УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ САМОЛЕТА ОТ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ И ПТИЦ

Заявляемая полезная модель относится к средствам защиты газотурбинных, в том числе турбовентиляторных, двигателей самолетов от попадания посторонних предметов и птиц.
Попадание посторонних предметов с поверхности аэродрома в воздухозаборник путем их всасывания возможно при пробах двигателя на стоянках, рулении, взлете и посадке, при этом возможно попадание в воздухозаборник и птиц. 80 процентов летных происшествий приходится на взлет и посадку /1, с.7/.
Статистика частоты, характера повреждений двигателей и серьезных последствий в результате попадания в них посторонних предметов и птиц скрыта от свободного доступа. На авиасалонах не видно следов средств защиты двигателей самолетов.
Возможно, с одной стороны, двигатели производятся «самозащищенными», с другой стороны, последствия от попадания посторонних предметов и птиц в двигатель считаются стихийным явлением, а не следствием отсутствия средств защиты.
Например, попадание в «самозащищенный» двигатель аэробуса птицы массой 5...8 кг при скорости самолета 300 км/час вызовет удар по вращающемуся рабочему колесу вентилятора, сравнимый с ударом молота.
Существуют конструкции, в которых двигатели самолета защищены от засасывания посторонних предметов с поверхности аэродрома в процессе взлета и посадки путем сдува вихря, образующегося перед двигателем /2, с.67/.
Известное устройство, описанное в заявке Японии /3/, содержит стационарно закрепленный перед воздухозаборником двигателя набор из
многочисленных трубок сферической или конической формы и соединительный цилиндр для трубок, установленный соосно с воздухозаборником. В трубки подается горячий воздух из коллектора, который затем выпускается наружу из соединительного цилиндра.
Известны устройства защиты с применением каркасов с сетками конической, сферической, сигарообразной формы, стационарно закрепленных перед воздухозаборником. Эти устройства описаны в патентах США и Германии /4, 5/. Такие устройства на основных режимах полета препятствуют поступлению в двигатель необходимого потока воздуха.
Известное устройство защиты описано в авторском свидетельстве СССР /6/. Оно содержит поворотную панель в виде каркаса, несущего защитную решетку, которая размещена в канале воздухозаборника. После взлета защитная поворотная панель утепляется в канале воздухозаборника, при посадке защитная поворотная панель вновь перекрывает воздушный канал. Конструкция такого устройства защиты имеет следующие недостатки:
- она предназначена для применения в воздухозаборнике с прямоугольным контуром воздушного канала;
- при попадании крупной птицы ее фрагменты попадут на защитную поворотную панель полностью, без всякой возможности отбросить часть фрагментов за пределы воздухозаборника, что может вызвать резкое сокращение потока воздуха в двигатель и его помпаж;
- она не может быть применена для защиты турбовентиляторного двигателя, у которого вентилятор расположен у входа в воздушный канал воздухозаборника /2, с.10/.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является защитное устройство воздухозаборника, описанное в патенте РФ /7/. Защитное устройство содержит две секции в виде каркаса с сеткой, поворачиваемые в канале воздухозаборника.
Перед запуском двигателя секции перемещаются в выпущенное положение и образуют перекрытие канала воздухозаборника. После руления и взлета секции убираются, при посадке вновь выпускаются. Данное устройство имеет следующие недостатки:
- воздухозаборник заполнен двумя каркасами с сетками, которые уменьшают поступление воздуха в двигатель на взлетном режиме, когда он работает на полную мощность;
- механизм устройства содержит много взаимосвязанных элементов, что делает ненадежным его работу и обслуживание;
- при попадании крупной птицы ее фрагменты попадут на каркасы с сеткой секций полностью, без всякой возможности отбросить часть фрагментов за пределы воздухозаборника, что может вызвать резкое сокращение потока воздуха в двигатель и его помпаж;
- данное устройство не может быть применено для защиты турбовентиляторного двигателя, у которого вентилятор расположен у входа в воздушный канал воздухозаборника /2, с.10/.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности устройства защиты и упрощение его эксплуатации и обслуживания, в частности, устранение недостатков, связанных с размещением известного устройства защиты в канале воздухозаборника.
