Пристрій для подавання охолоджуючого повітря до стулки регульованого реактивного сопла турбореактивного двигуна та турбореактивний двигун

1. Пристрій для подавання охолоджуючого повітря до стулки (21) регульованого реактивного сопла (1) турбореактивного двигуна, що містить трубку (30), яка виконана з можливістю приєднання стулки (21) до джерела охолоджуючого повітря (31), який відрізняється тим, що трубка (30) містить принаймні одну висувну частину (32) і одне кульове з'єднання (33, 34). 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що стулка (21) є сервокерованою стулкою (21) розширюваної частини реактивного сопла Лаваля. C2 2 (19) 1 3 84403 ця, аби отримати загалом круговий переріз, і які частково перекривають одна одну. Одна зовнішня з кожних дво х стулок, котру називають керованою стулкою, приводиться в рух з допомогою силового циліндра, тоді як між двома керованими стулками знаходиться сервостулка, яка приводиться в рух керованими стулками. Під час після запалення температура газів може досягти приблизно 2000°C. А тому стулки регульованого реактивного сопла необхідно охолоджувати, по-перше, для збільшення їх терміну служби, а по-друге, для зменшення теплової характеристики реактивного сопла в інфрачервоному діапазоні, яка при застосування двигуна у військовій техніці має бути мінімальною. У відомих рішеннях, зокрема в [документах US 5,255,849 та US 5,775,589], пропонується охолоджувальний пристрій, в якому повітря циркулює вздовж внутрішньої стінки стулок, котрі виконані порожнистими. Подача повітря до стулок розширення містить напівкруглі трубки, одна з яких виступає за межі стулки звужуваної частини реактивного сопла, а інша виступає за межі стулки розширюваної частини реактивного сопла, і ця друга стулка з'єднана з першою так, що порожнини відповідних стулок сполучаються. А тому охолоджуюче повітря, що надходить із потоку другого контуру турбореактивного двигуна, спочатку використовується для охолодження стулки звуження, а потім стулки розширення, з допомогою згаданих вище тр убок. Трубки мають один і той же центр і однаковий радіус кривизни, а тому, при приведенні в дію силових циліндрів, мають можливість ковзати одна в другій для компенсації змін кута між обома частинами реактивного сопла. Однак, у цьому охолоджувальному пристрої повітря для охолодження стулок розширення надходить від стулок звуження, а тому воно вже було використане для охолодження останніх. Щоб підвищити ефективність, охолоджуюче повітря краще було б подавати безпосередньо до стулок розширення. Однак, при цьому неможливо використати трубки описаного вище виду, одна з яких виступає назовні від стулки розширення, а інша виступає з порожнини двигуна, в яку подається охолоджуюче повітря потоку другого контуру, оскільки між стулкою розширення і тією частиною двигуна, що не є стулкою звуження, переміщення не є чисто обертальним рухом. Крім того, габаритні розміри пристрою надто великі для частини двигуна, котра має обмежений простір. Задачею даного винаходу є подолати ці недоліки. З цією метою винахід стосується пристрою для подавання охолоджуючого повітря до стулки регульованого реактивного сопла турбореактивного двигуна, що містить трубку, котра приєднує стулку до джерела охолоджуючого повітря, і пристрій відрізняється тим, що трубка містить принаймні одну висувн у частину і кульове з'єднання. Під кульовим з'єднанням слід розуміти механічне з'єднання, яке має лише обертальні ступені свободи. Кульове з'єднання містить переважно три ступені свободи, але як варіант, він може бути виконаним лише з одним або двома ступенями. 