СИЛОВАЯ УСТАНОВКА С УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ ОПОРЫ ВОЗДУШНО-МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
POWER PLANTS WITH ADVANCED AIR-OIL COOLING SUPPORT DESIGN

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к газотурбинным двигателям летательных аппаратов. Более конкретно, изобретение относится к силовой установке летательного аппарата, включающей в себя двухконтурный газотурбинный двигатель и воздушно-масляную систему охлаждения, расположенную в его межконтурном отсеке.
В частности, изобретение относится к двухконтурному газотурбинному двигателю, или более предпочтительно, к двухконтурному двухвальному газотурбинному двигателю.
Уровень техники
В целом, в межконтурном отсеке двухконтурного газотурбинного двигателя располагается множество элементов оборудования. В их число, в частности, входит воздушно-масляная система охлаждения, выполняющая задачу охлаждения смазочного масла вращающихся элементов газотурбинного двигателя с помощью воздуха, отбираемого за пределами данного отсека во втором контуре.
Указанная воздушно-масляная система охлаждения объединена с опорой, которая обычно связана с корпусом двигателя соединительными средствами, расположенными в межконтурном отсеке. Эти соединительные средства должны способствовать точному позиционированию системы охлаждения относительно межконтурного обтекателя, ограничивающего межконтурный отсек в направлении радиально наружу. Это точное расположение системы охлаждения обусловлено необходимостью обеспечения как можно лучшего совпадения входного воздушного канала, проходящего через межконтурный обтекатель, с воздухозаборником системы охлаждения.
Однако при такой конфигурации межконтурный обтекатель и воздушно-масляная система охлаждения подвергаются воздействию разных температур, что может приводит к относительным расширениям, что трудно совместить с вышеупомянутой задачей обеспечения точного расположения. Действительно, система охлаждения подвергается воздействию тепла от корпуса двигателя, с которым соединена её опора, в то время как межконтурный обтекатель охлаждается вторичным потоком, проходящим по наружному контуру, ограниченному с внутренней стороны этим межконтурным обтекателем.
Таким образом, существует необходимость усовершенствования существующих технических решений так, чтобы повысить точность позиционирования межконтурного обтекателя и воздушно-масляной системы охлаждения друг относительно друга.
Раскрытие сущности изобретения
Для решения этой проблемы данным изобретением предложена силовая установка для летательного аппарата, содержащая двухконтурный газотурбинный двигатель и пилон подвески, предназначенный для подвески газотурбинного двигателя к элементу крыла летательного аппарата, причем газотурбинный двигатель содержит воздушно-масляную систему охлаждения, расположенную во межконтурном отсеке, ограниченном в направлении радиально наружу межконтурным обтекателем, причем в систему охлаждения подается воздух, отбираемый из наружного контура газотурбинного двигателя, ограниченного в направлении радиально внутрь межконтурным обтекателем, причем система охлаждения установлена на опоре, расположенной в межконтурном отсеке.
Согласно изобретению, опора механически соединена с пилоном подвески соединительными средствами, проходящими сквозь межконтурный обтекатель.
Таким образом, изобретение существенно отличается от известных технических решений тем, что опора системы охлаждения соединена с пилоном подвески. Это позволяет в значительной степени компенсировать различие термические расширения между межконтурным обтекателем и узлом системы охлаждения с её опорой. Таким образом, позиционирование системы охлаждения и межконтурного обтекателя относительно друг друга значительно облегчается и становится менее зависимым от разных термических расширений.
Кроме того, данное изобретение содержит по меньшей мере один из следующих отличительных признаков, рассматриваемых по отдельности или в комбинации друг с другом.
Соединительные средства выполнены с возможностью перемещения опоры между рабочим положением, в котором система охлаждения находится в межконтурном отсеке, предпочтительно, таким образом, что она закрывает в радиальном направлении одну или несколько единиц оборудования, установленных в межконтурном отсеке, и положением техобслуживания, в котором указанная опора находится дальше от продольной центральной оси газотурбинного двигателя, чем в рабочем положении.
