ПОВОРОТНОЕ КРУГЛОЕ ОСЕСИММЕТРИЧНОЕ РЕАКТИВНОЕ СОПЛО ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2008 года по МПК F02K1/06 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к реактивным соплам воздушно-реактивных двигателей с изменяемым направлением вектора тяги.

Известны круглые осесимметричные реактивные сопла с изменением направления вектора тяги как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях поперечного сечения сопла, содержащие корпус сопла, состоящий из двух частей, расположенных по потоку - неподвижной и подвижной со створками сопла, поворотное устройство сопла в виде двух подвижных колец - наружного и внутреннего, соединенных между собой шарнирами в двух диаметрально противоположных точках в горизонтальной продольной плоскости и в вертикальной плоскости через шарнирные опорные элементы с неподвижной частью корпуса, подвижная часть сопла жестко связана с наружным подвижным кольцом поворотного устройства, управляющие вектором тяги четыре гидроцилиндра, расположенные попарно в двух диаметрально противоположных точках в вертикальной и горизонтальной продольных плоскостях, шарнирно соединены с поворотным устройством и неподвижной частью корпуса сопла (см. Патент России №2145670, МПК 7 F02K 1/06, 22.05.1998 г.).

Такое сопло позволяет изменять направление вектора тяги во всех направлениях, что обеспечивает высокую маневренность самолета, на котором установлен такой двигатель. Однако при отказе системы управления изменением вектора тяги, например, в результате боевого противодействия и, в связи с этим, выходом из строя электронной или гидравлической штатной систем управления поворотом сопла, такая конструкция не обеспечит возврата подвижной части корпуса сопла со створками в горизонтальное положение (если отказ произошел в отклоненном положении сопла), так как нет резервной системы, способной самостоятельно вернуть сопло из отклоненного положения в осесимметричное, что в итоге приведет к аварийной ситуации самолета.

Задачей изобретения является обеспечение надежной работы реактивного сопла с функцией поворота вектора тяги в любом направлении и его возврата в осесимметричное положение при отказе штатной системы управления изменением вектора тяги.

Указанный технический результат достигается тем, что поворотное круглое осесимметричное реактивное сопло воздушно-реактивного двигателя, содержащее корпус сопла, состоящий из двух частей, расположенных по потоку - неподвижной и подвижной со створками сопла, поворотное устройство сопла в виде двух подвижных колец - наружного и внутреннего, соединенных между собой шарнирами в двух диаметрально противоположных точках в продольной плоскости, внутреннее кольцо через шарнирные опорные элементы соединено с неподвижной частью корпуса в двух диаметрально противоположных точках продольной плоскости, перпендикулярной первой, подвижная часть корпуса сопла жестко связана с наружным подвижным кольцом поворотного устройства, управляющие вектором тяги четыре гидроцилиндра, расположенные попарно в двух диаметрально противоположных точках в вертикальной и горизонтальной продольных плоскостях, шарнирно соединены с поворотным устройством и неподвижной частью корпуса сопла, при этом дополнительно попарно в двух диаметрально противоположных точках установлены четыре пневмоцилиндра, каждая пара пневмоцилиндров размещена между гидроцилиндрами под углом 45 градусов к вертикальной и горизонтальной продольным плоскостям, корпуса пневмоцилиндров шарнирно связаны с неподвижной частью корпуса сопла, а штоки поршней пневмоцилиндров шарнирно соединены с наружным подвижным кольцом поворотного устройства, поршневая и штоковая полости каждого пневмоцилиндра снабжены сквозными окнами для подвода сжатого воздуха, отбираемого, например, от компрессора двигателя, или для сообщения с окружающей средой, и сквозными окнами в середине корпуса пневмоцилиндра для отвода воздуха, площадь проходного сечения последних больше площади проходного сечения подводящих, и при перемещении поршня пневмоцилиндра в нейтральное среднее положение его боковая поверхность полностью перекрывает проходное сечение окон для отвода воздуха, кроме того, с торцевой штоковой стороны, по крайней мере, одного из четырех пневмоцилиндра присоединен запорный клапан, который включает в себя корпус с размещенным внутри подпружиненным поршнем со штоком, свободный конец штока запорного клапана в нейтральном среднем положении поршня пневмоцилиндра входит в кольцевую канавку, выполненную на штоке пневмоцилиндра, кроме того, корпус запорного клапана снабжен входными штуцерами подвода сжатого воздуха, например от компрессора двигателя, в штоковую полость запорного клапана и через сквозное окно в штоковую полость пневмоцилиндра, на котором установлен запорный клапан.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показана принципиальная схема продольного разреза сопла по вертикальной плоскости при положении подвижной части сопла со створками в осесимметричном исходном положении с необходимыми вырезами, поясняющими конструкцию сопла, и с нейтральным средним зафиксированным положением поршней пневмоцилиндров.

