Розсувний дифузор сопла реактивного двигуна

1. Раздвижной диффузор сопла реактивного двигателя, включающий первую часть диффузора, имеющую передний по потоку конец, присоединенный к донной части реактивного двигателя, вторую часть диффузора в виде подвижного кольца, выполненного с возможностью перемещения в диапазоне между убранным положением, в котором кольцо охватывает первую часть ди ффузора, и выдвинутым положением, в котором подвижное кольцо присоединено к заднему по потоку концу первой части диффузора в качестве ее продолжения; механизм раздвигания, содержащий несколько шарнирных рычагов, один конец которых связан с подвижным кольцом диффузора, и средства приведения в действие этих рычагов, обеспечивающие возможность перемещения подвижного кольца диффузора из убранного положения в выдвинутое положение, отличающийся тем, что на периферийном контуре заднего по потоку конца первой части и диффузора и на периферийном контуре переднего по потоку конца подвижного кольца диффузора распределены элементы блокировки для блокировки подвижного кольца диффузора на заднем по потоку конце первой части при расположении подвижного кольца в полностью выдвинутом положении, и механизм раздвигания диффузора содержит, по меньшей мере, четыре рычага, образующих вместе с подвижным кольцом диффузора гиперстатичную систему, обеспечи вающую перемещение практически без деформаций подвижного кольца в положение его полной и автоматической блокировки на первой части диффузора в его раздвинутом положении. 2. Раздвижной диффузор по п. 1, отличающийся тем, что элементы блокировки содержат множество упр уги х пластин, взаимодействующи х с одним или несколькими соответствующими гнездами с обеспечением защелкивания в упомянутых одном или нескольких гнездах при полностью выдвинутом положении подвижного кольца диффузора. 3. Раздвижной диффузор по любому из пунктов 1, 2, отличающийся тем, что включает поддающиеся разблокированию элементы блокировки для фиксации подвижного кольца диффузора в его убранном положении. 4. Раздвижной диффузор по п. 3, в котором каждый приводной рычаг содержит несколько шарнирно соединенных между собой сегментов, отличающийся тем, что средства блокировки выполнены с возможностью обездвиживания одного сегмента, по меньшей мере, одного рычага по отношению к другому сегменту того же рычага. 5. Раздвижной диффузор по любому из пунктов 14, отличающийся тем, что включает приводные элементы, смонтированные на шарнирном соединении, по меньшей мере, одного рычага, для перемещения приводных рычагов в развернутое положение. 6. Раздвижной диффузор по п. 5, отличающийся тем, что упомянутые приводные элементы представляют собой пружину кручения. 7. Раздвижной диффузор по любому из пунктов 14, отличающийся тем, что включает воздействующие на один сегмент, по меньшей мере, одного приводного рычага двигатели для перемещения приводных рычагов в развернутое положение. 8. Раздвижной диффузор по п. 7, отличающийся тем, что включает смонтированный между первой частью диффузора и одним сегментом шарнирного рычага, по меньшей мере, один подъемник для перемещения приводных рычагов в развернутое положение. (19) (21) 98063314 (22) 27.12.1996 (24) 15.05.2001 (31) 95/15634 (32) 28.12.1995 (33) FR (86) PCT/FR96/02093, 27.12.1996 (46) 15.05.2001, Бюл. № 4, 2001 р. (72) Перр’єр Бруно, FR, Санс Жан-Люк, FR, Енолт Ален, FR (73) СОСЬЄТЕ НАЦІОНАЛЬ Д’ЕТЮД ЕТ ДЕ КОНСТРУКЦЬОН ДЕ МОТЕР Д’АВІАЦЬОН (С.Н.Е.К.М.А.), FR (56) Патент США № 5282576. C2 (54) РОЗСУВНИЙ ДИФУЗОР СОПЛА РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА 37286 Объектом предлагаемого изобретения является раздвижная расши ряющаяся часть или диффузор сопла реактивного дви гателя. Тяга, разви ваемая реактивным двигателем, зависит от расхо да выбрасываемого из его сопла газа и от скорости выброса этого га за. Для оптимизации последнего параметра необхо димо иметь расши ряющуюся часть реактивного сопла с достаточно большим выходным диаметром, главным образом для второй или третьей ступени многоступенчатого двигателя. Это обстоятельство ведет к выполнению расши ряющи хся частей или диффузоров достаточно длинными и часто несовместимыми с габаритными размерами создаваемой конструкции. Одно из возможных решений этой проблемы состоит в разработке раздвижной расширяющейся части сопла или диффузора, имеющей уменьшенную дли ну в исходной конфи гурации и способной удлиняться в случае