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

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. В64D 33/02, F02С 7/04, 1977 [3]/, либо подвижную ромбовидную панель, имеющую возможность возвратно-поступательного движения в горизонтальном направлении /см. патент РФ на изобретение №2205135, кл. В64D 33/02, F02С 7/05, 2001 [4].
Недостатками всех известных устройств являются значительные сложность, вес и 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 штоками гидроцилиндров управления поворотных защитных экранов либо сеточного типа /см. патент РФ на изобретение №2205136, кл. В64D33/02, 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, В64D 33/02, 1999 [7]/.
Недостатками известных устройств являются 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 со смещением относительно друг друга в осевом направлении вдоль геликоидальных линий защитные элементы аэродинамической формы, выполненных из волокнистых пленкоподобных или проволокоподобных элементов, а также из пластмассовых материалов /см. патент РФ на изобретение №1658825, кл. F02С 7/05, 1981 [8]/, принятое за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются, несмотря на аэродинамические формы защитных элементов, их осевое смещение относительно друг друга и расположение вдоль геликоидальных линий, сравнительно большие гидравлические сопротивления на входе в двигатель на нерабочих режимах, то есть значительные возмущающие воздействия на поток.
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 как за счет возможности удаления защитных элементов из канала воздухозаборника на нерабочих режимах без использования сложной системы гидроэлектромеханического привода, так и за счет изготовления защитных элементов из материалов и узлов с особыми физическими свойствами.
Технический результат - 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 плотно вставленного в него кольцевого каркаса со смещением относительно друг друга в осевом направлении защитные проволочно-подобные элементы, особенность заключается в том, что каркас с защитными элементами представляют собой соответственно основание щетки и консольно закрепленную на нем и ориентированную радиально внутрь упругую щетину, при этом защитные элементы /щетина/ выполнены из магнитомягкой резины на базе натурального каучука СКИ-3 в качестве полимерной основы и ферритового порошка ФI в качестве магнитного наполнителя, а в центральной части корпуса вдоль его продольной оси установлена цилиндрическая катушка с сердечником аэродинамической формы, подключенная к генератору постоянного и синусоидального электрических сигналов с регулируемыми амплитудой и частотой.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 схематично изображен корпус воздухозаборника с предлагаемым устройством, общий вид с продольным разрезом, соответственно в рабочем и нерабочем режимах.
Устройство для защиты турбореактивного двигателя от попадания посторонних предметов содержит установленные в корпусе 1 воздухозаборника 2 с помощью плотно вставленного в корпус 1 кольцевого каркаса 3 со смещением относительно друг друга в осевом направлении защитные проволочно-подобные элементы 4, при этом каркас 3 с защитными элементами 4 представляют собой соответственно основание щетки и консольно закрепленную на нем и ориентированную радиально внутрь корпуса 1 упругую щетину. Последняя выполнена в виде тонких стержней из магнитомягкой резины на базе натурального каучука СКИ-3 в качестве полимерной основы и ферритового порошка Ф1 в качестве магнитного наполнителя с достижением области высоких наполнений, получаемых путем шприцевания /профилирования/ разогретой резиновой смеси. В центральной части корпуса 1 вдоль его продольной оси с помощью радиальных стоек 5 установлены цилиндрическая катушка 6 с ферромагнитным сердечником 7 аэродинамической формы, подключенная к генератору постоянного и синусоидального электрических сигналов /последний на фигурах не показан/ с регулируемыми амплитудой и частотой. Ферромагнитный сердечник 7 имеет аэродинамическую каплевидную форму в направлении набегающего на воздухозаборник 2 воздушного потока. Длина защитных элементов /щетины/ 4 выбрана такой, чтобы в рабочем состоянии концы стержней 4 касались наружной поверхности катушки 6. Процесс изготовления таких упругих стержней 4 из магнитомягкой резины уже в течение многих лет достаточно тщательно отработан /см., например, книгу А.Г.Алексеев, А.