Благодаря возможности такого перемещения облегчается доступ к системе охлаждения при выполнении операций техобслуживания. В этом отношении следует отметить, что силовая установка, предпочтительно, выполнена таким образом, что положение техобслуживания может быть достигнуто только после удаления или открытия межконтурного обтекателя.
Соединительные средства представляют собой соединительные тяги, шарнирно соединенные по меньшей мере своими концами с пилоном подвески. Такое шарнирное крепление позволяет опоре легко перемещаться, например, вызывать поворот этой опоры относительно пилона, или какое-либо другое относительное перемещение, например, совершать движение, аналогичное движению деформируемого параллелограмма.
Соединительные тяги жестко прикреплены к опоре.
Силовая установка содержит средства удержания, служащие для удержания опоры в её рабочем положении.
В первом возможном варианте осуществления средства удержания содержат телескопические удерживающие соединительные тяги, один конец которых соединен с опорой, а другой конец которых соединен с корпусом двигателя.
Во втором возможном варианте осуществления средства удержания содержат фиксирующую ось, расположенную в первом отверстии, выполненном в пилоне подвески, и во втором отверстии, выполненном в удерживающем элементе опоры, причем фиксирующая ось удерживается в указанных отверстиях с помощью колпачка, прикрепленного к удерживающему элементу опоры, и предпочтительно, с помощью упругого поджимного средства, установленного между колпачком и фиксирующей осью и поджимающего фиксирующую ось в направлении первого отверстия.
Предпочтительно, система охлаждения содержит по меньшей мере один входной воздушный канал, воздухозаборное отверстие которого соединено с входным воздушным отверстием, выполненным в межконтурном обтекателе двигателя.
Предпочтительно, воздухозаборное отверстие имеет проходное сечение, регулируемое с помощью регулируемого клапана, подвижно установленного на воздухозаборном отверстии или на входном воздушном отверстии, выполненном в межконтурном обтекателе.
Другие преимущества и отличительные признаки данного изобретения станут более ясными после ознакомления с приведенным ниже подробным описанием неограничивающего варианта осуществления данного изобретения.
Краткое описание чертежей
Подробное описание возможного варианта осуществления производится со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 схематично показан двухконтурный газотурбинный двигатель согласно изобретению, вид сбоку;
на фиг. 2 схематично показана часть газотурбинного двигателя, изображенного на фиг. 1, с показом воздушно-масляной системы охлаждения, вид в разрезе;
на фиг. 3a показана часть газотурбинного двигателя, изображенная на фиг. 2, с опорой системы охлаждения в рабочем положении, вид в перспективе;
на фиг. 3b схематично показана часть газотурбинного двигателя, изображенная на фиг. 3a, вид в разрезе по плоскости, перпендикулярной продольной оси двигателя;
на фиг. 4a показано то же, что на фиг. 3a, с опорой системы охлаждения в положении техобслуживания;
на фиг. 4b схематично показана часть газотурбинного двигателя, изображенная на фиг. 4a, вид в разрезе по плоскости, перпендикулярной продольной оси двигателя;
на фиг. 5 показано то же, что на фиг. 3a, с опорой системы охлаждения, выполненной согласно другому предпочтительному варианту осуществления, вид в перспективе;
на фиг. 6 показана часть газотурбинного двигателя, изображенного на фиг. 5, вид в разрезе.
Осуществление изобретения
На Фиг. 1 показана силовая установка 200 летательного аппарата, включающая в себя газотурбинный двигатель 1, пилон 202 для крепления газотурбинного двигателя и два устройства 203 подвески, соединяющих газотурбинный двигатель 1 с пилоном 202. Более конкретно, газотурбинный двигатель 1 представляет собой двухвальный двухконтурный газотурбинный двигатель. Он прикреплен к пилону 202, только жесткая часть конструкции которого схематично показана на чертеже. Эта жёсткая конструкция, называемая также силовым корпусом, служит для восприятия усилий, производимых газотурбинным двигателем 1. Пилон содержит также вспомогательные структуры (не показаны) в виде аэродинамических обтекателей. Жёсткая конструкция пилона крепится к элементу конструкции летательного аппарата, например, под кессоном крыла, для подвески газотурбинного двигателя под крылом летательного аппарата.