необходимости путем выдвижения одного или нескольких расши ряющихся колец. Раздвижная расширяющаяся часть сопла используется также в целях адапта ции выходного сечения реактивного сопла данного двигателя к условиям давления окружающей атмосфе ры, которое уменьшается в диапазоне между относительно малыми высотами на небольшом расстоянии от земли и относительно больши ми высотами таким образом, чтобы обеспечить реализацию тяги, близкой к оптимальной, независимо от вы соты полета. Во всех эти х случаях раздвигание и, соответственно, удлинение расширяющей ся части сопла должно осуществляться автоматически и достаточно надежным образом при условии минимально возможного расхода энергии. При существующем уровне техники в данной области уже были предложены различные типы механизмов выдви жения складываемого диффузора или расширяющей ся части сопла, в частности, механизмы, в которых используе тся тросовая проводка, роликовые винто вые передачи, ша риковые винто вые передачи, раздвижные балки или мембраны. Однако все эти механизмы являются относительно громоздкими и существенно увели чивают вес системы, в частности, в случае использования диффузоров большого диаметра. Ме ханизм выдвижения, не обладающий упомянуты ми выше недостатками, уже был предложен в патенте США US 5 282 576. Здесь диффузор реактивного сопла содержит первую часть, передний по потоку конец которой присоединен к донной части реактивного двигателя, и вто рую часть в виде кольца, имеющего возможность перемещать ся в диапазоне между своим убранным положением, в котором это подвижное кольцо охватывает первую часть диффузора, и своим выдвинутым положением, в котором это подвижное кольцо соединяется с задним по потоку концом первой части таким образом, чтобы продолжить эту первую часть. Механизм выдвижения подвиж ного кольца содержит шарнирно соединенные между со бой рычаги, один конец которых свя зан с подвижным кольцом диффузора, и средства приведения в действие этих рычагов обеспечивают возможность перемещения подвижного кольца диффузора из убранного положения в выдвинутое положение. Специальная блокировка подвижного кольца диффузора в выдви нутом положении необходима для того, что бы исключить самопроизвольный его возврат в убранное положение под действием струи га за, проходящего че рез этот диффузор. В соответствии с патентом США US 5282576, который уже упоминался выше, эта бло кировка осуществляется при помощи заклинивания или самоторможения приводных рычагов с тем, чтобы не оставлять в постоянно задействованном состоянии средства приведения в действие этого подвижного кольца после его выдвижения, причем функционирование механизма выдвижения имеет реверсивный характер. Задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить конструкцию раздвижного диффузора типа той, в которой блокировка подвижного кольца в его выдвинутом положении осуществляется весьма надежным образом без необходимости придания специальных гео метрических форм приводным рычагам этого подвижного кольца, причем данный механизм выдвижения этого подвижного кольца может не быть реверсируемым. Поставленные в данном изобретении задачи выполняются, благодаря тому, что: - предусмотрены специальные средства, распределенные по периферии заднего по потоку конца первой части диффузора и по периферии переднего по потоку конца подвижного кольца диффузора и предназначенные для того, что бы обеспечить возможность надежной блокировки подвижного кольца диффузора на заднем по потоку конце первой части диффузора в том случае, когда это подвижное кольцо находится в выдвинутом положении, и - механизм выдвижения подвижного кольца диффузора содержит по меньшей мере четыре рычага, образующие совместно с этим подвижным кольцом гиперстатичную систе му таким образом, что это подвижное кольцо может быть перемещено без существенной дефор мации в требуе мое положение, обеспечивающее его автоматическую блокировку в полном объеме на первой части диффузора при полном его выдвижении. Таким образом, раздвижной диффузор реактивного сопла в соответствии с предлагаемым изобретением отличается сочетанием автоматической блокировки подвижного кольца диффузора на первой или передней по потоку части при помощи специальных средств блокировки, распределенных по его периферии, и гиперста тичного ха рактера данной подвижной систе мы, что. позволяет точно направлять упомянутое подвижное кольцо диффузора в определенное раздвинутое положение, требуемое для реализации автоматической блокировки подвижного кольца. В предпочтительном варианте реализации предлагаемого изобретения средства блокировки содержат несколько гибких пластин или язычков, взаимодействующих с одним или несколькими специальными гнездами соответствующей формы таким образом, чтобы защелкиваться в упомянутых гнездах в том случае, когда подвижное кольцо доходит до конечного выдви нутого положения. 