ВНЕШНЯЯ ОБОЛОЧКА ВОЗДУХОВОДА ВЕНТИЛЯТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2012 года по МПК F01D25/24 F02K3/06 

Настоящее изобретение касается воздуховода вентилятора газотурбинного двигателя, такого как авиационный турбореактивный двигатель.

Воздуховод вентилятора (часто называемый «fan duct» или «by pass duct») газотурбинного двигателя размещен вокруг газотурбинного двигателя, между вентилятором и выхлопным соплом, и содержит две по существу цилиндрических коаксиальных стенки, которые ограничивают между собой кольцевое пространство для прохода воздуха, всасываемого вентилятором, образуя холодный поток или вторичный поток. Другая часть воздуха, всасываемого вентилятором, поступает в газотурбинный двигатель, который содержит с входа на выход компрессор, камеру сгорания и турбину, и формирует горячий поток или первичный поток.

Внутренняя стенка воздуховода закреплена своим входным концом на промежуточном кожухе газотурбинного двигателя и связана своим выходным концом с выхлопным кожухом. Она служит для того, чтобы окружать на небольшом радиальном расстоянии газотурбинный двигатель.

Внешняя стенка воздуховода закреплена своим входным концом на промежуточном кожухе и своим выходным концом - с системой подвески и центрирования, которая связана с выхлопным кожухом и которая, в общем, размещена на входе системы реверса тяги. Она обеспечивает аэродинамическое формирование вторичного потока и может также играть конструктивную роль в передаче усилий, таких как усилия подвески двигателя или реверсивной тяги и в минимизации явлений искривлений корпуса турбореактивного двигателя.

В известном уровне техники, особенно в случае, когда турбореактивные двигатели крепятся к задней части фюзеляжа самолета, внешняя стенка воздуховода выполнена в виде моноблочной детали почти цилиндрической формы, которая не приспособлена для открывания, что представляет проблему для доступа к двигателю при операциях обслуживания. Однако важная конструктивная роль этой детали в таком типе турбореактивных двигателей запрещает устанавливать что-либо другое кроме очень маленьких люков доступа, что не позволяет получить доступ к оборудованию и к инжекторам, распределенным по всей окружности двигателя.

Изобретение предлагает простое, экономичное и эффективное решение этих проблем, позволяющее избежать недостатков известного уровня техники, и направлено, в особенности, на улучшение доступа к двигателю при операциях обслуживания, и уменьшения, вследствие этого, периодов простоя самолета при обеспечении хорошей передачи усилий от двигателя самолету и хорошей жесткости турбореактивного двигателя.

Для этой цели оно предлагает двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий оболочку почти цилиндрической формы, установленную на выходе промежуточного кожуха и ограничивающую снаружи кольцевое пространство для прохода вторичного потока вокруг турбореактивного двигателя, отличающийся тем, что цилиндрическая оболочка образована решетчатым каркасом и съемными панелями обтекателя, закрепленными на этом каркасе и включающая входной кольцевой фланец для крепления к промежуточному кожуху, а также выходной кольцевой фланец для соединения с выхлопным кожухом, а также жесткие балки, связывающие оба фланца между собой.

Изобретение предлагает, таким образом, разделить конструктивные части и аэродинамические части внешней оболочки от воздуховода вентилятора турбореактивного двигателя для значительного облегчения операций обслуживания.

Согласно изобретению для получения доступа внутрь турбореактивного двигателя достаточно снять панели обтекателя с решетчатого каркаса внешней оболочки воздуховода вентилятора. Доступ особенно облегчается конфигурацией этой решетчатой структуры, состоящей, в основном, из двух фланцев, соответственно входного и выходного, и жестких балок, связывающих эти два фланца. Такая конфигурация облегчает доступ к оборудованию и инжекторам, которые равномерно распределены по окружности турбореактивного двигателя.

Форма панелей обтекателя может быть выбрана такой, чтобы оптимизировать аэродинамические характеристики без влияния на конструктивные качества решетчатого каркаса цилиндрической оболочки.