4 Переважно, трубка містить два кульові з'єднання і одну висувну частину. У переважному випадку висувна частина діє також як насос. Зокрема, джерело охолоджуючого повітря містить трубку, на периферії корпуса випускного каналу, якою переноситься повітря від потоку другого контуру турбореактивного двигуна. З допомогою цього винаходу можна легко забезпечити подавання охолоджуючого повітря до стулок розширюваної частини регульованого реактивного сопла при відсутності будь-яких механічних обмежень, незалежно від джерела, до якого приєднані стулки. Джерело подачі пристосовано також до реактивних сопел будь-якого виду; зокрема, охолоджуюче повітря можна подавати до стулок звужуваного осесиметричного реактивного сопла, стулок звуження або розширення осесиметричного реактивного сопла Лаваля, стулок двовимірного реактивного сопла або стулок поворотного реактивного сопла. Численні переваги стосуються як монтажу джерела подачі згідно з винаходом, так і його виготовлення, останнє ймовірно може бути стандартизоване для реактивних сопел усі х видів. Зокрема, з допомогою джерела подачі згідно з винаходом можна також приєднати стулки звуження реактивного сопла Лаваля до його стулок розширення, як і в згаданих відомих рішеннях, але у більш простий спосіб, оскільки обробка деталей вимагає меншої точності, ніж у випадку, коли центри і радіуси кривизни повинні бути точно однаковими, щоб уникнути будь-яких напружень або тертя. Крім того, трубка джерела подачі згідно з винаходом, з огляду на її структур у, поглинає напруження від вібрацій і розширення, пов'язаних з роботою турбореактивного двигуна. Винахід буде краще зрозумілим з наступного опису варіанту здійснення пристрою подавання згідно з винаходом, якому віддається перевага, з посиланням на додані ілюстрації, де: Фіг.1 - вид спереду у перспективі реактивного сопла турбореактивного двигуна, оснащеного варіантом пристрою подавання, якому згідно з винаходом віддається перевага; Фіг.2 - бічний переріз пристрою подавання з Фіг.1 у першому положенні; Фіг.3 - бічний переріз пристрою подавання з Фіг.2 в другому положенні; Фіг.4 - перспектива пристрою подавання з Фіг.2; та Фіг.5 - перспектива пристрою подавання з Фіг.3. З Фіг.1 видно, що пристрій подавання згідно з винаходом, у варіанті, якому віддається перевага, розміщено на вісесиметричному реактивному соплі 1 Лаваля турбореактивного двигуна з післязапаленням. Реактивне сопло 1 установлене в нижній по потоку частині корпуса 2 випускного каналу турбореактивного двигуна. Реактивне сопло 1 містить стулки звуження, чи то керовані 10, чи сервокеровані 11, і стулки розширення, чи то керовані 20, чи сервокеровані 21. Стулки 10, 11 звуження приєднані, вгорі по потоку, до корпуса 2, відповідно з допомогою шарнірів 10', 11', навколо яких вони можуть повертатися, при цьому кожний шарнір 10', 11' розташовано 5 84403 вздовж осі, котра перпендикулярна осі реактивного сопла 1. Внизу по потоку вони приєднані з допомогою шарнірів 10", 11", відповідно, до стулок 20, 21 розширення. В площині тієї стулки 10, 11, до якої він належить, кожний шарнір 10", 11", розташований внизу по потоку, паралельний відповідному шарніру 10', 11', розташованому вгорі по потоку. Стулки 10, 11 звуження розміщені по колу навколо осі реактивного сопла 1, так що вони утворюють загалом круговий переріз, при цьому керовані стулки 10 і сервокеровані стулки 11 розміщуються по черзі уздовж окружності кільця. Кожна керована стулка 10 керується тягою 12, яка активується для повороту стулки 10 навколо осі її верхнього по потоку шарніра 10'. При активації тяг 12 керовані стулки 10 повертаються і разом із собою повертають сервокеровані стулки 11, оскільки кожна сервокерована стулка 11 оточена двома керованими стулками 10. Стулки 20, 21 розширення також розміщені по колу навколо осі турбіни і своїм верхнім по потоку краєм приєднані з допомогою шарнірів 10", 11" до стулок 10, 11 звуження. Кожна керована стулка 20 розширення приєднана до керованої стулки 10 звуження, а кожна сервокерована стулка 21 розширення приєднана до сервокерованої стулки 11 звуження. А тому кільце стулок розширення так само, як і кільце стулок звуження, почергово складається з керованих стулок 20 і сервокерованих стулок 21. Керовані стулки 20 розширення керуються тягами 22 у спосіб, який добре відомий спеціалістам. Оскільки кожна сервокерована стулка 21 розширення розміщується між двома