ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВУХКОНТУРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ РЕВЕРСОР ТЯГИ
TURBOJET BYPASS ENGINE COMPRISING THRUST REVERSER

Изобретение касается турбореактивного двухконтурного двигателя с первичным потоком, вторичным потоком и содержащего реверсор тяги.
Обычно, в положении реверса тяги реверсор тяги перекрывает, по меньшей мере, частично, выбрасываемый назад поток газов и переориентирует его в стороны или, что лучше, к передней части турбореактивного двигателя, вызывая этим противотягу, которая добавляется к торможению колесами самолета. Как минимум, реверсор тяги уменьшает скорость выбрасываемого назад турбореактивным двигателем потока газов.
Средства, используемые для реализации такой переориентации или, по меньшей мере, уменьшения скорости выходящего назад потока, изменяются в зависимости от типа реверсора. Как правило, конструкция реверсора содержит средства отклонения, перемещаемые между, с одной стороны, положением реверса тяги или открытым положением, в котором реверсор работает и уменьшает скорость выходящего назад потока, и, с другой стороны, нормальным положением, или закрытым, или убранным положением, в котором турбореактивный двигатель нормально выполняет свою функцию приведения в движение.
Известны различные типы реверсоров.
В реверсорах со щитками щитки перекрывают вторичный поток, направляя его к передней части самолета.
В реверсорах каскадного типа заслонки открывают гондолу, вытягивая щитки, которые перекрывают вторичный поток.
В соответствии с другим известным вариантом воплощения реверсор тяги образован задней частью гондолы, выполненной в виде подвижной детали, которая может перемещаться назад, чтобы встать в положение реверса тяги и отклонить вторичный поток, либо вернуться вперед как деталь, встроенная в капот, обеспечивая нормальную работу турбореактивного двигателя (см. патент ЕР 1 416 147).
Эти разные компоновки используют относительно сложные механические конструкции, размещенные обычно на гондоле турбореактивного двигателя. Эта сложность приводит к тому, что реверсор имеет значительный вес и, в целом, стоимость, несоизмеримую по сравнению со временем его использования по сравнению с продолжительностью полета (несколько секунд). Более того, так как гондола турбореактивного двигателя является деталью большого диаметра, реверсор неизбежно имеет большие размеры, и, следовательно, является одним из перевешивающих элементов и ставящим в невыгодное положение баланс масс двигательного комплекса. Стоимость его изготовления и стоимость его использования (связанная с его весом) являются, таким образом, весьма высокими. Кроме того, его наличие мешает уменьшению размеров гондолы; реверсор мешает выполнить профиль гондолы более аэродинамичным, то есть уменьшить его максимальный диаметр, что позволило бы улучшить рабочие характеристики турбореактивного двигателя.
Целью настоящего изобретения является устранение недостатков, упомянутых при описании турбореактивного двухконтурного двигателя, определяющего одну ось и направления вперед и назад, содержащего гондолу, первичный поток, который проходит через компрессор, камеру сгорания, на выходе из которой выбрасываются газы первичного потока через турбину в обтекатель первичного реактивного сопла; вторичный поток; и реверсор тяги, этот реверсор имеет компактную, относительно простую конструкцию, и ограниченный вес.
Эта цель достигается тем, что реверсор тяги турбореактивного двигателя содержит средства отклонения, способные отклонить все или часть газов первичного потока вблизи или на выходе задней крайней части (11) гондолы в положении реверса тяги; таким образом, что в положении реверса тяги отклоненные газы первичного потока, встречая вторичный поток, уменьшают скорость выброса последнего назад и вызывают, таким образом, эффект обратной тяги, при этом вторичный поток выбрасывается из задней части гондолы; а также тем, что в позиции реверса тяги средства отклонения вписываются радиально по существу внутри сечения обтекателя первичного реактивного сопла на уровне задней крайней части гондолы.
В частном варианте выполнения изобретения внешняя периферия гондолы образована неподвижными деталями.
В частном варианте выполнения изобретения упомянутые средства отклонения содержат, по меньшей мере, одну подвижную конструкцию, выполненную с возможностью перемещения из нормального положения в положение реверса тяги, в котором она отклоняет все или часть газов первичного потока.
В частном варианте выполнения изобретения осевая тяга по оси турбореактивного двигателя позволяет перевести подвижную конструкцию в положение реверса тяги.