Использование жестких балок, которые придают каркасу решетчатую форму, позволяет улучшить передачу усилий в каркас, распределяя восприятие усилий по протяженным зонам. Жесткость этой структуры позволяет перенести на нее часть усилий сдвига, проходящих в силовой установке, и так ограничить передачу последних самим двигателем, что позволяет значительно уменьшить явления деформации несущей конструкции, которые ухудшают характеристики турбореактивного двигателя. Места крепления жестких балок на кольцевых фланцах выбираются для лучшей оптимизации передачи усилий. Тем не менее, предпочтительно выбирать слегка различную локализацию некоторых мест крепления для облегчения доступа к специфическим зонам двигателя при операциях обслуживания.

В общем, каркас внешней оболочки воздуховода вентилятора согласно изобретению позволяет также уменьшить массу и стоимость изготовления такой внешней оболочки.

Предпочтительно, решетчатый каркас содержит балки, параллельные оси, и/или балки, наклонные относительно оси, связывающие входной кольцевой фланец с выходным кольцевым фланцем, и которые равномерно распределены вокруг оси.

В соответствии с первым вариантом изобретения, решетчатый каркас содержит жесткие балки, наклонные относительно оси и разделяющие оболочку на зоны по существу треугольной формы и по существу одинаковых размеров, при этом каждая из балок входным концом жестко соединена с входным кольцевым фланцем и выходным концом жестко соединена с выходным кольцевым фланцем.

Такая особенно простая зигзагообразная форма решеток характеризуется хорошей передачей усилий.

В соответствии с другим вариантом изобретения решетчатый каркас содержит промежуточное усилительное кольцо, расположенное коаксиально между кольцевыми входным и выходным фланцами и соединенное с входными и выходными балками посредством прямых или слегка наклоненных относительно оси жестких балок.

Такая вторая форма решеток может быть предпочтительной для относительно длинных воздуховодов вентиляторов, или, другими словами, для улучшения жесткости каркаса, что связано с наличием промежуточного усилительного кольца, позволяющего использовать более короткие балки.

Предпочтительно, каждая наклонная жесткая балка образует одинаковый угол α с каждой из двух соседних балок.

В соответствии с другой характеристикой изобретения панели обтекателя имеют защитное акустическое покрытие.

Отсутствие люков в этих панелях и их значительные поверхности обеспечивают прекрасную акустическую обработку воздуховода вентилятора и, следовательно, прекрасное подавление акустических шумов, производимых турбореактивным двигателем.

Решетчатый каркас может быть выполнен из металла и быть моноблочным, либо быть образован соединением механической сваркой или болтами.

Альтернативно, решетчатый каркас может быть образован

элементами из композитного материала, соединенными винтами, клепкой или склеиванием.

В соответствии с другой характеристикой изобретения модули каркаса закреплены на кольцевых фланцах решетчатого каркаса цилиндрической оболочки.

Изобретения будет понятно лучше, а его детальные характеристики и преимущества будут яснее после прочтения нижеследующего описания, не являющегося ограничительным примером по отношению к приложенным чертежам, на которых:

- фиг.1 изображает схематично вид в аксонометрии первого варианта турбореактивного двигателя согласно изобретению;

- фиг.2 изображает схематично вид в аксонометрии второго варианта турбореактивного двигателя согласно изобретению.

Фиг.1 изображает двухконтурный турбореактивный двигатель 10, окруженный капотом 12 (представлен в разрезе), и содержащий, в основном, от входа к выходу, кожух вентилятора 14, промежуточный кожух 16, воздуховод вентилятора, образованный двумя по существу цилиндрическими коаксиальными оболочками, соответственно внутренней 18 и внешней 20, и смеситель 22, окружающий входную часть 24 реактивного сопла, размещенного на выходе выхлопного кожуха. Внутренняя оболочка 18 воздуховода вентилятора обычно называется I.F.D (Inner Fan Duct), а внешняя оболочка 20 обычно называется O.F.D (Outer Fan Duct).

