Изобретение относится к рамам для подвески двигателей, в частности, к отказобезопасной раме для подвески двигателя, предназначенной для крепления реактивного двигателя на самолете.
Самолетные двигатели обычно устанавливаются под крылом самолета либо вблизи от хвостовой части с помощью рамы для подвески двигателя. Опорные рамы обычно предусматриваются как для передней части двигателя, так и для его хвостовой части, с тем, чтобы обеспечить распределение нагрузки, создаваемой двигателем. Типовые рамы для подвески двигателей включают в себя несколько компонентов. Один из компонентов представляет собой в основном плоскостной верхний крепежный узел, который имеет монтажную платформу, расположенную вдоль верхнего края, которая используется для крепления рамы подвески двигателя к опорной конструкции самолета, например к элементу жесткости крыла или хвостовому пилону. На нижнем крае верхнего крепежного узла, а также вдоль части кожуха двигателя располагается большое количество скоб. Многочисленные звенья связи, заштифтованные в скобках как верхнего крепежного узла, так и кожуха двигателя, соединяют двигатель с опорной конструкцией. Подобные рамы для подвески двигателя используются как в передней, так и в хвостовой частях двигателя.
Рамы для подвески двигателей конструируются таким образом, чтобы выдерживать различные нагрузки для всех фаз полета. Нагрузки включают в себя вертикальные нагрузки (вес двигателя плюс маневровые нагрузки), осевые нагрузки (обусловленные реактивной тягой двигателя), боковые нагрузки (вызываемые, например, вибрацией крыла) и нагрузки от кручения (вызываемые вращательной работой двигателя или потерей лопатки турбины). Рама подвески двигателя также должна учитывать относительное термическое расширение и сжатие двигателя. Влияние термического расширения и сжатия наиболее существенно в течение крейсерской фазы полета. В течение крейсерской фазы полета термическое расширение и сжатие могут вызвать ощутимое смещение направления сил, действующих на раму подвески двигателя.
Почти все рамы подвески двигателей самолетов сконструированы с учетом требования отказобезопасности, т.е. для обеспечения предотвращения отделения двигателя от самолета. Отказобезопасная работа обеспечивается вспомогательной или дублирующей системой, несущей нагрузку. Имеется два типа вспомогательных систем. В случае первого типа для удерживания нагрузок, создаваемых двигателем, используются компоненты реверсера тяги (например, обтекатель с поступательным перемещением). В случае второго типа используются захватывающие звенья, расположенные внутри собственно рамы подвески двигателя. Захватывающие звенья представляют собой дополнительные звенья рамы подвески двигателя, которые в течение нормальной работы обычно не нагружены. Если основное (то есть не захватывающее) звено связи выходит из строя, захватывающие звенья могут взаимодействовать с остальными не вышедшими из строя звеньями для удержания нагрузок, создаваемых двигателем. Отказ звеньев связи может быть следствием многих причин, включая разрушение пальцев или скоб, разрушение, деформацию, отсутствие или неправильную установку звеньев, срезание пальцев и т.д.
Из этих двух типов вспомогательных систем система с реверсером тяги представляет собой более широко используемое решение. К сожалению, системы с реверсером тяги конструктивно неэффективны для новейших поколений больших турбовентиляторных двигателей, например, таких, которые используются на Боинге 777. Поскольку эти двигатели могут весить более 20000 фунтов (9060 кг), они требуют дополнительных 200 фунтов (90,6 кг) опорной конструкции реверсера тяги для обеспечения надежного крепления двигателя, если рама подвески двигателя выходит из строя. На самолетах, где вес и пространство для размещения оборудования являются важнейшими факторами, использование захватывающих звеньев представляет собой более эффективное решение, поскольку они требуют относительно меньшего пространства для размещения и их относительный вес существенно меньше. В настоящее время известно относительно немного конструкций рам для подвески двигателей с захватывающими звеньями. Одна из них, пригодная для весьма тяжелых двигателей, описана в патенте США N 5275357 (ниже упоминаемый как "патент '357").
В патенте '357 описана трехзвенная система, в которой центральное звено является захватывающим. При нормальной работе центральное звено не несет нагрузку вследствие увеличенного размера отверстия, где центральное звено крепится к кожуху двигателя.
Ближайшим техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является отказобезопасная рама для подвески двигателя, описанная в патенте US 5303880, опубликованном 19.04.1994.
Известная из вышеупомянутого патента отказобезопасная рама предназначена для крепления кожуха реактивного двигателя к опорной конструкции на самолете. Рама содержит верхний крепежный узел, закрепленный на опорной конструкции самолета, звенья связи и полосу скоб. Полоса скоб закреплена на кожухе двигателя. Решение по патенту США N 5303880 (далее "'880") подобно описанному в патенте '357, но предусматривает добавление сменных втулок. Хотя системы, описанные в этих патентах, по-видимому, могут использоваться с тяжелыми двигателями самолетов.