В частном варианте выполнения изобретения турбореактивный двигатель содержит центральный корпус, вокруг которого течет первичный поток; упомянутый центральный корпус имеет часть самого большого диаметра; и в положении реверса тяги подвижная структура размещается по существу вокруг этой части самого большого диаметра.
В частном варианте выполнения изобретения подвижная конструкция в положении реверса тяги по существу принимает форму короны, размещенной вокруг упомянутого центрального корпуса для отклонения всех или части газов первичного потока.
В частном варианте выполнения изобретения движением подвижной конструкции является поступательное перемещение.
В частном варианте выполнения изобретения подвижная конструкция включает в себя заднюю часть обтекателя первичного реактивного сопла, которая перемещается при переходе из нормального положения в положение реверса тяги.
В частном варианте выполнения изобретения средства отклонения содержат систему отбора для отбора всех или части газов первичного потока и инжекторы для выброса этих газов навстречу вторичному потоку.
В частном варианте выполнения изобретения система отбора выполнена с возможностью отбора газов первичного потока перед входом в камеру сгорания.
В другом частном варианте выполнения изобретения система отбора выполнена с возможностью отбора газов первичного потока за выходом из камеры сгорания.
В частном варианте выполнения изобретения система отбора содержит одну или несколько подвижных заслонок, которые могут быть размещены в струе газов первичного потока для их отклонения.
В частном варианте выполнения изобретения средства отклонения содержат средства защиты от высоких температур.
В частном варианте выполнения изобретения средства отклонения содержат лопатки.
В частном варианте выполнения изобретения средства отклонения содержат одну или несколько перфорированных стенок.
В частном варианте выполнения изобретения средства отклонения содержат, по меньшей мере, одну перфорированную камеру. Оригинальность изобретения может быть лучше понята при сравнении турбореактивного двигателя согласно изобретению с другими турбореактивными двухконтурными двигателями, снабженными реверсорами тяги.
Наиболее часто для обеспечения реверса тяги воздействуют на вторичный поток, создаваемый вращением вентилятора, который является наиболее важным потоком и создает наибольшую часть тяги. Можно также воздействовать на совокупность потоков, выбрасываемых турбореактивным двигателем.
Во всяком случае, специфический принцип, содержащийся в реверсоре тяги турбореактивного двигателя согласно изобретению, отличается от описанных выше принципов тем, что он заключается в отклонении всех или части газов первичного потока средствами отклонения и в перенаправлении их навстречу вторичному потоку, чтобы разбить последний и, тем самым, уменьшить скорость выбрасываемых назад потоков. Также преимущество состоит в том, что при механическом воздействии только на первичный поток газов оказывается воздействие на совокупность потоков, выходящих из турбореактивного двигателя.
Отклоненная часть газов первичного потока имеет, естественно, вследствие отклонения меньшую скорость выброса назад; вторичный поток имеет, в свою очередь, меньшую скорость выброса назад из-за встречи с отклоненным потоком первичных газов.
Конечно, наиболее предпочтительной является структура, когда выходящий поток направляется перпендикулярно оси турбореактивного двигателя, и даже к передней части турбореактивного двигателя.
Реверсор тяги использует часть газов первичного потока и обычно расположен в выходной части турбореактивного двигателя. Кроме того, так как он воздействует отклонением газов первичного потока, он должен быть размещен на их пути; это, преимущественно, позволяет расположить его относительно близко от оси турбореактивного двигателя, то есть, в частности, ближе к этой оси, чем, если бы он должен был взаимодействовать с вторичным потоком. Он может, таким образом, иметь относительно уменьшенный диаметр. Преимущество заключается в том, что диаметр реверсора согласно изобретению уменьшен таким образом, что он по существу вписывается в сечение обтекателя первичного сопла на уровне задней крайней части гондолы. Отсюда следует, что механические части реверсора не взаимодействуют или, по меньшей мере, взаимодействуют в небольшой степени с вторичным потоком, выходящим из гондолы. Именно отклоненные газы первичного потока воздействуют на вторичный поток, а не механические средства реверсора, такие как щитки или другие.
Таким образом, благодаря своему (относительно) малому диаметру, реверсор остается компактным и относительно легким.
Напротив, в классическом реверсоре тяги образующие его элементы расположены обычно, по меньшей мере, частично, в гондоле. В большинстве случаев именно эти элементы определяют габаритный размер и, таким образом, общий размер турбореактивного двигателя.
