УСТРОЙСТВО РЕВЕРСИРОВАНИЯ ТЯГИ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ С РАСПОЛОЖЕННЫМИ СЗАДИ ПО ПОТОКУ ОТКЛОНЯЮЩИМИ ПРЕПЯТСТВИЯМИ, СТРЕМЯЩИМИСЯ К УРАВНОВЕШИВАНИЮ Российский патент 1999 года по МПК F02K1/60 

Предлагаемое изобретение касается устройства реверсирования тяги с расположенными сзади по потоку отклоняющими препятствиями, предназначенное для установки на авиационные одноконтурные или двухконтурные турбореактивные двигатели.

Обычно устройства реверсирования тяги, установленные сзади по потоку, выполняют двойную функцию:
- реализация реактивного сопла в режиме прямой тяги;
- реализация реверса в режиме реверсирования тяги.

Эти устройства реверсирования тяги по существу представляют устройства типа заслонки или устройства со створками и оборудованы, как правило, двумя створками, смонтированными с возможностью поворота на некоторой неподвижной конструкции данного устройства.

Устройства реверсирования тяги подобного типа выгодно отличаются относительной простотой и сравнительно небольшим весом, а также достаточно простой кинематикой. Упомянутые створки формируют реактивное сопло данного турбореактивного двигателя в режиме прямой тяги и образуют отклоняющие препятствия, которые позволяют реверсировать газовый поток в режиме реверса тяги.

Известны различные конструкции систем истечения выхлопных газов с устройством реверсирования тяги, оборудованным поворотными створками, например, описанным в патенте ИЛА US 4005836, где маневр раскрытия створок выполняется при помощи некоторой рычажной системы, которая обеспечивает подъем створок и их поворот в направлении назад.

Известен и другой тип устройства реверсирования тяги с расположенными сзади по потоку отклоняющими препятствиями, где оси поворота створок являются неподвижными, как это предложено, например, в патентах Франции FR 2348371 и США US 3550855. В этих устройствах оси поворота располагаются в задней по потоку части створок для того, чтобы обеспечить достаточное удаление упомянутых створок по отношению к выходному каналу выхлопа турбореактивного двигателя в режиме реверсирования тяги.

Патент США US 2847823 показывает устройство реверсирования тяги с располагающимися сзади по потоку отклоняющими препятствиями, содержащее заднее неподвижное кольцо.

На приведенной в приложении к данному описанию фиг.1 схематически показан пример реализации этого известного типа устройства реверсирования тяги турбореактивного двигателя.

Устройство реверсирования тяги в данном случае образовано некоторой передней по потоку неподвижной конструкцией 1, закрепленной на данном турбореактивном двигателе 2 или на его обтекателе /гондоле/ и содержащей внутреннюю стенку 3, ограничивающую снаружи кольцевой канал движения газовой струи, наружный обтекатель 5, закрепленный на упомянутой внутренней стенке 3, и две боковые конструкции 6. Два располагающихся сзади по потоку отклоняющих препятствия или створки 7а и 7б установлены с возможностью поворота на упомянутой неподвижной конструкции, в частности, посредством поворотных осей 8, закрепленных на упомянутых боковых конструкциях 6, которые несут также систему управления перемещениями с блокировкой или запиранием створок 7а и 7б. Задний по потоку конец 9 створок 7а и 7б образует заднюю кромку наружной стенки в продолжение назад по потоку обтекателя 5 и не является копланарным.

Такие устройства реверсирования, тяги имеют весьма существенный недостаток при работе в режиме прямой тяги, который заключается в том, что его створки имеют сильную тенденцию к самооткрытию.

Кроме того, задний по потоку вырез или разрез створок не является копланарным. Специальный объем, необходимый для размещения приводных рычагов или для размещения поворотных осей, заставляет иметь в конструкции устройства боковые выступы или утолщения и дополнительную длину моногондолы в направлении назад по потоку. Следствием этого является определенное ухудшение аэродинамических характеристик при работе устройства реверсирования тяги в режиме прямой тяги двигателя.

Цель данного изобретения состоит в том, чтобы предложить средство, которое позволило бы существенно уменьшить и даже устранить совсем тенденцию к самооткрытию створок и/или уменьшить эффект аэродинамических потерь на выходе из реактивного сопла.

