СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ПОВОРОТНОГО ОСЕСИММЕТРИЧНОГО СОПЛА Российский патент 1997 года по МПК F02K1/78 

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, в частности к конструкциям поворотного осесимметричного сопла газотурбинного двигателя (ГРД).

Известно поворотное сопло, содержащее корпус со сферической законцовкой и насадок, установленный с возможностью поворота относительно законцовки корпуса вокруг поперечной оси сопла. К корпусу и насадку консольно закреплены экраны, перемещающиеся относительно друг друга при повороте сопла. Уплотнение между ними осуществляется упругими элементами (см. FR, 2437499, кл. F 02 к 1/78).

Наиболее близким техническим решением к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является поворотное осесимметричное сопло ГТД, содержащее корпус со сферической законцовкой и насадок, установленный с возможностью поворота относительно законцовки корпуса вокруг поперечной оси сопла, причем корпус и насадок снабжены экранами, образующими канал для прохода охлаждающего воздуха [1]
Недостатком указанного устройства является наличие в конструкции консольно закрепленных экранов, перемещающихся относительно друг друга при повороте сопла. Такое консольное крепление экранов при больших диаметрах и углах поворота сопла не обеспечивает надежную работу узла без значительного ужесточения экранов и увеличения зазоров между ними. Кроме того, резкое изменение площадей вдоль тракта в надэкранной полости приводит к увеличению перепад давления газов на экраны. Все это ведет к существенному увеличению веса конструкции. Недостаточная жесткость сферической законцовки корпуса приводит к большим деформациям корпусов, т.к. нагрузка при повороте сопла несимметрична. Это создает проблему по герметизации как корпусов, так и экранов, что подтверждается косвенно наличием многих вариантов уплотнений корпусов. Отсутствие коллектора сбора воздуха перед экранами поворотного насадка приведет к необходимости увеличить расход охлаждающего воздуха из-за боковых перетеканий воздуха в надэкранной полости, т.к. при повороте сопла длина тракта охлаждения экранов насадка вдоль образующей несимметрична.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы поворотного осесимметричного сопла.

Указанная задача достигается тем, что в поворотном осесимметричном сопле ГТД, содержащем корпус со сферической законцовкой и насадок, установленный с возможностью поворота относительно законцовки корпуса вокруг поперечной оси сопла, причем корпус и насадок снабжены экранами, образующими канал для прохода охлаждающего воздуха. Экран насадка установлен между насадком и сферической законцовкой таким образом, что на участке между законцовкой и насадком канал выполнен S-образным, законцовка корпуса выполнена коробчатой, а выходной конец экрана корпуса и входной конец экрана насадка прикреплены соответственно к внутренней поверхности корпуса и насадка.

Закрепление концов экранов на соответствующих корпусах существенно снижает вес экранов, делает возможным выполнить площади в надэкранной полости оптимальными и повышает надежность работы. Наличие в конструкции коробчатой сферической законцовки снимает проблему герметизации как корпусов, так и экранов, а наличие полости, являющейся коллектором подпитки экранов, снижает расход охлаждающего воздуха и улучшает охлаждение экранов на форсажных режимах при повороте сопла.

На фиг.1 изображен продольный разрез поворотного осесимметричного сопла; на фиг. 2 продольный разрез по цапфе крепления корпусов; на фиг.3 - продольный разрез при повороте сопла; на фиг.4 показан в увеличенном масштабе элемент продольного разреза сопла.

Поворотное осесимметричное сопло содержит корпус 1 со сферической законцовкой 2, насадок 3, соединенные между собой осями 4 (см. фиг.2). На корпусе 1 установлены экраны 5, прикрепленные к нему в местах 6. На насадке 3 установлены сферические экраны 7, прикрепленные к нему в местах 8. Кронштейн 9 совместно с корпусом 1 и сферической коробчатой законцовкой 2 образует цапфу 10. Четыре гидроцилиндра 11 управления поворотом сопла (по 2 с каждой стороны) шарнирно прикреплены с одной стороны к шпангоуту 12 корпуса 1, а с другой стороны к коробчатой законцовке насадка 3. К насадку 3 шарнирно прикреплены створки 13.

Полость 14 между насадком 3 и его экраном 7 соединена с полостью 15, которая образована в районе цапф. Совместно они образуют коллектор для сбора охлаждающего воздуха.

Устройство работает следующим образом.

Охлаждающий воздух через полость, образованную корпусом 1 и экраном 5, поступает в полость 15, из которой часть воздуха, разворачиваясь приблизительно на 180^o, через канал 16, образованный сферической поверхностью корпуса 1 и внутренней поверхностью сферического экрана 7, поступает в полость 14. Другая часть воздуха в районе цапф 10 поступает непосредственно в полость 14. Полости 14 и 15 образуют совместно коллектор для охлаждения горячей части сферического экрана 7 и створок 13 сопла.

При подаче давления P_раб. в штоковые полости нижних гидроцилиндров 11 (см. фиг.3) и в бесштоковые полости верхних насадок вместе с соплом поворачивается вокруг осей цапф 10. В этом случае горячие части сферического экрана относительно газового потока располагаются несимметрично и коллектор обеспечивает неравномерную подачу по окружности охлаждающего воздуха без снижения надежной работы системы охлаждения, т.к. необходимое перетекание воздуха происходит в коллекторе.

Изобретение позволяет повысить надежность работы за счет уменьшения расхода охлаждающего воздуха и улучшения охлаждения, т.к. боковые перетечки воздуха происходят в коллекторе и тракт охлаждения выполняется оптимальным, за счет снижения веса экранов путем ликвидации их консольного крепления. Введение сферической коробчатой законцовки позволяет уменьшить деформацию корпусов, а следовательно, улучшить условия работы уплотнений на режимах поворота сопла.

Использование: в авиационном двигателестроении, в частности в конструкциях поворотного осесимметричного сопла газотурбинного двигателя. Сущность изобретения: система охлаждения поворотного осесимметричного сопла содержит экраны корпуса и насадка, жестко закрепленные по внутренней поверхности каждого, и образующие каналы для прохода охлаждающего воздуха, при этом экран насадка установлен между насадком и корпусом, образуя совместно с экраном корпуса S-образный канал, а с корпусом - коллектор для перепуска воздуха. 4 ил.

Система охлаждения поворотного осесимметричного сопла, содержащая экраны корпуса и насадка, жестко закрепленные по внутренней поверхности каждого и образующие каналы для прохода охлаждающего воздуха, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности системы охлаждения путем снижения расхода охлаждающего воздуха, экран насадка установлен между насадком и корпусом, образуя совместно с экраном корпуса S-образный канал, а с корпусом - коллектор для перепуска воздуха.