УЗЕЛ ПОДВЕСКИ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ К ЛЕТАТЕЛЬНОМУ АППАРАТУ
ATTACHMENT OF TURBOJET TO AIRCRAFT

Настоящее изобретение относится к области газотурбинных двигателей, в частности, турбореактивных двигателей с передним вентилятором, и их подвески к летательному аппарату.
Турбореактивный двигатель с передним вентилятором содержит обладающий большим диаметром ротор вентилятора, располагаемый в корпусе, на котором монтируется канал воздухозаборника. На выходе, продолжением корпуса является корпус первого контура, имеющий меньший диаметр, который состоит из различных корпусов компрессоров, камеры сгорания, турбин и выпускного корпуса. Воздух, поступающий по каналу воздухозаборника, проходя через ротор вентилятора, подвергается сжатию, а затем разделяется на концентрические кольцевые потоки. В двигателях известного типа поступающий поток делится на поток первичного воздуха и поток вторичного воздуха. Последний обтекает двигатель и выбрасывается за ступенями турбины в холодном состоянии или в виде отдельного потока, или смешенным с потоком первичного воздуха. Поток первичного воздуха подвергается дополнительному сжатию перед смешением с топливом для образования горячих газов в камере сгорания. Горячие газы поступают на последовательно установленные ступени турбины, которые приводят во вращение вокруг оси двигателя вентилятор и ступени сжатия воздуха. Затем поток первичного воздуха выбрасывается, образуя часть силы тяги. Сила тяги в большей степени формируется потоком вторичного воздуха. Соотношение между расходом вторичного воздуха и расходом первичного воздуха называется коэффициентом разбавления. Увеличение мощности двигателя ведет к разработке двигателей с большим коэффициентом разбавления, которые обладают большим соотношением диаметров корпуса вентилятора и корпуса первого контура. Изобретение относится не только к двухконтурным двигателям, но направлено также и на многоконтурные двигатели.
Двигатели в случае использования традиционного способа подвески крепятся к летательному аппарату на крыле или под крылом, или к фюзеляжу при помощи пилона. Пилон имеет форму вытянутого и жесткого кессона, способного передавать усилия в трех направлениях - осевом, боковом и вертикальном - между двигателем и конструкцией летательного аппарата, при этом осью является ось двигателя. Подвеска двигателя к пилону локализована в двух вертикальных плоскостях: первой плоскости в передней части, проходящей через промежуточный корпус, и в задней части, проходящей через выпускной корпус. Эти два корпуса являются конструктивными элементами двигателя, удерживающими, в частности, передний и задний подшипники, соответственно. Что касается передней плоскости, то выделяются два различных применяемых в настоящее время способа подвески на гражданских самолетах: первый - на наружной обечайке промежуточного корпуса, второй - на уровне втулки этого же корпуса.
Технической задачей настоящего изобретения, что касается способа передней подвески, является, согласно первому способу осуществления изобретения, крепление посредством наружной обечайки промежуточного корпуса, а согласно второму способу осуществления изобретения - крепление посредством втулки.
В случае изостатических узлов подвески усилия передаются посредством тяг, малых тяг или аналогичных деталей, соединяющих двигатель с пилоном, которые крепятся путем соединений шарового типа так, чтобы работать исключительно на растяжение или сжатия. Такое расположение предусматривает возможность обеспечения передачи усилий в трех направлениях - осевом Fx, вертикальном Fz и боковом Fy, а также моментов в этих же трех направлениях, соответственно, Mx, My, Mz. Кроме креплений между пилоном и корпусами, соответственно промежуточным и выпускным, узел подвески также содержит тяги передачи силы тяги, которые соединяют втулку промежуточного корпуса с задним креплением или также с пилоном посредством конструкции, называемой пирамидой.
К проблемам, связанным с подвеской двигателей, можно отнести искривление корпуса, которое, с одной стороны, является результатом точечных передач усилий, при этом точки крепления типа тяги и серьги образуют небольшие по размерам зоны, с другой стороны, являются результатом смещения передачи силы тяги относительно вектора силы тяги вдоль оси двигателя на пилон. Следствием крутящего момента, образуемого двумя силами, является изгибание двигателя вдоль собственной оси, которое ухудшает состояние зазоров между неподвижными и вращающимися частями, снижает рабочие характеристики и негативно отражается на удельном расходе. Это также приводит к износу деталей в результате трения и сокращению срока эксплуатации двигателя. Такое явление более ярко, с большими пределами деформаций проявляется в двигателях, обладающих более высоким коэффициентом разбавления и большим соотношением диаметров корпуса вентилятора и корпуса первого контура.
