ОБТЕКАТЕЛЬ ВТУЛКИ РОТОРА ВИНТОВЕНТИЛЯТОРА ТРДД Российский патент 2005 года по МПК F02K3/06 B64C11/14 

Настоящее изобретение относится к авиационной технике, в частности к обтекателям втулок роторов двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД), у которых реверсирование тяги выполняется поворотом лопастей винтовентилятора (ВВ). Поворот осуществляется относительно осей втулок, предназначенных для крепления цапф лопастей, на раскрытие через флюгерное положение от угла их установки, соответствующего работе ВВ на режиме прямой тяги, к углу установки, соответствующему работе на режиме обратной тяги, при неизменном направлении вращения ротора ВВ.

Известны патенты на ТРДД, у которых реверсирование тяги осуществляется поворотом рабочих лопастей винтовентилятора (патент SU 1433127, МПК F 02 K 3/06), поворотом рабочих лопастей и лопаток входного и выходного направляющих аппаратов (патент US №3946554, МПК F 02 K 3/06). Известны публикации в печати об испытаниях моделей вентиляторов с поворотными лопастями (1. Весоки Х.Л., Стефан Ф.В. «Испытание в аэродинамической трубе модели вентилятора диаметром 509 мм со степенью сжатия 1,15»; 2. Левитан P.M. «Демонстрационный двигатель с малошумным вентилятором» в журнале «Новости зарубежной науки и техники. Авиационное двигателестроение» соответственно №3 и №7 за 1975 год; или AIAA соответственно №73-1216 и №73-1215; 3. Journal of Aircraft, v.l6, №12, декабрь 1979 года, статья №79-0105).

Однако в указанных источниках нет сведений об устранении большого радиального зазора между поверхностью обтекателя втулки ротора ВВ и корневой частью лопасти, который обеспечивает возможность поворота лопасти, но вызывает потери энергии в сжимаемом вентилятором потоке воздуха вследствие его перетекания через этот зазор с поверхности лопасти с повышенным давлением на ее поверхность с пониженным давлением при положении лопасти, соответствующем работе ВВ на режиме прямой тяги.

Известно устройство обтекателя втулки ротора воздушного винта изменяемого шага (патент US №4419053, МПК В 64 С 11/14), в котором для снижения потерь энергии в потоке, поступающем на обтекатель и корневые сечения лопастей, обтекатель втулки ротора имеет выступы на его внешней поверхности, выполненные под каждой лопастью. Выступы не соединяются друг с другом и лопастями и имеют участки сферической поверхности, через которые проходят цапфы лопастей. Между участками сферических поверхностей и примыкающими к ним поверхностями лопастей имеется небольшой радиальный зазор, обеспечивающий возможность поворота лопастей при изменении режима работы винта.

Недостатком известного устройства является то, что выступы не сжимают поток и тем самым непосредственно не участвуют в создании тяги. Кроме того, для ВВ ТРДД с числом лопастей, большим, чем у воздушного винта, в которых реверсирование тяги осуществляется поворотом лопастей через флюгерное положение, выступы на внешней поверхности обтекателя сольются между собой, образуя кольцевой выступ со сферическими поверхностями над ним, что приведет к росту диаметра втулки ротора, периферийного диаметра ВВ (для обеспечения необходимого расхода воздуха) и вызовет увеличение веса ВВ.

Задача предлагаемого изобретения заключается в повышении коэффициента полезного действия (КПД) ВВ и уменьшении вследствие этого удельного расхода топлива двигателя при работе ВВ на режимах прямой тяги, на которых совершается длительный по времени полет самолета.

Технический результат заключается в уменьшении перетекания воздуха с поверхности лопасти с повышенным давлением на поверхность с пониженным давлением.

