УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ПОПАДАНИЯ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ
DEVICE TO PROTECT TURBOJET ENGINE AGAINST INGRESS OF FOREIGN OBJECTS

Изобретение относится к авиационному оборудованию, в частности к воздухозаборникам турбореактивных двигателей.
Известны устройства для защиты турбореактивного двигателя, основанные на сепарации посторонних предметов, содержащие установленные во входном канале между воздухозаборником и двигателем, либо неподвижные лопатки, установленные под углом к направлению движения воздуха /см. патент США №3362155, кл.60-39.09, 1968 [1]/, либо одноступенчатый ротор с повернутыми к продольной оси радиальными лопатками и приводом /см. патент США №3979903, кл. 60-39.09., 1976 [2]; а.с. СССР №865694, кл. В64В 33/02, F 02 С 7/04, 1977 [3]/, либо подвижную ромбовидную панель, имеющую возможность возвратно-поступательного горизонтального перемещения /см. патент РФ на изобретение №2205135, кл. В64D 33/02, F02С 7/05, 2001 [4]/.
Недостатками всех известных устройств являются значительная сложность, вес, габариты конструкции за счет сложности приводных механизмов, низкие эффективность и надежность защиты, большие гидравлические сопротивления на входе в двигатель на нерабочих режимах со значительными возмущающими воздействиями на поток.
Известны также устройства для защиты турбореактивного двигателя, имеющие возможность удаления защитных элементов из канала воздухозаборника на нерабочих режимах, выполненные в виде соединенных со штоком гидроцилиндров управления поворотных защитных экранов либо сеточного типа /см. патент РФ на изобретение №2205136, кл. В64D 33/02, F02С 7/05,2001 [5]; патент РФ на изобретение №2271964, кл. В64D 33/02, F02С 7/055, 2004 [6]/, либо типа аэродинамических элементов в форме малого крыла /см.патент РФ на изобретение №2168646, кл. F02С 7/05, В64Д 33/02, 1999 [7].
Недостатками известных устройств является предельная сложность как самой защитной конструкции, так и механизмов управления, большой вес и габариты, что резко ограничивает возможности их использования.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для защиты турбореактивного двигателя от попадания посторонних предметов, содержащее установленные в корпусе воздухозаборника с помощью вставленных в него кольцевых каркасов со смещением друг относительно друга в осевом направлении вдоль геликоидальных линий защитные элементы аэродинамической формы, выполненные из волокнистых пленкоподобных, проволочно подобных элементов или из пластмассовых материалов /см.патент РФ на изобретение №1658825, кл. F02С 7/05, 1981 [8]/, принятое за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются довольно большие гидравлические сопротивления на входе в двигатель в нерабочих режимах, то есть значительные возмущающие воздействия на поток, а также сравнительная сложность конструкции вследствие необходимости изготовления защитных элементов аэродинамической формы и их установки вдоль геликоидальных линий. Последнее позволяет уменьшить плотность установки защитных элементов и, наряду с их аэродинамической формой, хотя бы частично уменьшить гидравлические сопротивления в нерабочих режимах.
Сущность изобретения заключается в создании предельно простой конструкции устройства для защиты турбореактивного двигателя, обладающего высокой эффективностью защиты в рабочих режимах и минимальным возмущающим воздействием на поток в нерабочих режимах за счет возможности удаления защитных элементов из канала воздухозаборника на нерабочих режимах без применения сложной системы гидроэлектромеханического привода с использованием материалов с особыми физическими свойствами.
Технический результат - упрощение конструкции и снижение возмущающих воздействий на поток в нерабочих режимах при сохранении эффективности защиты турбореактивного двигателя.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для защиты турбореактивного двигателя от попадания посторонних предметов, содержащем установленные в корпусе воздухозаборника с помощью вставленного в него кольцевого каркаса со смещением друг относительно друга в осевом направлении защитные проволочноподобные, волокнистые, пленкоподобные или пластмассовые элементы, согласно изобретению кольцевой каркас установлен на центральной оси, лежащей в его плоскости и жестко прикрепленной концами к корпусу воздухозаборника, при этом ось выполнена из сплава с эффектом термомеханической памяти формы и характеризуется фиксированным релейным закручиванием вокруг продольной оси на угол 90 градусов относительно исходного состояния при достижении сплавом температурного порога срабатывания.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен корпус воздухозаборника с предлагаемым устройством, общий вид с продольным разрезом в рабочем режиме устройства; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - вид А на фиг.1 в нерабочем режиме устройства.
