ПРЯМОТОЧНЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 1998 года по МПК B64D27/00 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к двигателям сверхзвуковых летательных аппаратов.

Известен прямоточный реактивный двигатель летательного аппарата, содержащий корпус прямоугольного сечения, наружная поверхность которого образована панелями сжатия и расширения газа, панелью камеры сгорания и боковыми стенками (патент США N 3250071, кл. 60-270, 1966).

Конструктивные особенности известного двигателя не позволяют повышать давление в газовоздушном тракте двигателя, что является одним из основных условий повышения экономичности теплового двигателя, в частности прямоточного двигателя.

Задачей изобретения является повышение экономичности прямоточного реактивного двигателя.

Задача решается тем, что прямоточный реактивный двигатель летательного аппарата содержит корпус прямоугольного сечения, наружная поверхность которого образована панелями сжатия и расширения газа, панелью камеры сгорания и боковыми вертикальными стенками, и подвижную обечайку прямоугольного поперечного сечения с вертикальными стенками, установленными в продольных пазах панели камеры сгорания и панелях сжатия и расширения газа с возможностью плоскопараллельного перемещения обечайки относительно корпуса двигателя с образованием между корпусом и подвижной обечайкой замкнутого в поперечных сечениях газовоздушного тракта двигателя прямоугольной формы, механизм перемещения обечайки, причем механизм перемещения обечайки содержит не менее трех спаренных винтовых подъемников с приводом, одни концы которых шарнирно соединены с верхними частями вертикальных стенок подвижной обечайки, снабженных перемычками, а другие - с панелью камеры сгорания и герметизации корпуса двигателя, включающей в себя систему уплотнений подвижной обечайки, служащей для разделения внутренней полости корпуса двигателя и его газовоздушного тракта и механизм для закрытия вырезов в корпусе на панелях сжатия и расширения газа, содержащий ползуны с коническими уплотнительными поверхностями контакта с передними и задними кромками подвижной обечайки, дифференциальный разгрузочный механизм кинематической связи между ползунами, содержащий равноплечее коромысло и направляющий механизм с рычагом связи с осью равноплечего коромысла для поддержания оси на прямой, параллельной передней и задней кромкам подвижной обечайки, двигатель снабжен перемычками, выполненными в виде панелей, размещенных по всей длине обечайки, каждая из панелей снабжена уплотнительными створками, шарнирно закрепленными на концах их продольных сторон и контактирующих своими торцевыми частями через уплонительные элементы с панелью камеры сгорания и панелью сжатия газа, и вертикальными стенками подвижной обечайки с образованием переменного замкнутого разгрузочного объема, который через отверстие, выполненное в панели камеры сгорания, сообщен с газовоздушным трактом двигателя, при этом винтовые подъемники размещены между вертикальными боковыми и вертикальными стенками корпуса и подвижной обечайки, привод винтовых подъемников закреплен на перемычках подвижной обечайки, кинематическая связь дифференциального разгрузочного механизма содержит ползун с обоймами и тягами, установленный на оси равноплечего коромысла соосно с рычагом связи направляющего механизма, а обоймы тягами шарнирно соединены с концами равноплечего коромысла, при этом другие их концы шарнирно соединены с ползунами механизма закрытия вырезов в корпусе двигателя, оси шарниров тяг и коромысла расположены на прямых, проходящих через точку пересечения прямой, параллельной передней и задней кромкам подвижной обечайки и прямой, соединяющей вершины конических уплотнительных поверхностей ползунов, при этом ось равноплечего коромысла проходит через точку пересечения упомянутых прямых, а отрезки, соединяющие вершины конических уплотнительных поверхностей с осями шарниров ползунов, параллельны между собой и пропорциональны расстояниям от вершин конических уплотнительных поверхностей до оси коромысла.

На фиг. 1 показано расположение прямоточного двигателя на крыле летательного аппарата при виде снизу; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - общий вид прямоточного реактивного двигателя в плане; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - сечение на В-В фиг. 3; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 3; на фиг. 7 - сечение Д-Д на фиг. 3; на фиг. 8 - сечение Е-Е на фиг. 3; на фиг. 9 - выносной элемент 1 на фиг. 8; на фиг. 10 - сечение Ж-Ж фиг. на 9; на фиг. 11 - сечение З-З на фиг. 9; на фиг. 12 - сечение И-И фиг. 3; на фиг. 13 - сечение К-К фиг. 3; на фиг. 14 - сечение Л-Л фиг. 7; на фиг. 15 - два обращенных положения ползунов по отношению к неподвижной обечайке; на фиг. 16 - кинематическая схема управления подвижной обечайкой, вид в плане; на фиг. 17 - то же, вид сбоку.