Технический результат достигается тем, что обтекатель втулки ротора винтовентилятора ТРДД содержит выступы на внешней поверхности под каждой лопастью, отделенные от лопастей минимально возможным зазором, втулки для размещения цапф лопастей с возможностью их поворота при изменении режима работы винтовентилятора с прямой тяги на обратную и наоборот. Выступы под корневым сечением каждой лопасти, установленной для работы на режиме прямой тяги, выполняются по форме передней и хвостовой частей профиля корневого сечения. Эти выступы не соединены с лопастями, а отделены от их корневых сечений минимально возможным радиальным зазором. По высоте выступы под каждой лопастью ограничиваются плоскостью, перпендикулярной оси втулки для крепления цапфы лопасти и проходящей через точку на внешней поверхности обтекателя втулки ротора, расположенную в плоскости осей втулок цапфы и ротора сзади лопасти и удаленную от оси втулки цапфы на расстояние, равное расстоянию от этой оси до хвостовой кромки выступа под профилем корневого сечения лопасти.

Фиг.1. Втулка ВВ без выступов. Вид сбоку.

Фиг.2. Втулка ВВ без выступов. Вид сверху.

Фиг.3. Вид втулки в разрезе по А-А и Б-Б.

Фиг.4. Вид втулки с предлагаемым устройством.

На фиг.1 показан вид сбоку на ротор ВВ без выступов на его обтекателе при положениях корневой части его лопасти 1 (для примера изображена одна лопасть), соответствующих работе ВВ на режиме прямой тяги и флюгерному. Положение корневой части лопасти при работе ВВ на режиме прямой тяги показано сплошной линией, а при флюгерном - пунктирной.

На фиг.2 показан вид сверху на ротор ВВ. Поверхность обтекателя втулки ротора ВВ получается вращением ее образующей 2 вокруг оси 3 ротора ВВ. Поворот лопасти осуществляется относительно оси 4 втулки 5 для крепления цапфы лопасти. Корневая часть лопасти 1 отделена от образующей поверхности обтекателя радиальным зазором 6.

На фиг.3 показаны виды в разрезе по А-А и виды Б-Б при тех же, что и на фигуре 1 двух положениях лопасти 1.

На фиг.4 показано предлагаемое устройство обтекателя втулки ротора ВВ. Оно состоит из:

- внешней поверхности 7 обтекателя втулки ротора ВВ с ее осью 3 и выступами 8 и 9 на ней под передней и хвостовой частями каждой лопасти 1, установленной для работы ВВ на режиме прямой тяги. Высота выступов 8 и 9 ограничивается плоскостью 10, проходящей через точку 11 внешней поверхности втулки ротора, лежащую сзади лопасти 1 в плоскости осей 3 и 4 и удаленную от оси 4 на такое же расстояние, как и хвостовая кромка выступа 9 под лопастью. Корневое сечение 12 лопасти 1 отделено от плоскости 10 радиальным зазором 14,

- втулок 5 для крепления цапф лопастей с осями 4, относительно которых осуществляется их поворот при переходе ВВ от режима прямой тяги к режиму обратной и наоборот.

