ОСЕСИММЕТРИЧНОЕ СВЕРХЗВУКОВОЕ РЕАКТИВНОЕ СОПЛО С ИЗМЕНЕНИЕМ ОРИЕНТАЦИИ С ПОМОЩЬЮ УПРАВЛЯЕМОГО КОЛЬЦА Российский патент 2002 года по МПК F02K1/12 

Изобретение относится к реактивному соплу турбореактивного двигателя.

В частности, в нем идет речь об осесимметричном сверхзвуковом реактивном сопле, у которого расходящаяся часть, следующая за сходящейся частью, способна изменять ориентацию по отношению к оси турбореактивного двигателя, причем эта расходящаяся часть содержит множество расходящихся створок, шарнирно закрепленных в передней части на задних концах сходящихся створок и шарнирно закрепленных в задней части на рычагах, связанных с кольцом изменения вектора тяги, осевое перемещение и поворот которого осуществляются под действием нескольких подъемников, закрепленных на неподвижной конструкции, причем направляющие средства используются для направления кольца изменения вектора тяги при его перемещении относительно неподвижной конструкции.

Сопло изменяемой ориентации обеспечивают боевым самолетам дополнительную маневренность и наилучшую управляемость по углам тангажа и рыскания. В ряде конструкций все сверхзвуковое реактивное сопло монтируют на сферическом элементе с использованием шарового шарнира. В других, более легких конструкциях, только расходящаяся часть сопла монтируется подвижной с использованием кольца изменения вектора тяги.

В патенте FR-A-2645593 описано реактивное сопло, в котором кольцо для изменения вектора тяги, приводимое в действие с помощью трех подъемников, отстоящих друг от друга на 120^o, закрепляется на конструкции с использованием трех, расположенных вдоль оси и отстоящих друг от друга на 120^o, стрежней, способных скользить в держателях, закрепленных на неподвижной конструкции. Стержни соединяются с кольцом через шаровые цапфы. Если длина направляющих для подшипников скольжения недостаточна, то радиально направленные силы, воздействующие на конец стержня, приводят к возникновению поворачивающего момента, способного привести к заклиниванию стержня в процессе его перемещения.

В патенте WO 92/03649 в конструкции кольца для изменения вектора тяги предусмотрены три радиально направленные стержня, отстоящие друг от друга по окружности на 120^o вокруг оси и кольца, и они скользят в расположенных по оси прорезях, выполненных между парами параллельно расположенных направляющих, закрепленных на неподвижной конструкции, и средние плоскости которых пересекаются вдоль оси турбореактивного двигателя. При таком расположении центр кольца для изменения вектора тяги, определяемый как точка пересечения осей стержней в идеальном случае располагается точно на оси турбореактивного двигателя. Однако возникновение радиально направленных моментов сил в связях между стержнями под действием сил давления может создать в процессе отклонения газовой струи нежелательные силы трения. В этом документе приведено описание технического решения, которое следует рассматривать как прототип настоящего изобретения.

Одной из целей настоящего изобретения является создание конструкции направляющей кольца изменения вектора тяги с использованием трех рельсов, причем кольцо может двигаться вдоль оси, но без риска заклинивания.

Эта цель достигается за счет того, что направляющие средства кольца для изменения вектора тяги содержат три осевых прорези, которые выполнены соответственно на лапках, закрепленных на неподвижной конструкции, и средние плоскости которых пересекаются вдоль оси турбореактивного двигателя, при этом боковые стенки, ограничивающие эти прорези, служат направляющими для трех шаровых роликов, заделанных в направленные по радиусу и закрепленные на кольце для изменения вектора тяги стержни, расположенные друг от друга на одинаковом расстоянии.

Таким образом, центры роликов располагаются в плоскостях, проходящих через середины прорезей, и восприятие осевой результирующей дифференциальных сил давления, возникающих вследствие отклонения газовой струи, происходит по касательной к точкам контакта между шаровыми роликами и боковыми стенками прорезей, что исключает возникновение направленных по радиусу паразитных моментов.

Преимуществом устройства является то, что управляющие подъемники связаны с кольцом изменения вектора тяги и с неподвижной конструкцией при помощи шаровых шарниров. Таким образом, восприятие направленной по касательной составляющей дифференциальных сил давления не оказывает никакого влияния на управляющие подъемники.

Желательно, чтобы направленные по радиусу стержни располагались внутри кольца изменения вектора тяги.

Для распределения тангенциально направленных сил на наибольшую опорную поверхность каждый шаровой ролик предпочтительно монтируется в соответствующей прорези с использованием первого ползуна, способного передвигаться по оси вдоль боковых стенок этой прорези, и второго ползуна, способного двигаться в радиальном направлении по первому ползуну, причем указанный ролик имеет сферический контакт с этим втором ползуном.

В предпочтительном варианте реализации первый ползун имеет направленное по радиусу отверстие, в котором скользит второй ползун.

