Вспомогательная силовая установка самолёта
AIRCRAFT AUXILIARY POWER UNIT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к конструкции вспомогательной силовой установки самолета, оборудованной воздухозаборным устройством.
Уровень техники
В настоящее время, практически на всех самолетах применяются вспомогательные силовые установки (далее по тексту ВСУ), которые представляют собой газотурбинный двигатель, используемый для выработки электроэнергии и кондиционирования воздуха самолета на земле и в полете, запуска основных двигателей с помощью сжатого воздуха, отбираемого от компрессора ВСУ.
Аналогом изобретения является конструкция отсека ВСУ самолета Ил-86. ВСУ содержит патрубок подвода воздуха, образованный воздухозаборной створкой, основанием патрубка и самим патрубком, воздухозаборная створка расположена по оси симметрии самолета снизу, имеет коробчатую конструкцию и управляется электромеханизмом с электроприводом. На створке установлены две щеки, закрывающие щели по боковым сторонам, образуя воздухозаборное устройство - воздухозаборник, расположенный в фюзеляже самолета (см. «Конструкция и техническое обслуживание летательных аппаратов. Самолет Ил-86. Параграф 2.2.6 «Отсек ВСУ» стр. 22-24, рис. 2.16 и 2.17 Часть 1: Планер. Из-во «Московский государственный технический университет гражданской авиации». Москва - 2006).
К недостаткам ВСУ самолета Ил-86 относится то, что в патрубке подвода воздуха при работе ВСУ может образовываться лед, который попадая в газотурбинный двигатель, может его повредить и, как следствие, привести к выключению газотурбинного двигателя. Также патрубок подвода воздуха самолета Ил-86 расположен снизу фюзеляжа, что увеличивает вероятность попадания посторонних предметов с поступающим воздухом в воздухозаборное устройство ВСУ самолета Ил-86. Кроме того, в конструкции отсутствует устройство шумоглушения.
Из публикации RU (см. патент Российской Федерации №1462678, приоритет от 06.05.1993 года - аналог) известна конструкция ВСУ с системой защиты газотурбинного двигателя от попадания посторонних предметов, содержащая закрепленный через узлы подвески газотурбинный двигатель, снабженный шарнирно закрепленной воздухозаборной створкой и противопожарными перегородками, при этом воздухозаборная створка размещена над газотурбинным двигателем. К недостаткам данного ВСУ относится то, что в конструкции отсутствует устройство шумоглушения и эффективная защита ВСУ от попадания посторонних предметов в газотурбинный двигатель, так как поступающий воздух с посторонними предметами сразу попадает в ВСУ.
Известна конструкция ВСУ самолетов АЭРБАС A319/320/321 (аналог), содержащая закрепленный через узлы подвески газотурбинный двигатель, соединенный с воздухозаборным устройством - воздухозаборником, образующим воздухозаборный канал, на входе которого установлено шумоглушащее устройство, воздухозаборную створку с приводом, устройство между воздухозаборным каналом и газотурбинным двигателем в котором установлены защитная сетка и сотовые шумоглушащие панели. При этом воздухозаборник расположен в нижней части фюзеляжа. (См. описание А319/А320/А321 AIRCRAFT MAINTENANCE MANUAL (Руководство по техническому обслуживанию) Power Plant, раздел 49-00-00, параграф 4, фиг. 002, стр. 4 от 01 мая 2008 г.; раздел 49-16-00, параграф 3, фиг. 001 и фиг. 601; раздел 49-16-28, параграф 404 и 416 фиг. 401 и фиг. 402).
