Капот газогенератора турбореактивного двигателя
GAS GENERATOR HOOD OF TURBOJET ENGINE

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению, в частности к конструкциям и способам крепления капотов газогенератора турбореактивных двигателей.
В общем случае мотогондола турбореактивного двухконтурного двигателя состоит из следующих узлов, перечисленных по ходу течения потока воздуха в двигателе: воздухозаборник, капоты корпуса вентилятора, задний узел мотогондолы.
В частности, известно техническое решение конструкции капота газогенератора из патента RU №2135397 (МПК B64D 29/06, опубл. 27.08.1999), в котором оболочка крепится к четырем направляющим, равномерно расположенным по окружности двигателя. Направляющие передними концами закреплены на корпусе двигателя, а задними на кольце, установленном на двигателе с зазором посредством плавающих опор.
Недостатком данной конструкции является ограничение на форму капота, которое, к примеру, не позволяет применить ее для капота веретенообразной формы, имеющего широкое распространение в современных газотурбинных двигателях. Веретенообразная форма характеризуется тем, что диаметр ее центральной части больше диаметров переднего и заднего концов и при сдвижке капота такой формы существует вероятность зацепления капотом элементов конструкции газогенератора.
Для решения этой проблемы предложено разделить капот на две части: сдвижную нижнюю по потоку и распахивающуюся верхнюю по потоку. При делении капота на кинематически независимые части необходимо учитывать особенности конструкции двигателя. Например, может потребоваться разделить капот на три части, в случае, если в канале наружного контура расположены стойки ниже потоку корпуса вентилятора, которые могли бы препятствовать открытию распашной части, тогда верхняя по потоку часть капота будет представлять собой несколько независимых секторных панелей.
Известно техническое решение конструкции капота газогенератора, входящего в состав заднего узла мотогондолы СА №2780299 (МПК B64D 33/04, опубл. 16.06.2011), принятое за наиболее близкий аналог (прототип). В заднем узле мотогондолы пространство между наружной конструкцией и капотом газогенератора образует канал наружного контура кольцевого сечения, оканчивающийся реактивным соплом. В случае необходимости, и в зависимости от типа воздушного судна, наружная конструкция может представлять собой реверсивное устройство, обеспечивающие реверсирование тяги двигателя при посадке за счет разворота потока воздуха наружного контура в направлении движения. При такой конструкции заднего узла мотогондолы доступ к газогенератору можно получить осевым смещением наружной конструкции и капота газогенератора. Конструкция капота, состоит из двух частей.
Капот газогенератора турбореактивного двигателя, содержащий оболочку, состоящую из, по крайней мере, одной верхней и одной нижней по потоку части, каждая из которых имеет подвижное соединение с элементами крепления и позволяющее перемещение частей между рабочим положением, в котором указанные части соединены друг с другом, закрывая газогенератор турбореактивного двигателя, и положением, предназначенным для обслуживания двигателя, при этом нижняя по потоку часть установлена подвижно с возможностью осевого сдвига, а верхняя часть по потоку подвижна за счет раскрытия в наружном направлении, по меньшей мере, одной створки, причем нижняя часть по потоку и верхняя часть по потоку снабжены зацепляемыми друг с другом элементами, при этом верхняя по потоку часть снабжена по крайней мере одной парой шарнирных узлов в верхней части отсека газогенератора, соединенных между собой балкой, а нижняя по потоку часть закреплена на направляющих. Кроме введения в конструкцию капота дополнительной распашной части, в данной конструкции вместо нескольких направляющих, крепящихся к двигателю, применяется направляющее устройство закрепленной на пилоне, таким образом контактные элементы крепления к направляющим расположены только в верхней части нижней по потоку части капота.
Такое одностороннее расположение направляющего устройства имеет ряд недостатков. На капот действуют инерционная сила вследствие перегрузок при эволюциях воздушного судна, и точка приложения этой силы находится в центре масс капота вблизи оси вращения. Вследствие того что такая конструкция капота имеет одно место крепления в верхней части, удаленное от центра масс капота, боковая составляющая инерционной силы будет вызывать в направляющем устройстве дополнительные напряжения от изгибающего момента, пропорционального расстоянию между центром масс и местом крепления.
Помимо вышеизложенного разность перемещений капота, закрепленного на пилоне, и двигателя может приводить к касанию капотом элементов конструкции двигателя, размещенных на газогенераторе, и последующему повреждению либо этих элементов, либо самих капотов.