Известна рама для подвески двигателя, которая включает в себя два отдельных захватывающих звена с передаточными сферическими подшипниками. Конструкция включает в себя в целом пять звеньев: два вертикальных боковых звена, одно центральное горизонтальное звено и два меньших вертикальных захватывающих звена, расположенных между каждым боковым звеном и центральным звеном. Однако для использования этой известной конструкции, имеющей два захватывающих звена, на тяжелых двигателях разветвленный поток должен быть невыгодно уменьшен для того, чтобы он соответствовал всем пяти звеньям между стенками канала разветвления. Кроме того, если центральные звенья при их работе выходят из строя, два меньших вертикальных захватывающих звена неадекватно воспринимают горизонтальные нагрузки, ранее воспринимавшиеся центральным звеном. Этим создается тенденция захватывающих звеньев к срезу их скоб. Помимо этого захватывающие звенья требуют глубоких, узких карманов в верхнем крепежном узле, которое трудно выполнить механической обработкой. Дорожка качения сферического подшипника захватывающего звена должна изготавливаться посредством механической обработки по специальным техническим требованиям. Сферические подшипники требуют частого проведения обслуживания, поскольку захватывающие звенья свободно вибрируют в их креплениях к монтажной опоре.
В основу изобретения положена задача создания улучшенной и безотказной рамы для подвески двигателя, обеспечивающей возможность использования с чрезвычайно тяжелыми двигателями самолетов и в то же время имеющей ширину, которая незначительно уменьшает разветвленный поток, а также способной адекватно выдерживать вертикальную и горизонтальную нагрузку в случае отказа звеньев, имеющей малый вес, и при необходимости обеспечивающей возможность установки вибрационного изолятора. Кроме того, рама для подвески двигателя должна в меньшей степени требовать проведения технического обслуживания, чем подобные существующие рамы, а также иметь меньшую стоимость ее изготовления. Как следует из нижеследующего описания, настоящее изобретение направлено на создание усовершенствованной отказобезопасной рамы для подвески двигателя.
Поставленная задача решается тем, что в отказобезопасной раме для подвески двигателя, предназначенной для крепления кожуха реактивного двигателя к опорной конструкции на самолете, содержащей верхний крепежный узел, закрепленный на опорной конструкции самолета, звенья связи и полосу скоб, которая закреплена на кожухе двигателя, согласно изобретению:
а) верхний крепежный узел имеет первую, вторую, третью, четвертую и пятую точки соединения со звеньями связи на верхнем крепежном узле, расположенные в поперечной плоскости относительно продольной оси двигателя,
b) полоса скоб включает в себя первую, вторую, третью, четвертую и пятую точки соединения со звеньями связи на полосе скоб, расположенные в поперечной плоскости относительно продольной оси двигателя,
с) первое звено связи соединено с верхним крепежным узлом в первой точке соединения со звеньями связи на верхнем крепежном узле, а также соединено с полосой скоб в первой точке соединения со звеньями связи на полосе скоб,
d) второе звено связи включает в себя первое плечо и второе плечо для стабилизации первого плеча, первое плечо соединено с верхним крепежным узлом во второй точке соединения со звеньями связи на верхнем крепежном узле и соединено с полосой скоб во второй точке соединения со звеньями связи на полосе скоб, а второе плечо образует с первым плечом угол, составляющий 90o причем второе плечо дополнительно соединено с верхним крепежным узлом в третьей точке соединения со звеньями связи на верхнем крепежном узле,
е) третье звено связи включает в себя первое и второе плечо, первое плечо соединено с полосой скоб в третьей точке соединения со звеньями на полосе скоб и соединено с верхним крепежным узлом в четвертой точке соединения со звеньями связи на верхнем крепежном узле, а второе плечо образует с первым угол, составляющий 150o, при этом второе плечо соединено с полосой скоб в четвертой точке соединения со звеньями связи на полосе скоб,
f) четвертое звено связи соединено с верхним крепежным узлом в пятой точке соединения со звеньями связи на верхнем крепежном узле и соединено с полосой скоб в пятой точке соединения со звеньями связи на полосе скоб.
Рекомендуется, чтобы соединения звеньев связи с точками соединения со звеньями связи на верхнем крепежном узле и на полосе скоб представляли собой соединения в виде пальца и скобы. Предпочтительно, чтобы рама дополнительно включала в себя сферические подшипники в соединениях, состоящих из пальца и скобы, расположенные таким образом, что все звенья лежат в плоскости, поперечной относительно продольной оси двигателя при нормальном крейсерском режиме полета. Не менее предпочтительно, чтобы верхний крепежный узел дополнительно содержал конструктивно усиленные части, которые пересекались для формирования множества конструктивных узлов. Далее нужно, чтобы верхний крепежный узел дополнительно содержал монтажную платформу, предназначенную для подсоединения к опорной конструкции самолета. При этом первое плечо второго звена связи установлено так, чтобы оно не было нагружено при нормальном режиме функционирования самолета, и с возможностью работы с третьим и четвертым звеньями связи для восприятия нагрузок, создаваемых двигателем, при отказе первого звена связи, при этом второе плечо третьего звена связи не нагружено. Второе плечо третьего звена связи расположено так, что оно не нагружено при нормальном режиме функционирования самолета, а соединение второго плеча третьего звена связи с полосой скоб состоит из соединения в виде пальца и скобы, имеющего сферические подшипники с диаметральным зазором, составляющим 10, 16 мм. Второе плечо третьего звена связи установлено с возможностью работы с первым и вторым звеньями связи для восприятия нагрузок, создаваемых двигателем, при отказе четвертого звена связи, а первое плечо второго звена связи при отказе четвертого звена связи не нагружено.
Рама согласно настоящему изобретению обеспечивает достижение лучших характеристик горизонтального нагружения. Это позволяет системе согласно настоящему изобретению обеспечивать более высокую эффективность при определенных видах отказов, например при отказах двигателей, связанных с отбрасыванием лопатки. Как будет понятно из приведенного ниже описания, в вариантах осуществления конструкции согласно настоящему изобретению легче установить изолятор вибрации, чем в вариантах осуществления изобретений по патентам '357 и '880, если возникает необходимость в таком устройстве.