Таким образом, напротив, факт размещения составных элементов реверсора тяги собственно в корпусе турбореактивного двигателя позволяет иметь запас для дополнительных маневров относительно габаритных размеров и, таким образом, получать дополнительный выигрыш.
Как правило, упомянутые характеристики позволяют выбрать различные структуры, которые позволяют достичь целей упрощения конструкции и уменьшения веса турбореактивного двигателя, благодаря значительно более компактным конструкциям, чем конструкции известных реверсоров тяги.
В особенности, благодаря размещению средств отклонения реверсора тяги сзади турбореактивного двигателя, при реверсе тяги отклоненный вторичный поток выбрасывается в задней части гондолы. Таким образом, можно использовать гондолу, у которой внешняя периферия образована из неподвижных деталей (по меньшей мере, во время включения функции реверса тяги) и не содержит подвижных деталей.
Преимуществом является то, что указанные средства отклонения содержат, по меньшей мере, одну подвижную конструкцию, способную перемещаться из нормального, или убранного положения в положение реверса тяги, в котором подвижная конструкция отклоняет все или часть газов первичного потока.
Указанные средства отклонения содержат также средства привода для перемещения подвижной конструкции из нормального положения в положение реверса тяги, и наоборот. Средства привода могут содержать один или несколько силовых цилиндров, например, гидравлических, керосиновых или электрических.
Эти средства привода содержат, предпочтительно, средства защиты от высоких температур. Действительно, будучи размещенными в выходной части двигателя и по соседству с камерой сгорания, они расположены в зоне, в которой могут быть высокие температуры.
Турбореактивный двигатель может содержать, кроме того, центральный корпус, вокруг которого протекает первичный поток, при этом указанную подвижную конструкцию размещают вокруг центрального корпуса.
Этот конус образует центральную конструкцию, на которой могут быть закреплены средства отклонения первичного потока, позволяющие при компактном исполнении осуществлять функции реверсора тяги.
Изобретение будет более понятным и его преимущества будут более очевидны при чтении подробного описания, которое следует ниже, и вариантов воплощения, приведенных в качестве примеров, а не ограничения. В описании даны ссылки на чертежи в приложении, на которых:
Фиг.1 - вид в аксиальном разрезе турбореактивного двухконтурного двигателя по первому варианту воплощения изобретения;
Фиг.2 - вид в аксиальном разрезе выходной части турбореактивного двухконтурного двигателя в соответствии с другим вариантом воплощения изобретения;
Фиг.3A-3C - детальные виды в аксиальном разрезе в перспективе выходной части двух турбореактивных двигателей в соответствии с изобретением, которые являются вариантами турбореактивного двигателя, представленного на фиг.1; на фиг.3A-3B турбореактивный двигатель изображен соответственно в нормальном положении и в положении реверса тяги; на фиг.3C представлен другой турбореактивный двигатель в положении реверса тяги.
Далее будут описаны более детально определенные варианты воплощения со ссылками на фигуры.
Вначале будет описан турбореактивный двухконтурный двигатель со ссылкой на фиг.1. На верхней части этой фигуры реверсор тяги представлен в положении реверса тяги, а на нижней части фигуры - в нормальном положении.
Турбореактивный двухконтурный двигатель определяет ось A и направления вперед и назад. Он содержит гондолу 10, первичный поток 12, который проходит через компрессор 38, выполненный в виде компрессора низкого давления, за которым следует компрессор высокого давления, камеру сгорания 16, турбину 42, перед его выбросом назад за нее в первичный выбрасываемый поток 32; вторичный поток 14. Первичный и вторичный потоки разделены обтекателем 44 первичного реактивного сопла, разделяющим первичный и вторичный потоки. Более того, турбореактивный двигатель содержит центральный корпус 26, вокруг которого протекает первичный выбрасываемый поток 32, когда реверсор тяги находится в убранном положении, и турбореактивный двигатель нормально осуществляет свою функцию приведения в движение.
Этот центральный корпус 26 представляет собой часть самого большого диаметра (по меньше мере, для его части, размещенной за камерой сгорания) на уровне мидель-шпангоута 34.
Эти различные элементы турбореактивного двигателя известны специалистам.
Представленный турбореактивный двигатель содержит, кроме того, реверсор тяги 18, содержащий средства отклонения 20. Эти средства отклонения 20 содержат комплекс силовых цилиндров 40, размещенных равномерно по периферии обтекателя 44 первичного реактивного сопла и подвижную конструкцию 46, приводимую в движение силовыми цилиндрами.