Задача решена тем, что устройство защиты газотурбинного двигателя самолета от посторонних предметов и птиц содержит
составленный из двух частей сетчатый экран с перекрытием контура воздушного канала перед воздухозаборником, и два диаметрально расположенных и закрепленных на воздухозаборнике кронштейна, предназначенных для удержания двух частей сетчатого экрана, при этом внутренний контур обода первой части сетчатого экрана совпадает с наружным контуром обода второй части с зазором и обе части сетчатого экрана посажены в месте их разделения на общую с кронштейнами ось с возможностью синхронного поворота обеих частей сетчатого экрана перед воздухозаборником в горизонтальное положение, причем одновременно с поворотом производят укладку второй части сетчатого экрана внутри первой. Сетки частей сетчатого экрана образованы из нитей с прочностью на разрыв не менее 230-270 сН/текс.
Заявляемая полезная модель позволяет:
- вывести элементы устройства защиты из канала воздухозаборника и тем самым усилить поток воздуха в двигатель на взлетном режиме;
- упростить удаление сеток двух частей сетчатого экрана с прямого воздушного потока путем поворота названных частей в горизонтальное положение, с одновременной укладкой одной части сетчатого экрана внутри другой части, при этом сопротивление совмещенных частей сетчатого экрана воздушному потоку будет минимальным;
- устранить опасность перекрытия воздушного канала фрагментами крупной птицы при столкновении с ней за счет расположения двух частей сетчатого экрана перед воздухозаборником;
- применить устройство защиты для турбовентиляторного двигателя, у которого вентилятор расположен у входа в воздушный канал воздухозаборника;
- применить для изготовления сетки сетчатого экрана нити с прочностью на разрыв не менее 230-270 сН/текс /8/, что обеспечивает сетке наиболее низкое сопротивление воздушному потоку, высокую
прочность и отсутствие вытяжки при ударах от столкновения с крупной птицей, коррозионностойкость (см. Расчеты). Без такой сетки устройство защиты не полноценно.
На фиг.1 показан общий вид устройства защиты в исходном положении.
На фиг.2 показан вид А на фиг.1 - вид спереди на устройство защиты.
На фиг.3 показан вид Б на фиг.2.
На фиг.4 показан разрез Г-Г на фиг.1.
На фиг.5 показан разрез В-В на фиг.3.
На фиг.6 показан общий вид устройства защиты с двумя совмещенными частями сетчатого экрана в горизонтальном положении.
На фиг.7 показан вид сверху на фиг.6.
На фиг.8 показан разрез Д-Д на фиг.7 и закрепление концов нитей сеток.
На фиг.9 показан фрагмент сетки для двух частей сетчатого экрана.
Устройство защиты газотурбинного двигателя самолета от посторонних предметов и птиц содержит составленный из двух частей 1 и 2 сетчатый экран (фиг.2). На воздухозаборнике диаметрально расположены и закреплены два кронштейна 3 (фиг.1). первая часть сетчатого экрана 1 содержит обод 4 (фиг.2) и стяжку 5 (фиг.3, 8), на которых натянута сетка. На ободе 4 жестко закреплен рычаг 6 (фиг.1), на двух концах обода 4 обработаны отверстия, куда вставлены антифрикционные втулки 7. На стяжке 5 выполнена впадина К (фиг.3, 5) для создания возможности укладки на ней обода второй части 2 сетчатого экрана. На ободе 4 закреплена пластина 8 для укладки на ней обода второй части 2 сетчатого экрана (фиг.8). Вторая часть сетчатого экрана 2 содержит обод 9 (фиг.2), наружный контур которого соответствует внутреннему контуру обода 4, и стяжку 10, (фиг.3, 8), на которых натянута
сетка. На ободе 9 жестко закреплен рычаг 11 (фиг.1), на двух концах обода 9 обработаны отверстия, куда вставлены сентифрикационные втулки 7 (фиг.3). Ободы 4 и 9 выполнены в поперечном сечении в форме овала для уменьшения сопротивления воздушному потоку (фиг.8). На ободах 4, 9, стяжках 5, 10 обработаны отверстия для образования ячеек сетки, например, 25 мм в свету (фиг.8). В конце отверстий на ободах 4, 9 и стяжках 5, 10 с одной стороны обработаны лунки 12, 13 (фиг.8). Сетки двух частей сетчатого экрана 1 и 2 изготовлены перекрестным плетением нитей 14 (фиг.9). Нить 14 пропущена в отверстие и натянута, после выхода из отверстия нить 14 два раза намотана с пропусканием в отверстие, и на выходе нити лунки 12, 13 заполнены твердеющим герметиком (фиг.8) После затвердения герметика нити обрезаны, лунки зачищены.
Части 1 и 2 сетчатого экрана собраны путем совмещения отверстий на концах ободов 4, 10 с отверстиями в кронштейнах 3 и скреплены осями 15, шайбами 16 и шплинтами 17, при этом установлено распорное кольцо 18 (фиг.3). После сборки кронштейны 3 закреплены на силовых элементах внутри воздухозаборника крепежными изделиями 19.