В конструкции ВСУ самолета A319/320/321 недостатками являются низкая эффективность шумоглушения из-за малой площади шумоглушащей конструкции в устройстве между воздухозаборным каналом и газотурбинным двигателем и сложность в изготовлении сотовой шумоглушащей конструкции цилиндрической формы. Кроме того, в конструкции прототипа к недостаткам относится расположение воздухозаборного устройства в нижней части фюзеляжа самолета, что увеличивает вероятность попадания посторонних предметов в воздухозаборный канал и необходимость контроля целостности воздухозаборного канала из-за сложности его конструкции, состоящей из неподвижной части и нескольких подвижных элементов, а также наличие в этом устройстве нескольких каналов с малым проходным сечением по которым поступает воздух в газотурбинный двигатель в результате чего возникает неравномерность воздушного потока, вызванная турбулентностью и пульсацией потока, а также обмерзание защитной сетки в условиях обледенения, что приводит к уменьшению проходного сечения и неравномерности - турбулентности воздушного потока поступающего на вход газотурбинного двигателя, что в свою очередь снижает эффективную работу газотурбинного двигателя.
Известна конструкция ВСУ самолета Боинг 757, выбранная как прототип, содержащая силовой отсек с противопожарной перегородкой, в котором установлен газотурбинный двигатель, ресивер и патрубок подвода воздуха, подсоединенный к двигателю и ресиверу, шпангоуты, систему крепления, представляющую собой ферму из трубчатых подкосов соединенных между собой болтами, воздухозаборную створку с приводом, воздухозаборное устройство - воздухозаборник - образующим воздухозаборный канал с сотовой шумоглушащей конструкцией и сетчатой защитой от попадания посторонних предметов в газотурбинный двигатель (см. Каталог издательства ASME, копирайт 1983 г., Описание ВСУ Боинга-757 «Garrett/Honeywell GTCP 331-200», стр. 83-GT-188, фиг. 1).
К недостатку прототипа (ВСУ самолета Боинга 757) относится то, что в конструкции обеспечивается защита от попадания в газотурбинный двигатель посторонних предметов с большой массой, которые задерживаются сетчатой защитой, а предметы с малой массой, прошедшие через сетчатую защиту, попадают в газотурбинный двигатель, что может его повредить и привести к выключению, также на сетчатой защите в условиях обледенения образовывается лед, что приводит к уменьшению проходного сечения и неравномерности - турбулентности воздушного потока поступающего на вход газотурбинного двигателя, что в свою очередь снижает эффективную работу газотурбинного двигателя.
Раскрытие сущности изобретения
Изобретение решает задачи по повышению надежности защиты газотурбинного двигателя от попадания посторонних предметов, и, следовательно, по повышению безопасности полетов, а также решает задачи по снижению уровня шума при работе вспомогательной силовой установки.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности защиты газотурбинного двигателя ВСУ от попадания посторонних предметов, и, следовательно, повышении безопасности полетов, а также в снижении уровня шума.
Указанный технический результат достигается тем, что вспомогательная силовая установка самолета содержит силовой отсек с размещенным газотурбинным двигателем, выхлопное устройство, ресивер, патрубок подвода атмосферного воздуха в газотурбинный двигатель, шумоглушащее устройство, воздухозаборную створку с приводом, причем упомянутый ресивер расположен над упомянутым силовым отсеком и состоит из двух секций, причем его первая секция снабжена по крайней мере одной воздухозаборной створкой, расположенной на верхнем своде ресивера, а вторая секция ресивера снабжена патрубком подвода атмосферного воздуха в газотурбинный двигатель и шумоглушащим устройством, при этом шумоглушащее устройство расположено между по крайней мере одной воздухозаборной створкой и упомянутым патрубком подвода атмосферного воздуха в газотурбинный двигатель.
В частном случае реализации заявленного технического решения шумоглушащее устройство выполнено из плоских шумоглушащих панелей, при этом упомянутые плоские шумоглушащие панели закреплены на силовом наборе верхнего свода ресивера, в нижней части ресивера и соединены между собой, с образованием коробчатой конструкции, разделенной на отсеки.
В частном случае реализации заявленного технического решения панели шумоглушащего устройства выполнены из металлического или композиционного материала в виде сотового заполнителя и перфорированных оболочек, закрепленных на сотовом заполнителе.
В частном случае реализации заявленного технического решения дополнительно содержит вторую воздухозаборную створку, при этом упомянутые воздухозаборные створки выполнены в первой секции ресивера по обе стороны от вертикальной плоскости фюзеляжа самолета, причем упомянутые воздухозаборные створки выполнены с возможностью открытия против полета.