Устройства 203 подвески выполняют функцию механического соединения между газотурбинным двигателем 1 и жесткой конструкцией пилона 202 подвески. Для завершения этого соединения обычно используются соединительные тяги восприятия усилий (не показаны), соединяющие, например, промежуточный корпус 205 газотурбинного двигателя с передним устройством 203 подвески. Например, переднее устройство 203 подвески соединяет верхнюю часть промежуточного корпуса 205 с передним концом пилона 202, в то время как заднее устройство подвески соединяет, например, межтурбинный корпус 204 с пилоном 202.
Газотурбинный двигатель 1 содержит продольную центральную ось 2, вокруг которой расположены его различные компоненты. Он содержит, если смотреть в направлении прохождения потока 5 газа, вентилятор 3, компрессор 4 низкого давления, компрессор 6 высокого давления, камеру сгорания 11, турбину 7 высокого давления и турбину 8 низкого давления.
Обычно после прохождения через вентилятор воздух разделяется на центральный первичный поток 12a и вторичный поток 12b, окружающий первичный поток. Первичный поток 12a протекает по внутреннему контуру 14a, проходя через компрессоры 4, 6, камеру сгорания 11 и турбины 7, 8. В свою очередь, вторичный поток 12b протекает по наружному контуру 14b, ограниченному в направлении радиально наружу корпусом двигателя, окруженным мотогондолой 9.
Радиально внутри наружный контур 14b ограничен межконтурным обтекателем 20, называемым также «неподвижной внутренней конструкцией». Как правило, этот обтекатель 20 устанавливается вокруг корпуса 26 двигателя с возможностью съема или перемещения между закрытым и открытым положениями, например, путем поворачивания. Межконтурный обтекатель 20 также выполняет функцию внешнего радиального ограничителя межконтурного отсека 22, причем сам он ограничен изнутри корпусом двигателя. Межконтурный отсек 22 ограничивается в сторону выше по потоку внутренним корпусом 24 промежуточного корпуса 205, причем обтекатель 20 выполнен в виде непрерывного продолжения в сторону ниже по потоку наружной обечайки данного промежуточного корпуса.
Как схематично показано на фиг. 2, в межконтурном отсеке 22 расположено множество единиц оборудования 28, закрепленных на корпусе 26 двигателя, а также воздушно-масляная система охлаждения 30, расположенная рядом с межконтурным обтекателем 20. Система охлаждения 30 позволяет охлаждать масло, служащее для смазки вращающихся элементов газотурбинного двигателя, таких как подшипники и зубчатые передачи. Это охлаждение осуществляется с помощью воздуха, отбираемого из наружного контура 14b. Более конкретно, система охлаждения 30 содержит сердечник 32 теплообменника, установленный на опоре 34, а также входной канал 36, один конец которого соединен с сердечником 32 теплообменника. Другой конец канала 36 образует воздухозаборное отверстие 38, соединенное с входным воздушным отверстием 40, выполненным в межконтурном обтекателе 20. Предпочтительно, воздухозаборное отверстие 38 расположено на одном уровне с входным воздушным отверстием 40, как схематично показано на фиг. 2. Таким образом, часть холодного воздуха, протекающего по наружному контуру 14b, может быть отобрана и может проходить в канал 36, перед тем, как поступить в сердечник 32 теплообменника.