На фиг.2 показана принципиальная схема продольного разреза сопла по вертикальной плоскости при положении сопла в отклоненном положении в вертикальном направлении с необходимыми вырезами, поясняющими конструкцию сопла, и со смещенным незафиксированным положением поршней пневмоцилиндров, при котором возникает момент сил, стремящийся вернуть отклоненную часть сопла в исходное положение.

На фиг.3 показана принципиальная схема продольного разреза сопла по горизонтальной плоскости при положении сопла в осесимметричном исходном положении с необходимыми вырезами, поясняющими конструкцию сопла, и с нейтральным средним зафиксированным положением поршней пневмоцилиндров (вид "В" фиг.1).

На фиг.4 показана принципиальная схема продольного разреза сопла по горизонтальной плоскости при положении сопла в отклоненном виде в горизонтальном направлении с необходимыми вырезами, поясняющими конструкцию сопла, и со смещенным незафиксированным положением поршней пневмоцилиндров, при котором возникает момент сил, стремящийся вернуть отклоненную часть сопла в исходное положение (вид "В" фиг.1).

На фиг.5 показана принципиальная схема поперечного сечения «А-А» фиг.1 сопла в плоскости шарнирного соединения подвижной части сопла.

На фиг.6 показана принципиальная схема продольного разреза элемента «I» фиг.1, поясняющая конструкцию соединения пневмоцилиндра с неподвижной и подвижной частями сопла при положении створок сопла в осесимметричном положении и с нейтральным средним положением поршня пневмоцилиндра с зафиксированным штоком пневмоцилиндра запорного клапана с перекрытием средних окон пневмоцилиндра.

На фиг.7 показана принципиальная схема продольного разреза элемента «II» фиг.6, поясняющая конструкцию запорного клапана.

На фиг.8 показана принципиальная схема сечения «Б-Б» фиг.7 запорного клапана, поясняющая конструкцию клапана в части подвода сжатого воздуха в штоковые полости пневмоцилиндра и запорного клапана.

Поворотное круглое осесимметричное реактивное сопло воздушно-реактивного двигателя содержит корпус сопла, состоящий из двух частей, расположенных по потоку - неподвижной 1 и подвижной 2 со створками 3 сопла, поворотное устройство в виде двух подвижных колец - наружного 4 и внутреннего 5, соединенных между собой шарнирами 6 в двух диаметрально противоположных точках горизонтальной 7 плоскости и через опорные элементы 8 шарнирами 9 в вертикальной 10 плоскости соединенных с неподвижной частью 1 корпуса сопла, управляющие изменением вектора тяги сопла четыре гидроцилиндра 11 и 12, расположенные попарно (штатная система управления отклонением вектора тяги - ОВТ), четыре пневмоцилиндра 13, 14, 15, 16 (аварийная система возврата подвижной части сопла в исходное положение) со штоками 17, 18, поршнями 19, шарнирами 20, поршневыми 21 и штоковыми 22 полостями, со сквозными окнами 23 подвода сжатого воздуха, сквозными окнами 24 отвода сжатого воздуха, запорным клапаном 25 с корпусом 26, пружиной 27, поршнем 28, штоком 29, свободный конец которого входит в кольцевую канавку 30, выполненную на одном из штоков пневмоцилиндров, с входными штуцерами 31 и 32 подвода сжатого воздуха.