Заявляемое изобретение позволяет обеспечить повышение надежности защиты газотурбинного двигателя от попадания посторонних предметов, повышение безопасности полетов, снижение трудоемкости при обслуживании самолета и, как следствие, обеспечить снижение затрат при эксплуатации, в том числе и временных, а также обеспечить снижение уровня шума и снижение затрат при производстве ВСУ самолета.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеприведенного описания примеров реализации, заявленной вспомогательной силовой установки самолета, с использованием чертежей, на которых показано:
на фигуре 1 представлен общий вид вспомогательной силовой установки;
на фигуре 2 представлена схема движения воздуха в ресивере вспомогательной силовой установки;
на фигуре 3 представлен вид А-А, указанный на фиг. 1;
на фигуре 4 представлен вид А-А, указанный на фиг. 1. Вариант выполнения с двумя воздухозаборными створками;
на фигуре 5 представлена схема крепления воздухозаборной створки;
на фигуре 6 представлен общий вид шумоглушащего устройства в изометрии.
На фигурах позициями обозначены следующие элементы конструкции:
1 - вспомогательная силовая установка (ВСУ); 2 - газотурбинный двигатель; 3 - силовой отсек; 4 - нижняя часть ресивера; 5 - шпангоут; 6 - шпангоут; 7 - патрубок подвода атмосферного воздуха в газотурбинный двигатель; 8 - шумоглушащее устройство; 9 - шумоглушащие панели; 10 - первая секция ресивера; 11 - вторая секция ресивера; 12 - воздухозаборная створка; 13 - обшивка фюзеляжа; 14 - привод воздухозаборной створки; 15 - выхлопное устройство; 16 - отсеки шумоглушащего устройства; 17 - нижний свод силового отсека; 18 - верхний свод ресивера.
Осуществление изобретения
Изобретение подробно и с полнотой, достаточной для его осуществления, поясняется описанием его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Хвостовая часть фюзеляжа самолета содержит отсек вспомогательной силовой установки, сформированный обшивкой фюзеляжа (13), передним шпангоутом (5) и хвостовым шпангоутом (6), при этом упомянутые шпангоуты являются пожарными перегородками, причем передний шпангоут (5) отделяет отсек вспомогательной силовой установки от других отсеков фюзеляжа самолета.
В представленном в описании и на чертежах варианте осуществления заявленного технического решения отсек вспомогательной силовой установки выполнен в хвостовой части самолета, при этом данное выполнение является примером, и отсек вспомогательной силовой установки может быть выполнен в любом из других многочисленных отсеков самолета.
Упомянутый отсек вспомогательной силовой установки состоит из двух отсеков - ресивера и силового отсека (3), отделенных панелью, выполненной от переднего шпангоута (5) до хвостового шпангоута (6), при этом упомянутый ресивер расположен в отсеке вспомогательной силовой установки над упомянутым силовым отсеком (3) как показано на фиг. 1, а упомянутая панель, выполненная от переднего шпангоута (5) до хвостового шпангоута (6), является нижней частью (4) упомянутого ресивера.
Таким образом, силовой отсек (3) образован нижней частью ресивера (4), шпангоутами (5) и (6), и нижним сводом силового отсека (17), образующим нижний свод фюзеляжа (13), а ресивер образован упомянутыми шпангоутами (5) и (6), нижней частью (4), и верхним сводом (18) ресивера, образующим верхний свод фюзеляжа (13).
В силовом отсеке (3) размещен газотурбинный двигатель (2), закрепленный через узлы подвески (не показаны на представленных чертежах). Газотурбинный двигатель (2) снабжен выхлопным устройством (15).
При этом упомянутый ресивер состоит из двух секций - первой (10) секции, расположенной со стороны хвостового шпангоута (6), являющейся задней секцией ресивера, и второй (11) секции, расположенной со стороны переднего шпангоута (5), являющейся передней секцией ресивера, как это показано на фиг. 2. Секции ресивера выполнены с обеспечением возможности движения потока атмосферного воздуха из первой (10) секции ресивера во вторую секцию (11).
