ВОЗДУХОЗАБОРНИК С УСТРОЙСТВОМ ЗАЩИТЫ СЕТОЧНОГО ТИПА Российский патент 2003 года по МПК B64D33/02 F02C7/05 

Изобретение относится к воздухозаборникам воздушно-реактивных двигателей силовых установок самолетов и может быть использовано в авиастроении.

Известны входные устройства воздушно-реактивных двигателей с устройством защиты от попадания посторонних предметов в виде защитной сетки на входе в двигатель (Штода А. В. , Алешенко С.П. и др. Конструкция авиационных газотурбинных двигателей. Воениздат. М.: 1961 г., с. 32).

Недостатком указанного устройства являются большие потери полного давления воздуха на защитной сетке и вследствие этого уменьшение коэффициента полезного действия силовой установки.

Известен регулируемый воздухозаборник прямоугольного сечения, оснащенный выпускаемой сеткой от попадания в двигатель посторонних предметов на взлетно-посадочных режимах. Механизация данного воздухозаборника включает подвижные панели регулируемого клина (связанные между собой переднюю и заднюю подвижные панели) и створки подпитки на нижней поверхности (Фомин А., Михеев А. , Ратников К. Су-27. (Авиационная серия "Красный Флаг"). Гончаръ, Poligon, Книги для моделистов. М.: 1992 г., с. 11, прототип).

Недостатком этого устройства являются большие потери полного давления воздуха в воздухозаборнике и, следовательно, тяги двигателя. Тяга двигателя является определяющим фактором для величины взлетной дистанции самолета. Кроме этого, большие газодинамические нагрузки, действующие на сетку, требуют значительных усилий на ее выпуск и уборку. Этот фактор определяет высокую массу элементов привода, управляющих гидравлических цилиндров защитной сетки и элементов, обеспечивающих прочность и жесткость защитной сетки.

Задачей настоящего изобретения является разработка воздухозаборника с устройством защиты сеточного типа, позволяющего предотвратить попадание посторонних предметов в газовоздушный тракт двигателя, с обеспечением приемлемого уровня потерь полного давления воздуха в воздухозаборнике и потерь тяги двигателя на режимах с выпущенным устройством защиты от попадания посторонних предметов сеточного типа.

Для решения этой задачи у воздухозаборника, содержащего корпус, управляемые панели, гидравлические цилиндры управления панелями, окна дополнительного впуска воздуха со створками (створки подпитки), защитный экран сеточного типа, гидравлические цилиндры управления защитным экраном сеточного типа, защитный экран сеточного типа состоит из двух установленных последовательно вдоль канала воздухозаборника защитных сеток, при этом ближняя к входу воздухозаборника защитная сетка в выпущенном положении перекрывает верхнюю по отношению к поверхности земли часть канала воздухозаборника и расположена под углом к набегающему потоку таким образом, что ее ось вращения расположена ближе к входу воздухозаборника, чем ее передняя кромка, вторая защитная сетка в выпущенном положении перекрывает нижнюю по отношению к поверхности земли часть канала воздухозаборника и расположена под углом против набегающего потока таким образом, что ее передняя кромка расположена ближе к входу воздухозаборника, чем ее ось вращения.

Указанное положение элементов защитного устройства объясняется тем, что на взлетно-посадочных режимах и при работе силовой установки на месте (при опробовании двигателей) основной причиной попадания посторонних предметов в газовоздушный тракт двигателя является их засасывание с поверхности аэродрома. Эта причина является основной при отсутствии возможности подброса посторонних предметов на вход в воздухозаборник другими элементами планера самолета, например, расположенными впереди колесами передней опоры шасси. Мощность засасывания зависит от интенсивности вихреобразования на входе в воздухозаборник и высоты расположения воздухозаборника над поверхностью аэродрома.

Ближняя к входу воздухозаборника защитная сетка, перекрывающая верхнюю по отношению к поверхности земли часть канала воздухозаборника, направляет основную массу всасываемого воздуха в нижнюю часть воздухозаборника. Далее воздушный поток направляется на вторую сетку, перекрывающую нижнюю по отношению к поверхности земли часть канала воздухозаборника. Указанное геометрическое воздействие на поток всасываемого воздуха обеспечивает снижение вероятности попадания посторонних предметов в осевом направлении. За счет инерционных сил, возникающих при искривлении траектории воздушного потока, посторонние предметы могут быть отброшены в периферийную (нижнюю) часть воздухозаборника и далее через окна дополнительного впуска воздуха могут быть удалены из газовоздушного тракта силовой установки или удержаны элементами воздухозаборника до момента уборки защитной сетки.

