ГОНДОЛА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ, ОСНАЩЕННАЯ УЗЛОМ ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПОНЕНТА ГОНДОЛЫ
TURBOJET NACELLE EQUIPPED WITH NACELLE COMPONENT COOLING ASSY

Изобретение относится к узлу охлаждения компонента гондолы турбореактивного двигателя, включающему по меньшей мере одну композитную стенку, отделяющую холодную зону от горячей зоны, в которой находится указанный компонент.
Предметом изобретения является также гондола турбореактивного двигателя, содержащая подлежащий охлаждению компонент и указанный узел охлаждения.
Летательный аппарат приводится в движение с помощью одного или нескольких турбореактивных двигателей, каждый из которых помещен в гондолу.
Гондола, как правило, представляет собой трубчатый элемент, включающий в себя воздухозаборник, помещенный перед турбореактивным двигателем, промежуточный узел, охватывающий вентилятор турбореактивного двигателя, и задний узел, в который могут быть помещены средства реверсирования тяги и который охватывает камеру сгорания, а также все ступени или часть ступеней компрессора и турбины турбореактивного двигателя. Гондола заканчивается обычно реактивным соплом, выход которого находится за турбореактивным двигателем.
Современные гондолы предназначены для размещения в них двухконтурного турбореактивного двигателя, способного генерировать, во-первых, горячий воздушный поток (его называют также «первичным потоком»), выходящий из камеры сгорания турбореактивного двигателя и циркулирующий в пространстве, ограниченном отсеком по существу трубчатой формы, так называемым «центральным отсеком», и, во-вторых, холодный («вторичный») воздушный поток, выходящий из вентилятора и циркулирующий снаружи от турбореактивного двигателя по кольцевому каналу («тракту»), имеющемуся между внутренним конструктивным элементом, образующим обтекатель турбореактивного двигателя, и наружным конструктивным элементом гондолы, защищающим ее от внешних воздействий. Оба эти воздушных потока выталкиваются из турбореактивного двигателя через заднюю часть гондолы.
Некоторые из стенок гондолы разделяют первую, так называемую «холодную» зону, и вторую, так называемую «горячую» зону, причем указанная холодная зона холоднее, чем указанная горячая зона. Под действием теплового напряжения, создающегося вследствие разности температур между горячей и холодной зонами, некоторые компоненты, расположенные в горячей зоне, могут быть повреждены. Так, в частности, происходит с компонентами типа стопорно-амортизирующих устройств, так называемых «демпферов», размещенными в центральном отсеке гондолы на стенке неподвижного внутреннего конструктивного элемента реверсора тяги. Благодаря использованию демпферов удается ограничить перемещения элементов, образующих указанный неподвижный внутренний конструктивный элемент реверсора тяги.
Для вентиляции таких компонентов принято использовать динамические воздухозаборники, производящие отбор холодного воздуха в холодной зоне, и обеспечивать защиту указанных компонентов с помощью оболочки из листового материала. Однако использование воздухозаборников подразумевает отбор холодного воздуха, что приводит к снижению тяги в гондоле.
Кроме того, в ряде случаев давления холодного воздуха, имеющего место в холодной зоне, не хватает для охлаждения указанных компонентов. В этих ситуациях прибегают к защите компонентов с помощью тепловой оболочки, состоящей из двух листов нержавеющей стали и слоя изолирующего материала. Эффективность такого охлаждения можно повысить за счет теплопроводности, если стенка выполнена из теплопроводящего материала наподобие алюминия.
Однако для уменьшения массы гондолы многие стенки изготавливают из композитного материала типа эпоксидной смолы или бисмалеимида (БМИ). Соответственно, охлаждение за счет теплопроводности в этом случае невозможно из-за низкой теплопроводности данного композитного материала.
Таким образом, одной из задач настоящего изобретения является разработка узла охлаждения гондолы турбореактивного двигателя, имеющей композитную стенку, отделяющую холодную зону от горячей зоны, причем указанный узел должен обеспечивать эффективное охлаждение компонента, находящегося в горячей зоне, без снижения при этом тяги в гондоле.
