РЕГУЛИРУЕМОЕ РЕАКТИВНОЕ СОПЛО Российский патент 1996 года по МПК F02K1/12 

Изобретение относится к авиадвигателестроению, и, в частности, к конструкциям регулируемых реактивных сопел.

Известно регулируемое реактивное сопло [1] содержащее корпус, венец дозвуковых створок с механическим приводом, венец наружных створок, установленных шарнирно на корпусе, и связанный с ними венец сверхзвуковых створок, который дополнительно качалками связан с дозвуковыми створками. Недостатком данного технического решения является наличие механического привода дозвукового венца с целью изменения площади критического сечения.

Известно регулируемое сопло [2] содержащее корпус, венцы дозвуковых створок с механическим приводом сверхзвуковых створок и систему отвода газа из межстворочного пространства с выпускным устройством, выполненным в виде эжекторного насоса с отбором воздуха из компрессора. Недостатком данного решения является наличие механического привода дозвуковых створок, т. к. механический привод увеличивает габариты и усложняет удовлетворение требований интеграции двигателя с летательным аппаратом без увеличения миделевого сечения летательного аппарата.

Наиболее близким по технической сущности является регулируемое сопло [3] содержащее корпус, наружные створки и венцы дозвуковых и сверхзвуковых створок. Наружные и дозвуковые створки одним концом шарнирно соединены с корпусом. Дозвуковые створки связаны со сверхзвуковыми через ограничительную скобу, которая регулирует зазор, обеспечивающий выход газа из межстворочного пространства в проточную часть.

Межстворочное пространство наддувается воздухом, подаваемым из двигателя через впускной регулирующий клапан, установленный на входе.

Недостатком известного сопла при отсутствии механического привода является обязательное наличие постороннего источника энергии для его функционирования. Кроме того, при перекрытом впускном клапане перепад давлений на створках сопла между проточным трактом и межстворочной полостью существенно меньше, чем при открытом впускном клапане, следствием чего является невозможность фиксации сопла в определенном положении при перекрытом впускном клапане, и "вялое" регулирование сопла при его открытии.

Целью изобретения является четкое обеспечение двух режимов (позиций) работы сопла без дополнительного источника энергии.

Поставленная цель достигается тем, что в регулируемом реактивном сопле, содержащем корпус, венцы, дозвуковые и сверхзвуковые створки, систему подачи газа в межстворочное пространство и систему отвода газа из межстворочного пространства с выпускным устройством, система подачи газа в межстворочное пространство и система отвода газа выполнены определенным образом.

Система подачи газа в межстворочное пространство выполнена в виде сквозных отверстий, расположенных на дозвуковых створках. Система отвода газа из межстворочного пространства содержит выпускное устройство, установленное на корпусе и выполненное в виде управляемой двухпозиционной заслонки.

Сообщение межстворочной полости сопла посредством системы сквозных отверстий в дозвуковых створках с газовым потоком внутри сопла позволяет изменять давление в межстворочной полости пропорционально давлению газового потока, что, в свою очередь, дает возможность удерживать сопло в заданном положении на различных режимах работы двигателя при неизменной площади расходного канала заслонки. Заслонка остается открытой только в открытом положении сопла, при этом результирующая сила давления направлена в сторону раскрытия створок.

Для закрытия сопла заслонка должна быть полностью закрыта, в этом случае результирующая сила давления направлена в сторону прикрытия створок.

Отбор воздуха в межстворочную полость осуществляется из воздушно-заградительной завесы, предназначенной для охлаждения сопла, поэтому тепловое состояние элементов межстворочной полости обеспечивается на приемлемом уровне.

Выбор площади входных отверстий и площади проходного сечения открытой заслонки зависит от размеров сопла, режимов полета, диапазона изменения площади критического сечения сопла, величины зазоров негерметичных створок.

Например, в конструкции ПВРД, спроектированной в ТМКБ "Союз", отношение размера эффективной площади входных отверстий μf_вх к эффективной площади выходной заслонки μf_вых составляет:

На фиг. 1 изображена схема регулируемого сопла; на фиг. 2 зависимость давления в межстворочной полости от давления газового потока внутри сопла для различных положений створок.

Регулируемое сопло содержит корпус 1, венцы дозвуковых створок 2 и сверхзвуковых створок 3, систему подачи газа 4 в межстворочное пространство 5 из двигателя и систему отвода газа из межстворочного пространства с выпускным устройством 6, установленном на корпусе 1. Система подачи газа 4 выполнена в виде сквозных отверстий, расположенных на дозвуковых створках 2, а выпускное устройство 6 выполнено в виде управляемой двухпозиционной заслонки, приводимой в движение любым приводом (например, гидравлическим).

Для открытия створок сопла работающего двигателя подается команда на открытие заслонки 6. При этом газ, поступающий из тракта двигателя в полость 5 через входные отверстия 4, стравливается через заслонку 6, давление газа в полости 5 становится ниже давления газового потока внутри сопла и створки 2 и 3 открываются.

Для закрытия створок сопла работающего двигателя подается команда на закрытие заслонки 6. При этом стравливание газа, поступающего в межстворочную полость 5 через отверстия 4, уменьшается, давление в полости 5 возрастает и створки 2 и 3 закрываются.

На конкретном изделии отверстия 4 были выполнены диаметром 0,5 мм и расположены на расстоянии 10 мм от места крепления малой створки 2 к корпусу 1. Площадь канала заслонки составила приблизительно 50 см². Время перемещения створок из положения "открыто" в положение "закрыто" приблизительно равно времени перекладки створок из положения "закрыто" в положение "открыто" и составляет 0,15 с.

Известно сопло, выполняющее те же задачи и регулируемое с помощью гидропривода. Наличие гидропривода предполагает применение гидроцилиндров и кинематической связи цилиндров со створками для передачи усилий на их перемещение, а также наличие гидросистемы с насосом высокого давления, что существенно усложняет конструкцию реактивного сопла.

Настоящее решение не требует дополнительных источников энергии для привода (привод сопла осуществляется за счет энергии основного потока газа), обладает простотой конструкции, меньшими габаритами и обеспечивает лучшую интеграцию двигателя с летательным аппаратом.

Использование: двигателестроение, а более конкретно, конструкция регулируемого реактивного сопла авиационных двигателей. Сущность изобретения: система подачи газа в межстворочное пространство реактивного сопла выполнена в виде нерегулируемых отверстий, расположенных на дозвуковых створках, а система выпуска газа выполнена в виде двухпозиционной управляемой заслонки, соединяющей межстворочную полость с окружающей средой. 2 ил.

Регулируемое реактивное сопло, содержащее полость, ограниченную подвижными дозвуковыми и сверхзвуковыми створками и герметичным наружным силовым корпусом, а также систему подачи и выпуска газа из межстворочной полости, отличающееся тем, что система подачи газа в межстворочное пространство выполнена в виде нерегулируемых отверстий, расположенных на дозвуковых створках, а система выпуска газа выполнена в виде двухпозиционной управляемой заслонки, соединяющей межстворочную полость с окружающей внешней средой.