ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК F02K1/06 

Изобретение относится к авиастроительной отрасли, в частности к авиадвигателестроению.

Известны турбореактивные двигатели, содержащие низко - и высоконапорный компрессоры, камеру сгорания с фронтовыми устройствами в составе жаровых труб, турбину с решеткой и выхлопные сопла с устройствами для отбора мощности высоконапорного газового потока, размещенные до или после выхлопного торца сопла; см. 1 - заявка ФРГ №2248480 от 20.02.1975 г., МКИ В64С 15/08; 2 - заявка Франция, №2235047 от 28.02.1975 г., МКИ В64С 29/00, 15/02; 3 - заявка Япония №49-183397 от 09.05.1974 г., МКИ В64С 15/06; НКИ 85 F 5; 4 - Турбореактивный двигатель Роллс-Ройс «Конуэй», кн.: Иностранные авиационные и ракетные двигатели / Под редакцией Г.В.Скворцова, 1964 г., стр.116-119. Устройства с соплами в каждом из известных турбореактивных двигателей представляют собой моноблок. Так, ТРД по заявке ФРГ №2248480 снабжен устройством, смонтированным за торцом выхлопного сопла, щитки которого отклоняют основной поток сжатого газа и делят его на два равных по векторам потока - наклонно наружу и соосно двигателю. ТРД по заявке Франция №2235047 основной поток сжатого газа направляется в качающееся выхлопное сопло с ответвлением его в точку центра тяжести летательного аппарата. По заявке Япония №49-183397 сопловое устройство для выхлопного сопла, выполнено в виде радиусной шиберной заслонки и обеспечивает отклонение в одной плоскости, основной газовый поток от 0 до 90°. ТРД «Конуэй» снабжен лопатками реверса, которые отбирают часть мощности от основного газового потока и изменяют вектор тяги, в результате чего сокращается тормозной путь самолета Виккерс VC 10 на посадочной полосе принимающего аэродрома. За прототип принят ТРД фирмы Роллс-Ройс «Конуэй».

К недостатку двигателя относится невозможность изменения вектора тяги радиально-угловым перемещением выхлопного торца сопла, а также увеличение или уменьшение его диаметра в процессе радиально-углового перемещения.

Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик двигателя путем улучшения конструктивных свойств реактивного сопла с устройством, объединенных в моноблок по типу ТРД «Конуэй».

Технический результат достигается тем, что турбореактивный двигатель, содержащий низко- и высоконапорный компрессоры, камеры сгорания с фронтовыми устройствами, смеситель лепесткового типа и реактивное сопло в виде моноблока, отличается тем, что смеситель выполнен с бандажным кольцом, подключенным по периферии кольца на выходе к соплу, сопло выполнено из продольных пластин, заключенных в корпус, который посредством переходника закреплен к бандажному кольцу, в корпусе размещены исполнительные механизмы углового-радиального перемещения сопла и радиально-диаметрального перемещения его пластин, в состав первого входят два кольца-водила, подвижно сопрягающиеся друг с другом по диаметральной плоскости, каждое из них базируется в кольцевом выступе корпуса и снабжено по периферии зубчатым венцом, связанным кинематически посредством вала-шестерни с сервоприводом, внутренняя сферическая поверхность колец-водил выполнена как одна базовая и сопрягается с поверхностью кулачка-кольца, при этом каждое из колец-водил по диаметральному сопряжению снабжено через 90° двумя оппозитно закрепленными приводными пальцами, которые входят своими выступами бочкообразной формы в приводные пазы кулачка-кольца, на внутренней поверхности которого в гнездах цилиндрической формы с возможностью радиального поворота установлены, по меньшей мере, восемь пальцев с проушинами, посредством которых они связаны кинематически с ведомыми пластинами, оси проушин совпадают с плоскостью разъема колец-водил, в состав второго механизма входит кольцевой пневмоцилиндр, последний закреплен посредством шпилек к торцу кулачка-кольца, у которого штоки по окружности кинематически связаны с ведущими пластинами и со стороны выхода они снабжены штифами-водилами, а ведомые пластины выполнены с приводными пазами, боковые стороны ведомых пластин и сопрягающиеся с ними ведущие пластины выполнены с общим уклоном боковых сторон в угол 6…8° от оси шарнирного соединения с пальцами с проушинами кулачка-кольца в стороны входа и выхода, с гарантированным перекрытием пазами ведомых пластин боковых торцов ведущих пластин при формировании максимального диаметра выхлопного торца сопла, снаружи кольцевой пневмоцилиндр со штоками, муфтами и толкателями закрыт корсетной лепестковой обоймой цангообразного вида, лепестки которой подвижно в контактно-скользящем режиме сопрягаются с пластинами сопла в зоне выхода.

