РЕГУЛИРУЕМОЕ СОПЛО АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ОТКЛОНЯЕМЫМ ВЕКТОРОМ ТЯГИ Российский патент 1999 года по МПК F02K9/84 

Изобретение относится к области авиационных двигателей, в частности к регулируемым сверхзвуковым соплам для турбореактивных двигателей.

Известны регулируемые сопла с отклоняемым вектором тяги, причем вектор тяги отклоняется за счет поворота сверхзвуковых створок сопла. Такие сопла (ближайшие аналоги) описаны в международных заявках N 92/03648 класс F 02 К 1/00 и N 92/03649 класс F 02 К 1/12, 1/00. В изобретении по международной заявке N 92/03649 имеется управляющее кольцо, связанное с помощью тяг со сверхзвуковыми ведущими створками. При воздействии штоков гидроцилиндров кольцо наклоняется и через тяги поворачивает сверхзвуковые створки.

Недостатками такого сопла являются:
- жесткая кинематическая связь между диаметром критического сечения и диаметром среза сопла, что не позволяет устанавливать оптимальное соотношение между площадью среза сопла и площадью критического сечения на всех режимах работы двигателя во всех условиях полета. Это приводит к дополнительным потерям тяги, особенно при полете с большими скоростями (при числе М_полета > 1,4);
- исходя из кинематики такого сопла, при повороте управляющего кольца сверхзвуковые створки, находящиеся в плоскости поворота сопла, поворачиваются, например, на 15^o, а боковые при этом - на 7,5^o. Створки, расположенные между ними, каждая поворачивается на свой угол (от 7,5^o до 15^o). Форма сопла, близкая к окружности, выдерживается за счет двуплечих рычагов, расположенных на створках с возможностью проскальзывания и синхронизирующих их положение.

Т. е. усилия на створки при их повороте для получения формы сопла, близкого к окружности, передаются и через рычаги на створках, а не только через тяги, связывающие управляющее кольцо со створками. Это требует увеличения прочностных свойств синхронизирующих рычагов, что приведет к увеличению веса. Кроме того, введение рычагов на створках, работающих при температуре до 1000^oC, не надежно и приведет к выработке поверхностей и заклиниванию.

В сопле по международной заявке N 92/03648 также имеется жесткая кинематическая связь площадью критического сечения и площадью среза сопла. Возможность регулирования диаметра среза при различных диаметрах критического сечения обозначена только схематично, причем если представить реальную конструкцию этой схемы, то она будет обладать большим весом и низкой надежностью, что делает ее практически неприемлемой для использования на самолете.

При наклоне управляющего кольца створки, находящиеся в плоскости поворота, смещаются относительно осесимметричного положения сопла, например, на 15^o (также, как и в конструкции по международной заявке N 92/03649), а на остальных створках, помимо тяг, воздействует система рычагов, доворачивающих каждую створку на соответствующий угол для выдерживания формы, близкой к окружности при отклонении вектора тяги.

Данная система имеет ряд собственных недостатков:
- точка воздействия на сверхзвуковые створки системы доворачивающих рычагов находится вблизи шарнирного соединения с дозвуковыми створками. Это связано с данной кинематической схемой рычагов. Близкое расположение точки воздействия к шарниру соединения створок затрудняет работу системы доворачивания рычагов, т.к. приходится прикладывать при этом большую силу из-за малого плеча, на котором действует рычаг;
- система с роликами, катающимися по сферической поверхности, ненадежна, т. к. сферические поверхности и ролики подвержены выработке, которая будет искажать форму сечения сопла на срезе и может привести к заклиниванию и поломке створок.

Кроме того, в международной заявке N 92/03649 показаны уплотнители между соединениями дозвуковой и сверхзвуковой створки в виде изогнутых пластин. Эти уплотнители прикреплены к створкам.

Уплотнители установлены в связи с тем, что для обеспечения возможности поворота сопла углы сверхзвуковых створок в местах сочленения с дозвуковыми створками сопла срезаны, что приводит к утечкам горячего газа к деталям сопла и ухудшению параметров двигателя.

