СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2004 года по МПК B64D41/00 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к силовым установкам летательных аппаратов, в части обеспечения энергетикой бортовых систем в аварийной ситуации, связанной с остановом двигателя (двигателей), в полете, а также повышения надежности и безопасности полета и эксплуатационной технологичности летательного аппарата. Особенно актуально данное изобретение для проектируемых ЛА, имеющих особенности аэродинамических схем и двухконтурных двигателей, заключающееся в невозможности обеспечить устойчивый полет при отказе системы управления, что имеет место при останове двигателя и быстром снижении оборотов авторотации ниже уровня, обеспечивающего работу гидросистемы ЛА и запуск двигателя в воздухе.

За прототип предложения принята схема силовой установки с вспомогательной силовой установкой истребителя F-16 (см. фиг.1).

В силовую установку с ВСУ самолета F-16 входят:
1 - двигатель, 2 - коробка приводных агрегатов (КПА), 3 - турбостартер, 4 - гидронасос, 5 - генератор, 6 - основная гидравлическая магистраль, 7 - обратный клапан, 8 - основная шина подачи электропитания к системам ЛА, 9 - аварийная вспомогательная силовая установка (АВСУ), 10 - аварийный генератор, 11 - аварийный гидронасос, 12 - аварийная гидравлическая магистраль, 13 - аварийная шина подачи электропитания к системам ЛА, 14 - приводная турбина АВСУ, 15 - газогенератор, 16 - магистраль подвода рабочего тела к турбине АВСУ, 17 - линия подвода сжатого воздуха от компрессора двигателя к турбине АВСУ, 18 - топливный бак, 19 - баллон со сжатым газом (см. F-16 А МЕ83-СТ-189, ЦИАМ).

Названная силовая установка с АВСУ самолета F-16 работает следующим образом:
С помощью турбостартера 3 осуществляется наземный запуск двигателя 1. В полете при останове двигателя и падении оборотов авторотации ниже критического уровня включается в работу АВСУ 9 и обеспечивает работу гидравлической и электрической систем ЛА. Время работы АВСУ ограничивается запасом топлива в топливном баке 18 для газогенератора 15 и составляет 10 мин, что обеспечивает катапультирование летчика в случае незапуска двигателя 1.

При отказе генератора 5 включается подача сжатого воздуха от компрессора двигателя 1 по линии 17 к турбине 14 АВСУ, обеспечивая энергоснабжение ЛА от аварийного генератора 10. Аварийный насос 11 при этом отключается.

Рассмотренная силовая установка с АВСУ имеет ряд существенных недостатков:
- отсутствует наземный режим энергоузла, что обеспечивает проверку систем и работу системы кондиционирования без использования двигателя или наземного оборудования;
- ограничено время работы АВСУ;
- отсутствует подкрутка двигателя в полете для обеспечения его запуска в воздухе.

Предлагаемая силовая установка с группой ВСУ не имеет указанных недостатков, обладает высокой надежностью работы, имеет расширенные функции, что обеспечивает:
- безопасность полетов в аварийной ситуации при останове двигателя;
- комфортность в кабине экипажа при наземных проверках систем в режиме энергоузла, рулежках и планировании в условиях жаркого климата;
- повышение эксплуатационной технологичности ЛА.

Цель изобретения - повышение надежности ЛА при аварийной ситуации, связанной с остановкой двигателя, а также увеличение выполняемых функций группой ВСУ для расширения эксплуатационных возможностей ЛА.

Эта цель достигается введением в силовую установку АВСУ с газогенератором твердого топлива и ВСУ - генератора сжатого воздуха, определенным образом взаимодействующих друг с другом, а также с турбиной, установленной на коробке приводных агрегатов двигателя, с помощью газовоздуховодов, что создает многочисленные комбинации вспомогательных силовых систем: газогенератор - турбина, которые способны решать все функциональные задачи силовой установки.

На фиг.2 представлена схема силовой установка с группой ВСУ.