Прямоточный реактивный двигатель является частью мотогондолы 1, расположенной под крылом 2 летательного аппарата. Он содержит корпус 3 прямоугольного поперечного сечения с наружными панелями сжатия 4, расширения газа 5, панель. 6 камеры сгорания и боковыми вертикальными стенками 7 и подвижной обечайки 8 с вертикальными стенками 9, расположенными в продольных пазах 10 корпуса 3 с возможностью плоскопараллельного перемещения обечайки 8 относительно корпуса 3 и образованием с панелями 4, 5 и 6 прямоугольного и замкнутого в поперечных сечениях двухсекционного газовоздушного тракта 11 прямоточного двигателя.

Верхние части вертикальных стенок 9 подвижной обечайки 8 соединены между собой перемычками 12, выполненными в виде сплошных панелей, размещенных по всей длине подвижной обечайки 8. Каждая перемычка 12 снабжена уплотнительными створками 13, шарнирно закрепленными на концах продольных сторон перемычек и контактирующих своими торцевыми частями через уплотнительные элементы 14 с образованием переменного замкнутого разгрузочного объема 15, сообщенного с газовоздушным трактом 11 двигателя отверстием 16, выполненным в панели 6 камеры сгорания.

Двигатель снабжен механизмом перемещения подвижной обечайки 8, состоящий из трех спаренных шариковинтовых подъемников 17, которые размещены между стенок 7 и 9, шарнирно установлены по краям перемычек 12 и ходовыми винтами 18 шарнирно соединены с панелью камеры сгорания 6. Привод каждой пары подъемников 17 содержит пару карданных валиков 19, редуктор 20 и электродвигатель.

Корпус 3 двигателя герметизирован уплотнительными элементами 14, выполненными в виде подпружиненных вкладышей, расположенных по обе стороны каждого из пазов 10 и контактирующих с боковыми поверхностями вертикальных стенок 9 и ползунов 21, закрывающих открытые участки пазов 10, образованных продольным движением подвижной обечайки 8. Одними концами ползуны расположены в глухих каналах 22, являющихся продолжением пазов 10, а другими концами с помощью направляющих буртиков находятся контакте со скошенными плоскостями 23 острых передних 24 и задних 25 кромок вертикальных стенок 9 своими сопрягаемыми частями, выполненными в виде секторных вилок 26 с внутренними поверхностями в виде обращенных друг к другу конусов 27 и 28 с вершиной в точке D и образующие со скошенными плоскостями 23 постоянную линию контакта 29, проходящую через точку "D" и меняющую свое угловое положение при изменении углового положения передней или задней кромок 24, 25.

Ползуны 21, расположенные по боковым пазам 10, связаны между собой и подвижной обечайкой 8 дифференциальным разгрузочным механизмом, расположенным между стенками 7 и 9. Разгрузочный механизм содержит ползун 30, равноплечее коромысло 31, обоймы 32 и 33 и направляющий механизм с рычагом связи 34, поворотным подкосом 35 и ползуном 36, установленным на перемычках 12 таким образом, чтобы обеспечить прямолинейное движение конца рычага связи параллельно передним и задним кромкам 24 и 25.

Равноплечее коромысло 31 шарнирно и соосно с концом рычага связи 34 установлено в средней части ползуна 30, на оси 37 с возможностью перемещения этой оси, как было выше указано, по прямой, параллельной передним и задним кромкам 24 и 25, обоймы 32 и 33 установлены по концам ползуна 30 с возможностью поступательного перемещения относительно последнего, причем одни концы обойм шарнирно соединены с ползунами 21 по осям 38, а другие соединены равными шарнирными тягами 39 с концами коромысла 31. Для поджатия ползунов 36 к передним и задним кромкам 24 и 25 вертикальных стенок 9, между одним из плеч коромысла 31 и обоймой 3 установлена пружина 40 растяжения.

Ползуны 21, расположенные по среднему пазу 10, соединены шарнирно с крайними ползунами 21 с помощью траверс 41.

