ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С РЕВЕРСОМ ТЯГИ Российский патент 2004 года по МПК F02K1/60 

Изобретение относится к области авиации, в частности к реверсивным устройствам воздушно-реактивных двигателей.

Наряду с требованиями, предъявляемыми к воздушно-реактивным двигателям по обеспечению регулирования необходимых режимов во всем эксплуатационном диапазоне работы двигателя, одновременно предъявляются и требования по обеспечению реверса тяги.

Известен воздушно-реактивный газотурбинный двигатель с реверсом тяги (см. патент Германии № 4200645, МПК 7 F 02 К 1/60, 06.08.1992), который обеспечивает необходимую степень реверсирования.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому устройству относится изобретение, описанное в патенте США № 5392991, МПК 7 F 02 К 1/60, 28.02.1995.

Данный воздушно-реактивный двигатель содержит двухстеночное выходное устройство, заканчивающееся выходным отверстием сопла. Между фланцами крепления выходного устройства к корпусу двигателя и выходным отверстием сопла в корпусе выходного устройства выполнены сквозные диаметрально расположенные окна с реверсивными створками, выполненными с наружной и внутренней коническими стенками и соединенными с системой их привода для создания "обратной" тяги.

Однако такое реверсивное устройство эффективно не для всех двигателей. Так, например, у двигателей с дозвуковым перепадом давления в реактивном сопле скорость истечения газа через выпускные окна при открытии реверсивных створок невысокая, а следовательно, чтобы получить требуемую степень реверсирования (отношение "обратной" тяги к располагаемой), необходимо поворачивать поток газа на большой угол, что приводит к большим утечкам из-за растекания газа в стороны и низкой степени реверсирования. Кроме того, у двигателей с дозвуковым перепадом давления в реактивном сопле очень низкий коэффициент расхода через выпускные окна (~0,5...0,6), а следовательно, чтобы пропустить весь газ через окна, последние должны иметь большую площадь, да еще и реверсивные створки должны быть отклонены на большой угол, что в целом приводит к тому, что вытекающий газ не может следовать за створками и в итоге из-за еще больших утечек не удается получить требуемую степень реверсирования.

Кроме того, у двигателей большого диаметра, когда кривизна реверсивной створки в пределе стремится к плоской поверхности, даже при наличии сверхзвукового перепада в выходном устройстве получить требуемую степень реверсирования тоже сложно из-за существенного бокового растекания потока газа.

Задачей изобретения является обеспечение требуемой степени реверсирования у воздушно-реактивных двигателей.

Указанный технический результат достигается тем, что воздушно-реактивный двигатель, содержащий двухстеночное выходное устройство, прикрепленное к корпусу двигателя фланцевым соединением и заканчивающееся выходным отверстием реактивного сопла, состоящее из наружной и внутренней конических обечаек, соединенных между собой, сужающихся к выходному отверстию сопла, между фланцевым соединением и выходным отверстием сопла в корпусе выходного устройства выполнены диаметрально расположенные два сквозных окна с поворотными реверсивными створками, каждая реверсивная створка соединена с системой ее привода и выполнена также двухстеночной с наружной и внутренней коническими стенками, причем в закрытом положении, соответствующем прямой тяге, поверхности наружной и внутренней стенок створок совпадают с коническими поверхностями наружной и внутренней обечаек выходного устройства, при этом диаметрально противоположные участки между сквозными окнами внутренней обечайки выходного устройства на длине реверсивной створки выполнены с плоскими стенками, параллельными друг другу, расстояние между которыми равно ширине створки, причем внутренняя коническая стенка каждой реверсивной створки с каждой боковой стороны по всей длине снабжена плоской перегородкой трапецеидальной формы, при закрытом положении реверсивных створок плоские перегородки трапецеидальной формы расположены с зазором относительно параллельных плоских стенок выходного устройства, а также установлены с торцевым зазором относительно диаметрально противоположных перегородок, каждая плоская перегородка закреплена на полуосях, размещенных в пространстве между наружной и внутренней обечайками выходного устройства и параллельных между собой, полуоси с помощью сферических шарниров контактируют с кронштейнами, которые с одной стороны закреплены на внутренней обечайке, а с другой стороны сопряжены с помощью шлиц, выполненных на их внешнем диаметре со шлицами на внутреннем диаметре эксцентриковых втулок, на внешние цилиндрические поверхности которых надеты зубчатые секторы, зубчатые секторы верхней и нижней створок находятся в зацеплении друг с другом, и каждый зубчатый сектор тендером соединен с внешним концом рычага, который с помощью шлицевого соединения связан с полуосью, кроме того, внутри выходного устройства на фланце двигателя консольно закреплен козырек, корпус которого эквидистантен по всему периметру корпуса внутренней обечайки, соосен с ним и отстоит на одинаковом расстоянии от него, образуя зазор, в котором между сквозными окнами на участках с плоскими стенками, не касаясь плоских стенок, размещены плоские перегородки трапецеидальной формы реверсивных створок.