Согласно настоящему изобретению создана отказобезопасная рама для подвески, используемая для закрепления реактивного двигателя на опорной конструкции самолета, которая эффективно распределяет нагрузку от двигателя среди нескольких звеньев рамы для подвески в нормальном режиме работы, а также среди остальных звеньев при отказе рамы для подвески двигателя. Рамы для подвески двигателей, выполненные согласно изобретению, могут быть прикреплены в различных позициях на самолете (например, под крыльями или к хвостовой части) или на двигателе (например, в передней части двигателя или в его хвостовой части), причем для этого требуется лишь незначительная модификация размеров компонентов рамы для подвески двигателя. Рама для подвески двигателя, выполненная, согласно изобретению, содержит верхний крепежный узел, множество звеньев связи и полосу скоб. Верхний узел крепления включает в себя монтажную платформу для крепления этого узла к опорной конструкции. Полоса скоб крепится к кожуху двигателя, при этом звенья связи соединяют верхний узел крепления с полосой скоб. Верхний узел крепления дополнительно включает в себя участок нервюр, состоящий из конструктивно усиленных ребристых элементов (нервюр), расположенных рядом с монтажной платформой. Нервюры пересекают друг друга с образованием конструктивных узлов, выдерживающих прилагаемые напряжения и нагрузки, создаваемые двигателем. Размещение конструктивных узлов обеспечивает возможность выполнения рамы для подвески двигателя относительно компактной по высоте.
Согласно дополнительным аспектам этого изобретения множество звеньев связи включает в себя первое, второе, третье и четвертое звенья. Первое и четвертое звенья связи размещены на левой и на правой сторонах рамы для подвески двигателя и представляют собой в целом прямые, фактически вертикально ориентированные звенья. Первое и четвертое звенья связи соединяют соответственно определенную точку на кожухе двигателя с определенной точкой на верхнем крепежном узле. Второе звено связи представляет собой захватывающее звено и имеет первое плечо, расположенное таким образом, чтобы соединять определенную точку на кожухе двигателя с определенной точкой на верхнем крепежном узле при условии отказа звена. Первое плечо второго звена связи размещено таким образом, что оно не нагружено при нормальном режиме функционирования самолета. Второе звено связи, кроме того, включает в себя второе плечо, прикрепленное к одному концу первого плеча, для обеспечения стабилизации первого плеча. Третье звено связи включает в себя первое плечо, размещенное таким образом, что обеспечивает соединение определенной точки на кожухе двигателя с определенной точкой на верхнем крепежном узле. Третье звено связи, кроме того, включает в себя второе плечо, один конец которого размещен в точке, где первое плечо прикреплено к верхнему крепежному узлу. Второе плечо соединяется с определенной точкой на двигателе при условии отказа звена. Второе плечо третьего звена связи размещено таким образом, что оно не нагружено при нормальном режиме функционирования самолета. Поскольку требуются только четыре звена связи, верхний крепежный узел относительно компактен по ширине по отношению к конструкции с пятью звеньями связи. Это позволяет свести к минимуму прерывание разветвляющегося потока.
В соответствии с другими аспектами изобретения соединения звеньев связи с нижним краем верхнего крепежного узла, а также с кожухом двигателя образуются из соединений типа "палец и скоба" с поворотными сферическими подшипниками. Соединения располагаются таким образом, что все звенья связи лежат приблизительно в одной вертикальной плоскости, поперечной относительно оси самолета в течение крейсерской фазы полета.
В соответствии с еще одними аспектами изобретения при нормальном режиме работы первое и четвертое звенья связи несут на себе большую часть вертикальных нагрузок, при этом первое плечо третьего звена связи несет на себе горизонтальные нагрузки. Если первое звено связи выходит из строя, второе звено связи воспринимает некоторую часть нагрузки, переносимую ранее первым звеном связи. Если третье звено связи выходит из строя, второе звено связи воспринимает некоторую часть нагрузки, переносимую ранее третьим звеном связи. Если из строя выходит четвертое звено связи, то другая часть третьего звена связи воспринимает некоторую часть нагрузки, переносимую ранее четвертым звеном связи. В каждом из таких состояний отказа только одно из захватывающих звеньев связи входит в зацепление с рамой для подвески двигателя, сохраняя ее статически определенное состояние. При этом в случае отказа любого звена связи выдерживаются все вертикальные и горизонтальные нагрузки, благодаря чему предотвращается отделение двигателя от самолета.
Настоящее изобретение обеспечивает создание новой усовершенствованной рамы для подвески двигателя, которая оптимизирована во всех аспектах для ее использования с весьма тяжелыми двигателями. Если какое-либо из звеньев связи выходит из строя, вертикальные и горизонтальные нагрузки, переносимые этим звеном, эффективно перераспределяются среди остальных звеньев связи. Рама для подвески двигателя в целом относительно компактна, за счет чего обеспечивается оптимальное использование ограниченного пространства, отведенного для ее размещения на реактивных самолетах. Звеньям связи придана такая конфигурация, что при нормальных режимах работы захватывающие звенья связи не нагружены, что исключает излишний износ. Кроме того, отсутствуют свободные звенья связи, которые могли бы вибрировать, тем самым уменьшается износ компонентов.