Для осуществления указанного воздействия на воздушный поток, а также соблюдения равенства потребного и располагаемого расходов воздуха через двигатель достаточно обеспечить условие, при котором суммарная площадь отверстий на ближней к входу воздухозаборника защитной сетке меньше суммарной площади отверстий второй защитные сетки. При этом часть воздуха будет дросселироваться (терять кинетическую и потенциальную энергию) на отверстиях защитных сеток, а часть потока направляться в нижнюю, открытую часть воздухозаборника и направляться далее по газовоздушному тракту.

При малой относительной площади отверстий на экране сеточного типа в выпущенном положении возможен значительный перепад давления воздуха по причине его глубокого дросселирования на отверстиях защитной сетки. Этот перепад давления может привести к отрывам потока на сопряженной со свободным воздушным каналом нижней части ближней к входу воздухозаборника защитной сетки и верхней части второй защитной сетки, также граничащей со свободным воздушным каналом. Отрыв потока приводит к дополнительным потерям полного давления воздуха и может вызвать недопустимое снижение запаса газодинамической устойчивости воздухозаборника и осевого компрессора двигателя.

Для ликвидации этого явления достаточно на ближней к входу воздухозаборника защитной сетке увеличивать площадь отверстий по мере удаления от оси вращения в направлении ее нижней кромки, а на второй защитной сетке увеличивать площадь отверстий по мере удаления от оси вращения в направлении ее верхней кромки. Такое исполнение защитного экрана позволит уменьшить перепад давления и, следовательно, вероятность отрывов потока с кромок сеток.

Возможен иной вид конструктивного исполнения второй защитной сетки защитного экрана. При этом одно из окон дополнительного впуска воздуха расположено непосредственно к оси поворота второй защитной сетки ближе к входу воздухозаборника, при этом на нижней части второй защитной сетки площадь отверстий уменьшается по мере удаления от оси вращения в направлении ее центральной части, а на верхней части второй защитной сетки площадь отверстий увеличивается по мере удаления от центральной части в направлении ее верхней (свободной) кромки.

Указанный закон распределения площади отверстий второй защитной сетки совместно с размещением одного из окон дополнительного впуска воздуха непосредственно к оси поворота второй защитной сетки ближе к входу воздухозаборника позволит организовать течение воздуха таким образом, что случайно попавшие посторонние предметы будут направлены в область между нижней обечайкой воздухозаборника и фронтальной поверхностью второй защитной сетки. Далее посторонние предметы удаляются из газовоздушного тракта силовой установки через одно из окон дополнительного впуска воздуха, расположенного непосредственно к оси поворота второй защитной сетки ближе к входу воздухозаборника. В другом случае посторонние предметы, попавшие в вышеуказанную область, могут задерживаться там некоторое время и далее удаляться наружу.

Увеличение площади отверстий верхней части второй защитной сетки по мере удаления от центральной части в сторону верхней (свободной) кромки объясняется стремлением обеспечить ликвидацию срыва потока воздуха, проходящего через отверстия сетки.

Окна дополнительного впуска воздуха используются для поддержания потребного для воздушно-реактивного двигателя расхода воздуха при работе силовой установки на малых скоростях движения самолета.

На чертеже изображена схема воздухозаборника.

Воздухозаборник содержит корпус 1, управляемые панели клина (переднюю панель 2, заднюю панель 3, компенсирующий кронштейн 4), гидравлический цилиндр управления панелями 5, окна дополнительного впуска воздуха 6, защитный экран сеточного типа, состоящий из двух сеток (ближняя к входу воздухозаборника защитная сетка 7, которая в выпущенном положении перекрывает верхнюю по отношению к поверхности земли часть канала воздухозаборника, и вторая защитная сетка 8, которая в выпущенном положении перекрывает нижнюю по отношению к поверхности земли часть канала воздухозаборника), гидравлические цилиндры управления защитным экраном сеточного типа 9, 10.