2 37286 Также в предпочти тельном варианте реализации этого изобретения специальные средства блокировки, поддающиеся принуди тельной разблокировке в случае необхо димости, предусмотрены для того, что бы блокировать подвижное кольцо раздвижного диффузора в убранном положении. Предлагаемое изобретение будет лучше понято из приведенного ниже описания, не являющего ся ограничительным примером его практической реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых: - фиг. 1 представляет собой схематический вид в разрезе половины раздвижного диффузора в соответствии с первым способом реализации предлагаемого изобретения, причем этот диффузор показан в сложенном положении; - фиг. 2 представляет собой схематический вид в разрезе раздвижного диффузора, показанного на фиг. 1, но с подвижным кольцом в выдвинутом положении; - фиг. 3 представляет собой схематический вид сверху приводного рычага механизма выдвижения подвижного кольца раздвижного ди ффузора, показанного на фиг. 1 и 2; - фиг. 4 представляет собой увеличенный схе матический вид в разрезе средств блокировки подвижного кольца на первой части диффузора, показанного на фиг. 1 и 2, в положении непосредственно перед блокировкой; - фиг. 5 представляет собой увеличенный схе матический вид, подобный виду, показанному на фиг. 4, но в положении после осуществления блокировки; - фиг. 6 представляет собой схематический вид в разрезе половины раздвижного диффузора в соответствии со вторым способом реализации предлагаемого изобретения и с подвижным кольцом этого диффузора в убранном положении; - фиг. 7 представляет собой схематический вид в разрезе половины раздвижного диффузора, показанного на фиг. 1 с убранным подвижным кольцом, в развернутом положении с выдвинутым подвижным кольцом. На фиг. 1 и 2 позицией 10 обозначен корпус реактивного дви гателя, например, твердотопливного реактивного двигателя, камера сгорания 12 которого открывается через донную часть 14 горловиной или критическим сечением сопла 16, продолженной первой частью 20 раздвижного диффузора или расширяющейся части этого сопла. Передний по потоку конец первой части диффузора 20 в направлении течения газового потока в этом сопле и горловина сопла 16 присоединены к донной части 14 реактивного двигателя посредством специального конуса, как это делается в случае неподвижного сопла, или, как это показано в приведенном здесь примере реализации реактивного двигателя с шарнирно закрепленным соплом, посредством гибкой или упругой опоры 18. Эта упругая опора представляет собой, например, шарнирную шаровую опору, образованную известным способом при помощи чередующи хся слоев металла или соответствующего композиционного материала и сцепленными с ними слоями эластомера. Корпус и донная часть реактивного двигателя, а также горловина сопла и первая часть 20 диффузора обычно покрываются изнутри теплозащитным материалом, подверженным абляции. Раздвижной диффузор реактивного сопла в соответствии с предлагаемым изобретением дополнительно содержит подвижное кольцо 22, которое в убранном положении (как это схематически показано на фиг. 1) охватывает первую часть диффузора 20, располагаясь коаксиально по отношению к ней, а в выдвинутом положении (как это схе матически показано на фиг. 2) присоединяется к заднему по потоку концу первой части диффузора 20 и продолжает ее таким образом, чтобы сформировать диффузор или расши ряющуюся часть реактивного сопла с увели ченным выходным поперечным сечением. Удержание подвижного кольца 22 раздвижного диффузора в его убранном положении и перемещении этого кольца в его выдвинутое положение осуществляется при помощи четырех шарнирных рычагов 30, равномерно распределенных вокруг первой части 20 раздвижного диффузора. Каждый такой шарнирный приводной рычаг (см. фиг. 1, 2 и 3) содержит первый сегмент 32, шарнирно соединенный первым концом с пластиной 36, закрепленной на наружной стенке первой части 20 раздвижного диффузора (шарнирная ось 33) и соединенный