ВОЗДУХОЗАБОРНИК ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2010 года по МПК F02C7/04 

Настоящее изобретение относится к газотурбинным двигателям летательных аппаратов, и более конкретно к воздухозаборнику газотурбинного двигателя этого типа.

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, таких как винты, болты и т.д., оси которых являются параллельными продольной оси газотурбинного двигателя и которые проходят через упомянутые фланцы.

С учетом механических, тепловых и массовых свойств композиционных материалов, состоящих из смолы и волокнистого наполнителя, может быть выгодно, если бы было возможно упомянутую внутреннюю стенку воздухозаборника производить полностью в форме компонента, изготовленного из такого композиционного материала. Однако выполненные с этой целью испытания не подтвердили выгоды, потому что, при использовании, волокна расслаиваются при 90° изгибе между упомянутым периферийным фланцем и остальной цилиндрической частью упомянутой внутренней стенки, и это расслаивание приводит к существенному снижению механической прочности упомянутого компонента и даже является причиной того, что этот компонент ломается.

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

С этой целью в соответствии с изобретением газотурбинный двигатель летательного аппарата, имеющий продольную ось и содержащий:

- воздухозаборник, снабженный цилиндрической внутренней стенкой; и

- вентилятор, снабжаемый воздухом посредством упомянутого воздухозаборника и заключенный в корпусе, который также является цилиндрическим,

причем задний конец упомянутой внутренней стенки воздухозаборника и передний конец упомянутого корпуса вентилятора соответственно снабжены выступающими по периферии соединительными фланцами и соединены вместе с использованием первых крепежных деталей, таких как винты, болты или подобные детали, которые проходят через упомянутые фланцы, и оси которых являются по меньшей мере приблизительно параллельными упомянутой продольной оси газотурбинного двигателя,

отличается тем, что:

- упомянутая внутренняя стенка воздухозаборника, включающая в себя соединительный фланец упомянутого заднего конца, образована из компонента, изготовленного из композиционного материала, состоящего из смолы и волокнистого наполнителя;

- на стороне, противоположной переднему концу упомянутого корпуса, выступающий по периферии фланец упомянутого заднего конца присоединен к упомянутой внутренней стенке посредством имеющего по меньшей мере приблизительно форму выкружки кольцеобразного профиля;

- подкрепляющее кольцо прикреплено к упомянутому заднему концу, причем упомянутое подкрепляющее кольцо поддерживает упомянутый имеющий по меньшей мере приблизительно форму выкружки кольцеобразный профиль и подлежит закреплению на упомянутом заднем конце посредством вторых крепежных деталей, оси которых по меньшей мере приблизительно ортогональны упомянутой продольной оси упомянутого газотурбинного двигателя; и

- упомянутое подкрепляющее кольцо имеет упомянутые первые крепежные детали, проходящие через него и прижимаемые относительно упомянутых фланцев.

Таким образом, благодаря форме фланца из композиционного материала и присутствию упомянутого подкрепляющего кольца, по изгибу, присоединяющему упомянутый фланец к остальной цилиндрической части упомянутой внутренней стенки, никакое расслаивание происходить не может.

Композиционный материал может быть изготовлен из углеродного, борного, силиконкарбидного волокна, стекловолокна и т.д. Однако углеродное волокно является предпочтительным. Кроме того, упомянутый компонент, изготовленный из композиционного материала, может быть получен любым известным способом (наматывания, закручивания, собирания в складки нитей волоконных или тканевых препрегов и т.д.).

В качестве предпочтительного варианта, чтобы дополнительно повысить прочность компонента, изготовленного из композиционного материала, упрочнение, изготовленное из композиционного материала, которое образует неотъемлемую часть упомянутого компонента, обеспечивается под упомянутым подкрепляющим кольцом, то есть в том местоположении, в котором толщина упомянутого компонента, изготовленного из композиционного материала, больше, чем толщина в других местах.

Преимущественно упомянутое подкрепляющее кольцо изготовлено из металла. Было найдено, что титан является особенно подходящим материалом для изготовления упомянутого подкрепляющего кольца.

Прилагаемые чертежи сделают более легким понимание того, как изобретение может быть воплощено. На этих чертежах, 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 соединенных вместе заднего конца воздухозаборника и переднего конца корпуса вентилятора в известном газотурбинном двигателе фиг.1.

Фиг.3 изображает на виде, подобном фиг.2, примерный вариант осуществления изобретения.

Фиг.4 представляет частичный вид в перспективе, с вырезом, элементов фиг.3.

Газотурбинный двигатель 1 известного типа, 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 обеспечен металлической цилиндрической внутренней стенкой 5, например, изготовленной 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 металлического цилиндрического компонента 12, например, изготовленного из алюминия, и несущего внутри поглощающее шум цилиндрическое покрытие 13.

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

Как показано в более крупном масштабе на фиг.2, задний 2R и передний 11А концы собраны с использованием двух взаимодействующих кольцеобразных фланцев 14 и 15, которые выступают наружу по периферии внутренней стенки 5 и цилиндрического компонента 12 и которые прижаты относительно друг друга болтами 16, оси l-l которых параллельны продольной оси L-L, и которые проходят 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 деформацией упомянутых втулок 21.

