СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ВЫХЛОПНОГО СОПЛА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ С РАСШИРЕННЫМ ЦЕНТРАЛЬНЫМ ТЕЛОМ Российский патент 2003 года по МПК F02K1/78 

Изобретение относится к системам охлаждения забортным воздухом выхлопных устройств турбореактивных двигателей, а в более узком назначении - к охлаждению выхлопного сопла с расширенным центральным телом (РЦТ) турбореактивного двигателя, снижающему ИК-излучение.

Снижение уровня ИК-излучения сопла необходимо для устранения возможности обнаружения самолета с помощью системы наведения (Авиация. Энциклопедия/ Гл. ред. Г.П.Свищев. М.: Большая Российская энциклопедия, 1994, стр. 255-256).

Система разработана для модернизации самолетов с расположением двигателей в мотогондолах по бокам фюзеляжа, имеющих съемные хвостовые коки мотогондол, закрывающие выхлопные сопла двигателя.

Известны системы охлаждения, содержащие кольцевые сборники воздуха (называемые также ресиверами или воздухоприемниками, или коллекторами), находящиеся внутри или вокруг двигателя, предназначенные для перераспределения потока охлаждающего воздуха и имеющие отверстия для эжекции воздуха в целях охлаждения частей сопла или газовой струи.

В частности известно устройство для подавления ИК-излучения (патент США 3981143), которое содержит находящийся между кожухом выхлопного канала сопла и центральным телом воздухоприемник кольцевой формы для приема воздушного потока из отсека с окружающим воздухом и последующей передачи его через выпускные отверстия в горячий выхлопной поток. Устройство обеспечивает охлаждение части кожуха выхлопного канала сопла и стенок центрального тела. Такая конструкция неприемлема для модернизации уже имеющегося самолета.

В системах подавления ИК излучения газотурбинного двигателя (патент США 3921906, кл. 239/127.3; патент США 4002024, кл. 60/262) предусмотрены три местонахождения кольцевых воздухоприемников. Один из них (п.1 формулы патента 4002024) представляет собой кольцевую полость, образованную конструктивными элементами двигателя, расположенными внутри гондолы самолета, и обшивкой гондолы. Воздух в нем охлаждает элементы гондолы, а затем выбрасывается в газовую струю. Другое коллекторное кольцо (п.2, там же) предназначено для направления потока в газовую струю из нагнетателя и имеет кольцевую выходную щель. Третье коллекторное кольцо (п.3, там же) располагается у начала двигателя. Хотя эти системы подавления ИК-излучения газотурбинного двигателя и являются съемными, использование таких решений для имеющихся агрегатов невозможно.

Наиболее близким к предлагаемому решению является решение с расположением кольцевого ресивера (воздухоприемника) внутри гондолы вокруг двигателя, упомянутое выше (п.1 формулы патента 4002024).

Однако при установлении кольцевого ресивера (воздухоприемника) на выхлопное сопло находящегося в мотогондоле двигателя либо теряется возможность съема хвостового кока, либо требуется существенное увеличение размера съемного хвостового кока со значительным подмятием фюзеляжа в районе ресивера. Также сложно при такой конструкции обеспечить подвижность соединения входного патрубка ресивера с воздухозаборником, установленным на мотогондоле, так как при этом необходимо компенсировать значительные тепловые перемещения сопла с ресивером относительно воздухозаборника.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка для модернизации самолета системы охлаждения выхлопного сопла турбореактивного двигателя с РЦТ, которая может быть размещена с обеспечением съемности хвостового кока мотогондолы и без подмятия фюзеляжа и обеспечивает свободное взаимное перемещение элементов двигателя и предложенной системы при тепловом перемещении сопла двигателя.

Задача решается с помощью системы охлаждения выхлопного сопла реактивного двигателя с расширенным центральным телом (РТЦ), которая содержит кольцевой ресивер и воздухозаборники для подачи забортного воздуха в ресивер, отличающейся тем, что ресивер встроен в хвостовой кок мотогондолы, а внутренняя обечайка ресивера имеет отверстия для подачи воздуха к входным отверстиям полых стоек сопла и далее в РТЦ, причем между упомянутыми отверстиями обечайки и упомянутыми входными отверстиями полых стоек сопла имеются зазоры.

Для повышения эффективности забора воздуха воздухозаборники расположены в разных зонах.

Входные отверстия стоек сопла обрамлены отбортовками для более эффективного использования воздуха.

Для устранения необходимости подмятия фюзеляжа упомянутый ресивер имеет разрыв со стороны фюзеляжа, а в профилях, ограничивающих ресивер в месте его разрыва, имеются отверстия для подачи воздуха к тем входным отверстиям полых стоек сопла, которые находятся в зоне разрыва ресивера.

Предлагаемое исполнение обеспечивает эффективное охлаждение сопла двигателя с расширенным центральным телом, не требуя при своем внедрении сложной доработки фюзеляжа, и позволяет без затруднений производить монтаж-демонтаж хвостового кока мотогондолы при замене двигателя и других работах, а также обеспечивает свободное тепловое перемещение сопла.

Крепление ресивера к хвостовому коку мотогондолы, а не к элементам двигателя (как делалось в известных решениях), позволяет при модернизации оставить уже имеющийся хвостовой кок и сохранить его съемность. При этом воздухозаборники могут быть жестко закреплены относительно ресивера, а возможность теплового перемещения сопла относительно ресивера обеспечивается благодаря зазорам между отверстиями обечайки ресивера и входными отверстиями полых стоек сопла.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 и 2 показана описываемая система охлаждения сопла с РЦТ с элементами системы и съемного кока, причем фиг.1 соответствует виду слева на левый борт, а фиг.2 - виду правого борта против полета.