Для дополнительной поддержки капотов подобной конструкции распространено использование пружинящих упоров между задней частью капота и газогенератором. Но данное решение может привести к дополнительной проблеме - фреттинг-коррозии металлических деталей в местах контакта капота и газогенератора, вследствие вибраций во время работы двигателя.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается только при осуществлении предлагаемого изобретения и не может быть реализовано при использовании прототипа, является то, что на капот действуют инерционная сила вследствие перегрузок при эволюциях воздушного судна, капот имеет одно место крепления в верхней части, удаленное от центра масс капота, боковая составляющая инерционной силы будет вызывать в направляющем устройстве дополнительные напряжения от изгибающего момента, пропорционального расстоянию между центром масс и местом крепления.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции капота газогенератора, в котором будут устранены указанные выше недостатки, в частности создание капота веретенообразной формы, перемещающегося совместно с двигателем и имеющего распределенную схему крепления с минимальными напряжениями от действия инерционных сил.
Техническая проблема решается тем, что капот газогенератора турбореактивного двигателя, содержащий оболочку, состоящую из, по крайней мере, одной верхней и одной нижней по потоку части, каждая из которых имеет подвижное соединение с элементами крепления и позволяющее перемещение частей между рабочим положением, в котором указанные части соединены друг с другом, закрывая газогенератор турбореактивного двигателя, и положением, предназначенным для обслуживания двигателя, при этом нижняя по потоку часть установлена подвижно с возможностью осевого сдвига, а верхняя часть по потоку подвижна за счет раскрытия в наружном направлении, по меньшей мере, одной створки, причем нижняя часть по потоку и верхняя часть по потоку снабжены зацепляемыми друг с другом элементами, при этом верхняя по потоку часть снабжена по крайней мере одной парой шарнирных узлов в верхней части отсека газогенератора, соединенных между собой балкой, а нижняя по потоку часть закреплена на направляющих, согласно изобретению, содержит дополнительные направляющие в нижней части капота, причем направляющие и дополнительные направляющие равномерно распределены по окружности корпуса двигателя и передними концами установлены на переднем кольце через скользящее соединение, обеспечивающее взаимное перемещение соединяемых деталей в осевом направлении, а задними концами крепятся к заднему кольцу, причем переднее кольцо установлено на корпусе двигателя и центрировано относительно корпуса радиально расположенными тягами, а заднее кольцо установлено на двигателе через промежуточные плавающие опоры, конструкция которых за счет относительного перемещения частей в радиальном направлении обеспечивает центрирование заднего кольца относительно корпуса двигателя.
Предлагаемое изобретение, в отличие от прототипа, содержит дополнительные направляющие в нижней части капота, причем направляющие и дополнительные направляющие равномерно распределены по окружности корпуса двигателя и передними концами установлены на переднем кольце через скользящее соединение, обеспечивающее взаимное перемещение соединяемых деталей в осевом направлении, а задними концами крепятся к заднему кольцу, причем переднее кольцо установлено на корпусе двигателя и центрировано относительно корпуса радиально расположенными тягами, а заднее кольцо установлено на двигателе через промежуточные плавающие опоры, конструкция которых за счет относительного перемещения частей в радиальном направлении обеспечивает центрирование заднего кольца относительно корпуса двигателя, тем самым снижаются нагрузки от действия инерционных сил на элементы крепления за счет равномерного распределения направляющих по поверхности оболочки капота.
Предлагаемым техническим решением задачи является усовершенствование известной конструкции капота, состоящей, как минимум, из одной верхней по потоку и одной нижней по потоку частей, каждая из которых установлена с возможность перемещаться между рабочим положением и положением, предназначенным для обслуживания двигателя, и в которой указанные части в рабочем положении имеют крепление друг к другу, причем нижняя по потоку часть имеет направляющее устройство для осевой сдвижки, а верхняя по потоку часть шарнирные узлы для открытия створок.
Усовершенствование заключается в применении в качестве направляющего устройства нижней по потоку части нескольких направляющих, распределенных по окружности корпусов двигателя, закрепленных передними концами на переднем кольце, которое имеет шарнирное соединение с тягами, которые, в свою очередь, имеют шарнирное соединение с корпусом двигателя, и закрепленных задними концами на заднем кольце, установленном на корпусе двигателя посредством плавающих опор.
Крепление направляющих к отдельным кольцам, центрированным относительно корпусов двигателя при помощи тяг с шарнирами и плавающих опор, позволяет компенсировать термическое расширение корпуса двигателя.
На фиг. 1 представлен капот газогенератора турбореактивного двигателя.
На фиг. 2 изображено сечение А-А крепления распашной части капота.
На фиг. 3 представлено сечение Б-Б переднего кольца крепления направляющих.
На фиг. 4 представлено сечение В-В заднего кольца крепления направляющих.
На фиг. 5 изображен вид Г плавающей опоры заднего кольца.
