ВЫХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
AIRCRAFT JET ENGINE OUTLET DEVICE

Изобретение относится к авиации, к выходным устройствам воздушно-реактивных двигателей, конкретно - к выходным устройствам, к соплам, обеспечивающим отклонение вектора тяги двигателя и улучшение характеристик самолетов при взлете и посадке, а также улучшение маневренности в полете.
В распространенных выходных устройствах, соплах воздушно-реактивных двигателей отклонение вектора тяги достигается механическими подвижными элементами - в качающихся, поворотных соплах, с подвижной, поворотной дозвуковой и сверхзвуковой или только сверхзвуковой частью сопла. Конструкции таких сопел сложны, должны иметь специальные узлы подвески, уплотнения. Эти сопла нуждаются в мощной системе приводов, так как отклонение выхлопной струи осуществляется за счет отклонения значительной части деталей и узлов сопла, создающих большие шарнирные и инерционные нагрузки. Кроме этого устройства с механическими подвижными элементами имеют недостаточно высокие динамические параметры.
Известно "Выходное устройство воздушно-реактивного двигателя", патент РФ №2276740 от 13.12.2000 г., в котором содержится сопло, размещенный за соплом эжектор с камерой и кольцевым воздухозаборником с окнами и управляемыми заслонками, имеющими возможность перекрытия противоположно расположенных окон - эжекторных каналов.
Основным недостатком данного технического решения является ограниченная возможность управления газодинамическими процессами, и в целом - двигателем при переменных его режимах полета, при переменных высотно-скоростных характеристиках, так как профиль описанного в прототипе эжектора является неизменным на всех режимах полета.
Технической задачей заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей выходного устройства воздушно-реактивного двигателя за счет изменения его газодинамического профиля.
Технический результат достигается в заявляемом выходном устройстве воздушно-реактивного двигателя, содержащем сопло, мотогондолу, расположенную за соплом выходную часть и пилоны, жестко связанные с неподвижным корпусом сопла и двигателя, причем выходная часть выполнена в виде подвижных створок, управляемых приводами, имеющих возможность изменять газодинамический профиль выходного устройства и устанавливаться под углом к оси сопла.
Подвижные створки выходной части установлены на шарнирных звеньях, обеспечивающих перемещение подвижных створок для изменения профиля выходного устройства.
Шарнирные звенья, установленные на подвижных створках выходной части и расположенные ближе к выходному сечению выходного устройства воздушно-реактивного двигателя, имеют большую длину, чем шарнирные звенья установленные на подвижных створках выходной части и расположенные дальше от выходного сечения выходного устройства воздушно-реактивного двигателя.
На наружном корпусе мотогондолы, перед выходной частью установлены дополнительные подвижные створки, управляемые приводами и имеющие возможность вдвигаться и выдвигаться по наружной поверхности мотогондолы, например, на роликах с направляющими для формирования ее наружного контура.
При переменных режимах полета в предлагаемом техническом решении стенки корпуса выходного устройства воздушно-реактивного двигателя выполнены в виде подвижных створок, установленных на шарнирных звеньях, причем при отклонении вектора тяги двигателя один из эжекторных каналов перекрывается дополнительной подвижной створкой, являющейся на режиме прямой тяги элементом мотогондолы, образующим обтекаемый наружный профиль выходного устройства и двигателя.
На режиме сверхзвукового истечения дозвуковая и сверхзвуковая части выходного устройства воздушно-реактивного двигателя образуют конфузорно-диффузорный (сужающийся - расширяющийся) профиль сопла или профиль сопла Лаваля.
На эжекторном режиме подвижные створки выходной части сопла устанавливают таким образом, что образуется канал для втекания атмосферного воздуха, а дополнительные подвижные створки при этом убираются, т.е. вдвигаются на наружную поверхность - поверхность мотогондолы двигателя и создают эжекторные каналы для поступления атмосферного воздуха.
На режиме отклонения вектора тяги одна из дополнительных подвижных створок, например - верхняя на фиг.3, вдвигается, и открывается эжекторный канал для поступления атмосферного воздуха. Дополнительная подвижная створка с противоположной стороны, на фиг.3 - снизу, закрыта, что предотвращает приток атмосферного воздуха.
Таким образом, на границах выхлопной струи на выходе из сопла образуется перепад давлений, что и обеспечивает отклонение струи и вектора тяги.
Заявляемое выходное устройство воздушно-реактивного двигателя на режиме прямой тяги работает как обычное сверхзвуковое сопло, обеспечивая минимальные потери прямой тяги, а на режиме отклонения вектора тяги подвижные створки устанавливаются с помощью шарнирных звеньев, образуя эжекторное сопло, положение створок фиксируется, причем один из эжекторных каналов перекрывается дополнительной подвижной створкой, являющейся на режиме прямой тяги элементом мотогондолы, образуя обтекаемый наружный профиль сопла и замкнутую полость в эжекторном канале.
Таким образом, выходное устройство воздушно-реактивного двигателя на разных режимах полета трансформируется из сверхзвукового в сопло с эжектором и в сопло с отклонением вектора тяги.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 показано выходное устройство воздушно-реактивного двигателя на режиме сверхзвукового истечения выхлопной струи;
на фиг.2 показан вид А - вид слева выходного устройства на сверхзвуковом режиме истечения выхлопной струи;
на фиг.3 показано работающее выходное устройство на режиме отклонения вектора тяги;
на фиг.4 показано выходное устройство на эжекторном режиме работы.