Предлагаемая система размещается вокруг выхлопного сопла (1) реактивного двигателя с расширенным центральным телом внутри мотогондолы (2). Система содержит ресивер (3), встроенный в съемный хвостовой кок (4), находящийся в задней части мотогондолы (2).

Система имеет также воздухозаборники (5) и (6), предназначенные для подачи воздуха в ресивер (3). Для повышения эффективности подачи воздуха при различных режимах полета воздухозаборники (5) и (6) желательно расположить в разных зонах - по возможности удалить друг от друга.

Ресивер (3) имеет внутреннюю обечайку (7) с отверстиями (8), расположенными так, что воздух из них может проходить во входные отверстия (9) стоек сопла (1) (на фиг.1 и 2 показан вариант с двенадцатью входными отверстиями (9)) и далее в РТЦ сопла (1).

Ресивер (3) закреплен именно на хвостовом коке (4), и сопло (1) может перемещаться относительно ресивера (3). Для компенсации перемещений, вызываемых тепловым расширением, между отверстиями (8) обечайки (7) и входными отверстиями (9) полых стенок сопла (1) имеются зазоры (10). Величина зазоров (10) должна позволять скомпенсировать любые возможные тепловые перемещения сопла (1) относительно ресивера (3). В частном случае она составляет примерно 20 мм. При этом воздухозаборники (5) и (6) закреплены, как и ресивер, на хвостовом коке (4).

Так как систему охлаждения надо разместить внутри уже имеющейся мотогондолы (2), а в некоторых конструкциях самолетных двигателей сопло (1) имеет РЦТ и почти прилегает к фюзеляжу, ресивер (3) имеет разрыв со стороны фюзеляжа. При этом в профилях (11), ограничивающих ресивер (3) в месте его разрыва, имеются отверстия (12) для подачи воздуха к тем входным отверстиям (9) полых стоек сопла (1), для которых соответствующие отверстия (8) во внутренней обечайке (7) ресивера (3) отсутствуют, т.к. попадают в зону разрыва ресивера (на фиг.1 и 2 - к одному отверстию, расположенному на горизонтальной оси со стороны фюзеляжа).

Входные отверстия (9) стоек сопла (1) для большей эффективности рассматриваемой системы обрамлены отбортовками (13), не позволяющими растекаться подводимому охлаждающему воздуху. Отверстия (9) на горизонтальной оси сопла (1) могут не иметь отбортовок в связи с недостатком пространства, вызванным близостью фюзеляжа или стенки мотогондолы.

Система работает следующим образом.

Забортный охлаждающий воздух захватывается воздухозаборниками (5) и (6) и поступает в ресивер (3). Затем воздух проходит через отверстия (8) во внутренней обечайке (7) ресивера (3) и попадает во входные отверстия (9) полых стоек сопла (1). При этом используется эффект эжекции воздуха внутренней полости РЦТ сопла (1) через выводной патрубок РЦТ (патрубок не показан), расположенный по центру сопла (1) в зоне его заднего среза, что обеспечивает эффективный забор охлаждающего воздуха через входные отверстия (9) стоек сопла (1).

К расположенному на горизонтальной оси сопла (1) со стороны фюзеляжа отверстию (9) воздух подводится через отверстия (12) в профилях (11). Это насыщает воздухом зону указанной стойки сопла (1), компенсируя часть воздуха внешнего охлаждения сопла (1), забираемого через указанное отверстие (9) на охлаждение РЦТ и не допуская обеднения внешнего потока охлаждения сопла (1).

Охлаждение стоек сопла (1) и РЦТ приводит к снижению его ИК-излучения.

Система охлаждения выхлопного сопла реактивного двигателя с расширенным центральным телом содержит кольцевой ресивер и воздухозаборники для подачи забортного воздуха в ресивер. Ресивер встроен в хвостовой кок мотогондолы. Внутренняя обечайка ресивера имеет отверстия для подачи воздуха к входным отверстиям полых стоек сопла и далее в расширенное центральное тело. Между упомянутыми отверстиями обечайки и упомянутыми входными отверстиями полых стоек сопла имеются зазоры. Изобретение обеспечивает эффективное охлаждение и свободное тепловое перемещение сопла, не требуя при своем внедрении изменения фюзеляжа, и позволяет легко производить монтаж-демонтаж хвостового кока гондолы. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Система охлаждения выхлопного сопла реактивного двигателя с расширенным центральным телом (РТЦ), которая содержит кольцевой ресивер и воздухозаборники для подачи забортного воздуха в ресивер, отличающаяся тем, что ресивер встроен в хвостовой кок мотогондолы, а внутренняя обечайка ресивера имеет отверстия для подачи воздуха к входным отверстиям полых стоек сопла и далее в РТЦ, причем между упомянутыми отверстиями обечайки и упомянутыми входными отверстиями полых стоек сопла имеются зазоры. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что воздухозаборники расположены в разных зонах. 3. Система по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что упомянутые входные отверстия стоек сопла обрамлены отбортовками для более эффективного использования воздуха. 4. Система по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что упомянутый ресивер имеет разрыв со стороны фюзеляжа, а в профилях, ограничивающих ресивер в месте его разрыва, имеются отверстия для подачи воздуха к тем входным отверстиям полых стоек сопла, которые находятся в зоне разрыва ресивера.