В силовую установку входят:
1 - двигатель; 2 - коробка приводных агрегатов (КПА); 3 - турбина, установленная на КПА; 4 - гидронасос; 5 - генератор; 6 - основная гидравлическая магистраль, 7 - обратный клапан; 8 - основная шина подачи электропитания к системам ЛА; 9 - аварийная вспомогательная установка; 10 - аварийный генератор; 11 - аварийный гидронасос; 12 - аварийная гидравлическая магистраль; 13 - аварийная шина подачи электропитания к системам ЛА; 14 - турбина; 15 - газогенератор твердого топлива; 16 - линия подачи рабочего тела от генератора к турбине аварийной ВСУ; 17 - линия подвода сжатого воздуха от двигателя 1 к турбине 14 АВСУ 9; 18 - ВСУ-генератор сжатого воздуха; 19 - служебный компрессор ВСУ; 20 - линия подачи сжатого воздуха от служебного компрессора 19 к турбине 14 аварийной ВСУ 9; 21 - линия подвода рабочего тела к турбине 14 АВСУ; 22 - резервный газогенератор твердого топлива; 23 - дополнительный газогенератор твердого топлива; 24 - линия подвода рабочего тела к турбине 3, установленной на КПА; 25 - линия отбора воздуха от служебного компрессора 19 в систему кондиционирования ЛА; 26 - клапан подачи сжатого воздуха; 27 - линия подвода сжатого воздуха от служебного компрессора 19 к турбине 3, установленной на коробке приводных агрегатов 2; 28 - клапан подачи сжатого воздуха; 29 - клапан подачи сжатого воздуха; 30 - электрический переключатель режима энергоузла.

Работа предлагаемой силовой установки с группой ВСУ
С помощью ВСУ 18 осуществляется запуск двигателя 1 на земле подачей сжатого воздуха от служебного компрессора 19 по линии 27 к турбине 3, установленной на КПА 2 при открытом клапане 28.

ВСУ 18 работает на земле в режиме энергоузла и осуществляет подачу сжатого воздуха от служебного компрессора 19 на турбину 3, установленную на КПА 2 при включении электромеханического преключателя 30, обеспечивающего работу только самолетных агрегатов, установленных на КПА 2. При этом часть сжатого воздуха через клапан 26 может направляться в систему кондиционирования кабины для охлаждения отсеков оборудования по линии 25 при проведении наземных проверок оборудования. Отбор сжатого воздуха от служебного компрессора 19 по линии 25 при включенной ВСУ 18 может производиться в систему кондиционирования ЛА на рулежке, планировании в условиях жаркого климата, для поддержания комфортных условий для экипажа ЛА.

При останове двигателя в воздухе на любой высоте полета, при падении давления в гидросистеме ЛА ниже P_гидр= 160 кг/см² выдается команде, на включение аварийной вспомогательной силовой установки (АВСУ) 9. Включается газогенератор твердого топлива 15, рабочее тело поддается на турбину 14 АВСУ и приводит в действие аварийный гидронасос 11 и аварийный генератор 10. Запуск АВСУ 9 происходит в течение 1...2 с.

При работающей АВСУ 9 летчик может выполнить планирующий спуск ЛА до Н= 10 км. На Н=10 км происходит запуск ВСУ 18 и сжатый воздух от служебного компрессора 19 подается на турбину 14 АВСУ 9 к моменту окончания работы газогенератора твердого топлива 15 по магистрали 20.

Дальнейший управляемый спуск ЛА происходит при работе АВСУ 9 на сжатом воздухе, подаваемом служебным компрессором 19 ВСУ 18.

На любой высоте при планировании в случае необходимости может быть включена подкрутка двигателя 1 для осуществления его запуска от дополнительного газогенератора твердого топлива 23 через линию подачи 24 рабочего тела на турбину 3, установленную на КПА 2 двигателя 1.

Повторная подкрутка двигателя 1 в полете может быть осуществлена и путем подачи сжатого воздуха от служебного компрессора 19 работающей ВСУ 18 по линии 27 на турбину 3 при открытом клапане 28.

