РЕГУЛИРУЕМОЕ СВЕРХЗВУКОВОЕ СОПЛО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, в частности к конструкции сопла газотурбинного двигателя, преимущественно для высокоманевренных самолетов.
Известно регулируемое сверхзвуковое сопло газотурбинного двигателя, содержащее корпус с охлаждающим трактом и шарнирно закрепленные на нем дозвуковые створки и внешние створки, соединенные со сверхзвуковыми створками с образованием межстворочного пространства (1).
Недостатком известного сопла является то, что внешние створки приходится выполнять из стали, значительно утяжеляя вес конструкции. При выполнении же этих створок из титановых сплавов из-за теплового потока, излучаемого сверхзвуковыми створками существенно снижается надежность их работы и ресурс. Кроме того, нагрев кинематических элементов сопла, расположенных в межстворочном пространстве также приводит к снижению надежности работы сопла.
Задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является повышение надежности работы сопла, за счет снижения температуры его дозвуковых, сверхзвуковых и внешних створок створок, а также кинематических элементов сопла.
Задача решается тем, что регулируемое сверхзвуковое сопло газотурбинного двигателя, содержащее корпус с охлаждающим трактом и шарнирно закрепленные на нем дозвуковые створки и внешние створки, соединенные со сверхзвуковыми створками с образованием межстворочного пространства, дополнительно содержит теплозащитные экраны, установленные на дозвуковых и сверхзвуковых створках, причем на сверхзвуковых створках теплозащитные экраны установлены со стороны межстворочного пространства, а на дозвуковых створках - со стороны, противоположной межстворочному пространству, с образованием относительно створок каналов, газодинамически связанных с охлаждающим трактом корпуса, при этом теплозащитные экраны, расположенные на дозвуковых створках, одним своим концом жестко закреплены на этих створках, а другим - закреплены на них с возможностью осевого перемещения.
Кроме того, теплозащитные экраны, установленные на сверхзвуковых створках, могут быть выполнены, по меньшей мере, из двух соединенных между собой слоев тонкостенных гофр, причем направление гофр в каждом последующем слое перпендикулярно направлению гофр предыдущего слоя, при этом сверхзвуковые створки могут быть выполнены с продольным силовым элементом, а теплоозащитные экраны,
расположенные на сверхзвуковых створках, могут быть жестко закреплены на продольных силовых элементах.
Установка на дозвуковых и сверхзвуковых створках теплозащитных экранов позволяет уменьшить величину теплового потока, излучаемого через межстворочное пространство от сверхзвуковых створок к внешним створкам, а также температуру нагрева самих сверхзвуковых и дозвуковых створок и кинематических элементов с шарнирами, расположенных в межстворочном пространстве.
Установка на дозвуковых створках теплозащитных экранов со стороны, противоположной межстворочному пространству, то есть со стороны горячих газов, с образованием относительно створок каналов, газодинамически связанных с охлаждающим трактом корпуса, обеспечивает охлаждение дозвуковой створки и кинематических элементов, а также создание охлажденного пристеночного слоя, обеспечивающего снижение температуры сверхзвуковой части сопла.
Крепление теплозащитных экранов, расположенных на дозвуковых створках, одним концом жестко на створках, а другим - с возможностью осевого перемещения, позволяет обеспечить термокомпенсацию при разнице температур экранов и створок, а также, при жестком креплении на створке переднего конца экрана, устранить возможность колебаний передней кромки экранов от набегающего потока, из-за образования продольного зазора между экранами створок и экраном корпуса.
Выполнение теплозащитных экранов, установленных на сверхзвуковых створках, по меньшей мере, из двух соединенных между собой слоев тонкостенных гофр, причем направление гофр в каждом последующем слое перпендикулярно направлению гофр предыдущего слоя, обеспечивает возможность получения жесткой конструкции экрана с минимальным весом и высокой теплофизической активностью.
Жесткое крепление теплозащитных экранов на продольных силовых элементах сверхзвуковых створок позволяет повысить прочность сверхзвуковой створки и уменьшить ее коробление от тепловых нагрузок. Полезная модель поясняется графически, где:
- на фиг.1 показан продольный разрез сопла (штрих пунктирной линией показано положение в дроссельном режиме);
- на фиг.2 - разрез А-А фиг.1 (повернуто);
- на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.1 (повернуто);
- на фиг.4 - разрез В-В фиг.1.
Регулируемое сверхзвуковое сопло газотурбинного двигателя содержит корпус 1, шарнирно закрепленные на нем дозвуковые 2 и внешние створки 3, соединенные со
сверхзвуковыми створками 4, привод 5 створок и механизм синхронизации 6, выполненный в виде основных 7 и шарнирно связанных с ними дополнительных рычагов 8, соединенных шарнирно с дозвуковыми створками 2, причем каждый дополнительный рычаг 8 одним плечом 9 шарнирно связан с внешней створкой 3, а другим плечом 10 при помощи телескопической тяги 11 с корпусом 1.
Дополнительно на дозвуковых и сверхзвуковых створках 2 и 4 установлены теплозащитные экраны 12 и 13. Теплозащитные экраны 12 установлены со стороны потока внутри полости 14 сопла на полотне 15 створок 2 с образованием каналов 16, газодинамически связанных своими входами 17 с выходом 18 из охлаждающего тракта 19 корпуса 1. Экраны 12 одним своим концом 20 неподвижно закреплены на створках 2 в районе шарнира 21 ее подвески, а другим своим концом 22 закреплены на створках 2 с возможностью осевого перемещения. Экраны 13 установлены внутри межстворочного пространства 23 над сверхзвуковыми створками 4 и закреплены на полках 24 продольного силового элемента 25. Экраны 13 выполнены многослойными, например из двух соединенных между собой слоев тонкостенных гофр 26, причем направление гофр в каждом из слоев перпендикулярно направлению гофр в соединенном с ним слое. То есть, если гофры в одном из слоев, закрепленном на полках 24, направлены вдоль продольной оси створки 4, то в другом слое - поперек этой же оси.
Устройство работает следующим образом.
При работе двигателя часть воздуха второго его контура отбирается на охлаждение корпуса форсажной камеры и сопла. Этот воздух проходит в полость между экранами 12 и створками 2 и, образуя охлажденный пограничный слой, выходит из щели за экранами 12 далее на сверхзвуковую часть сопла. Это создает конвективно-заградительное охлаждение дозвуковых створок 2 и понижает их температуру.
Экраны 13, установленные на створках 4, позволяют уменьшить тепловые потоки от сверхзвуковых створок 4 на створки 3, позволяя выполнить конструкцию внешних створок 3 из титановых сплавов и, таким образом, уменьшить массу сопла. Кроме того, экраны 12 и 13 охлаждают кинематические элементы с шарнирами, расположенными в межстворочном пространстве 23, повышая надежность работы сопла.