Первая секция ресивера (10) снабжена по крайней мере одной воздухозаборной створкой (12), выполненной в верхнем своде (18) ресивера. При этом воздухозаборная створка (12) шарнирно закреплена на хвостовом шпангоуте (6) и соединена шарнирно с приводом (14), установленным на нижней части ресивера (4). Воздухозаборная створка (12) выполнена с возможностью открытия против полета.
Вторая секция (11) ресивера снабжена патрубком (7) подвода атмосферного воздуха в газотурбинный двигатель (2), соединяющим с обеспечением движения потока атмосферного воздуха упомянутую вторую секцию (11) ресивера и газотурбинный двигатель (2) через упомянутую нижнюю часть (4) ресивера. Конструкция и размещение патрубка (7) подвода атмосферного воздуха к газотурбинному двигателю (2) во второй секции (11) ресивера реализована с обеспечением ламинарного течения воздушного потока и требования к параметрам воздуха на входе в газотурбинный двигатель по уровню неравномерности и пульсации, а также потерям давления воздушного потока.
Ресивер выполнен двухсекционным для защиты газотурбинного двигателя (2) от попадания посторонних предметов, при этом применен принцип инерционной очистки воздуха, включающий двухступенчатую очистку воздуха в упомянутых секциях (10) и (11) ресивера. Выполнение ресивера из двух секций обеспечивает отделение частиц посторонних предметов из потока атмосферного воздуха как в первой секции (10), так и во второй секции (11) ресивера за счет изменения направления движения потока атмосферного воздуха в каждой секции ресивера и, соответственно, осаждения на нижней части (4) ресивера частиц посторонних предметов.
Вторая секция (11) ресивера также содержит шумоглушащее устройство (8) с шумоглушащими панелями (9). Шумоглушащее устройство (8), расположенное во второй секции (11) ресивера, выполнено из плоских шумоглушащих панелей (9). Шумоглушащие панели (9) шумоглушащего устройства (8) закреплены на силовом наборе (не показан на чертежах) верхнего свода (18) ресивера, образующего верхний свод фюзеляжа (13), а также на нижней части (4) ресивера и соединены между собой с образованием коробчатой конструкции (фиг. 6), форма поперечного сечения которой выполнена в виде многоугольника, при этом упомянутые шумоглушащие (9) панели соединяют первую (10) и вторую секцию (11) ресивера с обеспечением возможности движения потока воздуха из первой (10) секции ресивера во вторую (11) секцию ресивера через шумоглушащее устройство (8). Силовой набор верхнего свода ресивера, являющийся силовым набором верхнего свода фюзеляжа, не показан на чертежах, поскольку включает в себя стандартный, широко известный из уровня техники, силовой набор, состоящий из различных продольных и поперечных силовых элементов. Шумоглушащее устройство (8) выполнено таким образом, что расположено во второй секции (11) ресивера между патрубком (7) подвода атмосферного воздуха в газотурбинный двигатель (2) и первой секцией (10) ресивера, содержащей упомянутую по крайней мере одну воздухозаборную створку (12). Таким образом шумоглушащее устройство (8) расположено в ресивере между по крайней мере одной воздухозаборной створкой (12) и патрубком (7) подвода атмосферного воздуха в газотурбинный двигатель (2), как это показано на фиг. 2.
Конструкция шумоглушащего устройства (8) - форма и размеры - выбрана такой, чтобы максимально заполнить пространство внутри ресивера между патрубком (7) подвода атмосферного воздуха (7) в газотурбинный двигатель (2) и воздухозаборной створкой (12). Шумоглушащие панели (9) имеют максимально возможные размеры, которые позволяют увеличить площадь шумоглушащего устройства (8) и использовать простые и экономичные в изготовлении плоские формы шумоглушащих панелей (9).