В примерном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением и изображенном на фиг.3 мы снова находим элементы 2, 2R, 3, 6, 9, 11-13, 11А, 15, 16, 18, 21 и J, описанные выше в отношении фиг.2. В противоположность этому, цилиндрическая внутренняя стенка 5 и фланец 14 были опущены и заменены единственным компонентом 22, изготовленным из композиционного материала, предпочтительно основанного на углеродном волокне, который содержит цилиндрическую внутреннюю стенку 23 (заменяющую цилиндрическую внутреннюю стенку 5) и фланец 24 (заменяющий фланец 14).

На противоположной стороне от корпуса 11 вентилятора фланец 24 присоединен к цилиндрической стенке 23 посредством выкружки 25 (см. также фиг.4). Кроме того, упомянутый фланец 24 и выкружка 25 упрочнены композиционным материалом так, что их толщина Е превышает толщину е цилиндрической стенки 23.

Подкрепляющее кольцо 26, например, изготовленное из титана, прикреплено к упомянутому компоненту 22, изготовленному из композиционного материала, таким образом, чтобы поддерживать упомянутую выкружку 25, и закреплено на последней болтами 27, оси х-х которых являются ортогональными упомянутой оси L-L. Кроме того, упомянутое подкрепляющее кольцо 26 имеет болты 16, проходящие через его сквозные отверстия 28 (аналогичные просверленным отверстиям 17), и прижимаемые относительно фланцев 15 и 24.

Если это является подходящим, подкрепляющее кольцо 26 может продолжаться так, чтобы образовывать кольцевую заднюю разделительную стенку 9 (как изображено на фиг.3).

В качестве предпочтительного варианта болты 27 являются болтами так называемого типа "утопленного болта", чтобы не требовался доступ к заднему концу 2R. Таким образом, звукоизолирующее покрытие 6 может быть продолжено назад.

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

Газотурбинный двигатель летательного аппарата включает воздухозаборник и вентилятор. Внутренняя стенка воздухозаборника имеет соединительный фланец на ее заднем конце и образована компонентом, изготовленным из композиционного материала, состоящего из смолы и волокнистого наполнителя. Выступающий по периферии фланец заднего конца внутренней стенки воздухозаборника присоединен к последней посредством имеющего форму выкружки кольцеобразного профиля. К заднему концу внутренней стенки воздухозаборника прикреплено также подкрепляющее кольцо, поддерживающее кольцеобразный профиль, причем через него проходят первые крепежные детали, прижимаемые относительно взаимодействующих фланцев внутренней стенки воздухозаборника и корпуса вентилятора. Подкрепляющее кольцо закреплено на заднем конце внутренней стенки воздухозаборника посредством вторых крепежных деталей, оси которых ортогональны продольной оси газотурбинного двигателя. Изобретение позволяет повысить прочность фланцевого соединения воздухозаборника с корпусом вентилятора, за счет исключения расслаивания композиционного материала в месте перехода стенки воздухозаборника во фланец. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Газотурбинный двигатель летательного аппарата, имеющий продольную ось (L-L) и содержащий:
воздухозаборник (2), снабженный цилиндрической внутренней стенкой, и
вентилятор (3), снабжаемый воздухом посредством упомянутого воздухозаборника и заключенный в корпусе (11), который также является цилиндрическим,
причем задний конец упомянутой внутренней стенки воздухозаборника и передний конец упомянутого корпуса вентилятора соответственно снабжены выступающими по периферии взаимодействующими соединительными фланцами и соединены вместе с использованием первых крепежных деталей (16), таких как винты, болты или подобные детали, которые проходят через упомянутые фланцы, и оси (l-l) которых являются по меньшей мере приблизительно параллельными упомянутой продольной оси (L-L) газотурбинного двигателя, в котором:
упомянутая внутренняя стенка (23) воздухозаборника (2), включающая в себя соединительный фланец (24) упомянутого заднего конца (2R), образована из компонента (22), изготовленного из композиционного материала, состоящего из смолы и волокнистого наполнителя,
на противоположной стороне от переднего конца (11А) упомянутого корпуса (11) выступающий по периферии фланец (24) упомянутого заднего конца (2R) присоединен к упомянутой внутренней стенке (23) посредством имеющего по меньшей мере приблизительно форму выкружки кольцеобразного профиля (25),
подкрепляющее кольцо (26) прикреплено к упомянутому заднему концу (2R), причем упомянутое подкрепляющее кольцо поддерживает упомянутый имеющий по меньшей мере приблизительно форму выкружки кольцеобразный профиль (25) и подлежит закреплению на упомянутом заднем конце (2R) посредством вторых крепежных деталей (27), оси (х-х) которых являются по меньшей мере приблизительно ортогональными упомянутой продольной оси (L-L) упомянутого газотурбинного двигателя, и
упомянутое подкрепляющее кольцо (26) имеет упомянутые первые крепежные детали (16), проходящие через него и прижимаемые относительно упомянутых взаимодействующих фланцев (15, 24).

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

3. Газотурбинный двигатель по п.1,
в котором под упомянутым подкрепляющим кольцом (26) толщина (Е) упомянутого компонента (22), изготовленного из композиционного материала, больше, чем в остальной цилиндрической части упомянутой внутренней стенки (23).

4. Газотурбинный двигатель по п.1,
в котором упомянутое подкрепляющее кольцо (26) изготовлено из металла.

5. Газотурбинный двигатель по п.4,
в котором упомянутое подкрепляющее кольцо (26) изготовлено из титана.

6. Газотурбинный двигатель по п.1,
в котором упомянутые вторые крепежные детали (27) являются утопленными.