Технической задачей настоящего изобретения также является узел подвески изостатического типа турбореактивного двигателя с передним вентилятором к пилону, позволяющий уменьшить локальные искривления каркаса.
Эта цель достигается путем применения изостатического узла подвески турбореактивного двигателя к пилону летательного аппарата; при этом турбореактивный двигатель содержит передний вентилятор, размещенный за вентилятором промежуточный корпус с наружной обечайкой и втулкой, которые соединены между собой посредством радиальных плеч, и выпускной корпус с наружной обечайкой на той же оси ХХ, при этом узел подвески содержит переднее крепление на промежуточном корпусе, заднее крепление, по меньшей мере, с двумя малыми тягами, соединенными с наружной обечайкой выпускного корпуса, пару тяг передачи силы тяги, которые прикреплены спереди к втулке промежуточного корпуса, отличающегося тем, что плоскость, образуемая упомянутыми двумя малыми тягами заднего крепления, наклонена относительно плоскости выпускного корпуса.
Наклон этих малых тяг позволяет уменьшить усилия и искривления в передних корпусах двигателя и оптимизировать, таким образом, массу и характеристики этих корпусов больших диаметров.
В контексте данного отличительного признака возможны различные способы осуществления изобретения. Нижеследующие отличительные признаки могут применяться по отдельности или в совокупности.
Заднее крепление содержит поперечную балку, две малых тяги заднего крепления, которые соединяют концы поперечной балки с наружной обечайкой выпускного корпуса.
Заднее крепление содержит малую тягу восприятия крутящего момента Mx по оси XX, расположенную между двумя малыми тягами заднего крепления.
Две малые тяги заднего крепления соединены с выпускным корпусом путем шарового шарнирного соединения и посредством серьги, проушины которой располагаются в плоскости, наклоненной относительно плоскости выпускного корпуса.
Данная плоскость, образованная двумя малыми тягами заднего крепления, делит ось турбореактивного двигателя вблизи центра тяжести двигателя. Такое расположение предпочтительно, в частности, для двигателей, центр тяжести которых располагается ближе к задней части.
Задние концы двух тяг передачи силы тяги крепятся к данной поперечной балке заднего крепления. В частности, две тяги передачи силы тяги соединены с задним креплением посредством поперечины.
Согласно другому типу конструкции, задние концы двух тяг передачи силы тяги крепятся к упомянутому кессону, а именно к конструкции типа пирамиды крепления к кессону.
В частности, плоскость тяг передачи силы тяги и плоскость малых тяг заднего крепления сходятся на оси двигателя.
Плоскость тяг передачи силы тяги и плоскость малых тяг заднего крепления сходятся в точке схождения вблизи оси двигателя. Таким образом, предпочтительно, чтобы точка схождения находилась выше оси двигателя ХХ на расстоянии, меньшем одной четверти диаметра вентилятора.
Переднее крепление содержит поперечную балку и две малых тяги переднего крепления, соединяющие балку с наружной обечайкой промежуточного корпуса.
Переднее крепление содержит малую тягу восприятия крутящего момента Mx по оси XX между двумя малыми тягами переднего крепления.
Переднее крепление снабжено системой восприятия крутящего момента двигателя Mx по оси XX при помощи тяги типа бумеранг.
Такое расположение позволяет создать систему подвески, которая приводит к меньшему искривлению в передней плоскости двигателя.
Таким образом, предлагаемое в изобретении решение предоставляет преимущества, обусловленные отсутствием или, по меньшей мере, уменьшением искривления корпусов. Имеется также возможность уменьшить массу силовой установки, например, путем уменьшения массы переднего крепления, которое воспринимает очень мало усилий. Уменьшение искривлений приводит, как это объяснялось выше, к снижению удельного расхода.
Говоря о точке схождения, следует понимать, что она не ограничивается схождением исключительно на оси. Положение этой точки в определенной степени может меняться по высоте относительно оси двигателя с учетом других изменений, в том числе веса двигателя или аэродинамических давлений канала.