При этом в варианте реализации заявленного технического решения образованная коробчатая конструкция шумоглушащего устройства (8) может быть разделена дополнительно установленными, например, вертикально, шумоглушащими панелями (9) на отдельные отсеки (16), имеющими большую площадь поперечного сечения, через которые атмосферный воздух из первой секции (10) ресивера от по меньшей мере одной воздухозаборной створки (12) проходит во вторую секцию (11) ресивера. В варианте реализации заявленного технического решения шумоглушащие панели (9), разделяющие шумоглушащее устройство (8) на отдельные отсеки (16), выполнены сдвоенными для увеличения площади шумоглушения шумоглушащего устройства (8). Разделение на отдельные отсеки (16) шумоглушащего устройства (8) обеспечивает разделение потока атмосферного воздуха на несколько потоков с малой энергией, что повышает эффективность шумоглушения и упрощает выполнение требований к параметрам воздуха на входе в газотурбинный двигатель (2). Пример такого разделения на отдельные отсеки приведен на фиг. 6.
Заявленная конструкция ВСУ (1) обеспечивает движение атмосферного воздуха от открытой по меньшей мере одной воздухозаборной створки (12) через первую секцию (10) ресивера, через отсеки (16) шумоглушащего устройства (8) во вторую секцию (11) ресивера и далее через патрубок (7) подвода атмосферного воздуха в газотурбинный двигатель (2). При этом, поток атмосферного воздуха дважды изменяет первоначальное направление движения, заданное по меньшей мере одной воздухозаборной створкой (12), открытой против полета: первый раз поток воздуха изменяет направление движения в первой секции (10) ресивера, совершая поворот потока атмосферного воздуха на 180 градусов, перед стенкой шпангоута (6), и второй раз поток воздуха изменяет направление движения во второй секции (11) ресивера, совершая поворот на 90 градусов, после выхода из отсеков (16) шумоглушащего устройства (8) перед входом в патрубок (7) подвода атмосферного воздуха в газотурбинный двигатель (2). При этом при первом изменении направления движения потока атмосферного воздуха посторонние предметы и/или атмосферные осадки любой фракции сохраняют первоначально заданную траекторию ударяются в стенку шпангоута (6) и оседают на нижней части (4) первой секции (10) ресивера, а при втором изменении направления движения потока атмосферного воздуха посторонние предметы и/или атмосферные осадки любой фракции, оставшиеся в атмосферном воздухе после прохождения через шумоглушащее устройство (8), двигаясь по инерции, ударяются в стенку шпангоута (5) и оседают на нижней части (4) второй секции (11) ресивера.
Таким образом заявленное техническое решение обеспечивает повышение надежности защиты газотурбинного двигателя от попадания посторонних предметов, и, следовательно, обеспечивает повышение безопасности полетов, а также обеспечивает снижение уровня шума, при этом обеспечивает стабильную работу газотурбинного двигателя.
В варианте реализации заявленного технического решения патрубок (7) подвода атмосферного воздуха к газотурбинному двигателю (2) может быть выполнен выступающим над поверхностью нижней части (4) второй секции (11) ресивера и наклонным в сторону от шумоглушащего устройства (8). Конструкция и размещение патрубка подвода атмосферного воздуха (7) к газотурбинному двигателю (2) во второй секции (11) ресивера по данному варианту реализована с обеспечением дополнительной защиты газотурбинного двигателя (2) от попадания посторонних предметов, поскольку исключает повторный забор осевших на нижней части (4) ресивера посторонних предметов и/или частиц посторонних предметов, а также выполнена с обеспечением ламинарного течения воздушного потока и требованиям к параметрам воздуха на входе в газотурбинный двигатель по уровню неравномерности и пульсации, а также потерям давления воздушного потока.