Количество воздуха, отбираемого в канал охлаждения, может регулироваться любым способом, известным специалистам в данной области, в соответствии с требованиями по охлаждению масла. Например, воздухозаборное отверстие 38 может иметь проходное сечение, регулируемое с помощью клапана 48, подвижно установленного на данном воздухозаборном отверстии. Это проходное сечение изменяется в зависимости от угла открытия клапана 48, тем самым регулируя количество отбираемого воздуха. Альтернативно, клапан 48 может быть подвижно установлен на входном воздушном отверстии 40, совпадающем с воздухозаборным отверстием, аналогичным образом обеспечивая регулирование величины проходного сечения воздухозаборного отверстия и количества отбираемого воздуха.
После охлаждения масла в сердечнике воздух выходит из него и поступает в выходной канал 42, один конец 44 соединен с выходным воздушным отверстием 46, выполненным в межконтурном обтекателе 20. Таким образом, охлаждающий воздух снова поступает в наружный контур 14b и следует далее вниз по течению.
Опора 34 механически соединена с пилоном 202 соединительными средствами, конкретно предлагаемыми настоящим изобретением. В первом варианте осуществления, показанном на фиг. 2-4b, данные соединительные средства выполнены в виде двух по существу параллельных соединительных тяг 50. Один конец 52 каждой соединительной тяги 50 предназначен для соединения с пилоном 202 с помощью шарнира 54, предпочтительно, шарового шарнира. Предпочтительно, шарнир 54 расположен на конце кронштейна 56, прикрепленного к нижнему лонжерону пилона 202 подвески. Два шарнира 54 расположены на расстоянии друг от друга в осевом направлении и на одной оси 58, проходящей параллельно продольной центральной оси 2 газотурбинного двигателя. Разумеется, количество указанных соединительных тяг 50 может быть больше двух. Противоположные концы каждой из указанных соединительных тяг 50, т.е. концы 60, соединены, предпочтительно, жестко, с опорой 34. Таким образом, наличие шарниров, расположенных на единой оси 58, обеспечивает возможность поворота относительно этой оси узла, в состав которого входят соединительные тяги 50, опора 34 и система охлаждения 30. Следует отметить, что при необходимости, по меньшей мере, одна из указанных соединительных тяг 50 может быть выполнена телескопической с очень ограниченной длиной перемещения, как правило, величиной порядка от одного до нескольких миллиметров. Это обеспечивает возможность точного регулирования положения опоры 34 в межконтурном отсеке 22 относительно межконтурного обтекателя 20. Такая телескопическая конструкция соединительной тяги может быть получена за счет простого скользящего крепления шарнира 54 к соединительной тяге. В частности, такая конструкция может обеспечивать возможность осевого выравнивания опоры 34 и установки её параллельно оси двигателя.
Начиная с конца 60, каждая соединительная тяга 50 проходит по контуру 22, затем пересекает межконтурный обтекатель 20, и затем проходит по части наружного контура 14b, заканчиваясь концом 52, соединенным с пилоном.
На Фиг. 2, 3a, 3b узел 200 показан в положении во время полета, т.е. в рабочем положении. В данной конфигурации система охлаждения 30 расположена в межконтурном отсеке 22, и её опора 34 находится в рабочем положении, в котором она радиально закрывает одну или несколько других единиц оборудования 28, расположенных в межконтурном отсеке 22. Это положение сохраняется не только благодаря наличию вышеуказанных соединительных тяг 50, но и благодаря наличию специальных средств удержания опоры 34, которые сейчас будут описаны.
В рассматриваемом предпочтительном варианте осуществления средства удержания опоры 34 в её рабочем положении представляют собой две удерживающие соединительные тяги 70. Один конец 72 каждой соединительной тяги 70 предназначен для соединения с корпусом 26 двигателя с помощью шарнира 74, предпочтительно, шарового шарнира. Два шарнира 74 расположены на расстоянии друг от друга в осевом направлении и на одной оси 78, проходящей параллельно продольной центральной оси 2 газотурбинного двигателя. Разумеется, количество указанных соединительных тяг 70 может быть больше двух. Противоположные концы каждой из указанных соединительных тяг 70, т.е. на уровне концов 80, также с помощью шарнира 82, предпочтительно, шарового шарнира, соединены с опорой 34. Два шарнира 82 расположены на расстоянии друг от друга в осевом направлении и на одной оси 84, проходящей параллельно продольной центральной оси 2 газотурбинного двигателя.