Малые тяги восприятия крутящего момента могут быть известным специалистам типом, который называется бумеранг, и их описание приведено в представленной заявителем заявке на патент EP A 1493663.
Предпочтительно, узел подвески содержит две тяги передачи силы тяги, соединенные в задней части с задним креплением посредством поперечины непосредственно к пилону, или также к балке переднего узла подвески в случае крепления типа втулки.
Далее приводится более детальное описание изобретения, позволяющее выделить другие возможные характерные признаки и преимущества, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- фиг.1 изображает вид сбоку турбореактивного двигателя, подвешенного к пилону в соответствии с одним способом осуществления изобретения, согласно которому плоскость малых тяг заднего крепления наклонена относительно плоскости выпускного корпуса;
- фиг.2 - передний узел подвески двигателя, представленной на фиг.1, в изометрической перспективе (вид в три четверти сзади);
- фиг.3 - задний узел подвески двигателя, представленного на фиг.1, в изометрической перспективе (вид в три четверти спереди);
- фиг.4 - вид сбоку турбореактивного двигателя, подвешенного к пилону в соответствии с другим способом осуществления изобретения, согласно которому плоскость малых тяг заднего крепления и плоскость тяг передачи силы тяги сходятся в одной точке на оси двигателя;
- фиг.5 - переднее крепление двигателя, представленного на фиг.4;
- фиг.6 - вид сбоку турбореактивного двигателя, подвешенного к пилону в соответствии с другим способом осуществления изобретения, согласно которому плоскость малых тяг заднего крепления и плоскость тяг передачи силы тяги сходятся в одной точке на оси двигателя, при этом тяги передачи силы тяги крепятся к пилону;
- фиг.7 - деталь крепления тяг передачи силы тяги к пилону согласно способу осуществления изобретения, представленному на фиг.6.
Как это показано на фиг.1, турбореактивный двигатель 1 является турбореактивным двигателем с передним турбовентилятором (изображен только корпус вентилятора 2). За корпусом 2 располагается промежуточный корпус 3, от которого видна только наружная обечайка 34. Передняя часть, откуда поступает воздух, на фиг.1 находится справа.
Сзади виден корпус 4 секции компрессора. Эта секция сообщается с камерой сгорания 5 кольцевого типа. Ступени турбины 7 располагаются за камерой сгорания. В конце двигателя размещается выпускной корпус 8, который является конструктивным элементом, удерживающим, как это известно, задние подшипники. Установочная отметка, относительно которой производится ориентирование оси, составляющих усилий и моментов, включает в себя ось Ox, параллельную оси XX двигателя, при этом предусматривается, что она вытянута горизонтально и спереди назад, при этом ось Oz является вертикальной осью, а ось Oy - поперечной осью.
Двигатель крепится к конструкции летательного аппарата, крылу или фюзеляжу посредством, как это известно, пилона 9. В целом последний имеет форму жесткого параллелепипедного кессона. Он обеспечивает передачу всех усилий между двигателем и конструкцией.
Узел подвески, который является совокупностью деталей или приспособлений, обеспечивающих крепление двигателя и передачу усилий между двигателем и пилоном, содержит переднее крепление 10 наружной обечайки 34 промежуточного корпуса 3 к пилону 9, заднее крепление 11 наружной обечайки 83 выпускного корпуса 8 к пилону. Восприятие или передача силы тяги осуществляется посредством двух тяг 12 и 12', которые сзади могут соединяться друг с другом посредством поперечины.
Эти три элемента детально представлены на фиг.2 и 3.
Переднее крепление 10 содержит балку 101, на верхней поверхности которой установлены средства крепления к пилону 9, такие как болты (на фигурах чертежа не показаны). Балка располагается поперек относительно оси XX. Она содержит оконечные серьги, соответственно, 102 и 103, с которыми шарнирно соединяются две малых тяги 104 и 105. Противоположными концами последние монтируются на двух серьгах 31 и 32, которые жестко соединяются с наружной обечайкой 34 промежуточного корпуса 3. Малые тяги устанавливаются на серьгах путем известного специалистам шарового шарнирного соединения. Ось проходит сквозь две проушины серьги и содержит кольцевые уплотнения, имеющие сферическую поверхность. Дополнительно к осевому кольцевому уплотнению малая тяга в свою очередь также снабжена кольцевым уплотнением, имеющим сферическую поверхность. Таким образом, малая тяга остается свободной вокруг трех ортонормированных направлений и передает только усилия растяжения или сжатия вдоль своей собственной оси.