Поворотное круглое осесимметричное реактивное сопло воздушно-реактивного двигателя работает следующим образом.

При работе без отклонения направления вектора тяги сопла управляющие гидроцилиндры 11 и 12 устанавливают подвижную часть сопла 2 со створками 3 в горизонтальное положение, при котором наружное 4 и внутреннее 5 подвижные кольца занимают положение, перпендикулярное оси двигателя, а поршни 19 пневмоцилиндров 13, 14, 15, 16 находятся в среднем нейтральном положении, перекрывают сквозные окна 24 отвода сжатого воздуха, поршень 28 отсечного клапана 25 под действием пружины 27 штоком 29 входит в кольцевую канавку 30 штока 17 одного из пневмоцилиндров, например 13, и фиксирует его от перемещения. При этом все пневмоцилиндры 13, 14, 15, 16 аварийной системы возврата подвижной части сопла с подведенным сжатым воздухом находятся в нейтральном положении без создания моментов сил, действующих на подвижную часть 2 сопла.

Для работы с отклонением вектора тяги в любом нужном направлении подается команда на включение в работу штатной системы управления ОВТ и аварийной системы возврата подвижной части сопла, подачей сжатого воздуха, например от компрессора двигателя, в штуцер 31. При поступлении команд обе системы включаются в работу и штатная система управления ОВТ выводит гидроцилиндры 11 и 12 и пневмоцилиндры 13, 14, 15, 16 из нейтрального положения. При этом подвижная часть 2 сопла со створками 3 под действием гидроцилиндров 11 и 12 поворачивается в том направлении, которое было задано системой ОВТ. Одновременно через штуцер 31 сжатый воздух попадает в штоковую полость поршня 28, поршень 28 под давлением воздуха преодолевает усилие пружины 27 и, перемещаясь, выводит из кольцевой канавки 30 пневмоцилиндра 13 шток 29, тем самым устраняет механическую фиксацию со штоков всех пневмоцилиндров 13, 14, 15, 16 с непрекращающейся подачей сжатого воздуха через штуцер 32 и окна 23 в пневмоцилиндры 13, 14, 15, 16 аварийной системы возврата подвижной части 2 сопла. Так как штоки пневмоцилиндров 13, 14, 15, 16 связаны с подвижной частью 2 сопла шарнирами 20, то при повороте сопла на заданный угол штоки 17, 18 пневмоцилиндров под действием усилий от гидроцилиндров 11, 12 отслеживают поворот подвижной части 2 сопла, смещаясь вместе с поршнями 19 пневмоцилиндров в ту или иную сторону от нейтрального положения, открывают сквозные окна 24 для стравливания воздуха из поршневой или штоковой полостей 21 или 22 в зависимости от положения подвижной части 2 сопла в вертикальной или горизонтальной плоскостях 7 или 10 или в каком-либо промежуточном положении между этими плоскостями. При этом одновременное поступление сжатого воздуха через сквозные окна 23 пневмоцилиндров 13, 14, 15, 16 создает постоянно действующий момент сил (по принципу воздушной пружины), направленный в противоположную направлению движения сторону, определяемого гидроцилиндрами 11 и 12, но недостаточный, чтобы остановить поворот подвижной части 2 сопла при повороте ее гидроцилиндрами штатной системой ОВТ.