Другие преимущества и особенности изобретения можно установить при чтении нижеследующего описания в сопровождении фигур, среди которых:
- на фиг.1 показан разрез по осевой плоскости осесимметричного сверхзвукового поворотного реактивного сопла по изобретению, причем это сопло находится в открытом положении и без отклонения реактивной струи;
- фиг.2 подобна фиг.1 и представляет реактивное сопло в закрытом положении при отклонении реактивной струи вниз;
- фиг.3 показывает в большом масштабе разрез направляющих средств кольца изменения вектора тяги согласно первому варианту реализации изобретения;
- фиг.4 представляет в большом масштабе разрез направляющих средств кольца изменения вектора тяги согласно второму варианту реализации изобретения;
- фиг.5 дает разрез кольца изменения вектора тяги и направляющих средств в плоскости, перпендикулярной оси кольца изменения вектора тяги.

На фиг.1 и 2 показано осесимметричное сверхзвуковое поворотное реактивное сопло, расположенное по потоку позади кольцевого картера 2 с осью X, ограничивающего фарсажную камеру 3, расположенную позади турбины турбореактивного двигателя с осью X.

В состав сопла 1 входит первый набор сходящихся створок, шарнирно связанных с задним концом картера 2 с помощью шарниров 5, причем на выходе эти створки определяют площадь поперечного сечения А8 горловины сопла 1.

Задние концы сходящихся створок 4 шарнирно связаны с помощью универсальных сочленений 6 с передними концами расходящихся створок.

Сходящиеся створки 4 состоят из чередующихся управляемых сходящихся створок, и ведомых ими пассивных сходящихся створок. Управляемые сходящиеся створки 4 на своей внешней поверхности оборудованы дорожками с кулачками 8, по которым могут катиться ролики 9, размещенные на управляемом кольце 10 с осью X, причем кольцо может передвигаться параллельно оси Х под воздействием нескольких подъемников 11, передние части которых закреплены на картере 2, а штоки 12 двигаются одновременно и так, чтобы изменить площадь поперечного сечения А8 в зависимости от фазы полета самолета, оборудованного реактивным соплом 1. Подъемник 11 связан с картером 2 при помощи рычагов 13 и 14, которые позволяют воспринимать толкающие усилия. Штоки 12 подъемников 11 связаны с управляющим кольцом 10 через шаровые цапфы 15.

Расходящиеся створки 7 также содержат несколько управляемых расходящихся створок и несколько ведомых расходящихся створок, вставленных между управляемыми створками. Управляемые расходящиеся створки шарнирно связаны с соответствующими управляемыми сходящимися створками при помощи универсальных сочленений 6, которые обеспечивают подвижность как по радиусу, так и по касательной.

Расходящиеся створки 7 связаны с кольцом изменения вектора тяги 20 через рычаги 21, шарнирно связанные своими передними концами с кольцом изменения направления тяги 20 в точке 22 и шарнирно закрепленные своим задним концом на заднем конце 23 расходящихся створок через соединение 24. Рычаги 21 могут быть интегрированы во внешние холодные створки 25, расположенные в продолжение обтекателя турбореактивного двигателя.

Кольцо изменения вектора тяги 20 приводится в движение с помощью по меньшей мере трех подъемников управления 30, расположенных равномерно по окружности вокруг оси Х и соединенных своими передними концами с картером 2 при помощи рычагов 31 и 32, которые воспринимают толкающие усилия от подъемников 30. Штоки 33 подъемников 30 связаны с кольцом изменения вектора тяги 20 через шаровые цапфы 34. Желательно, чтобы связь между подъемниками 30 и рычагами 31 и 32 также осуществлялась через шаровые цапфы 35.

На внутренней стороне кольца изменения вектора тяги 20 находятся три расположенных по радиусу стержня 40, отстоящие друг от друга на угол 120^o. Каждый стержень 40 имеет ролик 41 с шаровой внешней поверхностью.

Каждый ролик 41 служит для взаимодействия с направляющими средствами 42, соединенными с картером 2, как это показано на фиг.3 и 4.

Направляющие средства 42 содержат для каждого ролика 41 лапку 43, соединенную с кольцевым фланцем 44а, расположенным на заднем конце картера 2. Лапка 43 проходит в направлении назад по потоку и располагается параллельно оси Х в пространстве между кольцом управления 10 и кольцом изменения вектора тяги 20. В лапке 43 имеется осевая прорезь 44, ограниченная двумя параллельно расположенными боковыми стенками 45, находящимися с одной и с другой стороны от средней плоскости, включающей ось Х турбореактивного двигателя.

В первом варианте реализации изобретения, представленном на фиг.3, расстояние между двумя параллельными стенками 45 практически равно диаметру ролика 41 и ролик 41 располагается в прорези 44. Сферическая часть ролика 41 обеспечивает любое поступательное перемещение центра ролика 41 в средней плоскости прорези 44 и одновременно обеспечивает вращение кольца изменения вектора тяги 20 в необходимых пределах вокруг центра ролика 41.