Для решения поставленной задачи предложен узел охлаждения компонента гондолы турбореактивного двигателя, включающий по меньшей мере одну композитную стенку, отделяющую холодную зону от горячей зоны, в которой находится указанный компонент, отличающийся тем, что в нем предусмотрено по меньшей мере одно отверстие, выполненное в указанной композитной стенке, а также имеется теплопроводящий промежуточный элемент, расположенный на композитной стенке так, что он перекрывает указанное(ые) отверстие(ия), при этом указанный промежуточный элемент выполнен с возможностью соединения с указанным компонентом.
Изобретение позволяет обеспечить простое и эффективное охлаждение любого компонента, находящегося в горячей зоне, благодаря выполненному в стенке отверстию, перекрываемому теплопроводящим промежуточным элементом, посредством которого обеспечивается теплообмен с указанным компонентом.
Кроме того, отпадает необходимость в применении вентиляционных воздухозаборников или любого иного охлаждающего устройства с целью охлаждения указанного компонента и композитной стенки. В результате снижаются затраты и повышается тяга в гондоле.
Наконец, благодаря изобретению удается добиться снижения массы гондолы, так как предусмотрена возможность изготовления стенок из композитного материала.
В соответствии с другими аспектами изобретения, предлагаемый узел характеризуется одним или несколькими из перечисляемых ниже необязательных признаков, которые можно рассматривать как по отдельности, так и в самых разнообразных комбинациях:
- форма промежуточного элемента обеспечивает аэродинамическую непрерывность с остальной частью композитной стенки в зоне около указанного отверстия или отверстий;
- концы промежуточного элемента выполнены с возможностью закрепления на композитной стенке с использованием крепежных средств;
- промежуточный элемент выполнен из алюминия или любого другого материала, теплопроводность которого по меньшей мере эквивалентна теплопроводности алюминия;
между концами промежуточного элемента и композитной стенкой помещена по меньшей мере одна прокладка;
промежуточный элемент покрыт оболочкой, выполненной из теплопроводящего материала;
- теплопроводящим материалом является алюминий или любой другой материал, теплопроводность которого по меньшей мере эквивалентна теплопроводности алюминия.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения его предметом является гондола для турбореактивного двигателя, содержащая, по меньшей мере один компонент и по меньшей мере один узел охлаждения согласно изобретению, причем указанный узел предназначен для охлаждения указанного компонента.
Предпочтительно, чтобы композитная стенка указанного узла представляла собой стенку неподвижного внутреннего элемента реверсора тяги.
Предпочтительно также, чтобы промежуточный элемент образовывал опору стопорно-амортизирующего устройства (23), закрепленного на стенке (20) неподвижного внутреннего конструктивного элемента (7) и предназначенного для установки в горячей зоне.
Ниже приведено более подробное описание изобретения, не имеющее ограничительного характера и содержащее ссылки на приложенные чертежи, на которых:
- на фиг.1 показан продольный разрез, иллюстрирующий один из вариантов осуществления гондолы согласно изобретению;
- на фиг.2 показан упрощенный поперечный разрез гондолы по фиг.1;
- на фиг.3 показан вид спереди в аксонометрии, иллюстрирующий один из вариантов осуществления узла охлаждения, включающего в себя композитную стенку неподвижного внутреннего элемента гондолы и промежуточный элемент в виде опоры стопорно-амортизирующего устройства, установленного на указанной стенке;
- на фиг.4 показан вид сзади в аксонометрии, иллюстрирующий стенку и стопорно-амортизирующее устройство по фиг.3;
- на фиг.5 показан поперечный разрез, иллюстрирующий вариант осуществления узла охлаждения по фиг.3;
- на фиг.6 показан поперечный разрез, иллюстрирующий одну из модификаций варианта по фиг.5.
Как видно на фиг.1, предлагаемая гондола 1 содержит кромку 2 воздухозаборника, средний конструктивный элемент 3, охватывающий вентилятор 4 турбореактивного двигателя 5, и задний узел 6. В состав указанного заднего узла входят неподвижный внутренний конструктивный элемент 7 НВКЭ (IFS), охватывающий переднюю часть турбореактивного двигателя 5, неподвижный наружный конструктивный элемент 9 HHKЭ(ОFS) и подвижный капот (не показан), включающий средства реверса тяги.