Кроме того, двигатель дополнительно снабжен концевыми и боковыми пружинящими уплотнениями, прикрепленными к створкам по всему ее периметру.

Выполнение диаметрально противоположных участков внутренней обечайки между сквозными окнами внутренней обечайки выходного устройства на длине реверсивной створки с плоскими стенками, параллельными друг другу, расстояние между которыми равно ширине створки и снабжение каждой реверсивной створки с каждой боковой стороны по всей длине плоской перегородкой трапецеидальной формы, параллельной плоским стенкам, не контактирующей с ними и не контактирующей своими торцевыми концевыми поверхностями диаметрально противоположной перегородки позволяет при открытии окон реверса препятствовать растеканию газов в стороны и у двигателей с дозвуковой степенью перепада давления в реактивном сопле и низким коэффициентом расхода через выпускные окна (~0,5...0,6), а заставляет следовать выпускаемый газ за створками и получить требуемую степень реверсирования. Закрепление плоских трапецеидальных перегородок реверсивных створок на двух диаметрально противоположных соосных полуосях, размещенных в пространстве между наружной и внутренней обечайками выходного устройства и параллельных между собой, контактирование полуосей с помощью сферических шарниров с кронштейнами, которые с одной стороны закреплены на внутренней обечайке, а с другой сопряжены с помощью шлиц, выполненных на их внешнем диаметре, со шлицами на внутреннем диаметре эксцентриковых втулок, на внешние цилиндрические поверхности которых надеты зубчатые секторы, нахождение в зацеплении зубчатых секторов верхней и нижней створок друг с другом и соединение каждого зубчатого сектора тендером с внешним концом рычага, который с помощью шлицевого соединения соединен с полуосью, позволяет синхронизировать механически движение створок реверса. Наличие внутри выходного устройства на фланце двигателя консольно закрепленного козырька, корпус которого эквидистантен по всему периметру корпусу внутренней обечайки, соосен с ним и отстоит на одинаковом расстоянии от него, образуя зазор, в котором между сквозными окнами на участках с плоскими стенками, не касаясь плоских стенок, размещены плоские перегородки трапецеидальной формы реверсивных створок, позволяет уменьшить гидравлические потери протекаемого газа в выходном устройстве газа, особенно при закрытом положении створок, соответствующем прямой тяге.

Наличие боковых и концевых пружинящих уплотнений, прикрепленных к створкам по всему периметру, позволяет значительно уменьшить утечки газа из выходного устройства при закрытом положении реверсивных створок, что в целом уменьшает потери тяги.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена принципиальная схема с поясняющими разрезами воздушно-реактивного двигателя с реверсивными створками, размещенными в выходном устройстве.

На фиг.2 представлено выходное устройство с выровом Б, поясняющим механизм синхронизации, и наложенным сечением В-В при закрытом положении реверсивных створок, соответствующим прямой тяге двигателя.

На фиг.3 представлено выходное устройство с поясняющими вырезами при открытом положении реверсивных створок, соответствующем обратной тяге двигателя.

На фиг.4 представлено поперечное сечение А-А фиг.2, поясняющее конструкцию выходного устройства в месте крепления перегородок трапецеидальной формы к его плоским стенкам.

На фиг.5 представлен в увеличенном масштабе элемент I фиг.4, поясняющий крепление перегородок трапецеидальной формы к его плоским стенкам и их связь с механизмом синхронизации движения реверсивных створок.