На фиг.1 представлен общий вид двигателя; на фиг.2 - вид I с фиг.1; на фиг.3 - вид II с фиг.2; на фиг.4 - аксонометрический вид приводных пальцев и приводных пазов пространственного кулачка-кольца; на фиг.5 - вид шарнирных соединений, пальцев с проушинами; на фиг.6 - фрагмент развертки пластин сопла и их кинематические связи; на фиг.7 - схема крыла с двигателем в режиме баллистической трассы: «посадка» - транспортного авиалайнера.

Турбореактивный двигатель содержит низконапорный 1 и высоконапорный 2 компрессоры, фронтовые устройства 3, смеситель 4 лепесткового типа с бандажным кольцом 5, с опорой на пилоны 6.

Бандажное кольцо 5 соединено с корпусом 7, в котором установлено сопло 8 посредством переходника 9 и юбки-раструба 10. Корпус 7 с соплом 8 представляют в сборе первый механизм, который содержит два кольцевых базовых выступа 11, 12, в которых установлены на опорах качения (не показаны) кольца-водила 13, 14 с внутренней общей базовой сферической поверхностью.

Каждое из колец-водил 13, 14 снабжено зубчатыми венцами 15, 16, которые находятся в постоянном зацеплении с валами-шестернями 17, 18, расположенными соосно друг относительно друга в корпусе 7, и кинематически связаны с исполнительными механизмами - сервоприводами 19, 20.

По диаметральному разъему кольца-водила 13 закреплены оппозитно приводные пальцы 21, 22, а у кольца-водила 14 - приводные пальцы 23, 24 через 90° относительно приводных пальцев 21, 22.

Крепление каждого из четырех приводных пальцев 21, 22, 23, 24 осуществляется винтом 25 и штифтами 26, 27.

Внутренняя поверхность колец-водил 13, 14 подвижно сопрягается с сферической поверхностью пространственного кулачка-кольца 28 и по периферии его сферической поверхности выполнены несквозные приводные пазы 29, 30 пространственной формы, предназначенные для приводных пальцев 21, 22 и приводные пазы 31, 32 - для приводных пальцев 23, 24.

Приводные пазы 29, 30, 31, 32 выполняются на специализированном фрезерном станке с ЧПУ типа «Reform CNC-200» по программе, составленной на основе матмодели с последующей компьютерной графикой (с учетом входных и выходных конструктивных данных).

Приводные пальцы 21, 22, 23, 24 в рабочей части выполнены с радиусом r₁=12D, а стенки пазов по ширине B=D с радиусом r₂=10 В, шероховатость рабочих поверхностей R_a=0,32 мкм.

В кулачке-кольце 28 по диаметру внутренней поверхности, осесимметрично приводным пальцам 21, 22, 23, 24 установлены радиально-подвижно по крайней мере восемь пальцев 33 с проушинами 34, которые кинематически посредством пальцев 35 с серьгой 36 связывают с кулачком-кольцом 28 ведомую пластину 37 сопла 8. Пальцы 33 снабжены радиусной диаметральной канавкой для тангенциального шрифта-фиксатора (не показаны).

Ведомые пластины 37 с серьгой 36 снабжены по бокам двумя осесимметричными пазами 38, с углом наклона к входу и выходу дна каждого паза 38 в пределах 3…4° и последний, пазами 38, подвижно сопрягается с ведущими пластинами 39 и кинематически взаимодействует посредством приводных пазов 40 в плоскости ведущей пластины 39 и ее штифтов-водил 41. При этом по оси симметрии ведущие пластины 39 снабжены серьгой 42 с осью 43, посредством которых они кинематически связаны со штоками 44 кольцевого пневмоцилиндра 45, входящих в состав второго механизма закрепленного на кулачке-кольце 28, посредством шпилек 46 равнорасположенных по торцу кулачка-кольца 28. Штоки 44 дополнительно снабжены переходными муфтами 47 и толкателями 48, которые соединены посредством оси 43 с серьгой 42.