Указанные выше аспекты изобретения и многие свойственные ему преимущества поясняются приведенным ниже подробным описанием, иллюстрируемым чертежами, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - вид сбоку в поперечном сечении обычного двигателя самолета, прикрепленного к пилону под крылом самолета посредством рамы для подвески двигателя, выполненной согласно настоящему изобретению;
фиг. 2 - вид сзади отказобезопасной рамы для подвески двигателя, выполненной согласно настоящему изобретению, при наблюдении вперед относительно самолета;
фиг. 3 - таблица координат /точек/ подсоединения для одного реального варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 4 - вид сбоку в поперечном сечении по линии 4-4 на фиг. 2;
фиг. 5 - вид в изометрии второго звена связи, выполненного согласно настоящему изобретению;
фиг. 6 - схематичное представление отказобезопасной хвостовой рамы для подвески двигателя согласно фиг. 2 в нормальном режиме работы;
фиг. 7 - схематичное представление отказобезопасной хвостовой рамы для подвески двигателя согласно фиг. 2, иллюстрирующее состояние отказа первого звена связи;
фиг. 8 - схематичное представление отказобезопасной хвостовой рамы для подвески двигателя согласно фиг. 2, иллюстрирующее состояние отказа третьего звена связи;
фиг. 9 - схематичное представление отказобезопасной хвостовой рамы для подвески двигателя согласно фиг. 2, иллюстрирующее состояние отказа четвертого звена связи.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
На фиг. 1 представлен вид сбоку в поперечном сечении обычного реактивного двигателя 11 самолета, закрепленного посредством пилона 17, расположенного под крылом 15 самолета. Двигатель крепится к пилону 17 посредством рамы для подвески 19, выполненной согласно настоящему изобретению. Более конкретно, рама 19 крепится к хвостовой части двигателя 11 вблизи от охлаждающего коллектора 21. При этом рама для подвески 19, изображенная на фиг. 1, представляет собой хвостовую раму для подвески двигателя.
Хотя на фиг. 1 представлена хвостовая рама для подвески двигателя, понятно, что рамы для подвески двигателя, выполненные согласно изобретению, могут быть использованы в различных местах, предназначенных для монтажа двигателей. Например, они могут быть использованы в качестве передней или хвостовой рамы, либо как той, так и другой рам. Они могут быть использованы для крепления двигателя либо под крылом, либо к хвостовой части самолета. Фиг. 1 приведена в качестве иллюстрации, не налагая никаких ограничений. При этом приведенное ниже описание конкретной рамы для подвески двигателя, предназначенной для использования в положении, показанном на фиг. 1, также следует рассматривать, как носящее иллюстративный характер и не налагающее каких-либо ограничений. Точное местоположение, выбранное для использования рамы для подвески двигателя, выполненной согласно настоящему изобретению, может потребовать изменения размеров компонентов рамы для конкретного случая ее применения. Эти изменения будут зависеть от различных факторов, известных специалистам в данной области техники, например от размеров двигателя, ожидаемых нагрузок, соображений аэродинамики и т.д.
Для того чтобы облегчить понимание изобретения, терминология приводимого ниже описания относится к конкретным местам компонентов рамы для подвески двигателя, связанных с ориентацией, согласно чертежам. Терминология и иллюстрирующие изобретение чертежи не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение только подкрыловыми хвостовыми рамами для подвески.
На фиг. 2 представлен вид сзади отказобезопасной рамы 19 для подвески двигателя, выполненной согласно настоящему изобретению и пригодной для ее использования так, как показано на фиг. 1. Это представление соответствует виду, открывающемуся наблюдателю, стоящему позади двигателя 11. Рама 19 для подвески двигателя включает в себя верхний крепежный узел 31 и четыре звена 45, 47, 53, 59 связи. Верхний узел 31 крепится к пилону 17 (показан на фиг. 1) или какой-то иной опорной конструкции самолета. Звенья связи располагаются таким образом, чтобы соединять пять точек соединения 39a, 39b, 39c, 39d, 39e со звеньями на верхнем крепежном узле 31 с пятью точками соединения 75a, 75b, 75c, 75d, 75e со звеньями связи на полосе 73 скоб, прикрепленной к кожуху 71 двигателя. Крепление звеньев 45, 47, 53, 59 связи к верхнему крепежному узлу 31 и к кожуху 71 двигателя в различных местах соединения выполняются посредством использования соединений палец-скоба (показано на фиг. 4). Эти соединения обычно включают в себя две стойки скобы, внутри которых звено удерживается пальцем. В процессе работы звенья 45, 47, 53, 59 связи несут на себе вертикальные и горизонтальные нагрузки, создаваемые двигателем 11. Если звено выходит из строя, то остальные звенья связи располагаются таким образом, чтобы полностью воспринять нагрузки, ранее переносимые вышедшим из строя звеном связи. В качестве материала верхнего крепежного узла 31, звеньев 45, 47, 53, 59 связи, пальцев 43 и скоб 41 предпочтительно выбран "инконель" или титан.
Более конкретно, верхний крепежный узел 31 имеет монтажную платформу 33, образованную вдоль верхней поверхности для крепления рамы 19 для подвески двигателя к пилону 17. Монтажная платформа 33 имеет множество отверстий (не показаны) для размещения болтовых средств крепления (не показаны), которые крепят платформу к пилону 17. Болты передают вертикальные нагрузки, переносимые хвостовой рамой 19 для подвески двигателя, к пилону 17. Монтажная платформа 33 также включает в себя одну или более расточки (не показаны), предназначенные для захождения в них устройств в виде срезных пальцев (не показаны), которые также крепят платформу к пилону 17. Устройство в виде срезного пальца передает боковые нагрузки, несомые кормовой опорой 19 двигателя, к пилону 17.
