РЕГУЛИРУЕМОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВУХКОНТУРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Устройство предназначено для снижения уровня шума при смешении потоков контуров двухконтурного газотурбинного реактивного двигателя (ТРДД).
Предполагаемая полезная модель применима на ТРДД для пассажирских и грузовых самолетов.
В современных ТРДД смешение потоков осуществляется для улучшения характеристик двигателя и снижения шума реактивной струи. При смешении потоков первого и второго контуров крупные вихри трактового газа, истекающие из турбины, измельчаются под воздействием потока воздуха второго контура. Как известно из теоретических основ аэроакустики, мелкие вихри быстрее затухают, и именно поэтому снижается уровень генерируемого ими шума. На реализации этого принципа основаны многие шумоглушащие устройства современных ТРДД.
Известно, например, устройство для снижения шума, описанное в патенте РФ № 2303151 F02K 1/34, F01N 1/24, 15.12.2005, опубл. 20.07.2007 Бюл. № 20 и содержащее стекатель, каналы внутреннего и наружного контуров, сопло с цилиндрическими патрубками, выполненными с внешними кольцевыми полостями, и полые пилоны, соединяющие кольцевые полости с каналом наружного контура, отличающееся тем, что оболочка стекателя выполнена пористой и заполнена звукопоглощающим материалом на основе специальных алюминийсодержащих сплавов.
Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет активно влиять на протяженность основного участка реактивной струи, от протяженности которого и зависит уровень генерируемого шума. Поэтому, при применении указанного устройства не достигается значительная степень снижения шума.
Прототипом предполагаемой полезной модели является смесительное устройство турбореактивного двухконтурного двигателя, описанное в патенте РФ № 152086 F02K 1/34, приоритет 17.09.2014 г, опубл. 10.05.2015 г. "Смесительное устройство турбореактивного двухконтурного двигателя". Устройство содержит задний стоечный узел с радиальными стойками, имеющими две внутренние полости, причем одна из полостей соединяется через отверстия вверху - со вторым наружным контуром, а внизу - с полостью в заднем стекателе, имеющем, в свою очередь, центральное отверстие, расположенное на оси двигателя и сообщающееся с затурбинным каналом, в который поступает трактовый газ. Принцип действия предлагаемого смесительного устройства заключается  в следующем. В полые радиальные стойки заднего стоечного узла подается холодный воздух из второго контура ТРДД (причем второй контур частично перекрывается в области задних стоек). Затем воздух поступает в полость в заднем обтекателе, откуда выдувается в центральную часть реактивной струи через отверстие, располагающееся по центральной оси двигателя. Вытекая в отверстие в заднем стекателе, расположенное на оси двигателя, воздух смешивается с трактовым газом в центральном участке струи, разбивая крупные вихри на мелкие, вследствие чего эффективно снижается шум струи.
Недостатком прототипа является снижение тяговых характеристик и КПД двигателя из-за отбора воздуха из внешнего контура. Отбор массы из второго контура негативно влияет на тяговые характеристики двигателя, его КПД и уровень экономичности. Снижение шума ТРДД необходимо не на всех полетных режимах. Поэтому необходим и возможен компромисс между достигаемым уровнем снижения шума реактивной струи и уровнем КПД, показателями тяги и экономичности ТРДД.
Для устранения недостатков прототипа предлагается регулируемое смесительного устройства, содержащее полые стойки стоечного узла для протекания воздуха второго контура и задний стекатель с внутренней полостью, сообщающейся с полостями в стойках, для отвода воздуха второго контура в осевую часть зоны его смешения с трактовым газом через центральное отверстие. Между вторым конкуром и внутренними полостями, расположенными в стойках, установлены клапаны, с помощью которых регулируется расход воздуха второго контура, подаваемого в стекатель через стойки. Клапаны управляются посредством гидропривода бортовой системой автоматического регулирования и обеспечивают подачу воздуха лишь на режимах, на которых двигатель работает при взлете и посадке, т.е. в то время, когда снижение шума струи актуально и превышает необходимость получения высоких значений КПД и тяговых характеристик. Гидропривод регулирующих клапанов может быть совмещен с гидроприводом реверса, что позволит управлять регулирующими клапанами без снижения мощности гидросистемы.
Таким образом, преимущество предполагаемой полезной модели заключается в снижении шума двигателя при достижении более высоких уровней КПД, повышения его экономичности и удельной тяги за счет установки клапанов и регулирования расхода воздуха второго контура, подаваемого в задний стекатель с последующим его выдувом в центральное отверстие для минимизации уровня шума.
Целью создания регулируемого смесительного устройства турбореактивного двухконтурного двигателя является смешение потоков контуров, эффективное снижение шума реактивной струи, охлаждение заднего стоечного узла и масляного коллектора при сохранении высокого уровня КПД двигателя, высокого уровня его экономичности и удельной тяги.
Технический результат при этом выражается в снижении шума двигателя, снижении температуры заднего стоечного узла без увеличения веса, без снижения уровня КПД, экономичности и удельной тяги на крейсерском режиме работы.
Технический результат достигается тем, что в регулируемом смесительном устройстве турбореактивного двухконтурного двигателя, содержащем задний стекатель с внутренней полостью для подачи воздуха в центральное отверстие и задний стоечный узел с полыми радиальными стойками, сообщающимися с внутренней полостью стекателя, во входном сечении в полые стойки установлены клапаны, регулирующие расход воздуха, подаваемого из второго контура в стойки и далее - в стекатель. Схема устройства приведена на фигуре.
Регулируемое смесительное устройство турбореактивного двухконтурного двигателя содержит задний стоечный узел с радиальными стойками 1 (фиг.), имеющими две внутренние полости, причем одна из полостей соединяется через отверстия, вверху, со вторым наружным контуром 2, а внизу - с полостью в заднем стекателе 3, имеющем, в свою очередь, центральное отверстие 4, расположенное на оси двигателя 5 и сообщающееся с затурбинным каналом, в который поступает трактовый газ.
Во входном сечении во внутренние полости стоек расположены клапаны 6, с помощью которых регулируется расход воздуха второго контура, подаваемого в стекатель через стойки. Клапаны управляются посредством гидропривода бортовой системой автоматического регулирования и обеспечивают подачу воздуха лишь на режимах, на которых двигатель работает при взлете и посадке. Гидропривод клапанов может быть совмещен с гидроприводом реверса.
Принцип действия предлагаемого регулируемого смесительного устройства турбореактивного двухконтурного двигателя заключается в следующем.
В полые радиальные стойки заднего стоечного узла через регулирующие клапаны подается холодный воздух из второго контура ТРДД (расход воздуха изменяется от максимального на взлетном режиме до полного его отсутствия на крейсерском режиме). Затем воздух поступает в полость в заднем стекателе, откуда выдувается в центральную часть реактивной струи через отверстие, располагающееся по центральной оси двигателя. Холодный воздуха второго контура, протекая по стойкам и полости в заднем стекателе, охлаждает масляный коллектор. Вытекая в отверстие в заднем стекателе, расположенное на оси двигателя, воздух смешивается с трактовым газом в центральном участке струи, разбивая крупные вихри на мелкие, вследствие чего эффективно снижается шум струи.