Величина возвратно-поступательного хода ведущих пластин 39 кинематически связана с протяженностью пазов 40 ведомых пластин 37, расположенных под заданным углом к оси симметрии и рассчитываются в процессе конструирования при назначении входных параметров D_min и D_max выхлопного торца сопла 8.

Наряду с пневмоцилиндром 45, к торцу кулачка 28, закреплена корсетная лепестковая обойма 49 цангообразной формы, лепестки 50 обоймы 49 подвижны в контактно-скользящем режиме и сопрягаются с ведомыми пластинами 37 и ведущими пластинами 39 сопла 8. При этом лепестки обоймы 49 выполнены с «западанием» на продольных участках ведущих пластин 39 с целью обеспечения стабилизации диаметрального размера сопла 8 и снижения реактивной составляющей по касательным нагрузкам на кулачок-кольцо 28.

Детали корпуса 7, колец-водил 13, 14, кулачка-кольца 28 сопла 8 изготавливаются из титановых сплавов типа ВТЗ, ВТЗ-1 и после окончательных технологических операций их поверхности трения подвергаются ионно-вакуумному насыщению (имплантации) одним или несколькими компонентами: Мо, W, V, Cr и др., что обеспечивает высокие противоизносные свойства трущихся поверхностей. Детали переходника 9 с юбкой-раструбом 10, изготавливаются одним из видов высокомодульных композиций на магниевой матрице с углеродными армирующими волокнами. Двигатель предназначен как для самолетов Военно-Воздушных Сил типа СУ-27, СУ-32 высокоманевренного пилотирования, так и для гражданских авиалайнеров и военно-транспортной авиации для снижения динамических и статических нагрузок на элементы рулевых закрылков в режиме «взлет» и «посадка».

Турбореактивный двигатель работает следующим образом.

В процессе запуска двигателя вступает в работу низконапорный 1 и высоконапорный 2 компрессоры и топливоподача в фронтовые устройства 3. После набора оборотов газовый высоконапорный высокоскоростной поток проходит через смесительное устройство 4 с бандажным кольцом 5, который одновременно выпрямляется Л-образными воздуховодами. Далее, пройдя через участок юбки-раструба 10 переходника 9, поток поступает в реактивное сопло 8.

На холостых режимах проверяется работа исполнительных механизмов, первого механизма от сервоприводов 19, 20 и от них работа колец-водил 13, 14 с кулачком-кольцом 28, кинематически связанного с ведомыми и ведущими пластинами 37, 39 соответственно, и всего сопла 8 в целом, его углового-радиального перемещения по образующим конуса в пределах 360°.

Проверяется (с пульта) одновременно с работой сервоприводов 19, 20 работа второго механизма - пневмоцилиндра 45, ответственного за диаметрально-радиальное формирование сопла 8, заданное увеличение или уменьшение диаметра его выхлопного торца. От сигналов датчиков и задатчиков (с пульта) проверяется точность срабатывания исполнительных механизмов и точность отсчета (точка «О») этих движений (конструктивно заложено в соосном расположении валов-шестерен 17, 18).

После проверки работы двигателя и его систем управления соплом 8 работу двигателя переводят в рабочий режим.

На режимах «взлет» и «посадка» сервоприводами 19, 20 приводят сопло 8 в положение, указанное на фиг.7. При этом на режиме «взлет» устанавливают подачу топлива от средних до максимальных тяговых характеристик двигателя, а на режиме «посадка» подачу топлива устанавливают от средних в сторону минимальных тяговых характеристик двигателя.