При подаче команды в штатную систему управления ОВТ на возврат подвижной части 2 сопла в исходное осесимметричное положение гидроцилиндры 11 и 12 поворачивают подвижную часть 2 сопла в это заданное положение, а так как штоки пневмоцилиндров 13, 14, 15, 16 связаны с подвижной частью 2 сопла шарнирами 20, то и все пневмоцилиндры отслеживают поворот подвижной части 2 сопла, смещаясь вместе с поршнями 19 в соответствующие стороны, стремясь к нейтральному положению с одновременным прекращением подачи сжатого воздуха в штуцер 31 запорного клапана 25 и соединением штоковой полости поршня 28 с линией стравливания. При этом поршень 28 под действием пружины 27 перемещает шток 29 и при достижении нейтрального положения поршней 19 пневмоцилиндров 13, 14, 15, 16 шток 29 своим свободным концом попадает в кольцевую канавку 30, фиксирует тем самым подвижную часть сопла, при этом боковые поверхности поршней 19 перекрывают окна 24, выход сжатого воздуха в атмосферу прекращается.

При отказе штатной системы управления ОВТ в момент возврата поворотной части 2 сопла в исходное положение (по причине выхода из строя электронной системы управления, падения давления в гидросистеме управления поворотом сопла, выхода из строя какого-либо гидроцилиндра и т.п.), когда поворотная часть 2 сопла еще не возвращена в свое исходное положение, подается команда на отключение штатной системы управления ОВТ, и тогда постоянно действующий момент сил от пневмоцилиндров 13, 14, 15, 16 (по принципу воздушной пружины) перемещает поворотную часть 2 сопла в исходное положение, при этом одновременно подается команда на прекращение подачи сжатого воздуха в штуцер 31 запорного клапана 25. При достижении поршней 19 пневмоцилиндров 13, 14, 15, 16 своего нейтрального среднего положения окна 24 перекрываются поршнями 19, исчезает момент сил, пружина 27 запорного клапана, действуя на поршень 28, перемещает шток 29 и фиксирует его в кольцевой канавке 30, то есть механически фиксирует подвижную часть 2 сопла в исходном положении, и аварийная система возврата подвижной части 2 сопла выключается из работы. Далее до завершения полета и устранения причин отказа штатной системы управления ОВТ самопроизвольное отклонение поворотной части 2 сопла становится невозможным.

Наличие штатной системы управления отклонения вектора тяги и введение дополнительных четырех пневмоцилиндров аварийной системы возврата подвижной части сопла, связанных с неподвижной и подвижной частями корпуса сопла, установленными попарно под углом 45 градусов между гидроцилиндрами штатной системы управления ОВТ, снабжение пневмоцилиндров окнами подвода и отвода сжатого воздуха, подаваемого, например, от компрессора двигателя, обеспечение механической фиксации штоков пневмоцилиндров в их нейтральном положении позволяет обеспечить одинаковые усилия, действующие на шарнирные опоры поворотного устройства сопла, исключив при этом возможные перекосы подвижной части сопла при ее перемещении, обеспечить в отклоненных положениях постоянно действующий момент сил, создаваемый пневмоцилиндрами, направленный на возвращение поворотной части сопла в исходное положение (по принципу воздушной пружины), обеспечить невозможность самопроизвольного отклонения поворотной части сопла после возврата сопла в исходное осесимметричное положение в аварийной ситуации, которая может возникнуть при отказе штатной системы управления ОВТ (выход из строя электронной системы управления, падение давления в гидросистеме управления поворотом сопла, выход из строя какого-либо гидроцилиндра и т.п.) и обеспечить тем самым безопасные условия работы двигателя, установленного на самолете.