Устройство реверсирования тяги турбореактивного двигателя с располагающимися сзади по потоку отклоняющими препятствиями описанного выше типа, позволяющее реализовать поставленные цели, отличается тем, что опорные балки створок данного устройства являются широкими на всем их протяжении, причем ширина этих балок спереди по потоку относительно оси поворота превышает межосевое расстояние поворотных осей, отношение ширины балки к длине выходного канала выхлопа в плоскости, проходящей через упомянутые поворотные оси, составляет по меньшей мере 0,60, и упомянутые створки шарнирно установлены с возможностью поворота вокруг неподвижных осей вращения или осей вращения, жестко связанных с упомянутыми балками, располагающимися в обводах данной мотогондолы и лежащими в центре давления внутренней стенки соответственно каждой створки таким образом, чтобы придать упомянутым створкам в режиме прямой тяги тенденцию к уравновешиванию в направлении самозакрытия, удерживая упомянутые створки в неразвернутом положении, которое в данном случае становится устойчивым положением.

В предпочтительном варианте реализации задний по потоку конец упомянутых неподвижных силовых балок располагается на одной линии с упомянутыми концами створок и наружные поверхности данной балки вписываются в контуры обтекателя данного турбореактивного двигателя или в контуры соответствующей мотогондолы. Кроме того, соответствующая уплотнительная прокладка имеет некоторое определенное расположение для того, чтобы обеспечить снижение действия газового потока в режиме прямой тяги Hs переднюю по потоку часть данного устройств по отношению к воздействию, оказываемому на заднюю по истоку часть створки этого устройства. В зависимости от особенностей некоторых специфических применений данного изобретения может быть использовано и некоторое заднее неподвижное кольцо.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания различных способов его практической реализации, где даются ссылки на фигуры, среди которых
фиг. 1 изображает схематически вид в продольном разрезе по плоскости, проходящей через ось вращения, задней части данного турбореактивного двигателя, оборудованного устройством реверсирования тяги с располагающимися сзади по потоку отклоняющими газовый поток препятствиями известного типа; фиг.2 изображает схематически общий вид устройства реверсирования тяги в соответствии с одним из возможных вариантов реализации предлагаемого изобретения в положении, соответствующем режиму прямой тяги; фиг.3 изображает схематичный вид, аналогичный виду, показанному на фиг.1, устройства реверсирования тяги в соответствии с упомянутым вариантом реализации предлагаемого изобретения по фиг.1 в положении функционирования в режиме прямой тяги; фиг. 4 изображает схематически вид варианта реализации предлагаемого изобретения, представленного на фиг. 3, в режиме реверсирования тяги; фиг.5 изображает схематически вид в сечении по линии V-V, показанной на фиг.3, устройства реверсирования тяги по оси поворота в режиме прямой тяги; фиг.6 изображает схематически вид в сечении по линии VI-VI, показанной на фиг.3, демонстрирующий высоту упомянутой силовой балки; фиг.7 изображает схематически вид, аналогичный виду, показанному на фиг.1, другого варианта реализации устройства реверсирования тяги в соответствии с предлагаемым изобретением в положении, соответствующем режиму прямой тяги; фиг.8 изображает схематически вид сзади мотогондолы данного турбореактивного двигателя в режиме реверсирования тяги в соответствии с вариантом реализации предлагаемого изобретения, представленным на фиг. 7; фиг.9 изображает схематически вид, аналогичный виду, показанному на фиг.1, устройства реверсирования тяги в положении прямой тяги в соответствии с тем вариантом реализации предлагаемого изобретения, который схематически представлен на фиг.7; фиг.10 изображает схематически вид варианта реализации предлагаемого изобретения в соответствии с фиг.9 в режиме реверсирования тяги.

На фиг.2, 3 и 4 схематически представлено устройство реверсирования тяги в соответствии с предлагаемым изобретением. В этом устройстве силовая балка 10 жестко связана с неподвижной конструкцией данного устройства 11, передняя по потоку часть которой, аналогично известной реализации подобного устройства, описанной выше со ссылками на фиг.1, закреплена в точке 12 с передней по потоку стороны на внешнем кожухе 13, охватывающем данный турбореактивный двигатель. В примере практического применения устройства реверсирования тяги, схематически представленном на фигурах, упомянутый турбореактивный двигатель представляет собой двухконтурный турбореактивный двигатель и упомянутый кожух 13 образует наружную стенку канала перемещения потока газов данного двигателя. Таким образом, неподвижная конструкция 11 располагается в продолжение кожуха 13 в направлении назад по потоку и образует часть канала движения потока газов данного турбореактивного двигателя и часть его внешнего обтекателя.