При повороте сверхзвуковой створки уплотнители, прикрепленные к ней, упираются в уплотнители соседней дозвуковой створки. Избежать этого можно, выполнив соответствующие вырезы на пластинах или просто увеличив зазор между двумя пластинами. Оба решения ухудшают уплотнение, т.к. практически уплотнение отсутствует.

Конструкция по предлагаемому изобретению исключает указанные недостатки. Это достигается следующим:
- управляющее кольцо прикреплено к фланцу двигателя с помощью многозвенных (например, 3-звенных) петель, складывающихся в радиальных плоскостях и расположенных равномерно по окружности, что позволяет зафиксировать центр кольца;
- подвеска управляющего кольца осуществляется за счет применения системы подвижных кронштейнов, позволяющей зафиксировать центр кольца на оси сопла при шарнирном закреплении гидроцилиндров на корпусе форсажной камеры и регулировать диаметр среза сопла независимо от диаметра критического сечения;
- выполнена система рычагов, доворачивающая тяги до требуемых углов поворота сверхзвуковых створок для сохранения формы сопла при отклоненном векторе тяги;
- в местах стыковки дозвуковых и сверхзвуковых створок установлены уплотнители, своими плоскостями скользящие по плоскости сверхзвуковых створок.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид регулируемого сопла, на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1.

На чертежах изображены дозвуковые ведущие створки 1, ведущие сверхзвуковые створки 2. Между ведущими дозвуковыми створками 1 установлены ведомые дозвуковые створки 3, между ведущими сверхзвуковыми створками 2 - ведомые сверхзвуковые створки 4.

Дозвуковые створки 1 и 3 прикреплены к фланцу 5 форсажной камеры 6.

На корпусе форсажной камеры 7 выполнены кронштейны 8, к которым прикреплены с помощью универсального или сферического шарнира 9 не менее трех гидроцилиндров 10, равномерно расположенных по окружности форсажной камеры. Гидроцилиндры 10 с помощью универсального или сферического шарнира 11 прикреплены к управляющему кольцу 12. Управляющее кольцо 12 с помощью тяг 13 соединяется с ведущими сверхзвуковыми створками.

К фланцу форсажной камеры 5 прикреплены кронштейны 14, 15, 16 и 17 (показаны на фиг. 3 - выноска 1 на фиг.1 и фиг. 4), соединенные осями 18, 19, 20, образующие 3-звенные петли, на которые с помощью винтов 21 крепится управляющее кольцо 12. Тяги 13 кинематически связаны с управляющим кольцом 12 Т-образными рычагами 23, шарнирно закрепленными на тех же подвижных кронштейнах 17, на которых закреплено управляющее кольцо 12, при этом среднее плечо Т-образного кронштейна 23 шарнирно связано с управляющим кольцом 12, а боковые плечи через промежуточные тяги 25 и 26 - с тягами 13, воздействующими на створки. Рычаги 23 крепятся к кронштейну 17 с помощью осей 22, а к кольцу 12 - с помощью осей 24 (фиг. 5). Тяги 25 и 26 крепятся к рычагу 23 с помощью осей 28. Другими концами тяги 25 и 26 крепятся шарнирно с помощью осей 27 к рычагу 29, который, в свою очередь, шарнирно крепится к кольцу 12 с помощью винтов 21, а своими концами 30 - к тягам 13 (фиг.6).

При воздействии управляющего давления управляющее кольцо 12 устанавливается в положение Е (см. фиг.1) и сверхзвуковые створки занимают положение Ж. При этом, если показанные на фиг.1 створки поворачиваются на угол 15^o в положение Ж непосредственно от воздействия управляющего кольца через тягу 13, то остальные створки - дополнительно через систему рычагов, связывающих управляющее кольцо и тяги доворачивающих створки до требуемого угла. На фиг. 7 показан пример доворота створки, лежащей в горизонтальной плоскости. При повороте створок, находящихся в вертикальной плоскости, на 15^o угол поворота управляющего кольца будет в 2 раза меньше.