На конце рычага 6 осью закреплен рычаг 20, а на конце рычага 11 осью закреплен рычаг 21 (фиг.1), свободные концы рычагов 20, 21 сведены вместе и соединены осью с головкой 22 штока гидроцилиндра 23 (фиг.1, 6).
Приведенная система рычагов позволяет синхронно повернуть части 1 и 2 сетчатого экрана в горизонтальное положение, и одновременно уложить вторую часть внутри первой.
Гидроцилиндр 23 размещен в нише воздухозаборника, которая закрыта с его внешней стороны съемной обтекаемой крышкой 24 (фиг.7). Крышка 24 по условиям реальной компоновки может выступать от обвода воздухозаборника.
Устройство защиты газотурбинного двигателя самолета от посторонних предметов и птиц работает следующим образом.
Перед запуском двигателя части сетчатого экрана 1 и 2 посредством жестко закрепленных рычагов 6, 11 и рычагов 20, 21, соединенных осью с головкой 22 штока гидроцилиндра 23, при ходе штока назад поворачиваются синхронно вокруг осей 15 в кронштейнах 3 до соприкосновения ободов 4 и 9 с воздухозаборником. При этом части сетчатого экрана 1 и 2 перекрывают контур воздушного канала. В этом (исходном) положении части 1 и 2 сетчатого экрана остаются при рулении, взлетном режиме работы двигателя и взлете. Посторонние предметы с поверхности аэродрома отражаются сетчатым экраном устройства защиты. При столкновении с птицами удар принимают части сетчатого экрана 1 и 2, при этом сила удара может быть значительной. При ударе птица распадается на фрагменты, часть которых отбрасывается при ударе, часть срывается воздушным потоком. Мелкие фрагменты птицы неизбежно через сетки будут втянуты в воздухозаборник и двигатель, но они не смогут вызвать повреждений, при этом производители двигателей также приняли меры защиты.
Применение в устройстве защиты сеток с более мелкими, чем 25 мм в свету, ячейками может быть подтверждено аэродинамическими испытаниями. После взлета самолета и перехода к основным режимам полета посредством хода штока гидроцилиндра 23 вперед и связанной с ним системы рычагов, части сетчатого экрана 1 и 2 синхронно переводятся в горизонтальное положение с одновременной укладкой второй части сетчатого экрана внутри первой части. Перевод частей сетчатого экрана из исходного положения в горизонтальное следует выполнить при наборе высоты, например, 3 км, где вероятность столкновения с птицами значительно меньше. В этот момент скорость полета не должна превышать 500 км/час из-за динамического давления воздушного потока.
Сопротивление совмещенных частей 1 и 2 сетчатого экрана воздушному потоку будет минимальным, этому способствует также овальный профиль в сечении ободов 4 и 9. При снижении на посадку перевод частей 1 и 2 сетчатого экрана в исходное положение (перекрытие) производится ранее описанным способом. После посадки и заруливания на стоянку части 1 и 2 сетчатого экрана переводятся в горизонтальное положение для осмотра передней части двигателя через воздушный канал. При обслуживании части сетчатого экрана 1 и 2 вместе с двумя кронштейнами 3 могут быть отсоединены от воздухозаборника и сняты. Обслуживание гидроцилиндра 23 и системы рычагов производится при снятии крышки 24 с внешней стороны воздухозаборника.
На основе заявляемой полезной модели авиационные специалисты могут создать совершенное устройство защиты газотурбинного двигателя для каждого типа самолета.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Шумилов И.С. Авиационные происшествия: причины возникновения и возможности предотвращения. М., МГТУ, 2006.
2. Соловьев Б.А. Устройство и эксплуатация силовых установок самолетов ИЛ-96-300; ТУ-204; ИЛ-114. М., Транспорт, 1993.
3. Заявка Японии JP2000128090, 05.09.2000.
4. Патент US 3871844, 18.03.1975.
5. Патент Германии DE 19545806, 08.08.1996.
6. Авторское свидетельство СССР №717868, 27.01.1996.
7. Патент РФ №2271964, 28.10.2004.
8. Сайт в Интернете http//www.advtech.ru//lirsot/produktarmos.htm. 04.07.2008.
9. ГОСТ 2715-75 Сетки металлические проволочные.
10. ГОСТ 18143-72 Проволока из высоколегированной коррозионностойкой и жаростойкой стали. Технические условия.