Верхний крепежный узел 31 дополнительно включает в себя участок нервюр, находящийся под монтажной платформой. Этот участок включает в себя конструктивно усиленные зоны или нервюры 35, которые несут на себе нагрузки, создаваемые двигателем между монтажной платформой 33 и звеньями 45, 47, 53, 59 связи. Нервюры 35 пересекают друг друга в множестве узлов 37 для управления уравновешиванием векторов сил, создаваемых нагрузками от двигателя. Использовано достаточное число нервюр 35 для обеспечения того, чтобы каждый узел 37 удерживался во многих направлениях. Поскольку нагрузки от двигателя передаются главным образом вдоль нервюр 35, зоны между ними могут быть заглубленными, чтобы уменьшить вес верхнего крепежного узла 31. Высота участка нервюр предпочтительно составляет значительную часть общей высоты хвостовой рамы 19 для подвески двигателя и, следовательно, занимает значительную часть пространства между пилоном 17 и кожухом 71 двигателя. Пространство достаточно для того, чтобы при необходимости обеспечить возможность установки изолятора вибрации двигателя.
Вдоль верхнего края участка нервюр располагаются пять верхних точек соединения: одна 39a для первого звена 45, две 39b, 39c для второго звена 47, одна 39d для третьего звена 53 и одна 39e для четвертого звена 59 связи. Пять верхних точек соединений 39a, 39b, 39c, 39d, 39e находятся в общей плоскости, лежащей поперечно к продольной оси 13 двигателя 11. Как лучше всего показано на фиг. 4, каждая верхняя точка соединения включает в себя скобу 41 с отверстиями 44a, 44b под палец, расточенными через каждую из двух стоек 42a, 42b скобы. Один конец каждого из звеньев 45, 47, 53, 59 связи располагается между стойками 42a, 42b скобы и удерживается в надлежащем месте посредством пальца 43, который проходит через отверстие 44a в одной из стоек 42a скобы, через отверстие 61 в конце звена и через отверстие 44b в другой стойке 42b скобы. Ниже это устройство описано более подробно.
Как показано на фиг. 2, контур нижнего края верхнего крепежного узла 31 предпочтительно определяется соединением нижних дуг, образованных вокруг каждого отверстия в скобе под палец, с простыми кривыми. Нижние дуги образованы посредством вращения радиуса, исходящего из центра каждого отверстия под палец, большего, чем радиус этого отверстия. Необходимо обеспечить надлежащую структуру стоек 42a, 42b скоб вокруг каждого из отверстий 44a, 44b под палец для выдерживания ожидаемых нагрузок. Скобы 41 выполняются посредством механической обработки предпочтительно из инконеля или титана, причем им придается такая форма, чтобы концы звеньев 45, 47, 53, 59 связи легко заходили в соответствующие скобы 41 в течение всех фаз полета. Необходимо также обеспечить, чтобы имелось адекватное пространство для звеньев как в течение нормальных режимов работы, так и при отказе звеньев, что обсуждается ниже.
Как показано на фиг. 2, полоса 73 со скобами располагается вдоль радиального верхнего края кожуха 71 двигателя. Полоса 73 со скобами лежит в плоскости, в целом поперечной к продольной оси 13 двигателя 11, обычно в соответствии с плоскостью, образованной верхними местами соединения. Полоса 73 со скобами содержит пять нижних точек соединения: одна 75a для первого звена 45, одна 75b для второго звена 47, две 75c, 75d для третьего звена 53 и одна 75e для четвертого звена 59. Каждая нижняя точка соединения 75a, 75b, 75c, 75d, 75e включает в себя скобу 41 с отверстиями 44a, 44b, расточенными через каждую из стоек 42c, 42b скобы (как показано на фиг. 4). Каждый из других концов звеньев 45, 47, 53, 59 связи располагается между стойками 42a, 42b скобы и удерживается в надлежащем месте посредством введения пальцев 43 через обе стойки 42a, 42b взаимосвязанных с ними скоб и через отверстие 61 в конце звена. Наружный контур полосы 73 со скобами определяется соединением нижних дуг, образованных вокруг каждого отверстия в скобе под палец, с простыми кривыми. Нижние дуги образуются посредством вращения радиуса, исходящего из центра каждого отверстия 44a, 44b под палец, большего, чем радиус отверстия. Следует обеспечить надлежащую структуру вокруг каждого из отверстий 44a, 44b под палец, так чтобы она могла нести ожидаемую нагрузку.
В приведенном ниже описании четырех звеньев 45, 47, 53, 59 связи конкретизируются три основных аспекта этих звеньев. Первый аспект касается общей формы и местоположения звеньев по отношению к верхнему крепежному узлу 31 и к кожуху 71 двигателя. Второй аспект касается соединений типа палец-скоба, предназначенных для крепления звеньев к верхнему крепежному узлу 31 и к кожуху 71 двигателя. Третий аспект касается работы звеньев связи в нормальном режиме и в случае их отказа.