Для осуществления поворота лопасти через флюгерное положение при изменении режима работы ВВ от прямой тяги к обратной и наоборот необходимо, чтобы между прилегающей к поверхности обтекателя корневой частью лопасти 1 и образующей 2 поверхности обтекателя втулки ротора, расположенной в плоскости осей 3 и 4 соответственно ротора и втулки для цапфы лопасти, был минимально возможный радиальный зазор 6 (фиг.1). Как видно из фиг.3, при возвращении лопасти 1 в положение, соответствующее работе ВВ на режиме прямой тяги, получаются большие радиальные зазоры (больше радиального зазора у периферии лопасти) между поверхностью обтекателя ротора и передней 15 (вид А-А) и хвостовой 16 (вид Б-Б) частями корневого сечения лопасти 1. На фиг.2 участки корневого сечения лопасти, под которыми образуется большой радиальный зазор, заштрихованы. Через эти зазоры происходит перетекание сжимаемого ВВ воздуха с поверхности лопасти с повышенным давлением на поверхность с пониженным давлением, вследствие чего снижается КПД ВВ. В предлагаемом устройстве большие радиальные зазоры между обтекателем втулки ротора ВВ и корневым сечением лопасти 1 при ее положении, соответствующем работе ВВ на режиме прямой тяги, заполняются выступами 8 и 9 (фиг.4) на внешней поверхности обтекателя, выполненными по форме профиля корневого сечения лопасти.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На режимах прямой и обратной тяг втулка ротора ВВ вращается относительно оси 3 в одном и том же направлении 17. На режиме прямой тяги профили выступов 8 и 9 совпадают с профилем корневого сечения 12 лопасти 1 и тем самым увеличивают ее рабочую поверхность и устраняют большой радиальный зазор. В этом случае воздух сжимается и проталкивается в направлении стрелки 18, а лопасть и выступы работают как одно целое, повышая КПД ВВ. Перетекание воздуха с поверхности лопасти 1 с повышенным давлением на поверхность с пониженным давлением через радиальный зазор 14 будет незначительным вследствие его малости. При переходе ВВ на режим обратной тяги лопасти 1 поворачиваются относительно осей 4 в направлении стрелки 19. Их корневые сечения 12 занимают положение 20, а выступы 8 и 9 остаются на прежнем месте. На режиме обратной тяги лопасти ВВ захватывают воздух хвостовыми частями, сжимают его и проталкивают в направлении стрелки 21. При этом выступы 8 и 9, расположенные вблизи втулки в зоне циркуляционных течений, не будут давать заметных потерь тяги. На режиме обратной тяги продолжительность работы ВВ существенно меньше, чем на режиме прямой тяги. Поэтому наличие выступов 8 и 9 приведет к повышению КПД и снижению удельного расхода топлива на режимах прямой тяги.

Изобретение относится к авиационной технике и может использоваться при конструировании обтекателей втулок роторов винтовентиляторов двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД) с реверсированием тяги поворотом лопастей винтовентилятора. Обтекатель втулки ротора винтовентилятора ТРДД содержит выступы на внешней поверхности под каждой лопастью, отделенные от лопастей минимально возможным зазором. Обтекатель имеет втулки для размещения цапф лопастей с возможностью их поворота при изменении режима работы винтовентилятора с прямой тяги на обратную и наоборот. Выступы выполнены по форме корневого сечения лопасти и расположены под передней и хвостовой частями корневого сечения каждой лопасти, установленной для работы на режиме прямой тяги. Высота выступов ограничена плоскостью, перпендикулярной оси втулки для цапфы и проходящей через точку на внешней поверхности обтекателя втулки ротора, расположенную сзади лопасти в плоскости осей втулки цапфы и ротора винтовентилятора и удаленную от оси втулки цапфы на такое же расстояние, как и задняя кромка выступа под хвостовой частью профиля лопасти. Технический результат реализации изобретения заключается в уменьшении перетекания воздуха с поверхности лопасти с повышенным давлением на поверхность с пониженным давлением. 4 ил.

Обтекатель втулки ротора винтовентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя (ТРДД), содержащий выступы на внешней поверхности под каждой лопастью, отделенные от лопастей минимально возможным зазором, втулки для размещения цапф лопастей с возможностью их поворота при изменении режима работы винтовентилятора с прямой тяги на обратную и наоборот, отличающийся тем, что выступы выполнены по форме корневого сечения лопасти и расположены под передней и хвостовой частями корневого сечения каждой лопасти, установленной для работы на режиме прямой тяги, а высота выступов ограничена плоскостью, перпендикулярной оси втулки для цапфы и проходящей через точку на внешней поверхности обтекателя втулки ротора, расположенную сзади лопасти в плоскости осей втулки цапфы и ротора винтовентилятора и удаленную от оси втулки цапфы на такое же расстояние, как и задняя кромка выступа под хвостовой частью профиля лопасти.