Элементы НВКЭ 7 и ННКЭ 9 ограничивают тракт 8, обеспечивающий прохождение холодного воздушного потока, поступающего в предложенную гондолу 1 в зоне расположения кромки 2 воздухозаборника. Указанный тракт 8 соответствует холодной зоне. Температура в этом тракте составляет, как правило, от -50 до 100°С.
Турбореактивный двигатель 5 и предлагаемая гондола 1 поддерживаются с помощью специальной стойки подвеса (на фиг.1 не показана).
Гондола 1 заканчивается реактивным соплом 10, состоящим из наружного модуля 12 и внутреннего модуля 14. Указанные модули ограничивают канал циркуляции первичного, так называемого горячего, воздушного потока 15, выходящего из турбореактивного двигателя 5.
Центральный отсек 16 определяет горячую зону, включающую в себя турбореактивный двигатель 5, создающий циркуляцию первичного горячего воздушного потока 15, и канал истечения этого потока. Температура внутри центрального отсека 16 составляет, как правило, от 100 до 400°С (к ней необходимо прибавить воздействие излучения от кожуха двигателя, температура которого может доходить до 750°С). Рассматриваемый здесь центральный отсек 16 окружен конструктивным элементом НВКЭ 7.
Говоря точнее, конструктивный элемент НВКЭ 7 образован композитной стенкой, в частности - в виде по меньшей мере одной панели. Таким образом, стенка элемента НВКЭ 7 отделяет холодную зону, то есть тракт 8, в котором циркулирует холодный воздушный поток, от горячей зоны, то есть центрального отсека 16. Указанная панель может представлять собой многослойную панель ячеистого типа (NIDA) в виде сотовой структуры, зажатой между двумя слоями композита, в которой в случае необходимости на стороне холодной зоны, то есть тракта 8, просверливают акустические отверстия.
В качестве композитного материала могут использовать материал, представляющий собой смесь углерода и эпоксидной смолы или смесь углерода и бисмалеимида либо композит любого другого типа.
Как показано на фиг.2, элемент НВКЭ 7 может быть выполнен в виде множества элементов, а конкретнее - в виде двух неподвижных частей внутреннего элемента, которые шарнирно соединены друг с другом в положении «на 12 часов» (при наблюдении предложенной гондолы 1 спереди), то есть в зоне стойки 21 крепления гондолы, и зафиксированы в положении «на 6 часов» (при наблюдении гондолы спереди), то есть в положении, диаметрально противоположном месту расположения указанной стойки 21. Таким образом, стенка 20 каждой из указанных частей отделяет холодную зону 8 от горячей зоны 16.
Элемент НВКЭ 7 обычно содержит по меньшей мере одно стопорно-амортизирующее устройство 23, называемое также «демпфером», ограничивающее перемещение двух неподвижных частей внутреннего элемента, в частности стенок 20. Необходимость в таких устройствах обусловлена наличием механических напряжений, в частности, вблизи положений «на 6 часов» и «на 12 часов», которые служат причиной перемещения стенок 20 указанных неподвижных частей внутреннего элемента.
Предусмотрена возможность установки нескольких стопорно-амортизирующих устройств 23 в положениях «на 6 часов» и «на 12 часов», а точнее, трех в положении «на 6 часов» и трех в положении «на 12 часов».
Как видно на фиг.3, каждое стопорно-амортизирующее устройство 23 имеет головку 25, выполненную с возможностью опоры на другой стопорный элемент, установленный на стенке 20 одной из двух частей внутреннего элемента. Эта головка установлена на опоре 27, которая закреплена на стенке 20 части внутреннего элемента.
Как показано на фиг.3-5, узел 30 охлаждения, предложенный в соответствии с изобретением, включает по меньшей мере одну композитную стенку 20, в которой выполнено по меньшей мере одно отверстие 31, и теплопроводящий промежуточный элемент 33, расположенный на указанной стенке так, что он закрывает указанное отверстие 31. Этот теплопроводящий промежуточный элемент связан с подлежащим охлаждению компонентом, в данном конкретном случае - с устройством 23.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления указанный компонент может представлять собой любое оборудование гондолы и/или двигателя, размещенное в горячей зоне вблизи от холодной зоны.