керованими стулками 20 розширення, то її переміщення нав'язуються їй керованими стулками 20. Переміщення стулок 20, 21 розширення не є простими поворотами, а складаються з повороту навколо шарнірів 10", 11" і з обертальних рухів навколо шарнірів 10', 11'. У варіанті здійснення винаходу, показаному на фігурах, сервокеровані стулки 21 розширення порожнисті, тоді як керовані стулки 20 розширення суцільні. Згадана конфігурація вибрана через те, що оскільки керовані стулки 20 розширення, з урахуванням бажаного перерізу реактивного сопла 1, або частково, або повністю перекривають сервокеровані стулки 21 розширення, то саме з цієї причини охолодження останніх і є вирішальним. Однак, якщо винахід стосується трубки, котра використана для охолодження сервокерованих стулок 21 розширення, то очевидно, що він стосується також стулок будь-якого виду, чи то керованих стулок розширення, стулок звуження, чи інших, незалежно від виду реактивного сопла або типу керування стулками. В окремому випадку, згідно з особливим варіантом здійснення винаходу, керовані стулки 20 розширення виконані порожнистими і в них подається охолоджуюче повітря через тяги 12, які керують керованими стулками 10 звуження, причому кожна тяга виконана так, щоб бути порожнистою, приєднаною у своїй верхній по потоку частині до джерела охолодження і бути прикріпленою у своїй нижній по потоку частині до 6 керованої стулки 10 звуження, аби приводити останню в рух, а також щоб проходити у верхню по потоку частину керованої стулки 20 розширення, аби постачити до неї охолоджуюче повітря. Показана на Фіг.2 трубка 30 відкрита в кожну сервокеровану стулку 21 розширення. Ця трубка використана для подавання охолоджуючого повітря в порожнину 23, виконану в товщі стулки 21. Це повітря, з допомогою трубки 30 згідно з винаходом, може подаватися з різних частин двигуна, розміщених вище по потоку, наприклад, від компресора. Трубопровідна система 31, що знаходиться на периферії турбореактивного двигуна, дає можливість спрямувати охолоджуюче повітря від точки, де його беруть, до країв реактивного сопла 1, формуючи джерело 31 охолоджуючого повітря для цього сопла. Ці джерела 31 охолоджуючого повітря ведуть у район реактивного сопла 1, а точніше, в даному випадку, під прямими кутами до сервокерованих стулок 11 звуження. Джерела 31 повітря з'єднані з внутрішніми порожнинами 23 сервокерованих стулок 21 розширення з допомогою тр убок 30, які здатні відслідковувати всі переміщення стулок відносно трубок 31, котрі нерухомі відносно корпуса 2 реактивного сопла 1. Ці переміщення складаються з різних елементарних рухів, а тому вони складні. Тут джерело 31 охолоджуючого повітря, поблизу стулок 10, 11 звуження, містить окремий насадок, який дає можливість спрямувати частину охолоджуючого повітря до стулок 10, 11 звуження, при цьому їх охолодження гарантується наявністю простого отвору поблизу цих стулок 10, 11, через який повітря може надходити для охолодження внутрішньої поверхні цих стулок 10, 11, а інша частина повітря спрямовується до трубок 30, які ведуть всередину сервокерованих стулок 21 розширення. Згідно з окремим варіантом здійснення винаходу, в якому через тяги 12, котрі приводять у рух керовані стулки 10 звуження, охолоджуюче повітря подається в керовані стулки 20 розширення, ці тяги 12 вгорі по потоку зв'язані також із джерелом 31 охолоджуючого повітря, причому в цій точці охолоджуюче повітря спрямовується, по-перше, до тяг 12, а по-друге, до керованих стулок 10 звуження так само, як описано вище. Оскільки вони можуть відслідковувати будь-які переміщення, кожна трубка 30 містить висувну частину 32 і два кульові з'єднання 33, 34, де одне 33 з них приєднує трубку 30 до джерела 31 охолоджуючого повітря, а інше приєднує трубку 30 до внутрішньої порожнини 23 сервокерованих стулок 21 розширення через відрізок 35 трубки, що виступає назовні з площини стулки 21. Висувна частина 32 розміщується між двома кульовими з'єднаннями 33, 34. Висувна частина 32 сформована з двох