Воздухозаборник работает следующим образом.

При работе силовой установки на полетных режимах защитная сетка 7 находится в убранном положении на поверхности передней панели 2, а защитная сетка 8 находится в убранном положении на нижней поверхности воздухозаборного канала 11. Гидравлические цилиндры управления защитными сетками 9 и 10 находятся на гидравлическом или механическом замке. При необходимости с передней панели 2 через отверстия ближней к входу воздухозаборника защитной сетки 7 и совпадающие с ней отверстия в передней панели 2 осуществляется слив пограничного слоя. Управление положением передней панели 2 и ближней к входу воздухозаборника защитной сетки 7, задней панелью 3 и компенсирующим кронштейном 4 обеспечивается гидроцилиндром управления панелями 5. Воздухозаборник работает в расчетном режиме.

При работе силовой установки на взлетно-посадочных режимах, при рулении самолета, при опробовании двигателей передняя панель 2 и задняя панель 3 находятся в убранном положении, что обеспечивает максимально возможную площадь воздушного канала воздухозаборника. Ближняя к входу воздухозаборника защитная сетка 7, зафиксированная с помощью гидроцилиндра 9, находится в выпущенном положении и перекрывает верхнюю по отношению к поверхности земли часть канала воздухозаборника. Вторая защитная сетка 8, зафиксированная с помощью гидроцилиндра 10, находится в выпущенном положении и перекрывает нижнюю по отношению к поверхности земли часть канала воздухозаборника. Окна дополнительного впуска воздуха 6 открыты.

Воздух на вход в двигатель поступает через незащищенную сеточной поверхностью ближней к входу воздухозаборника защитной сеткой 7 нижнюю часть площади воздушного канала и через закрытую сеточной поверхностью защитной сетки 7 верхнюю площадь воздушного канала. Далее, двигаясь по каналу воздухозаборника, воздух проходит через незащищенную сеточной поверхностью защитной сеткой 8 верхнюю часть площади воздушного канала и через закрытую сеточной поверхностью защитной сетки 8 нижнюю площадь воздушного канала. Дополнительно также осуществляется засасывание воздуха через окна дополнительного впуска воздуха 6.

Наличие последовательно установленных сеток 7 и 8, перекрывающих соответственно верхнюю или нижнюю части канала воздухозаборника, приводит к искривлению струи всасываемого воздуха и, соответственно, траектории посторонних предметов (частиц) и направлению части всасываемого воздуха в область между нижней поверхностью воздухозаборника 11 и фронтальной поверхностью защитной сетки 8.

Наличие свободных пространств канала воздухозаборника, не защищенных защитными сетками 7 и 8, обеспечивает снижение потерь полного давления воздуха в воздухозаборнике и прирост тяги силовой установки при взлете самолета.

Для устранения возможности отрыва потока с нижней кромки защитной сетки 7 и верхней кромки защитной сетки 8 вследствие дросселирования воздуха в отверстиях площадь отверстий в защитной сетке 7 увеличивается по мере удаления от оси вращения в направлении ее нижней кромки, на защитной сетке 8 площадь отверстий увеличивается по мере удаления от оси вращения в направлении ее верхней кромки.

В другом случае конструктивного исполнения защитной сетки 8 на нижней части этой защитной сетки применяется уменьшение площади отверстий по мере удаления от оси вращения в направлении ее центральной части, а на верхней части сетки площадь отверстий увеличивается по мере удаления от центральной части в направлении ее верхней (свободной) кромки. При этом случайно попавшие посторонние предметы будут направлены в область между нижней поверхностью воздухозаборника 11 и фронтальной поверхностью защитной сетки 8. Далее посторонние предметы удаляются из газовоздушного тракта силовой установки через одно из окон дополнительного впуска воздуха 6, расположенное непосредственно к оси поворота второй защитной сетки ближе к входу воздухозаборника. Также посторонние предметы, попавшие в вышеуказанную область, могут задерживаться некоторое время в районе между кромками окна дополнительного впуска воздуха 6 и далее удаляться наружу.

Увеличение площади отверстий верхней части защитной сетки 8 по мере удаления от центральной части в сторону верхней (свободной) кромки объясняется стремлением обеспечить ликвидацию срыва потока воздуха, проходящего через отверстия сетки за счет снижения степени дросселирования воздуха.

