ЦИЛИНДРИЧЕСКОЕ КОЛЬЦО С АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ ПРОФИЛЕМ, ФОРМИРУЮЩИМ НАПРАВЛЕНИЕ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА ВТОРОГО КОНТУРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к конструкции компрессора двухконтурного газотурбинного двигателя с применением технологий производства композиционных изделий методом термоштампования с использованием аддитивной технологии послойного наращивания.
Турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРД) с внутренним и наружным контурами, в котором часть энергии сгорания топлива, подводимого во внутренний контур, преобразуется в механическую работу для привода вентилятора наружного контура, создающего основную тягу. Важной характеристикой двухконтурных ТРД является степень двухконтурности, предполагающая соотношение объемов воздуха, проходящих через наружный и внутренний контуры. В любом случае смешение потоков каждого контура происходит на выходе из сопла.
В настоящее время в авиадвигателестроении все шире применяются полимерные композиционные материалы, обладающие относительно высокими механическими свойствами при сравнительно низкой удельной массе.
Полимерные композиционные материалы состоят из двух основных компонентов: (полимерного связующего (синтетического смолы) и волокнистого наполнителя (ткань или однонаправленный жгут из угле -, органо - или стекловолокна)).
Метод термоштампования включает в себя:
- укладка армированного композита с термопластичным связующим материалом в форму;
- нагрев до температуры плавления термопластичного полимера препрега;
- приложение давления для формовки детали;
- охлаждение;
- извлечение из формы.
Методом термоштампования можно изготовить только неглубокие изделия, приблизительно постоянной толщины, наиболее точных размеров с одновременной или последующей вырубкой отверстий и обрубкой изделий, поэтому для дальнейшего наращивания выступов дополнительно используют метод аддитивных технологий, совокупность данных технологий позволяет избежать соединений винтами, клепкой или склеиванием и снизить риск повреждения основной детали.
Известен двухконтурный турбовентиляторный двигатель (патент РФ №2415287, F02K1/64, заявлено 20.06.2005, опубликовано 27.03.2011), содержащий профилированные панели выполняющие функцию направления, ориентирования и спрямления воздушного потока второго контура.
Основным недостатком такой конструкции является сложность, обусловленная поворотным механизмом, позволяющим повернуться вокруг своих осей таким образом, что они устанавливаются поперек вала реактивного двигателя.
Также известна внешняя оболочка воздуховода вентилятора газотурбинного двигателя (Патент РФ №2462601, МПК F01D 25/24, F02K 3/06, конвенционный приоритет 26.07.2007 FR 0705455, опубликовано 27.01.2010), состоящего из конструктивной и аэродинамической частей, при этом аэродинамическая часть выполнена в виде соединенных между собой панелей, внешняя поверхность которых позволяет оптимизировать аэродинамические характеристики.
Недостатком описанной конструкции является длительность, сложность технологического процесса изготовления за счет дополнительных присоединяемых элементов конструкции (решетчатый каркас, образованный балками и фланцами) содержащих крепежные соединения с механической обработкой (сверление отверстий), ослабляющих конструкцию, а также увеличивающих ее массу.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в создании конструкции цилиндрического кольца с аэродинамическим профилем, формирующим направление воздушного потока, позволяющей упростить технологический процесс изготовления со снижением массы конструкции, за счет выполнения аэродинамической и конструктивной частей за одно целое, при помощи изготовления аэродинамической части выполненной из термопластичного полимерного композиционного материла по технологии термоштампования с последующим использованием аддитивной технологии послойного наращивания, что позволяет уменьшить количество дополнительных элементов конструкции с использованием дополнительных крепежных деталей, так как каждое дополнительное крепежное соединение приводит к ослаблению всей конструкции, особенно в продольном направлении (т.е в направлении осевой нагрузки крепежной детали), а также значительно увеличивает массу конструкции, что затрудняет применение данной конструкции в авиационно-космической промышленности.
Технический результат достигается тем, что цилиндрическое кольцо с аэродинамическим профилем, формирующим направление воздушного потока второго контура газотурбинного двигателя состоящего из конструктивной и аэродинамической частей, при этом аэродинамическая часть выполнена в виде соединенных между собой панелей, внешняя поверхность которых позволяет оптимизировать аэродинамические характеристики.
Новым в полезной модели является то, что каждая панель, выполнена из термопластичного полимерного композиционного материала методом термоштампования и содержит щелевые отверстия, суммарная площадь которых обеспечивает максимальный расход воздушного потока в момент открытия системы перепуска первого контура, при этом конструктивная часть выполнена по краям внутренней поверхности панели в виде выступов с отверстиями под крепежные элементы методом наращивания аддитивными технологиями.
На прилагаемых чертежах изображено:
фиг. 1 - 3-D модель цилиндрического кольца с аэродинамическим профилем, формирующим направление воздушного потока второго контура газотурбинного двигателя;
фиг. 2 - объемная модель внешней поверхности панели;
фиг. 3 - объемная модель внутренней панели.
Цилиндрическое кольцо с аэродинамическим профилем, формирующим направление воздушного потока второго контура газотурбинного двигателя, содержит конструктивную часть 1 (фиг. 3) и аэродинамическую часть 2 (фиг. 1, 2).
При этом аэродинамическая часть 2 (фиг. 1, 2) выполнена в виде соединенных между собой панелей 3 (фиг. 1, 2, 3), внешняя поверхность 4 (фиг. 1, 2) которых позволяет оптимизировать аэродинамические характеристики.
Каждая панель 3 (фиг. 1, 2, 3), выполнена из термопластичного полимерного композиционного материала методом термоштампования и содержит щелевые отверстия 5 (фиг. 1, 2, 3).
Суммарная площадь щелевых отверстий 5 (фиг. 1, 2, 3) обеспечивает максимальный расход воздушного потока в момент открытия системы перепуска первого контура.
Конструктивная часть 1 (фиг. 3) выполнена по краям внутренней поверхности 6 (фиг. 1, 3) панели 3 (фиг. 1, 2, 3) в виде выступов 7 (фиг. 3) с отверстиями под крепежные элементы 8 (фиг. 3) методом наращивания аддитивными технологиями.
В зависимости от конструкции газотурбинного двухконтурного двигателя, рассчитывают необходимое количество панелей 3 (фиг. 1, 2, 3) для образования цилиндрического кольца, а также их геометрию, количество щелевых отверстий 5 (фиг. 1, 2, 3) и их пропускную способность соответствующую максимальному расходу воздушного потока в момент перепуска.
Методом термоштампования изготавливают необходимое количество панелей 3 (фиг. 1, 2, 3) из термопластичного полимерного композиционного материала с последующим наращиванием конструктивной части 1 (фиг. 3), выполненной в виде выступов 7 (фиг. 3) и дальнейшей механической обработкой для предания окончательной формы панели 3 (фиг. 1, 2, 3).
При работе двигателя с внутренним и наружным контуром панели 3 (фиг. 1, 2, 3), образующие цилиндрическое кольцо, направляют воздушный поток второго контура в сопло двигателя. При запуске системы перепуска воздушный поток из первого контура через щелевые отверстия 5 (фиг. 1, 2, 3) выходит во второй контур двигателя.
Предлагаемая конструкция цилиндрического кольца с аэродинамическим профилем, формирующим направление воздушного потока, позволяет упростить технологический процесс изготовления со снижением массы конструкции и успешно применять данную конструкцию в конструкции компрессора двухконтурного двигателя.