Четыре звена 45, 47, 53, 59 связи устанавливаются вблизи друг от друга в общей плоскости, лежащей поперечно продольной оси 13 двигателя 11. Первое звено 45 связи располагается с левой стороны хвостовой рамы 19 для подвески двигателя с незначительным отклонением по углу от вертикали по часовой стрелке, как показано на фиг. 2. Первое звено 45 связи по существу выполнено прямым и повернуто в наружном направлении от одного конца верхнего устройства 31. Первое звено 45 связи содержит верхнее и нижнее отверстия, по одному с каждого конца звена 45 связи. Верхнее отверстие первого звена 45 связи соединено с верхним крепежным узлом 31 в первой верхней точке соединения 39a ранее описанным способом посредством пальца и скобы. Более подробно описание соединений в виде пальцев и скоб приведено ниже. Нижнее отверстие первого звена 45 связи соединено с кожухом 71 двигателя в первой нижней точке соединения 75a, при этом вновь используется соединение описанного выше типа, состоящее из пальца и скобы.
Второе звено 47 связи имеет форму лапы собаки и включает в себя первое плечо 49 и второе плечо 51. Плечи 49 и 51 в целом имеют одну и ту же длину и образуют тупой угол, несколько больший 90o. Предусмотрены три отверстия звеньев связи, при этом одно из них находится на пересечении двух плеч 49, 51 и по одному у каждого из наружных концов плеч. Отверстие в наружном конце первого плеча 49 соединяется с кожухом 71 двигателя у второй нижней точки соединения 75b, которое расположено внутри от первой нижней точки соединения 75a. Отверстие на пересечении двух плеч 49,51 соединено с верхним крепежным узлом 31 у второй верхней точки соединения 39b, которая расположена внутри от первой верхней точки соединения 39a. Отверстие в наружном конце второго плеча 51 соединено с верхним крепежным узлом 31 у третьей верхней точки соединения 39c, которое расположено внутри от второй верхней точки соединения 35b. Все соединения второго звена связи представляют собой соединения типа палец-скоба, которые описаны выше.
Третье звено 53 связи также имеет форму лапы собаки и включает в себя первое плечо 55 и второе плечо 57. Плечи 55, 57 обычно имеют одну и ту же длину и образуют тупой угол, приблизительно составляющий 150o. Созданы три отверстия звеньев: одно у пересечения двух плеч 55, 57 и по одному у каждого из наружных концов плеч. Отверстие в наружном конце первого плеча 55 соединено с кожухом 71 двигателя у третьей нижней точки соединения 75c, которая расположена вовнутрь от второй нижней точки соединения 75b. Отверстие в месте пересечения двух плеч 55, 57 соединено с верхним крепежным узлом 31 в четвертой верхней точке соединения 39d, которая расположена между третьей верхней точкой соединения 39c и пятой верхней точкой соединения 39e. Отверстие в наружном конце второго плеча 57 соединено с кожухом 71 двигателя у четвертой нижней точки соединения 75d, которая расположена между третьей нижней точкой соединения 75c и пятой нижней точкой соединения 75e. Все из трех соединений звеньев связи представляют собой соединения типа палец- скоба, которые описаны выше.
Четвертое звено 59 связи расположено с правой стороны от хвостовой рамы 19 подвески двигателя с незначительным угловым отклонением от вертикали в направлении против часовой стрелки, как показано на фиг. 2. Четвертое звено 59 связи отклоняется в наружном направлении от другого конца верхнего крепежного узла 31. Пятое звено связи по существу выполнено прямым и содержит верхнее и нижнее отверстия, по одному у каждого конца звена 59 связи. Верхнее отверстие четвертого звена 59 связи соединено с верхним крепежным узлом 31 у пятой верхней точки соединения 39е. Нижнее отверстие четвертого звена связи соединено с кожухом 71 в пятой нижней точке соединения 75е, что касается местоположений, то первая, вторая и третья верхние и нижние точки соединения 39а, 39в, 39е, 75а, 75в и 75е и четвертая и пятая верхние и нижние точки соединения 39d, 39, 75d и 75е лежат с противоположных сторон вертикальной плоскости 40, делящей пополам плоскость, в которой лежит верхний крепежный узел 31.
Один из конкретных вариантов связанных друг с другом точек верхнего и нижнего соединений на монтажной опоре, образованной согласно настоящему изобретению, описан в таблице, приведенной на фиг. 3. Величины, указанные на фиг. 3, используются в случае подкрыловой хвостовой рамы для подвески двигателя Pratt & WhitneyTM PW 4084, которая применяется (но не ограничена только этим применением) на Боинге 777. Для специалистов в этой области техники понятно, что в этом конкретном варианте осуществления могут иметь место незначительные вибрации, если настоящее изобретение предназначено для использования с иным двигателем, чем подкрыловой двигатель Pratt & WhitneyTM PW 4084. На фиг. 2 показана система координат по x и у с центром в первой нижней точке соединения 75a. Точки, указанные на фиг. 3, будут изменяться в зависимости от использования конкретного двигателя, для которого использована рама подвески, выполненная согласно настоящему изобретению.
Приведенное ниже описание состоящего из пальца и скобы соединения первого плеча 49 второго звена 47 связи иллюстрирует собой все соединения, состоящие из пальцев и скоб, как для верхних, так и нижних точек соединения. Отмечены исключения. На фиг. 4 представлен боковой вид в поперечном сечении первого плеча 49 второго звена 47 связи, причем сечение взято по линии 4-4 на фиг. 2. Соединение во второй верхней точке соединения 39b, состоящее из пальца и скобы, содержит две ранее описанных стойки 42а, 42b скобы, внутри которых один конец второго звена 47 связи удерживается пальцем 43. Палец 43 проходит через круглое отверстие 44a, расположенное в одной из стоек 42a скобы, через отверстие 61 в конце второго звена 47 связи и круглое отверстие 44b, расположенное в другой стойке 42b скобы. Соединение второй нижней точки соединения, состоящее из пальца и скобы, имеет такую же конфигурацию.