В варианте воплощения, приведенном на фиг.1, подвижная конструкция содержит заднюю часть обтекателя 44 первичного реактивного сопла. В убранном положении подвижная конструкция находится в переднем, или нормальном, положении, то есть первичное реактивное сопло принимает обычную для первичного реактивного сопла турбореактивного двигателя форму.
При переходе от нормального положения к положению реверса тяги подвижная конструкция, и в особенности задняя часть 44 обтекателя первичного реактивного сопла, перемещается: она уходит к задней части турбореактивного двигателя под действием силовых цилиндров 40.
Как видно на верхней части фиг.1, которая изображает положение реверса тяги, подвижная конструкция содержит, в частности, комплекс щитков 30. В положении реверса тяги, щитки 30 четко принимают форму короны, размещенной вокруг центрального корпуса, или, другими словами, подвижная конструкция в положении реверса тяги принимает форму короны, размещенной вокруг центрального корпуса для отклонения всех или части газов первичного потока.
Щитки 30, являющиеся по существу радиальными, отсекают газы первичного потока для их отклонения и направления навстречу вторичному потоку. Кроме того, подвижная конструкция содержит заднюю часть обтекателя первичного реактивного сопла, размещенную в продолжении за щитками 30.
Подвижная конструкция может содержать, кроме того, средства отвода отклоненного первичного потока, не изображенные на фиг.1, которые будут рассмотрены ниже.
В положении реверса тяги подвижная конструкция перемещается к выходной части турбореактивного двигателя. Она преимущественно размещается вблизи или практически вокруг мидель-шпангоута центрального корпуса, который является (по меньшей мере, локально) частью наибольшего диаметра части центрального корпуса. В этом месте подвижная конструкция отклоняет все или часть (в зависимости от варианта воплощения) газов первичного потока в практически радиальном направлении. Отклоненные газы первичного потока 22 встречаются со вторичным потоком 14. В результате встречи двух потоков скорость выброса назад вторичного потока уменьшается, что вызывает эффект обратной тяги.
Естественно, в других вариантах воплощения, некоторые из которых представлены ниже, подвижная конструкция может быть расположена не на уровне мидель-шпангоута, а на другом уровне центрального корпуса.
Основное преимущество варианта воплощения по фиг.1 заключается в перемещении подвижной конструкции для перехода в положение реверса тяги путем простого поступательного перемещения. Осевая тяга по оси турбореактивного двигателя достаточна для того, чтобы перевести подвижную конструкцию в положение реверса тяги. При возврате поршни силовых цилиндров 40 втягиваются, подвижная конструкция перемещается в сторону передней части турбореактивного двигателя в убранное положение, и обтекатель 44 возвращается в функциональную форму, позволяющую осуществлять турбореактивному двигателю функцию приведения в движение.
Комплекс силовых цилиндров 40 действует одновременно для осуществления перемещения подвижной конструкции; таким образом, средства отклонения реверсора тяги являются относительно простыми, имеют ограниченный вес и умеренную стоимость.
В соответствии с этим вариантом воплощения щитки 30 оптимизированы в зависимости от наличия свободного пространства в обтекателе 44 первичного реактивного сопла; они могут оказаться также более или менее эффективными для отклонения газов первичного потока и отклонять благодаря этому вторичный поток. Тем не менее, при необходимости повышения эффективности реверсора тяги, можно также адаптировать и оптимизировать гондолу для увеличения пространства, необходимого для щитков 30. Такая модификация может, кроме того, позволить уменьшить мидель-шпангоут гондолы.
Таким образом, эффект обратной тяги появляется, как только уменьшается идущая по оси турбореактивного двигателя составляющая потоков, выбрасываемых турбореактивным двигателем. Предпочтительно, отклоненный вторичный поток направляется под углом, превышающим 60° по отношению к направлению назад, либо еще лучше под углом, превышающим 90° относительно направления назад.
Другим параметром является относительная длина гондолы по сравнению с обтекателем 44 первичного реактивного сопла. Предпочтительно, гондола должна быть значительно более короткой в направлении назад, чем обтекатель для обеспечения прохода отклоненного вторичного потока 24.
Наконец, преимуществом турбореактивного двигателя согласно изобретению является заметная компактность реверсора тяги. Действительно, задняя подвижная конструкция 46 обтекателя 44 в положении реверса тяги четко радиально вписывается внутри сечения 45 (см. фиг.1) обтекателя 44 первичного реактивного сопла, при этом это сечение находится на уровне задней крайней части 11 гондолы 10. Действительно, наибольшая часть вторичного потока не непосредственно, или механически, отклоняется подвижной конструкцией, но отклоняется первичным потоком, выбрасываемым ему навстречу реверсором тяги.