Устройство для защиты турбореактивного двигателя от попадания посторонних предметов содержит установленные в корпусе 1 воздухозаборника 2 с помощью вставленного в него кольцевого каркаса 3 со смещением друг относительно друга в осевом направлении защитные проволочноподобные, волокнистые, пленкоподобные или пластмассовые элементы 4, при этом кольцевой каркас 3 установлен на центральной оси 5, лежащей в его плоскости и жестко прикрепленной своими концами к корпусу 1 воздухозаборника 2, представляя собой для этой цели болт с головкой 6 и зажимной гайкой 7, размещенные снаружи корпуса 1 с противоположных его сторон. Центральная ось 5 выполнена из сплава с эффектом термомеханической памяти формы и характеризуется фиксированным релейным закручиванием вокруг продольной оси на угол 90 градусов относительно исходного состояния при достижении сплавом температурного порога срабатывания. Проволочноподобные защитные элементы 4 в пределах ширины каркаса 3 образуют несколько плоскостей, смещенных друг относительно друга, при этом в каждой плоскости группа элементов 4 может быть расположена параллельно друг другу /см. фиг.1 - фиг.3/, образовывать прямоугольную решетку, радиальную структуру и т.п. Ось 5 электрически изолирована от корпуса 1 с помощью специальных втулок 8 из теплостойкой термореактивной пластмассы /в частности, фенопласта/, а между втулками 8, головкой 6 болта 5 и гайкой 7 зажаты шайбы-токоподводы 9 с подпаянными к ним проводниками 10, соединяющими ось 5 с источником электрического сигнала /не показан/. Снаружи корпуса 1 головка 6 болта 5 и гайка 7 закрыты специальными, плотно на них надетыми электроизоляционными колпачками 11. В качестве материала для изготовления оси 5 с термомеханической памятью формы использован нитинол /TiNi/, относящийся к классу интерметаллических соединений и имеющий стехиометрический состав, содержащий 50 ат.% Ti. Ось 5 запоминает свое закрученное вокруг продольной оси на угол 90 градусов состояние, приданное ей на стадии фазовых превращений материала. При нарастании температуры и достижении сплавом заданного температурного порога /в данном случае порядка 160°С/ ось 5 релейно /скачком/ срабатывает и принимает новую геометрическую форму, характеризующуюся углом закручивания вокруг продольной оси на угол 90 градусов относительно исходного состояния.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В нерабочих режимах устройства, то есть практически в любое время, кроме взлета и посадки самолета, электрический сигнал с источника тока в провода 10 и, соответственно, на ось 5 не подается, ось 5 находится в исходном недеформированном состоянии. В этом состоянии оси 5 плоскость жестко установленного на оси 5 кольцевого каркаса 3 и, соответственно, плоскости защитных элементов 4 ориентированы вдоль продольной центральной оси корпуса 1 воздухозаборника 2 /см. фиг.3/. В таком состоянии эти элементы 4 практически не оказывают возмущающих воздействий на поток и гидравлическое сопротивление на входе в двигатель минимально. В рабочих режимах устройства, то есть в основном во время взлета и посадки самолета, включается источник электрического сигнала, и его цепь нагрузки замыкается через провода 10, токоподводы 9 и ось 5. При протекании по оси тока в течение 3÷5 секунд последняя нагревается до температурного порога срабатывания материала оси 5 /порядка 160°С/ и участок оси 5 между ее прижатыми к корпусу 1 концами релейно /скачком/ закручивается вокруг своей продольной оси на угол 90 градусов относительно исходного состояния. При этом плоскость кольцевого каркаса 3 и, соответственно, плоскости параллельно расположенных групп защитных элементов 4 ориентируются перпендикулярно продольной центральной оси корпуса 1 воздухозаборника 2, полностью перекрывая тем самым канал воздухозаборника 2 подачи воздуха в двигатель /см. фиг.1 и фиг.2/. При этом защитные элементы 4 расположены как рядом друг с другом с необходимой для предотвращения попадания в воздухозаборник посторонних предметов плотностью, так и друг за другом в осевом направлении воздухозаборника 2.
Предлагаемое устройство отличается от устройства прототипа существенной простотой конструкции за счет использования обычных проволочноподобных защитных элементов без формирования их аэродинамической формы, размещения по геликоидальным линиям и т.п. Обеспечение же низких гидравлических сопротивлений на входе в двигатель в нерабочих режимах достигается устранением защитных элементов из канала на данных режимах. Так как такое устранение в предлагаемом устройстве осуществляется элементарно путем использования материалов с эффектом термомеханической памяти формы без применения сложных гидроэлектромеханических механизмов, то такое устранение не приведет к повторному усложнению конструкции.