Взаимное положение осей 37 и 38 по отношению к вершинам D уплотнительных поверхностей ползунов 21 выбрано таким образом, чтобы исключить влияние углового поворота подвижной обечайки 8 на положение ползунов 21 по отношению к передним и задним кромкам 24 и 25, т.е. появлению между ними зазора. Для достижения этой цели ось 37 коромысла расположена на пересечении прямой 42, соединяющей вершины D уплотнительных поверхностей ползунов 21 и выбранной упомянутой прямой 43, параллельной передней и задней кромкам 24 и 25 подвижной обечайки, задаваемой движением рычага связи 34 направляющего механизма.

Кроме того, оси 38 и 37 должны лежать на одной прямой 44, причем оси 38 находятся по отношению к вершинам D на расстояниях, пропорциональных расстояниям упомянутых вершин до оси 37, а отрезки, соединяющие вершины D и оси 38, параллельны между собой.

На фиг. 15 показано два обращенных положения ползунов 21 по отношению к подвижной обечайке 8, обозначенных соответственными вершинами конических уплотнительных поверхностей ползунов как D₁ и D₂ и относительно оси 37 - точки O. Возможное размещение осей 38 в трех вариантах, обозначенное соответственными точками A₁B₁C₁ и A₂B₂C₂, относительно точки O, при котором исключается точка O при повороте подвижной обечайки, должно находиться на окружностях с центрами в точках D₁ и D₂, , радиусы которых R₁ и R₂, обозначенные соответственными отрезками D₁A₁ и D₂A₂, , D₁C₁ и D₂C₂ и т.д., пропорциональны длинам отрезков OD₁ и OD₂ и параллельны между собой на основании подобия треугольников OD₁A₁ и OD₂A₂, OB₁D₁ и OB₂D₂, и т.д.

Для подачи топлива в камеру сгорания двигатель снабжен форсунками 45, подача топлива, к которым осуществляется с помощью трубопроводов, расположенных в панели 6 камеры сгорания.

Передняя часть мотогондолы 1, обращенная к набегающему потоку, снабжена каналом слива 46 пограничного слоя и воздухозаборным устройством с наклонными поверхностями сжатия 47 воздушного потока, примыкающими к панели 4 сжатия двигателя для образования системы скачков 48 уплотнения, фокусирующихся на передней кромке 49 подвижной обечайки. Кормовая часть мотогондолы 1 является соплом 50, интегрированным с панелью 5 расширения газа прямоточного двигателя.

Устройство работает следующим образом.

После запуска двигателя при изменении скорости полета летательного аппарата происходит непрерывное регулирование работы прямоточного двигателя изменением положения подвижной обечайки 8 с помощью трех пар винтовых подъемников 17, приводимых в действие через карданные валики 19 и редукторы 20 тремя электродвигателями, управляемыми бортовой ЭВМ. При этом давление из газовоздушного тракта двигателя через отверстие 16 попадает в полость разгрузочного объема 15 и, прижимая уплотнительные створки 13 к панелям 6 камеры сгорания и панелям 4 сжатия газа, создает противодавление, которое существенно уменьшает потребление нагрузки для перемещения подвижной обечайки 8. Нагрузки на подъемники 17 в этом случае будут включать в себя сопротивление сил трения, конструктивно неуравновешенные усилия между полостями 11 и 15 и нагрузки от перепада давления между ними на нестационарных режимах работы двигателя.

При работе двигателя система его герметизации, состоящая из ползунов 21, уплотнительных элементов 14 и уплотнительных створок 13, предотвращает проникновение высокотемпературного газа и давление газовоздушного тракта в полость корпуса 3, при этом часть газа, попавшая в эту полость, удаляется в атмосферу.

При продольном перемещении подвижной обечайки 8 происходит принудительное перемещение ползунов 21 в направляющих пазах 10 как под действием скошенных плоскостей 23 вертикальных стенок 9, так и под воздействием направляющего механизма, поддерживающего положение оси 37 на прямой 43, параллельной передним и задним кромкам подвижной обечайки 8, что позволяет снизить контактные нагрузки между поверхностями секторных вилок 26 ползунов 21 и скошенными плоскостями 23, т.е. нежелательное сопротивление трения. Пружина 40 обеспечивает постоянный контакт ползунов 21 с вертикальными стенками 9 и рассчитывается на преодоление разности усилий трения между ползунами.