Во втором варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.4, расстояние между двумя параллельными боковыми стенками 45, которые определяют прорезь 43, превышает диаметр шарового ролика 41. Первый ползун 46 монтируется на лапке так, чтобы иметь возможность свободно скользить вдоль стенок 45 в прорези 43.

В этом первом ползуне 46 выполнено отверстие 47 некруглого сечения и с геометрической осью, перпендикулярной оси X, и в этом отверстии располагается второй ползун 48, способный передвигаться в радиальном направлении. Шаровой ролик 41 имеет сферический контакт со вторым ползуном 48. Радиальное перемещение шарового ролика 41 вызывает перемещение в радиальном направлении второго ползуна 48 по отношению к первому ползуну 46. Осевое смещение шарового ролика 41 вызывает осевое перемещение первого ползуна 46 в прорези 44.

Идентичное перемещение штоков 33 трех управляющих подъемников 30 вызывает поступательное перемещение кольца изменения вектора тяги 20 параллельно оси X, причем три ролика 41 удерживаются в прорезях 44 лапок 43, а их центры А, В и С располагаются в секущих плоскостях вдоль оси Х и образуют углы в 120^o между собой. Расстояния между центрами А, В и С роликов 41 всегда остаются постоянными.

Дифференциальное перемещение штоков 33 трех управляющих подъемников 30 приводит к повороту кольца изменения вектора тяги 20 по отношению к оси X. Но так как ролики 41 удерживаются в прорезях 44, то существует только одно положение для кольца изменения вектора тяги 20 по отношению к картеру 2. Поворот кольца изменения вектора тяги 20 вызывает перемещение расходящихся створок 7 и изменение площади поперечного сечения А9 выхода расходящейся части реактивного сопла 1, что приводит к отклонению выбрасываемой газовой струи и к различию в величинах давления на внутренние стенки расходящихся створок 7. Составляющая этих сил давления воспринимается тангенциально стенками 45, ограничивающими прорези 44.

В осесимметричном сверхзвуковом реактивном сопле турбореактивного двигателя, способном изменять направление вектора тяги с помощью управляемого кольца, направляющие средства кольца изменения вектора тяги содержат три расположенные по оси прорези, выполненные соответственно в лапках, закрепленных на картере, и средние плоскости которых пересекаются вдоль оси турбореактивного двигателя. Боковые стенки этих прорезей служат направляющими трех шаровых роликов, закрепленных на направленных по радиусу стержнях, соединенных с кольцом изменения вектора тяги и расположенных на равных расстояниях друг от друга. Предложенное изобретение позволяет создать конструкцию направляющей кольца изменения вектора тяги с использованием трех рельсов, причем кольцо может двигаться вдоль оси, но без риска заклинивания. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Осесимметричное сверхзвуковое реактивное сопло турбореактивного двигателя, в котором расходящаяся часть, расположенная позади сходящейся части, является поворотной по отношению к оси Х турбореактивного двигателя, причем эта расходящаяся часть содержит несколько расходящихся створок (7), шарнирно связанных своими передними концами с задними концами сходящихся створок (3) и шарнирно связанных сзади по потоку с рычагами (21), соединенными с кольцом изменения вектора тяги (20), осевое перемещение и поворот которого вызываются несколькими подъемниками (30), закрепленными на картере (2), и для направления кольца изменения вектора тяги (20) относительно картера (2) в процессе его перемещения используются направляющие средства (42), отличающееся тем, что направляющие средства (42) кольца изменения вектора тяги (20) содержат три расположенные по оси прорези (44), выполненные соответственно в лапках (43), закрепленных на картере (2), и средние плоскости которых пересекаются вдоль оси Х турбореактивного двигателя, а боковые стенки (45) этих прорезей служат направляющими трех шаровых роликов (41), закрепленных на направленных по радиусу стержнях (40), соединенных с кольцом изменения вектора тяги (20) и расположенных на равных расстояниях друг от друга. 2. Реактивное сопло по п. 1, отличающееся тем, что число управляемых подъемников (30) также, как и направляющих средств (42), равно трем. 3. Реактивное сопло по одному из п. 1 или 2, отличающееся тем, что управляющие подъемники (30) связаны с кольцом изменения вектора тяги и с картером (2) с помощью шаровых цапф (34, 35). 4. Реактивное сопло по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что направленные по радиусу стержни (40) расположены внутри кольца изменения вектора тяги (20). 5. Реактивное сопло по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что каждый шаровой ролик (41) монтируется в соответствующей прорези (44) с использованием первого ползуна (46), способного передвигаться в осевом направлении вдоль боковых стенок (45) этих прорезей (44), и второго ползуна (48), способного двигаться по радиусу в первом ползуне (46), причем ролик (41) имеет сферический контакт с этим вторым ползуном. 6. Реактивное сопло по п. 5, отличающееся тем, что первый ползун (46) имеет направленное по радиусу отверстие (47), в котором скользит второй ползун (48).