ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2010 года по МПК F02C7/04 B64D33/02 F02K3/06 

Настоящее изобретение относится к газотурбинным двигателям летательных аппаратов и, более конкретно, к воздухозаборнику и корпусу вентилятора таких газотурбинных двигателей.

В известных газотурбинных двигателях внутренняя стенка воздухозаборника и корпус вентилятора изготовлены из металла, и задний конец упомянутой внутренней стенки воздухозаборника, и передний конец упомянутого корпуса вентилятора имеют взаимодействующие выступающие периферийные фланцы таким образом, что их можно соединять вместе с использованием крепежных деталей (винтов, болтов и т.д.), которые проходят через упомянутые фланцы.

С учетом механических, тепловых и массовых свойств композиционных материалов, состоящих из смолы и волокнистого наполнителя, может быть выгодно, чтобы было возможно производить упомянутую внутреннюю стенку воздухозаборника и упомянутый корпус вентилятора полностью в форме компонентов, изготовленных из такого композиционного материала. Однако выполненные с этой целью испытания не подтвердили выгоды, потому что при использовании волокна расслаиваются при 90° изгибе, где периферийные фланцы сходятся с остальной цилиндрической частью упомянутой внутренней стенки и упомянутого корпуса, и это расслаивание приводит к существенному снижению механической прочности упомянутых компонентов и даже является причиной их поломки.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы преодолеть этот недостаток.

С этой целью, в соответствии с изобретением, газотурбинный двигатель летательного аппарата, который имеет продольную ось и содержит:

- воздухозаборник, снабженный цилиндрической внутренней стенкой; и

- вентилятор, снабжаемый воздухом посредством упомянутого воздухозаборника и заключенный в корпусе, также цилиндрическом,

отличается тем, что упомянутая внутренняя стенка воздухозаборника и корпус вентилятора образуют единый цилиндрический компонент, изготовленный из композиционного материала, состоящего из смолы и волокнистого наполнителя.

Таким образом, на основании настоящего изобретения можно обходиться без фланцев, расположенных, соответственно, на заднем конце внутренней стенки воздухозаборника и на переднем конце корпуса вентилятора. Поэтому вышеупомянутые недостатки, связанные с присутствием этих фланцев, полностью устранены. Кроме того, получена объединенная сборка внутренней стенки воздухозаборника/корпуса вентилятора, что является особенно выгодным в отношении массы и стоимости.

Упомянутый единый цилиндрический компонент, изготовленный из композиционного материала, может быть произведен с использованием углеродного, борного, силиконкарбидного волокна, стекловолокна и т.д., хотя углеродное волокно является предпочтительным. Этот компонент может быть получен любым известным способом (наматывания, закручивания, собирания в складки нитей волоконных или тканевых препрегов и т.д.).

На его заднем конце упомянутый цилиндрический компонент, изготовленный из композиционного материала, может быть присоединен с помощью фланца и болтов к внешнему капоту канала вентилятора упомянутого газотурбинного двигателя.

В таком случае является благоприятным, для того чтобы избегать вышеупомянутых недостатков расслаивания, задний конец упомянутого цилиндрического компонента, изготовленного из композиционного материала, выполнить однородным, и упомянутый фланец должен быть прикреплен и зафиксирован на упомянутом заднем конце.

Фигуры прилагаемых чертежей сделают более легким понимание того как изобретение может быть воплощено. На этих фигурах идентичные ссылочные позиции обозначают элементы, которые являются подобными.

Фиг.1 изображает, в частичном схематическом разрезе пополам, переднюю часть известного газотурбинного двигателя.

Фиг.2 изображает, также в частичном схематическом разрезе пополам, один пример того, как задний конец воздухозаборника и передний конец корпуса вентилятора соединены вместе в известном газотурбинном двигателе фиг.1.

Фиг.3 изображает на виде, подобном фиг.1, переднюю часть газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 изображает, в увеличенном частичном разрезе, аналогичном фиг.2, единый цилиндрический компонент, изготовленный из композиционного материала, который образует внутреннюю стенку воздухозаборника и капот вентилятора газотурбинного двигателя фиг.3.

Фиг.5 иллюстрирует, в увеличенном частичном разрезе, соединение между упомянутым единым цилиндрическим компонентом, изготовленным из композиционного материала, и внешним капотом канала вентилятора.

Газотурбинный двигатель известного типа 1, передняя часть которого схематически и частично изображена на фиг.1, имеет продольную ось L-L. Эта передняя часть по существу содержит цилиндрический воздухозаборник 2 и вентилятор 3.

Цилиндрический воздухозаборник 2 имеет переднюю кромку 4 и снабжен цилиндрической внутренней стенкой 5, изготовленной из металла, например из алюминия, которая несет внутри поглощающее шум цилиндрическое покрытие 6. Внешний капот 7 окружает упомянутый воздухозаборник и с упомянутой внутренней стенкой 5 определяет границы камеры 8 с кольцевым поперечным сечением, закрываемой кольцевой задней разделительной стенкой 9 с противоположной стороны от упомянутой передней кромки 4.

Вентилятор 3 имеет лопасти 10 и окружен корпусом 11 вентилятора, состоящим из цилиндрического компонента 12, изготовленного из металла, например из алюминия, и несущего внутри поглощающее шум цилиндрическое покрытие 13.

Задний конец 2R воздухозаборника 2 и передний конец 11A корпуса 11 вентилятора соединены вместе по плоскости J1 соединения.