На фиг. 5 представлен вид в изометрии второго звена 47 связи, причем он иллюстрирует тот факт, что отверстие 61 каждого звена включает в себя сферический подшипник 63. Сферический подшипник содержит шарик 65 и кольцо 67. Кольцо 67 крепится к отверстию 61 звена посредством губы 69.
Шарик 65 располагается в кольце 67 и включает в себя отверстие 68, проходящее по его центру. Пальцы 43 скоб проходят через отверстия 68 шариков подшипников. Сферические подшипники 63 обеспечивают возможность перемещения звеньев в продольном и поперечном направлениях по отношению к самолету, но не по вертикали.
Как показано на фиг. 4, в отверстиях 44a, 44b под пальцы, расположенные в стойках 42a, 42b скоб, находятся втулки 91. Втулки 91 проходят от шариков 65 подшипников к наружной поверхности скоб 41. Втулки 91 уменьшают вибрацию звена и пальцев скоб. Стойкам 42a, 42b скоб, шарику 65, кольцу 67 и втулке 91 во всех скобчатых узлах приданы такие размеры, чтобы они точно соответствовали друг другу.
Пальцы 43 скоб включают в себя головку 93, расположенную на одном конце, и резьбовую нарезку 95, расположенную на другом конце. При введении пальца 43 в стойки 42a, 42b скобы, поскольку он имеет достаточный размер по длине, обеспечивается возможность прохождения его резьбовой части 95 за выступ стойки 42a, 42b. К резьбовому концу пальца 43 скобы крепятся концевой колпачок 97 и гайка 99, жестко закрепляя палец 43 в скобе 41.
В одном из реальных вариантов осуществления настоящего изобретения диаметр пальца 43 скобы и диаметр отверстия 68 подшипника фактически одни и те же для скоб 41 во всех верхних точках соединений 39a, 39b, 39c, 39d, 39e и в первой, третьей и пятой нижних точках соединения 75a, 75c, 75e. Во второй и четвертой нижних точках соединения 75b, 75d диаметр отверстия 68 шарика подшипников несколько больше радиуса пальца 43 скобы. В этом варианте осуществления изобретения диаметральный зазор между пальцем 43 скобы и отверстием 68 шарика подшипника второго нижнего места соединения 75b составляет приблизительно 0,25 дюйма (6,35 мм). Диаметральный зазор между пальцем 43 и отверстием 68 шарика подшипника в четвертом нижнем месте соединения 75d составляет приблизительно 0,40 дюйма (10,16 мм). Как более подробно обсуждено ниже, диаметральный зазор гарантирует, что звенья связи будут плавать вокруг пальца скобы и в течение нормального режима работы не будут контактировать с пальцем. Очевидно, что эти размеры приведены в качестве примера, поскольку для других реальных вариантов осуществления изобретения лучшими могут быть иные размеры.
Все отверстия 61 звеньев выполнены круглыми и образованы вокруг оси, нормальной к наружной поверхности каждого из звеньев 45, 47, 53, 59 связи. Отверстиям 61 звеньев приданы такие размеры, чтобы они плотно соприкасались с кольцом 67 подшипника, которое сконструировано таким образом, чтобы плотно устанавливалось вокруг шарика 65. Звенья связи располагаются внутри скоб 41 под небольшим наклоном. Точная величина наклона будет зависеть от ожидаемой величины перемещения в конкретной точке соединения вследствие термического расширения в течение полета. Даже хотя звенья 45, 47, 53, 59 связи могут быть наклонены на иной угол на этапе крейсерской фазы полета, перемещение двигателя 11 заставит все звенья связи занять в основном вертикальную ориентацию и выравниваться в поперечном направлении по отношению к продольной оси 13 двигателя 11.
На фиг. 6 представлен схематический вид отказобезопасной хвостовой рамы 19 для подвески двигателя, выполненной согласно фиг. 2, показывающий положение звеньев 45, 47, 53, 59 связи в нормальных режимах работы. Как показано на фиг. 5, звенья 45, 47, 53, 59 связи и пальцы 43 скоб имеют такие размеры и расположены внутри хвостовой рамы 19 для подвески двигателя таким образом, что при нормальных условиях нагружения первое и четвертое звенья 45, 59 связи несут на себе фактически все вертикальные нагрузки, первое плечо 55 третьего звена 53 связи несет фактически все горизонтальные нагрузки, второе звено 47 связи не несет нагрузку, причем второе плечо 57 третьего звена 53 связи также не несет нагрузку. Второе плечо 51 второго звена 47 связи никогда не несет никакой нагрузки, но используется во всех режимах работы для стабилизации первого плеча 49 второго звена 47 связи и для предотвращения вибрации второго звена 47 связи.
Верхние и нижние точки соединения показаны на фиг. 6 пунктиром в центре каждой из окружностей. Пунктирные линии также указывают центр основной оси пальца 43 скобы. Один круг окружает все верхние точки соединений 39a, 39b, 39c, 39d, 39e и первую, третью и пятую нижние точки соединения 75a, 75c, 75e, указывая на то, что палец 43 скобы и отверстие 68 шарика подшипника в этой точке соединения имеют такие размеры, чтобы плотно соприкасаться друг с другом, что описано выше. Во второй и четвертой нижних точках соединения 75b, 75d имеются два круга, а это указывает на то, что диаметр отверстия шарика подшипника больше радиуса пальца скобы. Больший круг характеризует отверстие 68 шарика подшипника, а меньший круг характеризует диаметр пальца 43 скобы. Линии 77, соединяющие точки соединения звеньев 45, 47, 53, 59 связи, прямые и показывают, что нагружение между двумя точками соединения следует через звено связи по прямому пути. Поэтому звено связи не подвергается действию изгибающего усилия и таким образом отсутствуют условия для его поломки.