Упомянутая силовая балка 10 представляет собой часть наружной стенки 14 кругового канала потока газов и часть внешнего обтекателя данного турбореактивного двигателя. Задний по потоку конец силовой балки 10 образует часть поперечного сечения реактивного сопла в данной мотогондоле.

Створки 16 устройства реверсирования тяги шарнирно связаны с неподвижными точками вращения 19, жестко связанными с упомянутой балкой 10.

Упомянутые створки 17 приводятся во вращательное движение при помощи механической системы 20, размещенной в упомянутой балке 10. Эта механическая система, не показанная подробно на фигурах, может быть гидравлической, пневматической или электрической, толкающего или тянущего типа, что само по себе известно из существующего уровня техники в данной области. Патент Франции PR 2704907 демонстрирует вполне пригодный для использования пример подобной реализации.

Другая существенная особенность такого размещения состоит в том, что вся конструкция системы оказывается защищенной от горячего потока газов первичного контура в режиме реверсирования тяги и никакие детали системы не находятся в упомянутом потоке в режиме реверсирования тяги.

Поскольку в режиме прямой тяги поворотная система данного устройства имеет весьма малую тенденцию к самооткрытию или даже полностью уравновешена или имеет тенденцию к самозакрытию, сама конструкция системы может быть облегчена по сравнению с обычно используемыми системами.

При работе в режиме реверсирования тяги створки 16 входят в контакт друг с другом посредством интегрированных или прикрепленных упоров 21 на этих створках 16, как это схематически представлено на фиг.8.

Для того, чтобы стремиться к уравновешенному положению, ось шарнирного соединения 19 створки 16 должна проходить примерно через центр давления внутренней стенки 17 створки 16. Поскольку аэродинамические характеристики в режиме реверсирования тяги связаны с поперечным сечением возврата газового потока в направлении передней части мотогондолы и точка шарнирного соединения оси 9 створки 16 должна располагаться как можно выше или как можно более спереди по потоку, приходится настолько же отодвигать упомянутую точку шарнирного соединения от продольной оси данного устройства реверсирования тяги в направлении наружу по отношению к мотогондоле. Такое техническое решение приводит к использованию так называемых широких балок 10, как это схематически показано на фиг.6.

Отношение боковой высоты /h/ канала выброса газового потока или ширины упомянутой несущей балки в зоне /z/, показанной на фиг.4, к величине /H/ выходного сечения реактивного сопла составляет как минимум 0,6.

То обстоятельство, что упомянутые балки 10 являются достаточно широкими, позволяет обеспечить наилучшую устойчивость как неподвижной, так и подвижной системы. Протяженный контур 22 наружных частей упомянутых балок придает им большую инерцию и способствует наилучшей конструктивной прочности данного устройства реверсирования тяги. Кроме того, такая конструкция обеспечивает стабильное сечение выходного контура потока газов.

То обстоятельство, что точка шарнирного соединения оси 19 створки 16 располагается как можно ближе к передней части данного двигателя, позволяет, используя толщину мотогондолы в этом месте, не прибегать к установке обтекателя упомянутой балки, выступающей за общие контуры мотогондолы и продолжающейся в направлении мотогондолы назад по потоку, как это показано в патенте США US 4005836. Разумеется, некоторое небольшое утолщение может быть предусмотрено в данной конструкции без сколько-нибудь заметного ухудшения эксплуатационных характеристик данного устройства реверсирования тяги.

Другая примечательная характеристика так называемой широкой балки 10, как это показано на фиг.8, состоит в лучшем отведении потока выхлопных газов, как это показано, например, стрелками 28, что исключает попадание отклоненной струи газов в фюзеляж самолета в случае установки данного турбореактивного двигателя непосредственно на фюзеляже. Эта характеристика устройства в соответствии с предлагаемым изобретением не обеспечивается при использовании аналогичных устройств в соответствии с патентами США US 4005836 и Франции FR 2343371, приведенными в качестве известного уровня техники.

На фиг. 4 и 6 пример определения притирки внутренней стенки 29 к неподвижной балке 10 демонстрирует возможность управления струями газа в боковом направлении в режиме реверсирования тяги в требуемую сторону. Такая конфигурация может быть реализована путем выполнения фигурных вырезов, формирования отгиба кромки, соответствующего искривления стенки или любым другим способом, который позволяет специалисту в данной области техники обеспечить требуемый эффект и желаемое направление выхода потока газов. При этом направление упомянутого потока газов может даже быть ориентировано во внутреннюю полость 17 по отношению к створке 16.