Кожух вентилятора 14 окружает вентиляторное колесо, приводимое во вращение турбиной турбореактивного двигателя известным специалисту способом. При работе двигателя вентилятор создает вторичный поток воздуха, который поступает к выходной части вокруг турбореактивного двигателя между внутренней 18 и внешней 20 цилиндрическими оболочками и создает часть тяги двигателя. Часть воздуха, поступающего в двигатель, питает входной компрессор турбореактивного двигателя и затем смешивается с топливом в камере сгорания. Продукты горения 26, выходящие из камеры сгорания, поступают в турбину, затем выбрасываются в выхлопной кожух и выходят из турбореактивного двигателя через смеситель 22, проходя через реактивное сопло 24 и смешиваясь с вторичным потоком, выходящим их воздуховода вентилятора.

В соответствии с изобретением, внешняя оболочка 20 воздуховода вентилятора образована каркасом 30, на котором закреплены съемные панели обтекателя 32, предназначенные для направления вторичного потока. Этот каркас 30 содержит входной кольцевой фланец 34, которым он прикреплен к промежуточному кожуху 16, например, с помощью болтовых соединений. Каркас 30 содержит также выходной кольцевой фланец 36, соединенный с подвесным кольцом, закрепленным на тягах 40, например, на трех, связанных с выхлопным кожухом известным образом.

В соответствии с изобретением два фланца 34, 36 каркаса 30 внешней оболочки 20 связаны жесткими балками 42, и установленными с наклоном относительно оси 44 турбореактивного двигателя. Фланцы предпочтительно связаны продольными балками 46, то есть параллельными оси турбореактивного двигателя. Как показано на фиг.1, каркас 30 внешней оболочки может, например, содержать четыре продольных балки 46, равномерно распределенных вокруг оси 44 турбореактивного двигателя и образующих четыре части цилиндра общей прямоугольной формы. Каждая часть цилиндра делится по одной из своих диагоналей одной из наклонных балок 42, образующих, таким образом, две зоны общей треугольной формы. В конфигурации, показанной на фиг.1, каждый каркас 30 обладает жесткостью и способен принять оптимальные усилия, наклонные балки 42 выполнены зигзагообразной формы, то есть каждая балка 42 закреплена на входном фланце 34 в зоне, близкой к зоне фиксации на этом фланце одной из двух соседних балок, и закреплена на выходном фланце 36 в зоне, близкой к зоне крепления к этому фланцу другой из соседних наклонных балок 42, придавая каркасу 30 решетчатую форму.

Панели обтекателя 32 имеют каждая форму, по существу соответствующую треугольной зоне решетчатого каркаса 30, для крепления на наклонных 42 и продольных 46 балках, а также на входном 34 и выходном 36 фланцах, причем такое крепление может быть выполнено любым подходящим образом, например, с помощью болтовых соединений. Эти панели содержат на их внутренней поверхности акустическое покрытие, подобное традиционно используемому на внутренних поверхностях капота 12, например, на уровне забора воздуха.

В полете решетчатый каркас 30 внешней оболочки 20 позволяет улучшить распределение усилий, воспринимаемых каркасом, таких как усилия в подвеске двигателя, в особенности благодаря наклонному расположению жестких балок 42. Благодаря увеличенной жесткости каркас хорошо себя проявляет при реверсе нагрузки при включении системы инверсии тяги, установленной на выходе воздуховода вентилятора, и позволяет, таким образом, ограничить резкие усилия, создаваемые двигателем, и уменьшить, таким образом, явления деформации каркаса.

Панели обтекателя 32 по изобретению имеют, кроме того, большую поверхность для акустической обработки по сравнению с внешними оболочками воздуховодов соответствующих вентиляторов, снабженными люками для доступа к двигателю.

На стоянке панели обтекателя 32 могут быть легко сняты для легкого доступа к двигателю через решетчатый каркас 30. Изобретение позволяет, в особенности, обеспечить доступ к оборудованию и инжекторам, расположенным вокруг двигателя.

Расположение описанных выше и представленных на фиг. 1 наклонных балок обеспечивает максимальную жесткость, но может быть предпочтительным выбор несколько иного расположения для обеспечения доступа к специфическим зонам двигателя так, чтобы они не закрывались какой-либо из балок 42.