На фиг. 6 изображено сечение Д-Д плавающей опоры заднего кольца.
На фиг. 7 изображена конструкция для крепления капота газогенератора.
На фиг. 8 изображена каретка крепления капота к направляющей.
Капот газогенератора 1 крепится к корпусу вентилятора 2 через верхнюю по потоку часть капота 3 с помощью соединения, состоящего из полукольцевого выступа V-образного сечения на капоте и соответствующего паза на корпусе вентилятора 2.
Верхняя по потоку часть капота 3, которая является распашной, состоит из двух створок 4, 5, каждая из которых имеет ряд шарнирных узлов 6 для навески, образующих общую ось вращения. В данном конкретном исполнении шарнирные узлы встроены в балки 7, которые совместно со стрингерами 8 образуют конструкцию, которая передней частью крепиться к корпусу вентилятора, а задней к переднему кольцу 9.
Возможен вариант крепление балок 7 к пилону 10. Вследствие разницы в перемещения двигателя и пилона во время полета воздушного судна, для предотвращения появления дополнительных напряжений в деталях, в рабочем положении капота крепление должно обеспечивать независимость перемещений балок 7 и пилона 10.
В нижней части створки соединяются при помощи замков, создающих предварительное напряжение створок, и, таким образом, уменьшающих зазоры в соединениях выступ-паз.
Нижняя по потоку часть капота 11 установлена на направляющих 12 и на дополнительных направляющих 13 с помощью кареток 14, которые установленными в них роликами 15 обхватывают направляющие 12 и дополнительные направляющие 13, фиксируя капот по всем направлениям кроме осевого, образуя скользящее соединение 16.
В данной конструкции каретки могут быть заменены втулками с антифрикционным покрытием.
В рабочем положении нижняя по потоку часть капота 11 фиксируется в осевом направлении соединением типа выступ-паз, аналогичным соединению верхней по потоку части капота 3 с корпусом вентилятора 2.
Для облегчения монтажа нижнюю по потоку часть капота 11 можно разделить на две панели - правую и левую, имеющие фланцевое соединение в нижней части.
В данной конкретной реализации для крепления нижней по потоку части капота 11 используются две направляющих 12 и две дополнительных направляющих 13. Направляющие 12 и дополнительные направляющие 13 располагаются равномерно по окружности корпуса двигателя 17 параллельно его продольной оси. Передние концы направляющих вставлены в каретки 18, закрепленные на переднем кольце 9. Направляющие 12, дополнительные направляющие 13 и каретки 18 образуют скользящие соединения 16, аналогичные скользящим соединениям 16 направляющих 12, дополнительных направляющих 13 и кареток 14.
Для установки и центрирования относительно двигателя кольца используется десять тяг 19, которые одним концом через шарнирное соединение крепятся к корпусу двигателя. Тяги 19 расположены вокруг корпуса двигателя 17 попарно, через равные промежутки так, что оси шарниров каждой пары коллинеарны. Свободные концы тяг 19 также попарно закрепляются в кронштейне 20 с помощью болта, являющего осью вращения тяг 19. Конструкции, состоящие из двух тяг 19 и кронштейна 20, образуют треугольники, оси вращения которых лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси двигателя. Треугольники объединены передним кольцом 9 при помощи жесткого соединения с кронштейнами 20 в единую кинематическую систему, не имеющую степеней свободы.
Данная конструкция работает таким образом, что, когда в процессе работы двигателя корпуса нагреваются и расширяются, перемещая точки крепления тяг 19, тяги 19, стремясь сохранить свою длину, уменьшают угол наклона к оси двигателя и тем самым сдвигают переднее кольцо 9 вдоль направляющих 12, 13 с сохранением центровки относительно корпуса двигателя 17.
Задние концы направляющих крепятся при помощи задних кронштейнов 21, размещенных на заднем кольце 22. Заднее кольцо 22, посредством плавающих опор 23, равномерно расположенных по окружности, устанавливается на корпус двигателя 17. Плавающая опора состоит из двух пластин 24, 25, с зажатыми между пластинами брусками 26, причем пластина 24 непосредственно связана с корпусом двигателя. Заднее кольцо 22 размещается между пластинами 24,25 с малым зазором А так, что бруски 26 располагаются в радиальных пазах заднего кольца 22.
Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, позволяет компенсировать термическое расширение корпуса двигателя за счет крепление направляющих к отдельным кольцам, центрированным относительно корпусов двигателя при помощи тяг с шарнирами и плавающих опор, и снизить нагрузки от действия инерционных сил на элементы крепления за счет их равномерного распределения по поверхности оболочки капота веретенообразной формы, перемещающегося совместно с двигателем.