Прокладка уплотнительных стыков 26, предназначенных для содействия упомянутой тенденции к самозакрытию створок данного устройства, располагается возможно ближе к краю упомянутой неподвижной конструкции 11 для зоны, располагающейся спереди по потоку от точки шарнирного соединения 19, как это схематически показано на фиг.3, и как можно ближе к краю створки 16 для зоны, располагающейся сзади по потоку относительно упомянутой точки вращения 19 створки 16. Монтаж данного уплотнительного стыка может быть выполнен либо на неподвижной конструкции 11 и балке 10, либо на подвижной створке 16.

Упомянутые боковые кромки створок 16, располагающиеся ниже по потоку, содержат специальные вырезы 23, которые позволяют упомянутым створкам отклоняться соответствующим образом и устанавливаться друг против друга в режиме реверсирования тяги данного турбореактивного двигателя.

Размерные параметры упомянутых выше вырезов определяются главным образом в зависимости от угла раскрытия створок 16 расположения точек шарнирного соединения 19 этих створок и внешних обводов данной мотогондолы.

В положении, соответствующем работе данного устройства в режиме прямой тяги, за исключением этих вырезов 23, задняя по потоку кромка 15 балки 10 и задняя по потоку кромка 18 поворотной створки 16 располагаются по одной линии и в одних и тех же внешних обводах, в результате чего существенно снижаются аэродинамические потери.

Поворотные створки 16, связанные с соответствующей системой привода 20, могут иметь различные углы раскрытия. Боковые кромки 35 поворотных створок 16 могут иметь профили, несимметричные между собой. Носок 33 и выемка 34 могут иметь различные конфигурации. Совокупность упомянутых выше параметров, взятых индивидуально или в некотором соотношении друг с другом, позволяет обеспечить оптимальное управление потоками газа в режиме реверсирования тяги.

Другой вариант реализации предлагаемого изобретения, схематически представленный на фиг.7, иллюстрирует концепцию, состоящую в удлинении обводов мотогондолы. После того как позиционирование поворотных створок 16 и расположение осей 19 поворота этих створок определены, причем две упомянутые выше характеристики обеспечивают ожидаемые характеристики реверсирования тяги данного турбореактивного двигателя, заднее кольцо 24, устанавливаемое позади поворотных створок по потоку, позволяет завершить данную мотогондолу в ее обводах, не затягивая при этом требуемых характеристик реверсирования тяги.

Упомянутое заднее кольцо 24 может быть прикреплено в виде моноблочного элемента или в виде узла, состоящего из нескольких элементов, к несущим балкам 10 или даже интегрировано с ними определенным образом.

Упомянутое заднее кольцо может содержать четыре ушка 25, обеспечивающие возможность перекрытия вырезов 23 поворотных створок 16 при работе данного устройства в режиме прямой тяги. Упомянутые ушки могут быть прикрепленными к кольцу или выполнены с ним как одно целое.

Герметичность стыков поворотной створки обеспечивается при помощи уплотнительной прокладки 27, связанной со стыком 26, причем данная система может составлять часть той же системы на самой поворотной створке 16. Установка упомянутой уплотнительной прокладки может быть выполнена либо на заднем кольце 24, либо на задней по потоку части поворотной створки 16.

На фиг.10 схематически представлена реализация варианта концевого упора раскрытия поворотной створки 16 в соответствии с предлагаемым изобретением. Передний по потоку конец упомянутого заднего кольца 24 содержит одну или несколько точек упора 30, входящих в механический контакт с одним или несколькими укрепляющими элементами поворотной створки 16. Этот или эти контакты располагаются в зоне, заключенной между двумя передними по потоку боковыми профилированными кромками заднего кольца 24. В такой конфигурации обеспечивается полная свобода для выполнения регулировки утечек между поворотными створками в режиме реверсирования тяги.

На приведенной фиг.9 схематически представлена другая особенность устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, способствующая самозакрытию поворотных створок 16 при работе данного устройства в режиме прямой тяги. Задняя по потоку кромка поворотной створки 16 удлинена в направлении зоны 32. Это увеличение задней по потоку поверхности поворотной створки 16 позволяет увеличить результирующее усилие, порождаемое газовым потоком, движущимся в соответствующем канале прохода газа, в направлении самозакрытия упомянутой поворотной створки 16 данного устройства реверсирования тяги.