На фиг. 2 внешняя оболочка 20 воздуховода вентилятора турбореактивного двигателя 10 содержит, кроме того, промежуточное усилительное кольцо 50, встроенное в каркас 30 этой внешней оболочки. Это усилительное кольцо 50 размещено коаксиально с входным 34 и выходным 36 фланцами примерно на половине расстояния между ними и разделяет на две зоны обычно прямоугольной формы каждую из четырех частей цилиндра, каркас 30 содержит четыре части цилиндра на входе усилительного кольца 50 и четыре части цилиндра на выходе из этого усилительного кольца.

Каркас 30 содержит две совокупности жестких наклонных балок 52, 54, расположенных аналогично наклонным балкам по первому варианту изобретения, представленному на фиг.1. Точнее, каркас содержит на входе четыре первых наклонных балки 52, установленных зигзагообразно и связывающих входной кольцевой фланец 34 с усилительным кольцом 50, при этом каждая из них размещена по диагонали одной из четырех частей цилиндра, размещенных на входе усилительного кольца 50. На выходе каркас 30 содержит четыре вторых наклонных балки 54, также установленных зигзагообразно и связывающих усилительное кольцо 50 с выходным кольцевым фланцем 36, причем каждая из них размещена по диагонали одной из четырех частей цилиндра, размещенных на выходе усилительного кольца 50.

В этом втором варианте осуществления изобретения с учетом наличия усилительного промежуточного кольца 50, наклонные балки 52 и 54 являются более короткими, чем балки в первом варианте, и треугольные зоны являются менее протяженными, что придает этой структуре еще большую жесткость. Этот вариант особенно применим к относительно длинным турбореактивным двигателям, способным создавать весьма значительные усилия на простую решетчатую структуру, простую в первом варианте.

В общем, изобретение позволяет дать выигрыш в весе, а также уменьшить стоимость изготовления внешней оболочки воздуховода вентилятора путем разделения этой оболочки на жесткий каркас, с одной стороны, принимающую на себя структурные функции оболочки, и на панели обтекателя, с другой стороны, выполняющие аэродинамические и акустические функции оболочки.

Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит цилиндрическую оболочку, установленную на выходе промежуточного кожуха и ограничивающую с внешней стороны кольцевое пространство протекания вторичного потока. Цилиндрическая оболочка образована решетчатым каркасом и съемными панелями обтекателя, закрепленными на каркасе. Решетчатый каркас содержит входной кольцевой фланец крепления к промежуточному кожуху, выходной кольцевой фланец соединения с выхлопным кожухом, и жесткие балки, соединяющие оба фланца между собой. Изобретение позволяет снизить массу и упростить обслуживание двигателя. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий, по существу, цилиндрическую оболочку, установленную на выходе промежуточного кожуха и ограничивающую с внешней стороны кольцевое пространство протекания вторичного потока вокруг турбореактивного двигателя, отличающийся тем, что цилиндрическая оболочка образована решетчатым каркасом и съемными панелями обтекателя, закрепленными на каркасе, содержащим, по меньшей мере, один входной кольцевой фланец крепления к промежуточному кожуху, один выходной кольцевой фланец соединения с выхлопным кожухом, и жесткие балки, соединяющие оба фланца между собой.

2. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что решетчатый каркас содержит балки, параллельные оси и равномерно распределенные вокруг оси.

3. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что решетчатый каркас содержит жесткие балки, наклонные относительно оси, при этом каждая из этих балок имеет входной конец, жестко соединенный с входным кольцевым фланцем, и выходной конец, соединенный с выходным кольцевым фланцем.

4. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что решетчатый каркас содержит промежуточное усилительное кольцо, размещенное коаксиально между входным и выходным кольцевыми фланцами и соединенное балками с входным и выходным кольцевыми фланцами.

5. Турбореактивный двигатель по п.3, отличающийся тем, что наклонные балки размещены зигзагообразно между кольцевыми фланцами.

6. Турбореактивный двигатель по п.3, отличающийся тем, что каждая наклонная балка образует одинаковый угол α с каждой из двух соседних балок.

7. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что панели обтекателя содержат покрытие для акустической защиты.

8. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что решетчатый каркас выполнен из металла и является моноблочным, либо образован из элементов, соединенных механической сваркой или болтами.

9. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что решетчатый каркас образован из элементов из композитного материала, которые соединены винтами, клепкой или склеиванием.

10. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что модули оборудования закреплены на кольцевых фланцах решетчатого каркаса.