Дополнительный эффект при реализации данного изобретения состоит в следующем. При перекрытии защитным экраном сеточного типа всей площади воздушного канала в определенных неблагоприятных условиях (большие перепады температуры при наличии дождевых и снеговых осадков) на режимах посадки, при рулении или опробовании двигателя возможно обледенение сетки с последующим выходом воздухозаборника и двигателя на нерасчетные режимы работы и повреждение элементов турбокомпрессорного контура льдом. Предлагаемая конструкция воздухозаборника при отложении льда на защитных сетках 7 и 8 вследствие наличия свободных, незащищенных сетками пространств и окон дополнительного впуска воздуха 6 обеспечит меньшее увеличение потерь полного давления воздуха в воздухозаборнике и двигателе, а также меньшее изменение режима работы силовой установки.

Уменьшение относительной площади воздушного канала воздухозаборника, перекрываемой защитными сетками 7, 8, обеспечивает относительное снижение газодинамических нагрузок на защитные сетки, детали крепления и элементы гидравлического привода (гидравлические цилиндры управления защитными сетками 9, 10). Этим обеспечивается снижение массы воздухозаборника и самолета в целом.

Изобретение относится к области авиации. Воздухозаборник содержит корпус, управляемые панели, гидравлические цилиндры управления панелями, окна дополнительного впуска воздуха со створками, защитный экран сеточного типа. Защитный экран сеточного типа состоит из двух установленных последовательно вдоль канала воздухозаборника защитных сеток. Ближняя к входу воздухозаборника защитная сетка установлена так, что в выпущенном положении перекрывает верхнюю по отношению к поверхности земли часть канала воздухозаборника. Вторая защитная сетка установлена так, что в выпущенном положении перекрывает нижнюю по отношению к поверхности земли часть канала воздухозаборника. Суммарная площадь отверстий на ближней к входу воздухозаборника сетке меньше суммарной площади отверстий второй сетки. Задачей изобретения является разработка воздухозаборника с устройством защиты сеточного типа от попадания посторонних предметов. Технический результат - снижение вероятности попадания посторонних предметов в газовоздушный тракт двигателя. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Воздухозаборник с устройством защиты сеточного типа, содержащий корпус, управляемые панели, гидравлические цилиндры управления панелями, окна дополнительного впуска воздуха со створками, защитный экран сеточного типа, гидравлические цилиндры управления защитным экраном сеточного типа, отличающийся тем, что защитный экран сеточного типа состоит из двух установленных последовательно вдоль канала воздухозаборника сеток, при этом ближняя к входу воздухозаборника сетка в выпущенном положении перекрывает верхнюю по отношению к поверхности земли часть канала воздухозаборника и расположена под углом к набегающему потоку таким образом, что ее ось вращения расположена ближе к входу воздухозаборника, чем ее передняя кромка, вторая сетка в выпущенном положении перекрывает нижнюю по отношению к поверхности земли часть канала воздухозаборника и расположена под углом против набегающего потока таким образом, что ее передняя кромка расположена ближе к входу воздухозаборника, чем ее ось вращения. 2. Воздухозаборник с устройством защиты сеточного типа по п. 1, отличающийся тем, что суммарная площадь отверстий на ближней к входу воздухозаборника сетке меньше суммарной площади отверстий второй сетки. 3. Воздухозаборник с устройством защиты сеточного типа по п. 1, отличающийся тем, что на ближней к входу воздухозаборника сетке площадь отверстий увеличивается по мере удаления от оси вращения в направлении ее нижней кромки, а на второй сетке площадь отверстий увеличивается по мере удаления от оси вращения в направлении ее верхней кромки. 4. Воздухозаборник с устройством защиты сеточного типа по п. 1, отличающийся тем, что одно из окон дополнительного впуска воздуха расположено непосредственно к оси поворота второй сетки ближе к входу воздухозаборника, при этом на нижней части второй сетки площадь отверстий уменьшается по мере удаления от оси вращения в направлении ее центральной части, а на верхней части второй сетки площадь отверстий увеличивается по мере удаления от центральной части в направлении ее верхней (свободной) кромки.