На фиг. 7 представлен схематический вид хвостовой рамы 19 для подвески двигателя, показанной на фиг. 2, иллюстрирующий положение второго, третьего и четвертого звеньев 47, 53, 59 связи при выходе из строя первого звена 45 связи. Если первое звено 45 связи выходит из строя, то шарик 65 подшипника первого плеча 49 второго звена 47 связи будет принудительно приведен в соприкосновение с пальцем 43 в скобчатом соединении второй точки соединения 75b (как показано на фиг. 7). Это позволяет второму звену 47 связи действовать совместно с остающимися третьим и четвертым звеньями 53, 59 связи для восприятия нагрузки, ранее переносимой вышедшим из строя первым звеном 45 связи. Палец 43 скобочного соединения в четвертой нижней точке соединения 75d перемещается ближе к отверстию 68 шарика подшипника во втором плече 57 третьего звена 53 связи (как показано на фиг. 7). Однако соединение не создается. Второе плечо 57 третьего звена 53 связи при выходе из строя первого звена 45 связи не несет никаких нагрузок.
На фиг. 8 представлен схематический вид хвостовой рамы 19 для подвески двигателя, соответствующей фиг. 2, показывающий положение первого, второго и четвертого звеньев 45, 47, 59 связи при условии выхода из строя третьего звена 53 связи. (В обсуждении случая поломки второго звена 47 связи нет необходимости, поскольку второе звено 47 связи обычно не несет нагрузку). Если из строя выходит третье звено 53 связи, то шарик 65 подшипника первого плеча 49 второго звена 47 связи вновь будет принудительно приведен в соприкосновение с пальцем 43 скобочного соединения второй нижней точки соединения 75b. Второе звено 47 связи снова действует совместно с остающимся первым и четвертым звеньями 45, 49 связи для восприятия нагрузок, ранее воспринимаемых вышедшим из строя третьим звеном 53 связи.
На фиг. 9 представлен схематический вид хвостовой рамы 19 для подвески двигателя, соответствующей фиг. 2, показывающий положение первого, второго и третьего звеньев 45, 47, 53 связи при условии выхода из строя четвертого звена 59 связи. Если четвертое звено 59 связи выходит из строя, то шарик 65 подшипника второго плеча 57 третьего звена 53 связи будет принудительно приведен в соприкосновение с пальцем 43 скобочного соединения четвертой точки соединения 75d. Это позволяет третьему звену 53 связи действовать совместно с остающимися первым и вторым звеньями 45, 47 связи для восприятия нагрузок, ранее воспринимаемый вышедшим из строя четвертым звеном 59 связи. Палец 43 скобочного соединения во второй нижней точке соединения 75b перемещается ближе к отверстию 68 шарика подшипника в первом плече 49 второго звена 47 связи. Однако соединение не выполняется. Первое плечо 49 второго звена 47 связи при выходе из строя четвертого звена 59 связи не несет каких-либо нагрузок.
Хотя описан и проиллюстрирован предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, очевидно, что без отклонения от сущности и объема изобретения в нем могут быть выполнены различные изменения.
Надписи в таблице на фиг. 3:
1 - места соединений;
2 - координата по оси X;
3 - координата по оси Y;
4 - первое верхнее;
5 - второе верхнее;
6 - третье верхнее;
7 - четвертое верхнее;
8 - пятое верхнее;
9 - первое нижнее;
10 - второе нижнее;
11 - третье нижнее;
12 - четвертое нижнее;
13 - пятое нижнее.
Изобретение относится к рамам для подвески двигателей, в частности к отказобезопасной раме для крепления реактивного двигателя на самолете. Отказобезопасная рама 19 включает в себя первое звено 45, второе звено 47, третье звено 53, четвертое звено 59, пять точек соединения 39a, 39b, 39c, 39d, 39е со звеньями связи на верхнем крепежном узле 31 и пять точек соединения 75а, 75b, 75с, 75d, 75е на полосе скоб 73 кожуха 71 двигателя. Верхний крепежный узел 31 включает в себя конструктивно усиленные нервюры 35, которые пересекаются для формирования конструктивных узлов 37. При нормальном режиме работы звенья 45, 47, 53, 59 несут на себе вертикальные и горизонтальные нагрузки, создаваемые двигателем с осью 40. При выходе из строя одного из звеньев остальные будут совместно друг с другом обеспечивать восприятие всех нагрузок. Такое выполнение рамы позволяет адекватно выдерживать нагрузку в случае отказа звеньев. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.
| US 5303880 A, 19.04.1994 | |||
| US 4997145 A, 05.03.1991 | |||
| US 5275352 A, 04.01.1994 | |||
| US 5351930 A, 04.10.1994 | |||
| ШУЛЬЖЕНКО M.H | |||
| Конструкция самолетов, изд | |||
| Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
| Устройство станционной централизации и блокировочной сигнализации | 1915 |
|
SU1971A1 |
| Судно | 1918 |
|
SU352A1 |