При повороте подвижной обечайки 8 потребное расстояние между ползунами увеличивается, что компенсируется поворотом коромысла 31 вокруг оси 37, положение которой при этом, обусловленное соответствующим выбором осей 38 по отношению к вершинам "D", остается неизменным на прямой 43, что не приводит к появлению зазоров между ползунами 21 по отношению к передним 24 и задним 25 кромкам подвижной обечайки.

Перемещение ползунов 21, контактирующих со средней вертикальной стенкой 9 подвижной обечайки и кинематически не связанных между собой, осуществляется как за счет их непосредственного взаимодействия со стенкой, так и за счет передачи усилий от крайних ползунов 21 к средним с помощью траверс 41.

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к прямоточным реактивным двигателям летательного аппарата. Прямоточный реактивный двигатель установлен в мотогондоле 1, расположенной под крылом 2 летательного аппарата, и содержит корпус 3 прямоугольного поперечного сечения с наружными панелями 4 сжатия, панелями 5 расширения газа, панелью 6 камеры сгорания, боковыми вертикальными стенками и подвижной обечайкой 8. 17 ил.

Прямоточный реактивный двигатель летательного аппарата, содержащий корпус прямоугольного сечения, наружная поверхность которого образована панелями сжатия и расширения газа, панелью камеры сгорания и боковыми вертикальными стенками, и подвижную обечейку прямоугольного поперечного сечения с вертикальными стенками, установленными в продольных пазах панели камеры сгорания и панелях сжатия и расширения газа с возможностью плоскопараллельного перемещения обечайки относительно корпуса двигателя с образованием между корпусом и подвижной обечайкой замкнутого в поперечных сечениях газовоздушного тракта двигателя прямоугольной формы, механизм перемещения обечайки, отличающийся тем, что механизм перемещения обечайки содержит не менее трех спаренных винтовых подъемников с приводом, одни концы которых шарнирно соединены с верхними частями вертикальных стенок подвижной обечайки, снабженных перемычками, а другие с панелью камеры сгорания и герметизации корпуса двигателя, включающей в себя систему уплотнений подвижной обечайки, служащей для разделения внутренней полости корпуса двигателя и его газовоздушного тракта, и механизм для закрытия вырезов в корпусе на панелях сжатия и расширения газа, содержащий ползуны с коническими уплотнительными поверхностями контакта с передними и задними кромками подвижной обечайки, дифференциальный разгрузочный механизм кинематической связи между ползунами, содержащий равноплечее коромысло и направляющий механизм с рычагом связи с осью равноплечего коромысла для поддержания оси на прямой, параллельной передней и задней кромкам подвижной обечайки, двигатель снабжен перемычками, выполненными в виде панелей, размещенных по всей длине обечайки, каждая из панелей снабжена уплотнительными створками, шарнирно закрепленными на концах их продольных сторон и контактирующими своими торцевыми частями через уплотнительные элементы с панелью камеры сгорания и панелью сжатия газа и вертикальными стенками подвижной обечайки с образованием переменного замкнутого разгрузочного объема, который через отверстие, выполненное в панели камеры сгорания, сообщен с газовоздушным трактом двигателя, при этом винтовые подъемники размещены между вертикальными боковыми и вертикальными стенками корпуса и подвижной обечайки, привод винтовых подъемников закреплен на перемычках подвижной обечайки, кинематическая связь дифференциального разгрузочного механизма содержит ползун с обоймами и тягами, установленный на оси равноплечего коромысла соосно с рычагом связи направляющего механизма, а обоймы тягами шарнирно соединены с концами равноплечего коромысла, при этом другие их концы шарнирно соединены с ползунами механизма закрытия вырезов в корпусе двигателя, оси шариниров тяг и коромысла расположены на прямых, проходящих через точку пересечения прямой, параллельной передней и задней кромкам подвижной обечайки и прямой, соединяющей вершины конических уплотнительных поверхностей ползунов, при этом ось равноплечего коромысла проходит через точку пересечения упомянутых прямых, а отрезки, соединяющие вершины конических уплотнительных поверхностей с осями шарниров ползунов, параллельны между собой и пропорциональны расстояниям от вершин конических уплотнительных поверхностей до оси коромысла.