Изобретение предназначено для использования в авиационных одноконтурных или двухконтурных турбореактивных двигателях. Устройство реверсирования тяги турбореактивного двигателя содержит поворотные створки, интегрированные в наружную стенку канала выхлопа данного турбореактивного двигателя в положении, соответствующем режиму прямой тяги, и образующие в развернутом положении препятствия для отклонения потока газов, способствуя тем самым реверсированию тяги данного двигателя. Упомянутые поворотные створки установлены с возможностью вращения вокруг осей, установленных на неподвижных боковых балках, на которых размещена также система управления перемещения упомянутых створок. Упомянутые балки выполнены достаточно широкими, причем отношение ширины балки к протяженности выходного канала выхлопа данного турбореактивного двигателя имеет величину не менее 0,6, а упомянутые оси вращения расположены в центре давления внутренней стенки каждой поворотной створки таким образом, чтобы обеспечить устойчивое нераскрытое положение этих створок, которые в данном случае имеют тенденцию к уравновешиванию в направлении самозакрытия. Изобретение позволяет устранить тенденцию к самооткрытию створок и/или уменьшить эффект аэродинамических потерь на выходе из реактивного сопла. 1 с. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство реверсирования тяги турбореактивного двигателя, содержащее перемещаемые элементы или отклоняющие газовый поток препятствия, образованные створками (16), способными в процессе функционирования данного турбореактивного двигателя в режиме прямой тяги интегрироваться в наружную стенку канала выхлопа этого турбореактивного двигателя и, в развернутом положении, образовать препятствия для отклонения потока газов, обеспечивая тем самым реверсирование тяги двигателя, причем створки (16) установлены с возможностью поворота вокруг осей вращения (19), установленных на неподвижных боковых балках (10), на которых установлена также система управления (20) перемещением упомянутых створок, отличающееся тем, что упомянутые опорные балки (10) поворотных створок (16) выполнены широкими по всей их протяженности и ширина этих балок спереди по потоку относительно оси вращения створок превышает межосевое расстояние поворотных осей, причем отношение ширины упомянутой балки к длине выхлопного выхода в плоскости, проходящей через упомянутые поворотные оси, имеет величину по меньшей мере 0,60 и упомянутые неподвижные оси вращения (13) поворотных створок (16), жестко связанные с упомянутыми балками (10), расположены внутри обводов мотогондолы и установлены в центре давления внутренней стенки (17) каждой створки соответственно таким образом, чтобы придать упомянутым поворотным створкам (16) в режиме прямой тяги тенденцию уравновешивания в направлении самозакрытия, удерживая упомянутые поворотные створки (16) в нераскрытом положении, которое в этом случае становится устойчивым положением. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что задний по потоку конец (15) балок (10) и задний по потоку конец (18) поворотных створок (16) расположены на одной линии и наружные поверхности балок (10) включены во внешние обводы мотогондолы данного двигателя и завершаются тонким профилем аэродинамического конца данной мотогондолы. 3. Устройство по любому из п.1 или 2, отличающееся тем, что уплотнительная прокладка (26), расположенная между поворотными створками (16) и неподвижной частью данного устройства реверсирования тяги, имеет определенное положение и размещается на кромке неподвижной конструкции (11) для передней по потоку зоны по отношению к оси поворота (19) створки (16) и на кромке створки (16) для зоны, расположенной ниже по потоку относительно оси поворота (19) створки (16), причем упомянутая уплотнительная прокладка (26) располагается выше поворотной оси (19) в положении, соответствующем режиму прямой тяги, обеспечивая снижение воздействия потока газа в режиме прямой тяги на переднюю по потоку часть поворотной створки (16) по сравнению с воздействием этого потока на заднюю по потоку часть этой створки. 4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что внутренняя стенка (29) балки (10) имеет профиль, адаптированный для бокового управления струями реверсированного газового потока. 5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что поворотные створки (16) имеют отличающиеся друг от друга конфигурации. 6. Устройство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что содержит неподвижное заднее кольцо (24), расположенное позади поворотных створок (16) по потоку и оборудованное ушками (25), перекрывающими в режиме прямой тяги полости, образованные вырезами (23) поворотных створок (16), при этом заднее кольцо (24) содержит в передней по потоку зоне упоры (30), входящие в механический контакт в положении реверсирования тяги с соответствующими элементами взаимодействия (31) поворотной створки (16). 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что задняя по потоку поверхность поворотной створки (16) увеличена частью (32), замаскированной упомянутым задним кольцом (24) таким образом, чтобы способствовать самозакрытию поворотных створок (16) в режиме прямой тяги турбореактивного двигателя.