Изобретение относится к авиастроительной технике, в частности к авиадвигателестроению. Турбореактивный двигатель содержит низко- и высоконапорный компрессоры, камеры сгорания с фронтовыми устройствами, смеситель лепесткового типа и реактивное сопло в виде моноблока. Смеситель выполнен с бандажным кольцом, подключенным по периферии кольца на выходе к соплу. Сопло выполнено из продольных пластин, заключенных в корпус, который посредством переходника закреплен к бандажному кольцу. В корпусе размещены исполнительные механизмы углового-радиального перемещения сопла и радиально-диаметрального перемещения его пластин. В состав первого входят два кольца-водила, подвижно сопрягающиеся друг с другом по диаметральной плоскости. Каждое из них базируется в кольцевом выступе корпуса и снабжено по периферии зубчатым венцом, связанным кинематически посредством вала-шестерни с сервоприводом. Внутренняя сферическая поверхность колец-водил выполнена как одна базовая и сопрягается с поверхностью кулачка-кольца. Каждое из колец-водил по диаметральному сопряжению снабжено через 90° двумя оппозитно закрепленными приводными пальцами, которые входят своими выступами бочкообразной формы в приводные пазы кулачка-кольца, на внутренней поверхности которого в гнездах цилиндрической формы с возможностью радиального поворота установлены, по меньшей мере, восемь пальцев с проушинами, посредством которых они связаны кинематически с ведомыми пластинами. Оси проушин совпадают с плоскостью разъема колец-водил. В состав второго механизма входит кольцевой пневмоцилиндр, закрепленный посредством шпилек к торцу кулачка-кольца. Штоки пневмоцилиндра по окружности кинематически связаны с ведущими пластинами и со стороны выхода снабжены штифтами-водилами. Ведомые пластины выполнены с приводными пазами. Боковые стороны ведомых пластин и сопрягающиеся с ними ведущие пластины выполнены с общим уклоном боковых сторон в угол 6…8° от оси шарнирного соединения с пальцами с проушинами кулачка-кольца в стороны входа и выхода, с гарантированным перекрытием пазами ведомых пластин боковых торцов ведущих пластин при формировании максимального диаметра выхлопного торца сопла. Снаружи кольцевой пневмоцилиндр со штоками, муфтами и толкателями закрыт корсетной лепестковой обоймой цангообразного вида, лепестки которой подвижно в контактно-скользящем режиме сопрягаются с пластинами сопла в зоне выхода. Изобретение позволяет повысить эксплуатационные характеристики двигателя. 7 ил.

Турбореактивный двигатель, содержащий низко- и высоконапорный компрессоры, камеры сгорания с фронтовыми устройствами, смеситель лепесткового типа и реактивное сопло в виде моноблока, отличающийся тем, что смеситель выполнен с бандажным кольцом, подключенным по периферии кольца на выходе к соплу, сопло выполнено из продольных пластин заключенных в корпус, который посредством переходника закреплен к бандажному кольцу, в корпусе размещены исполнительные механизмы углового-радиального перемещения сопла и радиально-диаметрального перемещения его пластин, в состав первого входят два кольца - водила подвижно сопрягающиеся друг с другом по диаметральной плоскости, каждое из них базируется в кольцевом выступе корпуса и снабжено по периферии зубчатым венцом, связанным кинематически посредством вал-шестерни с сервоприводом, внутренняя сферическая поверхность колец-водил выполнена как одна базовая и сопрягается с поверхностью кулачка-кольца, при этом каждое из колец-водил по диаметральному сопряжению снабжено через 90° двумя оппозитно закрепленными приводными пальцами, которые входят своими выступами бочкообразной формы в приводные пазы кулачка-кольца на внутренней поверхности которого в гнездах цилиндрической формы с возможностью радиального поворота установлены, по меньшей мере, восемь пальцев с проушинами, посредством которых они связаны кинематически с ведомыми пластинами, оси проушин совпадают с плоскостью разъема колец-водил, в состав второго механизма входит кольцевой пневмоцилиндр, последний закреплен посредством шпилек к торцу кулачка-кольца и у которого штоки по окружности кинематически связаны с ведущими пластинами и со стороны выхода они снабжены штифтами-водилами, а ведомые пластины выполнены с приводными пазами, боковые стороны ведомых пластин и сопрягающиеся с ними ведущие пластины выполнены с общим уклоном боковых сторон в угол 6-8° от оси шарнирного соединения с пальцами с проушинами кулачка-кольца в стороны входа и выхода, с гарантированным перекрытием пазами ведомых пластин боковых торцов ведущих пластин при формировании максимального диаметра выхлопного торца сопла, снаружи кольцевой пневмоцилиндр со штоками, муфтами и толкателями закрыт корсетной лепестковой обоймой цангообразного вида, лепестки которой подвижно в контактно-скользящем режиме сопрягаются с пластинами сопла в зоне выхода.