частин 32А, 32В трубки, які з одного кінця здатні ковзати одна в одній. На іншому кінці кожна частина трубки 32А, 32В містить головку, яка має ділянку із сферичною зовнішньою поверхнею 32А', 32В'. Головка 32А' вставлена в трубчастий елемент 31. Цей елемент 31 має кінцеву ділянку із сферичною внутрішньою поверхнею 31', в якій розміщується головка 32А'. Ділянка 31' і сферична головка 32А' 7 84403 разом формують кульове з'єднання 33. Трубка утримується в осьовому положенні, але здатна повертатися відносно елемента 31. Головка 32В' вставлена в трубчастий елемент 35. Цей елемент 35 має кінцеву ділянку із сферичною внутрішньою поверхнею 35', в якій розміщується головка 32В'. Ділянка 35' і сферична головка 32В' разом формують кульове з'єднання 34. Трубка утримується в осьовому положенні, але здатна повертатися відносно елемента 35. На Фіг.3 трубка 30 знаходиться в іншому положенні, яке є наслідком приведення в рух тяг 12, 22, а отже, зміни положень стулок 10, 11, 20, 21. Щоб підтримати зв'язок між джерелом 31 охолоджуючого повітря і частиною трубчастого елемента 35, що виступає за межі стулки 21, трубка 30 пристосовується до нового положення стулки 21 відносно джерела 31 повітря, і відслідковує це переміщення шляхом обертання навколо кульових з'єднань 33, 34, збільшуючи в цьому випадку свою довжину на висувній ділянці 32. В іншому варіанті здійснення винаходу вер хня по потоку головка 32А' бере участь, так само, як і раніше, у формуванні кульового з'єднання з трьома ступенями свободи і припасовується в кінцеву частину трубчастого елемента 31, або трубки 31, із сферичною внутрішньою поверхнею 31', з верхньої по потоку сторони, за рахунок чого утримується в осьовому положенні відносно неї. Нижня по потоку головка 32В' виконана взаємозалежною із сферичною ділянкою 35' внутрішньої поверхні трубчасто го елемента 35, або трубки 35, яка складає єдине ціле із стулкою 21 розширення, з допомогою штифта, котрий розміщений поперечно до осі турбореактивного двигуна і проходить через нижню по потоку головку 32В' та трубчастий елемент 35. Внаслідок цього нижня по потоку головка 32В' утримується цим штифтом в осьовому положенні і може повертатися навколо нього; в цьому 8 випадку кульове з'єднання 34 має лише один ступінь свободи. Розміри трубки 30 вибрані так, що інтервал довжин, в якому може розширюватися її висувна частина 32, і інтервал кутів, які можуть бути реалізовані кульовими з'єднаннями 33, 34, достатні для того, аби відслідкувати всі положення, котрі можуть бути зайняті стулками. На Фіг.2 і 3 стрілками показано шлях охолоджуючого повітря від джерел 31 повітря до стулок 21. Відведення охолоджуючого повітря може здійснюватися кількома способами: повітря може відводитися, наприклад, через задню кромку стулок 21 або через отвори на гарячій, або внутрішній, поверхні цих стулок, аби безпосередньо повторно бути уведеним у газовий потік. На фігура х відведення повітря не показане. Висувна частина 32 може бути виконана так, щоб діяти також як насос, тобто через зазор, який існує між висувними трубками він може утягува ти повітря, так що частина повітря, котра знаходиться за межами трубки 30, може бути перенесена і змішана з охолоджуючим повітрям, що циркулює в трубці 30. На Фіг.4 і 5 показана перспектива двох положень з Фіг.2 і 3. Ці зображення дозволяють чіткіше побачити причини, з яких, у варіанті винаходу, якому віддається перевага, трубками 30 оснащені лише сервокеровані стулки 21 розширення; поперше, через те, що коли керовані стулки 20 перекривають сервокеровані стулки 21, останні створюють екран між керованими стулками і потоком гарячого газу, а по-друге, з причин наявності простору: трубки 30 простіше установити над стулками 11 звуження, які не керуються тягами 12. Однак, слід нагадати, що тр убки 30 згідно з винаходом можуть бути застосовані до всіх видів стулок регульованих реактивних сопел. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84403 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601