При такой схеме взаимодействия элементов группы ВСУ обеспечивается управляемый планирующей спуск ЛА на дальность, равную произведению высоты на качество крыла: L=Н•К, где Н - высота полета, на которой произошел останов двигателя; К - аэродинамическое качество крыла ЛА на режиме полета при М<1 (К~10).

Благодаря отсутствию ограничений по времени работы АВСУ 9 летчик может осуществлять запуск двигателя в воздухе или при незапуске двигателя осуществить вынужденную посадку с остановленным двигателем.

В случае отказа ВСУ 18 предусмотрена установка резервного генератора твердого топлива 22, который обеспечит работу АВСУ 9 в течение 2 мин для создания условий для катапультирования летчика.

Таким образом, предлагаемая силовая установка летательного аппарата обеспечивает:
- запуск двигателя на земле и в воздухе с помощью воздуховодов и ВСУ-генератора сжатого воздуха;
- работу ВСУ в режиме энергоузла на земле;
- работу системы кондиционирования ЛА в условиях режима энергоузла на рулежках и планировании в условиях жаркого климата с помощью воздуховодов и ВСУ-генератора сжатого воздуха;
- планирование и выполнение вынужденной посадки ЛА с неработающим двигателем с помощью АВСУ;
- дублирование работы ВСУ-генератора сжатого воздуха в случае ее отказа путем введения резервного газогенератора на твердом топливе.

Введение указанных газовоздухопроводов, резервного и дополнительного ГГТТ, связанных между собой указанным способом, образуют в дополнение к собственно АВСУ и ВСУ следующие четыре варианта комбинаций ВСУ:
- ГГТТ 22 - турбина 14;
- ГГТТ 22 - турбина 3;
- вспомогательный компрессор 19 - турбина 14;
- вспомогательный компрессор 19 - турбина 3.

Группа ВСУ обеспечивает все указанные в тексте необходимые функции силовой установки.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к силовым установкам летательных аппаратов (ЛА) с группой вспомогательных силовых установок (ВСУ) для перспективных самолетов-истребителей с двухконтурными двигателями. В группу ВСУ включены вспомогательная силовая установка - газогенератор сжатого воздуха (ВСУ ГСВ), созданная на базе газотурбинного двигателя; аварийная вспомогательная установка, состоящая из турбины, редуктора и установленных на нем аварийных гидронасоса и генератора и работающая на газогенераторе твердого топлива, а также на сжатом воздухе, отбираемом от ВСУ ГСВ; дополнительный и резервный газогенераторы твердого топлива, коробка приводных агрегатов основного двигателя с установленной на ней приводной турбиной. Изобретение позволяет повысить надежность ЛА при аварийной ситуации, связанной с остановкой двигателя, а также увеличить выполняемые функции группой ВСУ для расширения эксплуатационных возможностей ЛА. 2 ил.

Силовая установка летательного аппарата (ЛА), содержащая основной двигатель с коробкой приводных агрегатов и установленной на ней турбиной, автономную группу вспомогательных силовых установок (ВСУ) со служебным компрессором, газогенератором твердого топлива, магистралями газовоздуховодов, с управляющими клапанами, линиями передачи гидравлической и электрической энергии к системам ЛА, отличающаяся тем, что в нее введены аварийная вспомогательная силовая установка (АВСУ), способная работать от газогенератора твердого топлива, а после его выработки - от сжатого воздуха, отбираемого от служебного компрессора ВСУ; трубопровод линии связи служебного компрессора ВСУ с турбиной АВСУ; резервный газогенератор твердого топлива, связанный трубопроводом линии связи с турбиной АВСУ; дополнительный газогенератор твердого топлива, связанный газоводом линии связи с турбиной коробки приводных агрегатов; воздухопровод подвода сжатого воздуха от служебного компрессора ВСУ к турбине коробки приводных агрегатов; воздухопровод подвода сжатого воздуха от служебного компрессора ВСУ к системе кондиционирования ЛА.