Поворотное круглое осесимметричное реактивное сопло воздушно-реактивного двигателя содержит корпус сопла, поворотное устройство сопла в виде двух подвижных колец, наружного и внутреннего, и управляющие вектором тяги четыре гидроцилиндра и четыре пневмоцилиндра. Корпус сопла состоит из расположенных по потоку неподвижной и подвижной частей. Управляющие вектором тяги гидроцилиндры расположены попарно в двух диаметрально противоположных точках в вертикальной и горизонтальной продольных плоскостях. Пневмоцилиндры установлены попарно в двух диаметрально противоположных точках, и каждая пара пневмоцилиндров размещена между гидроцилиндрами под углом 45 градусов к вертикальной и горизонтальной продольным плоскостям. Поршневая и штоковая полости каждого пневмоцилиндра снабжены сквозными окнами для подвода сжатого воздуха и сквозными окнами в середине корпуса пневмоцилиндра для отвода воздуха. Площадь проходного сечения последних больше площади проходного сечения первых, и при перемещении поршня пневмоцилиндра в нейтральное среднее положение боковая поверхность его полностью перекрывает проходное сечение окон для отвода воздуха. С торцевой штоковой стороны, по крайней мере, одного из четырех пневмоцилиндров присоединен запорный клапан, который включает в себя корпус с размещенным внутри подпружиненным поршнем со штоком. Свободный конец штока запорного клапана в нейтральном среднем положении поршня пневмоцилиндра входит в кольцевую канавку, выполненную на штоке пневмоцилиндра. Корпус запорного клапана снабжен входными штуцерами подвода сжатого воздуха в штоковую полость запорного клапана и через сквозное окно в штоковую полость пневмоцилиндра, на котором установлен запорный клапан. Изобретение позволяет обеспечить надежную работу сопла с изменяемым направлением вектора тяги и возврат сопла в осесимметричное положение при отказе штатной системы управления изменением вектора тяги. 8 ил.

Поворотное круглое осесимметричное реактивное сопло воздушно-реактивного двигателя, содержащее корпус сопла, состоящий из двух частей, расположенных по потоку, неподвижной и подвижной, со створками сопла, поворотное устройство сопла в виде двух подвижных колец, наружного и внутреннего, соединенных между собой шарнирами в двух диаметрально противоположных точках в продольной плоскости, внутреннее кольцо через шарнирные опорные элементы соединено с неподвижной частью корпуса в двух диаметрально противоположных точках продольной плоскости, перпендикулярной первой, подвижная часть корпуса сопла жестко связана с наружным подвижным кольцом поворотного устройства, управляющие вектором тяги четыре гидроцилиндра, расположенные попарно в двух диаметрально противоположных точках в вертикальной и горизонтальной продольных плоскостях, шарнирно соединены с поворотным устройством и неподвижной частью корпуса сопла, при этом дополнительно попарно в двух диаметрально противоположных точках установлено четыре пневмоцилиндра, каждая пара пневмоцилиндров размещена между гидроцилиндрами под углом 45° к вертикальной и горизонтальной продольным плоскостям, корпусы пневмоцилиндров шарнирно связаны с неподвижной частью корпуса сопла, а штоки поршней пневмоцилиндров шарнирно соединены с наружным подвижным кольцом поворотного устройства, поршневая и штоковая полости каждого пневмоцилиндра снабжены сквозными окнами для подвода сжатого воздуха, отбираемого, например, от компрессора двигателя, и сквозными окнами в середине корпуса пневмоцилиндра для отвода воздуха, площадь проходного сечения последних больше площади проходного сечения первых и при перемещении поршня пневмоцилиндра в нейтральное среднее положение боковая поверхность его полностью перекрывает проходное сечение окон для отвода воздуха, кроме того, с торцевой штоковой стороны, по крайней мере, одного из четырех пневмоцилиндров присоединен запорный клапан, который включает в себя корпус с размещенным внутри подпружиненным поршнем со штоком, свободный конец штока запорного клапана в нейтральном среднем положении поршня пневмоцилиндра входит в кольцевую канавку, выполненную на штоке пневмоцилиндра, кроме того, корпус запорного клапана снабжен входными штуцерами подвода сжатого воздуха, например, от компрессора двигателя, в штоковую полость запорного клапана и через сквозное окно в штоковую полость пневмоцилиндра, на котором установлен запорный клапан.