Е.Корнеев. Эластичные магнитные материалы. М.: Химия, 1976, стр.136-137, 156-157 [9]/. Повышенное содержание ферритового наполнителя в стержнях 4 с введением в область высоких наполнений /≥45% объема/ позволяет одновременно обеспечить как эластичность и высокую гибкость консольно закрепленных стержней в нерабочих режимах, так и высокую магнитную проницаемость и, соответственно, значительную поперечную изгибную жесткость щетины 4 в рабочих режимах, когда практически оба конца стержня 4 защемлены: один конец - механической заделкой, другой - силами магнитного взаимодействия. Разогрев резиновой смеси порошка феррита бария и натурального каучука, то есть композиции перед шприцеванием, позволяет далее получить с помощью шприц-машины изделие практически любой формы.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В нерабочих режимах устройства, то есть практически в любое время, кроме взлета и посадки самолета, электрический сигнал с генератора на катушку 6 с ферромагнитным сердечником 7 /электромагнит/ не подается. При этом /фиг.2/ упругая щетина 4, то есть стержни 4 из магнитомягкой резины с одним свободным концом, имеют очень малую изгибную жесткость в поперечном направлении и легко прижимаются входящим в воздухозаборник воздушным потоком к стенкам воздухозаборника. При этом защитные элементы практически удалены из воздушного канала и не оказывают возмущающих воздействий на поток, гидродинамические сопротивления на входе в двигатель минимальны. Причем все это происходит без использования специальных конструктивных элементов, сложных механизмов управления и регулирования и т.п., что по сравнению с устройством-прототипом практически не усложняет конструкцию.
В рабочих режимах устройства, то есть в основном во время взлета и посадки самолета, при которых в воздухозаборник могут попасть посторонние предметы, подброшенные шасси и внесенные вихрем, поднятым между поверхностью взлетно-посадочной полосы и воздухозаборником, в катушку 6 подается от генератора либо постоянный, либо синусоидальный электрический сигнал заданной амплитуды и частоты. При этом свободные концы консольно закрепленных щетинок /упругих стержней из магнитомягкой резины/ 4 притягиваются к катушке 6 со значительным натягом, при этом каждая щетинка представляет собой не консоль, а защеленный по концам упругий стержень, что обеспечивает предельно высокую жесткость щетки 4 в поперечном направлении. Таким образом, в рабочем режиме устройства канал для подачи воздуха в воздухозаборнике полностью перекрыт щеточной структурой, которая может иметь любую заранее заданную плотность: густота щетины, количество расположенных друг за другом элементов в осевом направлении воздухозаборника. Пропуская сквозь себя воздух, данная структура обладает значительной динамической жесткостью и упругостью в осевом направлении, определяемой ферромагнитными параметрами электромагнита 6, 7 и щетины 4, механическими параметрами щетины 4, амплитудой тока в катушке 6, что практически препятствует возможности проникновения сквозь нее в двигатель посторонних предметов. Более того, обладая высокой продольной динамической упругостью, указанная структура из щетины позволяет интенсивно отбрасывать посторонние предметы. В устройстве могут использоваться варианты с подачей в катушку 6 либо постоянного электрического сигнала заданной амплитуды с генератора, либо синусоидального сигнала с регулируемой частотой и амплитудой. Это расширяет функциональные возможности устройства, области его рабочих характеристик, возможности подстройки устройства к магнитомеханическим параметрам магнитомягкой щетины и электромагнита. Так, при подаче в катушку 6 синусоидального сигнала консольно закрепленная щетина 4 находится в вибрирующем с малой амплитудой /дрожащем/ состоянии. Это обеспечивает дополнительную динамическую восприимчивость щеточной структуры к налетающим посторонним предметам, способность отбрасывать эти предметы на большее расстояние по сравнению со статическим режимом.
Таким образом, предложенное устройство характеризуется сравнительной простотой конструкции, малым весом и габаритами, не требует сложных приводных механизмов, управляющих узлов, обеспечивает высокую эффективность и надежность защиты двигателя в рабочих режимах, а также практически исключает возмущающие воздействия на воздушный поток в нерабочих режимах за счет возможности вывода защитных элементов из рабочего канала.