В варианте реализации заявленного технического решения вспомогательная силовая установка может быть снабжена несколькими воздухозаборными створками (12), например, двумя, как показано на фигуре 4. При этом воздухозаборные створки (12) выполнены в верхнем своде (18) первой секции (10) ресивера и расположены по обе стороны от вертикальной плоскости фюзеляжа (13) самолета. Воздухозаборные створки (12) шарнирно закреплены на шпангоуте (6) и шарнирно соединены с собственными приводами (14), установленными на нижней части ресивера (4). Воздухозаборные створки (12) выполнены с возможностью открытия против полета. Выполнение нескольких воздухозаборных створок (12) дополнительно повышает безопасность полетов за счет обеспечения поступления потока атмосферного воздуха в газотурбинный двигатель (2) вспомогательной силовой установки при выходе из строя или отказа одной из упомянутых воздухозаборных створок (12) и/или привода (14).
Также в другом варианте реализации заявленного технического решения шумоглушащие панели (9) шумоглушащего устройства (8) имеют простую для производства плоскую конструкцию, выполненную из перфорированной оболочки и сотового заполнителя, и могут быть изготовлены, например, из металлического или композиционного материала, что позволяет обеспечить дополнительное снижение уровня шума за счет эффективного звукопоглощения и при этом дополнительно повышает безопасность полетов за счет обеспечения стойкости к повышенной влажности, стойкости к температурам, а также за счет обеспечения низкого водопоглощения и обеспечения пожаробезопасности.
Заявленная вспомогательная силовая установка работает следующим образом: перед запуском газотурбинного двигателя (2) включают привод (14) по крайней мере одной воздухозаборной створки (12), переводя по крайней мере одну воздухозаборную створку (12) в открытое положение. При этом атмосферный воздух, попадая через открытую по крайней мере одну воздухозаборную створку (12) в первую секцию ресивера (10), совершает поворот на 180 градусов перед стенкой шпангоута (6), при этом посторонние предметы, сохраняя свою траекторию, ударяются в стенку шпангоута (6) и оседают на нижней части (4) первой секции ресивера (10), затем атмосферный воздух проходит через шумоглушащее устройство (8), соединяющее первую секцию (10) и вторую секцию (11) ресивера и попадает во вторую секцию ресивера (11), перед входом в патрубок (7) подвода атмосферного воздуха в газотурбинный двигатель (2), воздушный поток совершает поворот на 90 градусов, при этом оставшиеся в атмосферном воздухе посторонние предметы, сохраняя свою траекторию, и двигаясь по инерции, ударяются в шпангоут (5) и оседают на нижней части (4) второй секции ресивера (11), атмосферный воздух через патрубок подвода (7) атмосферного воздуха, поступает на вход в газотурбинный двигатель (2), обеспечивая его запуск и работу.
Таким образом, обеспечивается повышение надежности защиты газотурбинного двигателя (2) от попадания посторонних предметов, повышение безопасности полетов, а за счет исключения смотровых и контрольно-проверочных работ по газотурбинному двигателю (2), ресиверу и шумоглушащему устройству (8) обеспечивается снижение трудоемкости при обслуживании самолета и, как следствие, снижение затрат при эксплуатации, в том числе и временных, кроме того, обеспечивается снижение уровня шума, а за счет того, что применяется шумоглушащее устройство (8), состоящее из плоских шумоглушащих панелей (9), для изготовления которых не требуется специальной сложной оснастки, механической обработки и высокой квалификации рабочих, обеспечивается снижение затрат при производстве ВСУ (1) самолета.
Промышленная применимость
Изобретение предназначено для использования в создании перспективных самолетов, для обеспечения повышенной надежности и безопасности полетов в заявляемых условиях эксплуатации самолета, снижении уровня шума, снижение трудоемкости при обслуживании и снижении эксплуатационных затрат.
Изобретение также предназначено для упрощения изготовления шумоглушащего устройства и снижения затрат при изготовлении комплектующих изделий, например, шумоглушащих конструкций (панелей) для изготовления которых не требуется специальной сложной оснастки, механической обработки и высокой квалификации рабочих. Все технические средства, применение которых предусмотрено изобретением, разрабатываются как отечественными предприятиями, так и ведущими зарубежными компаниями. В процессе изготовления компонентов, входящих в состав ВСУ, может быть использовано типовое, стандартное оборудование, известные материалы и комплектующие изделия.