Далее будет представлен другой вариант воплощения изобретения, изображенный на фиг.2.
На этой фигуре представлены основные конструкции ранее рассмотренного турбореактивного двигателя, такие, как гондола 10, первичный 12 и вторичный 14 потоки, камера сгорания 16 и, наконец, центральный корпус 26, вокруг которого протекает первичный выбрасываемый поток 32.
Турбореактивный двигатель содержит, кроме того, реверсор тяги 318, содержащий средства отклонения 320. Эти средства отклонения содержат систему отбора 300 для отбора всего или части газов первичного потока и инжекторы 304 для их нагнетания навстречу вторичному потоку. Система отбора 300 может работать, например, путем всасывания; по каналам 302 отклоненные газы первичного потока проходят до инжекторов 304.
Система отбора служит для отбора части газов, проходящих под высоким давлением в струе первичного потока двигателя при использовании реверсора тяги. Она может быть размещена до или после камеры сгорания в зависимости от возможностей ее встраивания или желаемого давления газов; кроме того, средства отклонения могут при необходимости содержать к тому же один или несколько подвижных щитков, которые могут быть при необходимости размещены в струе газов первичного потока для их отклонения.
Газы первичного потока отклоняются под действием относительно большого давления, что, в случае необходимости, позволяет избежать или уменьшить использование компрессоров. Кроме того, если место отбора первичного потока находится более или менее в выходной части турбореактивного двигателя, длина каналов уменьшается и реверсор тяги остается относительно компактным. Отклоненные газы проходят по комплексу каналов 302. Они далее выбрасываются инжекторами 304 для образования первичного потока, направленного навстречу вторичному потоку. Таким образом, вторичный поток отклоняется, его осевая скорость выброса назад уменьшается, чем достигается эффект реверса тяги. Кроме того, в представленной конфигурации отклоненный нагнетаемым первичным потоком вторичный поток может выходить за гондолой, что исключает необходимость использования в ней подвижных деталей. Естественно, такой тип реверсора тяги приводит к преимущественному использованию коротких гондол, что облегчает установку таких реверсоров.
Далее будет представлен другой вариант воплощения изобретения, изображенный на фиг.3A-3C. Вариант воплощения, изображенный на этих фигурах, воспроизводит конструкцию турбореактивного двигателя, изображенного на фиг.1, внося в него усовершенствования с целью лучшего подвода отклоненных газов первичного потока, и применим к любому турбореактивному двигателю согласно изобретению. Это усовершенствование касается средств подвода отклоненного потока, чтобы сделать его более ламинарным. Действительно, важно сохранить поток настолько ламинарным, насколько это возможно, для уменьшения потерь аэравлической мощности и ограничить усталость механических конструкций.
Два варианта воплощения представлены соответственно на фиг.3A и B, с одной стороны, и 3C - с другой стороны.
На фиг.3A и 3B средства отклонения могут содержать, кроме того, лопатки 400. Эти лопатки размещены по существу параллельно щитку 430, в который ударяется отклоняемый первичный поток. Они позволяют сделать течение отклоненных газов 22 первичного потока более ламинарным.
На фиг.3A представлена подвижная конструкция в нормальном положении, размещенная внутри обтекателя 444 первичного реактивного сопла; она не оказывает никакого влияния на рабочие характеристики двигателя.
На фиг.3B изображена подвижная конструкция в положении реверса тяги. Щиток размещен практически справа от мидель-шпангоута, что позволяет ему разместиться в продолжении входной части центрального корпуса. Отклоненные газы первичного потока проходят через лопатки, которые полностью выполняют свою роль.
Подвижная структура перемещается из нормального, или убранного положения в положение реверса тяги и наоборот, посредством силовых цилиндров 440.
На фиг.3C средства отклонения могут содержать, кроме того, по меньшей мере, одну перфорированную камеру, включающую одну или несколько перфорированных пластин или стенок - в представленном примере две пластины - образующих решетки, связанные многочисленными внутренними каналами 402, которые переносят, направляют и, в конечном итоге, делают ламинарным отклоненный поток. Такая перфорированная камера является альтернативой ранее предложенным лопаткам, при этом оба варианта воплощения могут быть использованы в комбинации.