центрирования подвижной структуры относительно неподвижной структуры. В качестве таких средств можно назвать жесткие центрирующие средства типа центрирующих штырей, взаимодействующих с соответствующими отверстиями, и/или гибкие средства типа упругих лапок, обеспечивающие конструктивную непрерывность. В случае использования упругой лапки, ее помещают на линии продолжения добавочного сегмента 60. В качестве примера подобных упругих лапок можно привести лапки, описанные в международной заявке WO 2008/040877.
В качестве примера средств центрирования добавочного сегмента 60 и внутренней панели 41 можно назвать средства, описанные в заявке FR 2906568.
Элемент 62 сопряжения может быть закреплен на нижнем по потоку конце поверхности добавочного сегмента 60 и ориентирован внутрь предложенного воздухозаборника 4. В альтернативном случае этот элемент 62 сопряжения образует продолжение нижнего по потоку конца добавочного сегмента 60.
Конструкция направляющих средств 15 может выступать вверх по потоку за пределы зоны сопряжения внутренней панели 41. Если требуется зафиксировать конец указанной конструкции, выходящий за пределы внутренней панели 41, то можно предусмотреть стяжку 68, закрепляемую на элементе 64 сопряжения внутренней панели или на неакустической обшивке указанной панели 41 и направленную внутрь воздухозаборника 4. В качестве стяжки 68 можно использовать любое известное средство, пригодное для конкретной ситуации, в частности, крепежную скобу.
В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения, представленным на сриг.4, добавочный сегмент 60 является непрерывным продолжением внутренней стенки 70. Такое техническое решение упрощает сборку предложенного воздухозаборника 4. В случае, когда внутренняя стенка 70 представляет собой металлический лист, покрытый внешней обшивкой, добавочный сегмент 60 тоже можно выполнить в виде листа, покрытого внешней обшивкой. В соответствии с вариантом изобретения, представленным на фиг.5, внутренняя стенка 70 и добавочный сегмент 60 представляют собой конструктивные панели с ячеистой сердцевиной, подвергнутые при необходимости акустической обработке. Как указано выше, добавочный сегмент 60 и внутренняя стенка 70 могут иметь акустическую обработку, отличную от обработки внутренней панели 41. Подобным же образом, по-разному можно выполнить и акустическую обработку внутренней стенки 70 и добавочного сегмента 60, придав им разные значения акустических сопротивлений. В результате удается изменить некоторые параметры акустической панели, например, глубину акустических ячеек, количество ячеистых слоев, диаметр акустических отверстий.
В соответствии с вариантом изобретения, представленным на фиг.6, на добавочном сегменте 60 в зоне сопряжения с внутренней панелью 41 установлена усиливающая перегородка 80, которая повышает конструктивную прочность подвижной структуры, но не приводит к существенному возрастанию ее массы. Усиливающую перегородку 80 крепят обычно ниже по потоку от обычной перегородки 45 и напротив нее. В качестве примера материала для усиливающей перегородки 80 можно назвать углеродный акустический материал, при использовании которого масса гондолы 1 существенно не изменяется.