Холодная зона 8, как правило, холоднее горячей зоны 16. Иначе говоря, средняя температура холодной зоны 8 меньше средней температуры горячей зоны 16.
Таким образом, благодаря изобретению удается добиться простого и эффективного охлаждения компонента 23, находящегося в горячей зоне 16, в данном случае - в центральном отсеке, и связанного с теплопроводящим промежуточный элементом 33, обеспечивающим теплообмен и выполненным с возможностью перекрытия одного или нескольких отверстий 31, выполненных в композитной стенке 20.
Кроме того, отпадает необходимость в применении вентиляционных воздухозаборников или любого другого дорогостоящего, тяжелого и громоздкого охлаждающего устройства для охлаждения компонента 23. В результате выполнение гондолы 1 в соответствии с изобретением позволяет снизить затраты и повысить тягу. Это связано с тем, что наличие предложенного узла 30 охлаждения не вызывает возмущение потока, циркулирующего в холодной зоне (тракте 8).
Наконец, благодаря изобретению удается добиться уменьшения массы гондолы, так как имеется возможность использовать композитные стенки и вместе с тем обеспечивать охлаждение компонентов гондолы.
Промежуточный элемент 33 может быть закреплен на указанном элементе 3 или же выполнен с ним за одно целое. Таким образом, в случае использования стопорно-амортизирующего устройства 23, указанный промежуточный элемент может образовывать опору 27, форма которой выбирается такой, чтобы перекрывать указанное(ые) отверстие(я) 31.
В конструкции предлагаемого узла 30, показанной на фиг.3-6, предусмотрено единственное отверстие 31, хотя вполне возможно выполнение нескольких таких отверстий.
Форма и размеры отверстия(ий) 31 могут быть самыми разными. Так, в частности, промежуточный элемент 33 может перекрывать одно отверстие 31, размер которого, по существу, равен или незначительно меньше размера самого этого промежуточного элемента (как показано на фиг.5). В соответствии же с другим вариантом (здесь не показан), этот элемент может также перекрывать ряд отверстий с размерами, существенно меньшими, чем его собственные.
Предпочтительно, чтобы промежуточный элемент 33 имел форму, обеспечивающую аэродинамическую непрерывность с остальной частью композитной стенки 20. В результате этого достигается преимущество, состоящее в том, что воздушный поток, циркулирующий в холодной зоне 8, не претерпевает возмущений из-за наличия указанного промежуточного элемента.
Промежуточный элемент 33 может быть изготовлен из теплопроводящего материала, в качестве которого может быть использован алюминий или любой другой материал, обладающий теплопроводностью, по меньшей мере, эквивалентной теплопроводности алюминия.
Форма концов 41 промежуточного элемента 33 может быть такой, чтобы они могли быть закреплены на композитной стенке 20 каждой из неподвижных частей с помощью крепежных средств. Форма этих концов может быть, по существу, ответной к форме поверхности композитной стенки 20, на которой они должны крепиться. В качестве крепежных средств можно использовать любые средства постоянного крепления, как открытые, так и скрытые, которые могут иметь ряд (например, порядка десятка) потайных головок.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, представленным на фиг.6, между концами 41 промежуточного элемента и композитной стенкой 20 помещена по меньшей мере одна прокладка 43. Благодаря такой прокладке удается компенсировать любые аэродинамические дефекты. Ее можно изготовить из алюминия, титана или стали с использованием технологии смешанной или твердой обдирки.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, промежуточный элемент 33 может быть защищен оболочкой, выполненной из теплопроводящего материала типа покрытия из нержавеющей стали. Благодаря этому предотвращается чрезмерное повышение температуры внутри промежуточного элемента, что облегчает регулировку этой температуры.
В качестве теплопроводящего материала можно использовать алюминий или любой другой материал, обладающий теплопроводностью, по меньшей мере, эквивалентной теплопроводности алюминия.