Совокупность двух малых тяг 104 и 105 переднего узла подвески позволяет передавать усилия Fy, Fz в направлениях Oy, Oz на переднее крепление.
Расположенный между двумя первыми малыми тягами 104 и 105 узел подвески может содержать малую тягу восприятия крутящего момента, устанавливаемую как и две предыдущих между двумя серьгами. Такое расположение позволит осуществить восприятие крутящего момента Mx.
Заднее крепление 11 содержит, как показано в этом примере, поперечную балку 111, снабженную средствами крепления к пилону 9, такими как, болты (на фигурах чертежа не показаны). Балка содержит две оконечные серьги 112 и 113, на которых устанавливаются две малых тяги 114 и 115 заднего крепления. Противоположные концы последних монтируются на двух серьгах 81 и 82, которые в свою очередь жестко соединяются с наружной обечайкой 83 выпускного корпуса 8. Малые тяги заднего крепления, как и в случае переднего крепления, устанавливаются на серьгах путем шарового шарнирного соединения. В зависимости от того, обеспечивается или нет восприятие крутящего момента Mx посредством переднего узла подвески, между двумя малыми тягами 114 и 115 может располагаться дополнительная малая тяга восприятия крутящего момента.
И наконец, узел подвески содержит две тяги восприятия или передачи силы тяги 12 и 12'. Передние концы этих двух тяг крепятся на втулке 35 промежуточного корпуса 3 в двух точках, симметрично расположенных относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось XX, как это показано на фиг.2. Своими задними концами тяги монтируются, как это изображено в этом примере, на поперечном стержне 121 к его двум концам. В данном случае также используется соединение типа серег и шарового шарнирного. Поперечный стержень 121, образующий поперечину 120, в своей середине соединяется с балкой 111 путем шкворневого соединения. Хорошо известная специалистам сборка на поперечине позволяет уравновешивать усилия между двумя тягами 12 и 12' и обеспечивать передачу силы тяги в осевом направлении. В представленном примере поперечина содержит два запасных боковых крепления.
Такая сборка является таким образом изостатической.
Согласно изобретению, плоскость, образуемая двумя малыми тягами 114 и 115 заднего крепления, наклонена вперед относительно плоскости выпускного корпуса 8. Его пересечение С с осью XX располагается между плоскостью выпускного корпуса 8 и пересечением плоскости тяг 12 с осью XX. С этой целью малые тяги 114 и 115 наклонены относительно вертикальной плоскости (Oz; Oy), проходящей через заднее крепление 11.
В результате такого размещения равнодействующая усилий в плоскости переднего крепления (Oz; Oy) незначительна. Таким образом, снижается искривление каркаса, обусловленное деформациями промежуточного корпуса.
Согласно другому отличительному признаку предлагаемого изобретения, серьги 81 и 82 на наружной обечайке 84 выпускного корпуса наклонены относительно вертикальной линии, при этом проушины размещаются в продолжение оси малых тяг 114 и 115. Проушины располагаются в плоскостях, которые перпендикулярны плоскости (Ox; Oz) и наклонены относительно плоскости (Oy; Oz).
Согласно другому способу осуществления изобретения, изображенному на фиг.4 и 5, передний узел подвески является известным специалистам типом крепления на втулке. Переднее крепление 210, деталь которого показана на фиг.5, содержит пластину 211, которая крепится болтовым соединением к пластине 92, жестко соединенной с конструкцией пирамидного типа 91, являющейся продолжением кессона 9. Пластина крепится к втулке с одной стороны тягами передачи силы тяги 212 и 212', а с другой стороны - лицевым элементом 213.
Тяги 212 и 212' крепятся спереди к втулке 35 посредством серег и шаровым шарнирным соединением, а сзади - к серьгам, располагаемым на пластине 211. Обе тяги размещаются с одной и другой стороны вертикальной плоскости, проходящей через ось двигателя. Усилия в плоскости (Oy, Oz), проходящей через промежуточный корпус 3, принимаются лицевым элементом 213, который является осью, жестко соединенной с пластиной 211, ориентированной относительно оси и соединенной с втулкой посредством шарового шарнира, который передает усилия только в направлениях Oy и Oz.