Позиции на фиг.1, 2, 3, 4 обозначают:
1 - сопло;
2 - подвижные створки;
3 - верхняя дополнительная подвижная створка;
4 - нижняя дополнительная подвижная створка;
5 - шарнирные звенья меньшей длины;
6 - шарнирные звенья большей длины;
7 - пилоны неподвижного корпуса выходного устройства и двигателя;
8 - границы и направление струи из сопла при осевом истечении;
9 - границы и направление струи из сопла при отклонении струи.
Выходное устройство воздушно-реактивного двигателя на фиг.1, 2, 3, 4 содержит сопло 1, подвижные створки 2, образующие контур выходной части сопла на разных режимах его работы. Дополнительные подвижные створки 3 и 4 внешнего контура сопла 1 формируют наружный контур сопла 1 и двигателя и совместно с подвижными створками 2 позволяют управлять работой выходного устройства воздушно-реактивного двигателя на разных режимах его работы.
Подвижные створки 2 установлены на шарнирных звеньях 5, 6 и перемещаются между пилонами 7. По боковым поверхностям створок устанавливаются уплотнения, предотвращающие утечки в местах контакта с пилонами. Шарниры большей длины 6, в сравнении с шарнирными звеньями меньшей длины 5, позволяют на эжекторном режиме установить подвижные створки 2 таким образом, что они образуют внутренний профиль сопла - поверхность Коанда с заданным углом выхода струи примерно - 5°…20° и фиксируются в этом положении с помощью фиксаторов, установленных на пилонах (не показаны).
При выдвинутых (закрытых) дополнительных подвижных створках 3 и 4, на фиг.1 профиль мотогондолы двигателя плавно переходит к внешней поверхности подвижных створок 2, а сопло трансформируется в сопло с непрерывным контуром (сопло Лаваля).
Подвижные створки 2 установлены на шарнирных звеньях 5 и 6 на пилонах 7 (фиг.2) неподвижного корпуса выходного устройства и двигателя. Шарнирные звенья 5, 6 могут быть выполнены в форме плоских дисков, установленных заподлицо с плоской поверхностью пилонов, что позволит обеспечить эффективное уплотнение между боковыми поверхностями створки и пилонов, предотвращающее утечки из тракта сопла.
Заявленное выходное устройство воздушно-реактивного двигателя работает следующим образом.
Шарниры звеньев 5 и 6 закреплены, с одной стороны на пилонах 7, фиг.2, неподвижного корпуса выходного устройства и двигателя, а с другой стороны - на подвижных створках 2, и шарнирные звенья 5 и 6 имеют возможность поворачиваться на своих шарнирах.
На режиме сверхзвукового истечения, режиме прямой тяги, (фиг.1), выходное устройство воздушно-реактивного двигателя работает как обычное сопло со сверхзвуковым контуром. Регулирование выходного сечения сопла осуществляется поворотом шарнирных звеньев 6, длина которых может быть переменной, например, если выполнить звено в виде цилиндра и поршня со штоком.
Переход к режиму отклонения вектора тяги, (фиг.3), осуществляется следующим образом. Шарнирные звенья 5 поворачиваются с помощью приводов (на чертежах не показаны) и выводят из зацепления створки 2 с корпусом дозвукового участка выходного устройства 1, именуемого в тексте «сопло» (фиг.1, 3, 4). Подвижные створки 2 переводятся в положение «эжекторное сопло» и фиксируются на нем. Одновременно дополнительная подвижная створка 3 смещается, вдвигаясь, например, на роликах с направляющими (на чертежах не показаны), в полость мотогондолы, открывая вход для атмосферного воздуха в эжекторные каналы выходного устройства воздушно-реактивного двигателя. При этом нижний эжекторный канал перекрывается нижней дополнительной подвижной створкой 4 (фиг.3), и в полости этого эжекторного канала создается разряжение. За счет разности давлений в верхнем и нижнем эжекторных каналах выхлопная струя примыкает к створке 2 со стороны перекрытого канала, отклоняется и появляется вертикальная составляющая тяги, усилие от которой через фиксаторы передается на пилоны, оставляя ненагруженными приводы, что позволяет систему приводов выполнить облегченной по сравнению с приводами традиционных сопел с отклонением вектора тяги. При этом приводы дополнительных подвижных створок 3 и 4 также не требуют преодоления больших усилий для их перемещения, так как усилие, действующее на створки 3, 4, перпендикулярно направлению их перемещения.
Преобразование выходного устройства для режима отклонения вектора тяги может проводиться на старте или в полете.
При всех открытых эжекторных каналах, (фиг.4), когда дополнительные подвижные створки 3 и 4 вдвинуты в корпус мотогондолы, выходное устройство воздушно-реактивного двигателя работает на эжекторном режиме. Этот режим применяется при рулении на земле, при старте летательного аппарата и при дозвуковом полете с относительно низкими скоростями.
Переход к режиму сверхзвукового истечения, режиму прямой тяги осуществляется в обратном порядке.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает эффективное отклонение вектора тяги двигателя, улучшает характеристики самолетов при взлете и посадке и их маневренности в полете, что расширяет функциональные возможности двигателей самолетов.