Воздушно-реактивный двигатель 1 содержит двухстеночное выходное устройство 2, выходное отверстие 3 реактивного сопла 4, наружную и внутреннюю коническую обечайки 5 и 6, фланцевое соединение 7, два сквозных окна 8 и 9, поворотные реверсивные створки 10 и 11, систему приводов (гидроцилиндров) 12 и 13, наружную и внутреннюю конические стенки 14 и 15 реверсивных створок 10 и 11, плоские стенки 16 и 17, плоские перегородки трапецеидальной формы 18, полуоси 19, сферические шарниры 20, кронштейны 21, эксцентриковые втулки 22, зубчатые секторы 23, тендеры 24, 25, 26 и 27, рычаги 28, козырек 29, концевые пружинящие уплотнения 30, штифты 31. Плоские перегородки 18 закреплены на полуосях 19, размещенных в пространстве 32 между наружной 5 и внутренней 6 коническими обечайками. Также к створкам 10 и 11 прикреплены боковые пружинящие уплотнения 33.

Воздушно-реактивный двигатель с реверсом тяги в выходном устройстве работает следующим образом.

При закрытом положении реверсивных створок 10 и 11, соответствующем прямой тяге двигателя 1, поверхности наружной и внутренней стенок 14 и 15 совпадают с коническими поверхностями наружной и внутренней обечаек 5 и 6 выходного устройства 2. С целью повышения надежности фиксации створок 10 и 11 в сквозных окнах 8 и 9 от самопроизвольного их раскрытия (например, при падении давления в гидросистеме управления) штоки гидроцилиндров 12 и 13 убраны и фиксируются шариковыми замками, встроенными внутрь гидроцилиндров и имеющими свою систему управления (на принципиальных схемах условно не показано). Для предотвращения утечек газа створки 10 и 11 дополнительно оборудованы боковыми пружинящими уплотнениями 33, контактирующими с плоскими стенками 16 и 17. Аналогичными концевыми пружинящими уплотнениями 30 оборудованы створки 10 и 11 по своим передним и задним кромкам. Уплотнения 30 в сочетании с боковыми уплотнениями 33 окантовывают каждую створку по периметру, что предотвращает утечки газа через сквозные окна 8 и 9 на режимах прямой тяги.

При подаче команды в систему управления реверсом на открытие окон 8 и 9 штоки гидроцилиндров 12 и 13 выдвигаются, воздействуя на створки 10 и 11, плоские перегородки трапецеидальной формы 18 которых закреплены штифтами 31 на полуосях 19. Полуоси одной створки параллельны полуоси крепления другой створки, что обеспечивает движение обеих створок в одной диаметральной плоскости. Полуоси 19 с помощью сферических шарниров 20 опираются на кронштейны 21, которые соединены с внутренними коническими обечайками 5 и 6 выходного устройства 2 соответственно. Движение реверсивных створок 10 и 11 синхронизировано механически, для чего на кронштейны 21 на шлицах установлены эксцентриковые втулки 22, на внешние цилиндрические поверхности которых надеты зубчатые секторы 23, находящиеся в зацеплении друг с другом. Наличие на полуосях 19 рычагов 28 со шлицами, внешние концы которых через тендеры 24, 25, 26 и 27 соединены соответствующими своими зубчатыми секторами 23, обеспечивает регулирование боковых зазоров в зубчатых зацеплениях, а наличие эксцентриковых втулок - регулирование межцентрового расстояния зубчатых секторов 23, что в целом создает плавное перемещение створок 10 и 11 из одного крайнего положения в другое, то есть из закрытого положения, соответствующего прямой тяге, до открытого положения, соответствующего обратной тяге. При открытом положении плоские перегородки трапецеидальной формы 18 створок 10 и 11 выдвигаются наружу и препятствуют растеканию газов по бокам в стороны и способствуют движению газа за створками, увеличивая тем самым эффект создания обратной тяги.

При подаче команды в систему управления реверсом на закрытие окон 8 и 9 штоки гидроцилиндров 12 и 13 убираются внутрь гидроцилиндров 12 и 13, воздействуют на створки 10 и 11, которые плавно закрывают сквозные окна 8 и 9 и прекращают тем самым выпуск газов из выходного устройства 2, и двигатель работает на режиме создания прямой тяги. При этом положении плоские перегородки трапецеидальной формы 18 створок 10 и 11 убираются внутрь параллельно плоским стенкам 16 и 17 соответственно, а их передние части размещаются в зазоре между сквозными окнами на участках с плоскими стенками и корпусом козырька 29 и уменьшают гидравлические потери протекаемого газа в выходном устройстве 2.