Таким образом, удерживающие соединительные тяги 70 могут обеспечивать удержание опоры 34 в её рабочем положении, и в предпочтительном варианте осуществления они также могут быть выполнены телескопическими, таким образом, чтобы обеспечивать возможность перемещения опоры 34 из её рабочего положения в положение техобслуживания, показанное на фиг. 4a и 4b. В этом положении техобслуживания, полученном путем раздвигания соединительных тяг 70, что приводит к поворачиванию опоры 34 относительно шарнирной оси 58, опора находится дальше от продольной центральной оси 2, чем в рабочем положении. Указанное поворачивание опоры 34 относительно шарнирной оси 58 обеспечивается вращением удерживающих соединительных тяг 70 относительно каждой из шарнирных осей 78, 84. Таким образом, соединительные тяги 70 образуют приводы типа цилиндров для перемещения опоры 34. Альтернативно, опора 34 и корпус 26 двигателя могут быть соединены между собой одним или несколькими приводом/приводами, так что выдвигание/втягивание соединительных тяг 70 будет происходить в результате срабатывания данных приводов.
В определенной степени положение техобслуживания опоры 34 позволяет перемещать её в положение, в котором она располагается более горизонтально и дальше от корпуса 26 двигателя, что облегчает проведение операторами различных работ на системе охлаждения 30. Кроме того, как схематично показано на фиг. 4b, смещение между рабочим положением и положением техобслуживания является таким, что положение техобслуживания оказывается доступным только после того, как межконтурный обтекатель 22 был удален или переведен в открытое положение. Иными словами, указанное положение техобслуживания может быть получено только в том случае, если обтекатель 22 был предварительно открыт или снят, что обычно и делается при выполнении любых операций техобслуживания на единицах оборудования 28, 30.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг. 5 и 6, удерживающие соединительные тяги больше не нужны, и они заменены другими средствами удержания, которые будут описаны ниже.
Основным элементом данных средств удержания является фиксирующий выступ 86, прикрепленный к опоре 34 с наклоном относительно неё под углом, например, около 90°. Таким образом, данный выступ 86 образует удерживающий элемент опоры, поскольку он взаимодействует с фиксирующей осью 88. Конец этой штифтовидной фиксирующей оси 88 входит в первое отверстие 90, выполненное в пилоне 202. Фиксирующая ось 88 проходит сквозь второе сквозное отверстие 92, выполненное в выступе 86, который проходит практически параллельно участку пилона, в котором выполнено первое отверстие 90. Предпочтительно, на конце фиксирующей оси 88 выполнен буртик 96, служащий для упора в материал выступа 86 вокруг второго отверстия 92. Для сохранения этого положения выступа 86, обеспечивающего удержание опоры 34 в её рабочем положении, предусмотрен колпачок 93, прикрепленный к противоположной поверхности выступа 86 с помощью винтов. Между колпачком 96 и фиксирующей осью 88 установлена шайба 94, служащая в качестве упругого поджимного средства для смещения фиксирующей оси 88 в направлении первого отверстия 90 и прижатия буртика 96 к фиксирующему выступу 86.
При установке опору 34 сначала переводят в её рабочее положение, в котором оба отверстия 90, 92 совмещены друг с другом. Затем вставляют фиксирующую ось 88 и устанавливают шайбу 96, после чего винтами прикрепляют колпачок 93 к фиксирующему выступу 86. При демонтаже вышеописанных средств удержания перевод опоры 34 из её рабочего положения в её положение техобслуживания может осуществляться вручную оператором или выполняться автоматически при перемещении межконтурного обтекателя 20 в его открытое положение.
Разумеется, специалистами в данной области могут быть внесены различные изменения в данное изобретение, описанное выше лишь в качестве неограничивающего примера, и в пределах, определяемых прилагаемой формулой изобретения.