При повороте управляющего кольца по линии И-И, соединяющей оси 21 и 24, закрепленные на управляющем кольце, Т-образный рычаг 23 повернется относительно оси 22 на угол, больший угла поворота управляющего кольца, и займет положение, показанное пунктирной линией. "Параллелограмм", образованный рычагами 23, 25, 26 и 29, повернет тягу и, соответственно, створку на тот же (больший) угол.

Таким образом, створки поворачиваются на требуемый угол для сохранения формы сопла в виде окружности при отклонении вектора тяги.

На фиг. 8 показаны уплотнительные элементы на стыке дозвуковых 1, 3 и сверхзвуковык створок 2, 4. Края сверхзвуковых створок в местах стыковки с дозвуковыми створками срезаны под углом, на который требуется повернуть створки. На шарнирах 31 и 34, соединяющих дозвуковые и сверхзвуковые створки, установлены уплотняющие экраны 32 и 33, выполненные с двумя проушинами, с помощью которых экраны крепятся на шарнирах 31 и 34, причем экраны установлены над ведущей и под ведомой сверхзвуковыми створками.

Уплотняющий элемент 32 лежит на сверхзвуковых ведущих створках 2 и скользит по створке при ее повороте, а уплотняющий элемент 33 - под сверхзвуковыми ведомыми створками 4.

При необходимости регулировать площадь среза сопла независимо от площади критического сечения как при осесимметричном положении сопла, так и при отклонении вектора тяги управляющее кольцо 12 смещается вдоль оси сопла под одновременным воздействием гидроцилиндров. При этом кронштейны 15 и 16 займут новое положение (показано пунктиром на фиг.3).

Сопло предназначено для использования в турбореактивных двигателях с регулируемыми сверхзвуковыми соплами. Сопло содержит дозвуковые и сверхзвуковые створки, управляющее кольцо с гидроцилиндрами, тяги, рычаги и кронштейны. Управляющее кольцо прикреплено к фланцу двигателя с помощью многозвенных петель, складывающихся в радиальных плоскостях и расположенных равномерно по окружности. Тяги, идущие от сверхзвуковых створок, кинематически связаны с управляющим кольцом Т-образным рычагом, шарнирно закрепленным на том же подвижном кронштейне, что и управляющее кольцо. При этом среднее плечо Т-образного кронштейна шарнирно связано с управляющим кольцом, а боковые плечи через промежуточные тяги - с тягами, воздействующими на створки. На шарнирах, соединяющих дозвуковые и сверхзвуковые створки, установлены уплотняющие экраны с двумя проушинами. Выполненная таким образом конструкция сопла позволяет улучшить параметры двигателя, маневренность самолета, а также исключить утечки горячего газа. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Регулируемое сопло авиационного двигателя с отклоняемым вектором тяги, содержащее дозвуковые и сверхзвуковые створки, управляющее кольцо с гидроцилиндрами, отличающееся тем, что управляющее кольцо прикреплено к фланцу двигателя с помощью многозвенных (например, 3-звенных) петель, складывающихся в радиальных плоскостях и расположенных равномерно по окружности, при этом тяги, идущие от сверхзвуковых створок, кинематически связаны с управляющим кольцом Т-образным рычагом, шарнирно закрепленным на том же подвижном кронштейне, на котором закреплено управляющее кольцо, причем среднее плечо Т-образного кронштейна шарнирно связано с управляющим кольцом, а боковые плечи через промежуточные тяги - с тягами, воздействующими на створки. 2. Регулируемое сопло авиационного двигателя с отклоняемым вектором тяги по п.1, отличающееся тем, что на шарнирах, соединяющих дозвуковые и сверхзвуковые створки, установлены экраны, выполненные с двумя проушинами, причем экраны устанавливаются над ведущей сверхзвуковой створкой и под ведомой створкой.