Таким образом, у двигателей с дозвуковым перепадом давления в реактивном сопле, а также, когда кривизна реверсивных створок в пределе стремится к плоской поверхности, такая система реверса тяги обеспечивает минимальные утечки газа при открытии окон и заставляет выпускаемый газ следовать за створками и получить при этом требуемую степень реверсирования двигателя.

Воздушно-реактивный двигатель содержит двухстеночное выходное устройство, прикрепленное к корпусу двигателя фланцевым соединением, заканчивающееся выходным отверстием реактивного сопла и состоящее из наружной и внутренней конических обечаек. В корпусе выходного устройства выполнены диаметрально расположенные сквозные окна с поворотными реверсивными створками, которые соединены с системами привода и выполнены с наружной и внутренней коническими стенками. Участки между сквозными окнами внутренней обечайки выхлопного устройства выполнены с плоскими стенками. Внутренняя коническая стенка каждой реверсивной створки снабжена плоской перегородкой трапецеидальной формы. Плоские перегородки закреплены на полуосях, размещенных между обечайками выходного устройства. Полуоси с помощью сферических шарниров контактируют с кронштейнами. Кронштейны с одной стороны закреплены на внутренней обечайке, а с другой стороны сопряжены со шлицами на внутреннем диаметре эксцентриковых втулок, на внешние цилиндрические поверхности которых надеты зубчатые секторы. Зубчатые секторы соединены тендером с внешним концом рычага. Внутри выходного устройства на фланце двигателя консольно закреплен козырек, корпус которого эквидистантен по всему периметру корпуса внутренней обечайки. Изобретение позволит обеспечить минимальные утечки газа при открытии окон и получить при этом требуемую степень реверсирования двигателей с дозвуковым перепадом давления в реактивном сопле. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Воздушно-реактивный двигатель, содержащий двухстеночное выходное устройство, прикрепленное к корпусу двигателя фланцевым соединением и заканчивающееся выходным отверстием реактивного сопла, состоящее из наружной и внутренней конических обечаек, соединенных между собой, сужающихся к выходному отверстию сопла, между фланцевым соединением и выходным отверстием сопла в корпусе выходного устройства выполнены диаметрально расположенные два сквозных окна с поворотными реверсивными створками, каждая реверсивная створка соединена с системой ее привода и выполнена также двухстеночной с наружной и внутренней коническими стенками, причем в закрытом положении, соответствующем прямой тяге, поверхности наружной и внутренней стенок створок совпадают с коническими поверхностями наружной и внутренней обечаек выходного устройства, при этом диаметрально противоположные участки между сквозными окнами внутренней обечайки выхлопного устройства на длине реверсивной створки выполнены с плоскими стенками, параллельными друг другу, расстояние между которыми равно ширине створки, причем внутренняя коническая стенка каждой реверсивной створки с каждой боковой стороны по всей длине снабжена плоской перегородкой трапецеидальной формы, при закрытом положении реверсивных створок плоские перегородки трапецеидальной формы расположены с зазором относительно параллельных плоских стенок выходного устройства, а также установлены с торцевым зазором относительно диаметрально противоположных перегородок, каждая плоская перегородка закреплена на полуосях, размещенных в пространстве между наружной и внутренней обечайками выходного устройства и параллельных между собой, полуоси с помощью сферических шарниров контактируют с кронштейнами, которые с одной стороны закреплены на внутренней обечайке, а с другой стороны сопряжены с помощью шлиц, выполненных на их внешнем диаметре со шлицами на внутреннем диаметре эксцентриковых втулок, на внешние цилиндрические поверхности которых надеты зубчатые секторы, зубчатые секторы верхней и нижней створок находятся в зацеплении друг с другом, и каждый зубчатый сектор тендером соединен с внешним концом рычага, который с помощью шлицевого соединения связан с полуосью, кроме того, внутри выходного устройства на фланце двигателя консольно закреплен козырек, корпус которого эквидистантен по всему периметру корпуса внутренней обечайки, соосен с ним и отстоит на одинаковом расстоянии от него, образуя зазор, в котором между сквозными окнами на участках с плоскими стенками, не касаясь плоских стенок, размещены плоские перегородки трапецеидальной формы реверсивных створок.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен концевыми и боковыми пружинящими уплотнениями, прикрепленными к створкам по всему ее периметру.