Согласно предлагаемому изобретению, плоскость малых тяг заднего крепления 115 и 114 наклонена вперед и, в соответствии с этим способом осуществления изобретения, сходится с плоскостью тяг передачи силы тяги 212 и 212' в точке С, которая предпочтительно располагается на оси, но может быть несколько удалена от нее.
Предпочтительно точка схождения располагается вблизи центра тяжести. В частности, такое расположение является эффективным для силовых установок, в которых центр тяжести смещен назад.
Такое схождение позволяет создать систему подвески, в которой не принимаемая на оси XX двигателя сила тяги не приводит к деформации плеч промежуточного корпуса. Действительно, если рассматривать в вертикальной симметричной плоскости, включающей в себя ось ХХ двигателя, представляется возможным подсчитать моменты в точке схождения. Задние малые тяги, стержни передачи силы тяги и собственно сила тяги производят нулевой момент в плече рычага исходя из самого определения точки схождения. Единственным усилием, которое потенциально производит момент, поскольку его плечо рычага относительно точки схождения не является нулевым, является усилием в плоскости переднего узла подвески. Однако, когда двигатель находится в равновесии, баланс моментов равен нулю. В связи с этим обязательно усилие в плоскости переднего узла подвески равно нулю, и передние корпуса мало подвергаются деформациям.
Таким образом, предлагаемое в изобретении решение предоставляет преимущества, обусловленные отсутствием или, по меньшей мере, уменьшением искривлений корпусов. Считается возможным уменьшить массу силовой установки, например, путем уменьшения массы заднего крепления, которое воспринимает очень мало усилий. Сокращение искривлений приводит, как это было объяснено выше, к уменьшению удельного расхода.
Под точкой схождения следует понимать, что она не ограничивается строго схождением на оси. Положение этой точки может меняться по высоте на определенное значение относительно оси двигателя в зависимости от других нагрузок, таких как вес двигателя или аэродинамические нагрузки канала. Эта высота меньше четверти входного диаметра вентилятора двигателя. В этом случае баланс моментов не равен нулю, но близок к нулю.
Согласно варианту, представленному на фиг.6, узел подвески является типом переднего крепления на корпусе вентилятора, и тяги передачи силы тяги соединены сзади непосредственно с кессоном посредством поперечины.
Двигатель крепится к пилону 9 посредством переднего крепления 10 на наружной обечайке 34 промежуточного корпуса 3. Речь идет об одном и том же типе крепления, что и в варианте, изображенном на фиг.2.
Заднее крепление 311 соединяет наружную обечайку 83 выпускного корпуса с пилоном. Оно содержит две малых тяги 314 и 315 между поперечной балкой 312, прикрепленной к пилону, и серьгами, жестко соединенными с наружной обечайкой 83. Как и в других способах осуществления изобретения, монтаж малых тяг 314 и 315 выполняется таким образом, что они находятся в одной и той же наклоненной плоскости относительно плоскости (Oz, Oy), проходящей через выпускной корпус. Предпочтительно, серьги, обеспечивающие соединение с наружной обечайкой 83, наклонены под таким же углом, что и малые тяги 314 и 315.
Две тяги передачи силы тяги 312 и 312' соединяют втулку промежуточного корпуса 3 с пилоном 9. Впереди крепление этих тяг к втулке 35 аналогично креплению тяг 12 и 12', изображенному на фиг.2. Сзади две тяги крепятся к пилону 9 посредством поперечины 320. Поперечина изображена на фиг.7.
Две тяги 312 и 312' монтируются путем шарового шарнирного соединения, соответственно, 322а и 322b с поперечной траверсой 322, которая в свою очередь крепится посредством шкворня к скобе, жестко прикрепленной к балке 321. Соединения не показаны, для того, чтобы сделать фигуру чертежа более наглядной, изображены только отверстия, в которых они размещаются. Согласно данному примеру, предусмотрено также наличие запасных соединений, но они не являются предметом настоящего изобретения. Балка 321 крепится болтами непосредственно на пилоне. Такое расположение позволяет осуществить схождение направлений усилий на малых тягах 314 и 315 заднего крепления, с одной стороны, и направлений усилий на тягах 312 и 312' передачи силы тяги, с другой стороны. Эти направления сходятся в точке С на оси двигателя или, по меньшей мере, вблизи оси двигателя.