Как показано в более крупном масштабе на фиг.2, задний 2R и передний 11A концы собраны с использованием двух взаимодействующих кольцеобразных фланцев 14 и 15, выступающих наружу от внутренней стенки 5 и цилиндрического компонента 12 и сжимаемых вместе болтами 16, проходящими через противолежащие просверленные отверстия 17 и 18, выполненные в упомянутых фланцах 14 и 15. В известном примерном варианте осуществления, показанном на фиг.2, кольцеобразный фланец 14 прикреплен к внутренней стенке 5 и закреплен на последней болтами 19 и 20. В противоположность этому, в данном примере, фланец 15 подвергают механической обработке как единую деталь с цилиндрическим компонентом 12.

Кроме того, с каждым болтом 16 связана втулка 21, через которую проходит упомянутый болт 16, и которая закреплена с помощью этого болта на фланце 15. Втулки 21 производят таким образом, что они могут подвергаться пластическому сжатию в осевом направлении. Таким образом, когда лопасть 10 вентилятора 3 ломается и ударяется о корпус 11, энергия от удара может быть по меньшей мере частично поглощена упомянутыми втулками 21.

На его заднем конце 11R корпус 11 вентилятора собран с передним концом 22A внешнего капота 22 канала 23 вентилятора по плоскости J2 соединения. Сборка, такая как эта, получена с использованием системы фланцев 24, 25, которая является подобной системе фланцев 14, 15, где фланец 24, который несет цилиндрический компонент 12, является, например, идентичным фланцу 15, а фланец 25 внешнего капота 22 может иметь любую соответствующую форму (см. фиг.5). Конечно, для соединения упомянутых фланцев 24 и 25 вместе обеспечены болты (не показаны).

Внешний капот 22 вентилятора внутри несет поглощающее шум цилиндрическое покрытие 26.

На фиг.3, которая схематически изображает переднюю часть двигателя в соответствии с настоящим изобретением, снова показаны элементы 2-4, 7-10, 22, 22A, 23, 25, 26 и J2, описанные выше. В противоположность этому, внутренняя стенка 5 воздухозаборника 2 и корпус 11 вентилятора заменены единым цилиндрическим компонентом 30, изготовленным из композиционного материала, состоящего из смолы и волокнистого наполнителя, который внутри несет поглощающее шум цилиндрическое покрытие 31, заменяющее покрытия 6 и 13 (см. также фиг.4). В результате, обошлись без фланцев 14, 15, болтов 16, 19, 20 и плоскости J1 соединения. Фиг.4 также изображает линию, по которой следовала бы плоскость J1 соединения, если бы она не была опущена.

На заднем конце 30R компонента 30 обеспечен фланец 32, предназначенный для взаимодействия с фланцем 25 внешнего капота 22 канала 23 вентилятора, чтобы присоединять упомянутый компонент 30 к упомянутому капоту.

Как можно увидеть на фиг.5, фланец 32 состоит из кольца, прикрепленного к однородному заднему концу 30R упомянутого компонента 30 и зафиксированного на нем болтами 33, 34. Болты 35 соединяют вместе фланцы 25 и 32 и, следовательно, цилиндрический компонент 30 и капот 22 канала вентилятора.

Следует отметить, что если лопасть 10 отламывается от вентилятора 3, и эта отломанная лопасть ударяется о компонент 30, этот компонент благодаря его форме и природе способен поглощать энергию удара.

Также следует отметить, что цилиндрическое покрытие 31 может иметь различные области, подходящие для тех мест, где они расположены относительно двигателя. Например, цилиндрическое покрытие 31 может быть:

- полностью звукоизолирующего типа в воздухозаборнике 2,

- звукоизолирующего и истираемого типа, когда оно обращено к лопастям 10 вентиляторов 3 (чтобы компенсировать расширение упомянутых лопастей), и

- звукоизолирующего и механически прочного типа позади упомянутых лопастей 10 (чтобы противостоять ударам от объектов, таких как кусочки льда, которые отделяются от упомянутых лопастей).

Следует отметить, что воздухозаборник в соответствии с настоящим изобретением не имеет никакого разрыва импеданса, таким образом улучшая общую характеристику ослабления шума в звукоизоляции.

Газотурбинный двигатель летательного аппарата содержит воздухозаборник (2), снабженный цилиндрической внутренней стенкой, и вентилятор (3), снабжаемый воздухом посредством упомянутого воздухозаборника и заключенный в цилиндрическом корпусе. Цилиндрическая внутренняя стенка воздухозаборника и корпус вентилятора образуют единый цилиндрический компонент (30), изготовленный из композиционного материала, состоящего из смолы и волокнистого наполнителя. Композиционный материал может быть основан на углеродном волокне. Цилиндрический компонент присоединен с помощью фланца (32) и болтов к внешнему капоту (22) канала (23) вентилятора. Задний конец (30R) цилиндрического компонента (30) является однородным. Фланец (32) прикреплен и зафиксирован на заднем конце (30R). Изобретение позволяет устранить расслоение композиционного материала. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Газотурбинный двигатель летательного аппарата, содержащий:
воздухозаборник (2), снабженный цилиндрической внутренней стенкой, и
вентилятор (3), снабжаемый воздухом посредством упомянутого воздухозаборника и заключенный в корпусе, также цилиндрическом, отличающийся тем, что:
упомянутая цилиндрическая внутренняя стенка воздухозаборника и упомянутый корпус вентилятора образуют единый цилиндрический компонент (30), изготовленный из композиционного материала, состоящего из смолы и волокнистого наполнителя,
на его заднем конце (30R) упомянутый цилиндрический компонент (30), изготовленный из композиционного материала, присоединен с помощью фланца (32) и болтов (35) к внешнему капоту (22) канала (23) вентилятора, и
задний конец (30R) упомянутого цилиндрического компонента (30) является однородным, и упомянутый фланец (32) прикреплен и зафиксирован на упомянутом заднем конце (30R).

2. Газотурбинный двигатель по п.1, в котором упомянутый композиционный материал основан на углеродном волокне.