Регулівне реактивне сопло авіаційного газотурбінного двигуна

1. Регулівне реактивне сопло авіаційного газотурбінного двигуна, що містить співвісні зовнішні й внутрішні стулки, взаємозв'язані шарнірно із силовими опорними частинами двигуна, а між собою - важелями із шарнірами, причому внутрішні стулки на їхньому вході підвішені через шарніри на 3 роль ведучого вузла для обох контурів стулок сопла. Передбачається забезпечення продувки підкапотного простору двигуна. Однак відомий пристрій має надлишкову вагу через множинність конструктивних зв'язків деталей і вузлів. З опису до патенту US № 4,043,509, кл. US 239/265.41, «Система активації вихлопного пристрою турбореактивного двигуна», заявленого 13.05.1976 p. General Electric, відомо вісесиметричне регулівне сопло, взаємодіюче з єдиною системою активації від гідроциліндрів з концентричними газодинамічними потоками газотурбінного двигуна: внутрішнім основним, за форсажною камерою, і концентричним зовнішнім її обтіканням. Тут вторинний потік, через вентилятор, або через компресор для продувки підкапотного простору, підключається до загальної тяги на заданих режимах. Стулки внутрішнього сопла, своїми передніми кінцями в напрямку потоку шарнірно пов'язані із силовою частиною двигуна, а саме, з корпусом форсажної камери. Далі ці стулки, послідовно по їхній довжині, зв'язані кожна з одним шарніром двошарнірного важеля. Другий його шарнір з'єднаний із тришарнірним важелем типу «качалки». Кожна вісь хитання «качалки» з'єднана з кожною передньою стулкою зовнішнього контуру сопла. Кожна передня зовнішня стулка на вході шарнірно кріпиться до оболонки зовнішнього каналу двигуна, а на виході - до передньої кромки кожної вихідної стулки зовнішнього сопла циліндричними штирями, у поздовжні пази передніх кромок цих стулок. Ті ж вихідні стулки шарнірно, але нерознімно пов'язані із зовнішнім кінцевим обтічником 44 з утворенням загальної вихідної кромки. Третім своїм шарніром важіль -«качалка» зв'язаний також шарнірно з кільцем, яке передає зусилля від штоків гідроциліндрів-активаторів уздовж поздовжньої осі двигуна, у тому числі й на внутрішні стулки сопла. Потік повітря через вентилятор - це потік навколо кожуха й далі, по зовнішній поверхні стулок внутрішнього сопла. Потік же з отворів термостінки навколо форсажної камери обтікає внутрішні поверхні стулок цього сопла й уливається далі у внутрішній потік на вихід із двигуна. При цьому забезпечується обдування термостінки форсажної камери й стулок внутрішнього сопла (див. розташування на FIG 1). На режимі прискорення всі потоки вливаються в потік за форсажною камерою. Внутрішні стулки сопла, як продовження кожуха форсажної камери, прилягають своїми вихідними кромками до входу кінцевих, умовно зовнішніх стулок сопла при повному його розкритті (див. розташування на FIG 4). Відоме за патентом US № 4,043,509 технічне рішення раціонально по конструкції, має достатній діапазон ефективно використовуваних розрахункових режимів для газотурбінних авіаційних двигунів, особливо з урахуванням режимів форсажної камери. 54767 4 Передбачено заходи для обдування особливо гарячих місць, зокрема, кільця навколо форсажної камери, оскільки воно використано для кріплення стулок сопла. З огляду на все вищевикладене, технічне рішення за патентом US № 4,043,509 обрано як прототип технічного рішення, яке заявляється. Слід зазначити, що у відомому рішенні взаємозв'язки стулок сопла, зовнішніх й внутрішніх, такі, що стулки внутрішні потрібно розцінювати, як ведені. При цьому прототип конструктивно трохи ускладнений, що приводить до його зайвої ваги. Перед авторами було поставлено задачу створити регулівне реактивне сопло для авіаційного газотурбінного двигуна, зокрема, при використанні в ньому форсажної камери, не тільки з позицій газодинаміки, але й можливості використання її корпуса як опорної силової частини конструкції, що дає сукупний технічний результат, а саме: - компактність конструкції при скороченні комплектації й зниженні ваги сопла, - забезпечення його кінематичної стійкості в роботі на різних режимах, - забезпечення геометричних і міцнісних можливостей організації обдування як підкапотного простору двигуна, так і аеродинамічних обводів кормової частини літака на заданих режимах. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому регулівному реактивному соплі авіаційного двигуна зроблені вдосконалення. При цьому сопло містить співвісні зовнішні й внутрішні стулки, взаємозалежні шарнірно із силовими опорними частинами двигуна, а між собою - важелями із шарнірами. Внутрішні стулки такого сопла на вході підвішені шарнірами на опорному корпусі форсажної камери згоряння і приєднані шарніром двошарнірного важеля типу серги до тришарнірного важеля. Останній також шарнірно взаємопов'язаний зі штоком гідроприводу. Удосконалення відомого технічного рішення полягають у наступному. Шток гідроприводу й тришарнірний важіль безпосередньо з'єднані між собою загальним шарніром. При цьому кожний зазначений тришарнірний важіль ще одним шарніром закріплений також безпосередньо на опорному корпусі форсажної камери, а в порожнині, між зазначеними кожної зовнішньої й внутрішньої стулками розміщені додаткові тяги. Тяги шарнірно взаємозв'язані з обома стулками, як із зовнішньою, так і з внутрішньою. Шарнір кріплення кожної згаданої додаткової тяги до внутрішньої стулки сопла приєднаний послідовно за шарнірним кріпленням серги тришарнірного важеля у напрямку до вихідної частини внутрішньої стулки. Сутність технічного рішення, що заявляється, пояснюється кресленнями, де на: Фіг. 1 - Схематичне зображення авіаційного газотурбінного двигуна, де стрілками зазначений напрямок потоку газу, що минає із сопла, й потоку повітря, який бере участь у обдуванні підкапотного простору регулівного реактивного сопла, з виділеними робочими положеннями (див. фрагменти І, 5 II); Фіг. 2 - збільшений фрагмент І фіг. 1 - регулівне реактивне сопло, що заявляється, у положенні при мінімальних площах вихідних перерізів, обмежених стулками сопла як внутрішніми, так і зовнішніми;. Фіг. 3 - збільшений фрагмент II фіг. 1 - регулівне реактивне сопло, що заявляється, у положенні при максимальних площах вихідних перерізів, обмежених стулками сопла, як внутрішніми, так і зовнішніми; Фіг. 4 - збільшений фрагмент III поздовжнього виду фіг. 2, де дані взаємозв'язки зі силовими частинами гідроциліндра й стулок, зовнішніх і внутрішніх, об'єднаних тришарнірним важелем; Фіг. 5 - збільшений фрагмент IV фіг. 3 - регулівне реактивне сопло в положенні максимальних площ вихідного перерізу сопла; Авіаційний газотурбінний двигун 1 (Фіг. 1) містить силове кільце 2, розміщене на виході тракту двигуна й виконуючого функцію зовнішньої силової опорної частини пристрою сопла 3, що заявляється. Внутрішньою, відносно силового кільця 2 зовнішнього корпусу двигуна 1, силовою частиною для кріплення регулівного сопла 3, що заявляється, є корпус 4 форсажної камери згоряння (див. Фіг. 2). Вузол регулівного реактивного сопла 3 (див. Фіг. 2, 3, 4, 5) містить його внутрішню частину, розташовану навколо поздовжньої осі двигуна 1 на виході з його форсажної камери згоряння й взаємозв'язану зі згаданим корпусом 4 форсажної камери. Ця частина регулівного реактивного сопла містить ряд внутрішніх стулок 5. Внутрішні стулки 5 регулівного реактивного сопла 3 через шарніри 6 взаємозв'язані із внутрішньою опорною силовою частиною 7 вищезгаданого корпуса 4 форсажні камери згоряння. Зовнішні стулки 8 регулівного реактивного сопла 3, що оточують внутрішні стулки 5, пов'язані із зовнішнім силовим кільцем 2 двигуна 1 за допомогою шарнірів 9. Вінець із внутрішніх стулок 5 сопла формує навколо поздовжньої осі внутрішній тракт у вигляді усіченого конуса з положенням внутрішніх стулок 5 залежно від розрахованого режиму роботи двигуна 1. Активаторами силового впливу на положення стулок сопла 