вторым концом с первым концом второго сегмента 34 (ось шарнирного соединения 35). Вторым концом второй сегмент приводного рычага 34 шарнирно присоединен к пластине 38, закрепленной на наружной стенке подвижного кольца диффузора (ось шарнирного соединения 37). Каждый сегмент приводного рычага 32, 34 образован двумя боковинами, соответственно 32а, 32б и 34а, 34б, параллельными между собой. Плоскость симметрии Р (см. фиг. 3) каждого приводного рычага содержит ось А данного раздвижного диффузора, оси шарнирного соединения 33, 35 и 37 на концах упомянутых сегментов 32 и 34 при этом являются перпендикулярными этой плоскости симметрии Р и оси А. Как можно видеть на фиг. 1, устройство блокировки приводного рычага подвижного кольца раздвижного диффузора в сложенном положении содержит упор 40, жестко связанный с сегментом 32 и снабженный выступом 42, который вхо дит в гнездо 39 пластины 38. Освобождение или вывод выступа 42 из гнезда 39 с целью освобождения приводного рычага 30 может быть осуществлено при помощи специальных пневматических средств, например, путем соединения блокирующего выступа с поршнем пневматического силового цилиндра или при помощи пиротехнических средств. В данном случае нет необхо димости предусматривать наличие такого устройства блокировки на каждом приводном рычаге 30, поскольку блокировка одного приводного рычага может быть достаточной для удержания всей подвижной системы раздвижного диффузора в сложенном или убранном положении. После того, как приводной рычаг 30 будет освобожден от блокировки в сложенном положении, он может быть развернут путем поворота его сегментов 32 и 34 вокруг соответствующи х концевых осей шарнирных соединений. В процессе раз 3 37286 ворачивания приводного рычага положение плоскости симметрии Р остается неизменным. В примере реализации предлагаемого изобретения, схе матически представленном на фиг. 1, 2 и 3, разворачивание приводного рычага 30 реализуется посредством пружины кручения 44, смонтированной на шарнирной оси 33. Пружина кручения 44 приводит во вращательное движение рифленый или шлицевой выходной вал 45, находящийся в зацеплении с сегментом 32. Для реализации разворачивания или выдвижения подвижного кольца 22 раздвижного диффузора в соответствии с предлагаемым изобретением четыре приводных рычага 30 одновременно освобождаются путем разблокирования выступов 42. Освобожденные таким образом пружины кручения 44 вызывают одновременное поворотное движение приводных рычагов 32 и, тем самым, одновременное разво рачивание этих рычагов. Здесь следуе т отметить, что система, образованная четырьмя приводными рычагами 30 и подвижным кольцом 22 раздвижного диффузора, является гиперстатичной. Это означает, что подвижное кольцо 22 перемещается из одного положения в другое без деформации кольца, которое постоянно остается центрированным на продольной оси А. Таким образом, гиперстатичный характер монта жа подвижного кольца позволяет обеспечить его точную подачу в конечное выдвинутое положение, причем здесь полностью исключается отсутствием синхронности действия приводных рычагов. Следуе т отметить, что этот результат всегда может быть получен путем монтажа упомянутой приводной пружины кручения только на некоторых приводных рычагах и даже только на одном из этих рычагов. Этот ги перстатичный характер системы возникает здесь вследствие того, что предусмотрены четыре приводных рычага 30. Количество эти х приводных рычагов может быть и больше четырех, однако это приводит к утяжелению данного механизма, не давая при этом дополнительных преимуществ. В соответствии с особенностями раздвижного диффузора по данному изобретению на периферийном контуре заднего по потоку конца части 20 диффузора и на периферийном контуре переднего по потоку конца подвижного кольца 22 диффузора предусмотрены средства для обеспечения их взаимной блокировки в том случае, когда подвижное кольцо диффузора достигает своего полностью выдвинуто го положения, как это показано на фиг. 2. В примере реализации раздвижного диффузора по данному изобретению, схематически представленном на фиг. 1, 2, 4 и 5, средства блокировки образованы множеством упругих пластин 50, которые закреплены на периферийном контуре заднего по потоку конца части 20 диффузора с наружной стороны, и кольцевым уступом 52, выполненным на переднем по потоку конце подвижного кольца диффузора 22 с его внутренней стороны. Когда подвижное