3, внутрішніх 5 і зовнішніх 8, є гідроциліндри 10, які пов'язані шарнірами 11 з корпусом 4 форсажної камери згоряння (див. Фіг. 2, 3). У свою чергу, кожен гідроциліндр 10 своїм рухливим штоком 12 взаємозв'язаний з поворотним тришарнірним важелем 13 за допомогою циліндричного шарніра 14. Тришарнірні важелі 13 розміщені в просторі між внутрішніми 5 і зовнішніми 8 стулками сопла 3. При цьому кожен тришарнірний важіль 13, іншим своїм шарніром 15, поворотно прикріплений до згаданого опорного силового корпуса 4. Третій шарнір 16 кожного тришарнірного важеля 13, за допомогою додаткового двошарнірного важеля у вигляді серги 17 і шарніра 18 взаємозв'язаний безпосередньо із внутрішніми стулками 5 54767 6 регулівного реактивного сопла 3 (див. Фіг. 2). Кожна внутрішня стулка 5 регулівного реактивного сопла 3, за шарніром 18 у напрямку вихідного перерізу зв'язана через шарнір 19, додаткову тягу 20 і, далі, через шарнір 21 з відповідною зовнішньою стулкою 8 регулівного реактивного сопла 3 (див.Фіг. 2, 3). Завдяки шарнірному взаємозв'язку за допомогою тяги 20 внутрішні стулки 5 відіграють роль ведучих для ведених зовнішніх стулок 8. Регулівне сопло, що заявляється, працює, як це викладено нижче. Забезпечення площ необхідного вихідного перерізу регулівного реактивногосопла у відповідності до заданого режиму здійснюється за допомогою взаємозалежної зміни положення внутрішніх стулок 5 і зовнішніх стулок 8 регулівного реактивного сопла 3. У процесі роботи двигуна на внутрішні стулки 5 регулівного реактивного сопла 3 діють сили від стікаючого потоку газу й від потоку, який бере участь в обдуванні підкапотного простору. У той же час за допомогою тяги 20 також передається й частина сил, що виникають на зовнішній стулці 8. Ці сили, у свою чергу, урівноважені силами, що виникають від перепаду тиску на поршнях гідроциліндрів 10, і передаються через штоки 12 далі на шарніри 14 тришарнірних важелів 13 і, далі, через двошарнірні важелі 17, на внутрішні стулки 5, забезпечуючи їм задане положення. При цьому на зовнішні поверхні зовнішніх стулок 8 діють сили від потоку атмосферного повітря, а на внутрішні їхні поверхні - сили від потоку газу. На перехідних режимах роботи двигуна стулки регулівного реактивного сопла 3, внутрішні 5 і зовнішні 8, переміщаються під впливом на них штоків 12 гідроциліндрів 10 при зміні перепаду тиску робочого тіла в порожнинах останніх. Переміщення внутрішніх 5 і зовнішніх 8 стулок регулівного реактивного сопла, що заявляється, у положення, яке забезпечує мінімальні значення площ критичного й вихідного перерізу сопла (фіг. 2), відбувається при підвищенні тиску робочого тіла в порожнинах нагнітання гідроциліндрів 10 в залежності від заздалегідь заданих режимів роботи двигуна у відношенні до необхідних для літального апарата. При необхідності одержати максимальні значення площ критичного вихідного перерізу сопла (Фіг. 3) програмується розрахункове зниження тиску робочого тіла в порожнинах нагнітання гідроциліндрів 10. Технічне рішення регулівного реактивного сопла для авіаційних двигунів, що заявляється, особливо тих, що використовують форсажну камеру, дає можливість одержати максимально ефективну тягу двигуна на різних режимах в умовах польоту за рахунок забезпечення необхідних площ критичного й вихідного перерізів сопла. Випробування дослідних зразків конструкції в реальних умовах експлуатації двигунів на польотних режимах показали, що регулівне реактивне сопло, що заявляється, дозволяє на всіх режимах ефективно реалізувати перепад тисків, який припускається у камері змішання, й забезпечити вен 7 54767 тиляцію підкапотного простору двигуна. Це забезпечує охолодження частин двигуна й мінімізує втрати на донний опір, що у свою чергу Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 8 дозволяє знизити масу регуівного реактивного сопла, а, отже, масу й вартість самого двигуна. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601