кольцо 22 диффузора подхо дит почти вплотную к своему полностью выдвинуто му положению, внутренняя стенка 22а этого кольца 22 начинает упираться в упругие пластины 50, заставляя их изги баться по направлению к продольной оси диффузора (см. фиг. 4). Для обеспечения возможности такого изгиба упругие пластины 50 образуют в свободных концевых частях некоторое свободное пространство 51 совместно с наружной стенкой части 20 диффузора. Расположение упругих пластин 50, как и положение уступа 52, определяется таким образом, чтобы эти пластины защелкивались на уступе 52 в тот момент, когда подвижное кольцо 22 диффузора достигает своего полностью выдвинуто го положения (фиг. 5). Та ким образом обеспечивается блокировка этого подвижного кольца 22 на части 20 диффузора. Здесь следует о тметить, что точность, придаваемая данному механизму привода подвижного кольца в результате гиперста тичного монтажа, вполне допускает такой способ автоматической блокировки. Следует также отметить, что упомянутый уступ 52 может быть в случае необходимости заменен на множество выемок или гнезд, соответствующи х уп ругим пластинам. В способе реализации данного изобретения, схе матически показанном на фиг. 1, 2 и 3, разворачивание приводных рычагов обеспечивается при помощи одной или нескольких пружин кручения. Такое техническое решение вполне подходит в том случае, когда предусмотрено раздвигание диффузора перед запуском данного реактивного двигателя. Однако усилие, развиваемое одной или несколькими пружинами кручения, может оказаться недостаточным для того, что бы противодействовать давлению струи газа в том случае, когда раздвигание диффузора производится уже после запуска данного реактивного дви гателя. Способ реализации данного изобретения, подхо дящий для использования в том случае, когда предусматривается раздвижение диффузора после запуска данного реактивного двигате ля, схе матически представлен на фиг. 6 и 7. В соответствии с этим вто рым способом реализации (на иллюстрирующи х этот способ фиг. 6 и 7 части раздвижного диффузора, соответствующие его частям по первому способу реализации, показанному на фиг. 1-5, обозначены одними и теми же позициями и не будут описываться заново) удержание рычага 30 в убранном или сложенном положении и его разворачивание обеспечиваются при помощи по меньшей мере одного подъемника 60, цилиндр которого 62 шарнирно закреплен на пластине 64, установленной на наружной стенке части 20 диффузора, а шток 66 которого шарнирно закреплен своим свободным концом на сегменте 32 рычага 30. В этом случае нет необхо димости в специальном устройстве блокировки рычага 30 в его сложенном убранном положении, как это было в первом варианте реализации. Подъемник 60 может представлять собой гидравлический или пневматический силовой цилиндр. В конструкции приводного механизма подвижного кольца диффузора может быть предусмотрен только один подъемник, причем одновременное перемещение других рычагов обеспечивается при этом за счет гиперстатичного монтажа системы, или несколько рычагов могут быть оборудованы своими подъемниками. Блокировка подвижного кольца 22 диффузора на части 20 4 37286 здесь обеспечивается тем же способом, который был описан со ссылками на фиг. 4 и 5. Другие приводные средства могут быть предусмотрены для обеспечения приведения в действие средств раздвигания диффузора в том случае, когда раздвигание должно осуществляться после запуска данного реактивного двигате ля. Можно, например, заменить пружины кручения, о которых уже было сказано выше при описании первого способа реализации данного изобретения со ссылками на фиг. 1-3, на один или несколько двигателей. Кроме того, само собой разумеется, что приводные средства в ви де двигателей или подъемников могут быть предусмотрены даже в том случае, когда раздвигание диффузора реактивного двигателя осуществляется перед запуском. Мо жет быть рассмотрен также вариант раздвигания диффузора при помощи специальных пиротехнических средств. И наконец, следует отметить, что описанный выше способ блокировки при помощи упруги х пластин и соответствующего уступа, схематически представленный на фиг. 4 и 5, легко может быть заменен на любое другое известное средство, позволяющее обеспечить блокировку или защелкивание авто матическим образом. Фиг. 1 5 37286 Фиг. 2 Фиг. 3 6 37286 Фиг. 4 Фиг. 5 Фиг. 6 7 37286 Фиг. 7 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 8 37286 9