ПЕРЕДНЯЯ КРОМКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2012 года по МПК B64D15/16 

Настоящее изобретение касается передней кромки летательного аппарата, в особенности воздухозаборника гондолы летательного аппарата, содержащего покрытие для акустической обработки, а также систему, позволяющую исключить образование и/или накопление льда и/или инея.

Двигательная установка летательного аппарата содержит гондолу, в которой размещен, по существу, концентрически, двигатель для привода вентилятора, установленного на валу.

Гондола содержит внутреннюю стенку, ограничивающую спереди канал с воздухозаборником впереди, при этом первая часть входящего потока воздуха, называемая первичным потоком, проходит через двигатель и участвует в горении, а вторая часть потока воздуха, называемая вторичным потоком, всасывается вентилятором и проходит по кольцевому каналу, ограниченному внутренней стенкой гондолы и наружной стенкой двигателя.

Шум, производимый двигательной установкой, состоит, с одной стороны, из шума реактивной струи, производимого снаружи каналов вследствие смешивания различных потоков воздуха и газообразных продуктов горения, и, с другой стороны, шума, создаваемого внутренними частями, так называемого внутреннего шума, производимого вентилятором, компрессорами, турбинами и процессом сгорания, распространяющегося внутри каналов.

Для ограничения воздействия отрицательных шумовых факторов вблизи аэропортов международные нормы все более и более ужесточаются в том, что касается звуковых излучений.

Для уменьшения внутреннего шума были разработаны различные приемы, в частности размещение в области стенок каналов покрытий, предназначенных для поглощения части звуковой энергии, с использованием, в том числе, принципа резонаторов Гельмгольца. Известным образом, такое акустическое покрытие, называемое также акустической панелью, содержит, снаружи во внутрь, акустически резистивный пористый слой, ячеистый слой и отражающий слой.

Под слоем понимают один или несколько слоев одной и той же или иной природы.

Акустически резистивный пористый слой представляет собой пористую структуру, играющую рассеивающую роль, частично преобразующую в тепло акустическую энергию проходящей через нее звуковой волны. Она содержит так называемые открытые зоны, способные пропускать акустические волны, и другие, так называемые закрытые или плоские, не пропускающие звуковые волны, но предназначенные для обеспечения механической прочности упомянутого слоя. Этот акустически резистивный слой характеризуется, в частности, долей открытой поверхности, которая изменяется в основном в зависимости от двигателя, а также компонентов, образующих упомянутый слой.

В настоящее время, вследствие различных ограничений, например придания формы или обеспечения совместимости с другим оборудованием, покрытия, в частности, предусматривают на уровне внутренней стенки гондолы в ограниченной зоне, отстоящей от воздухозаборника и выхода воздуха.

Для увеличения эффективности акустического покрытия решение состоит в увеличении поверхностей, покрытых акустическим покрытием. Тем не менее, на уровне воздухозаборника или кромки гондолы нанесение акустического покрытия не является в настоящее время возможным, в частности потому, что упомянутое покрытие не совместимо с системами, позволяющими исключить образование и/или накопление льда и/или инея, наличие которых в этих зонах необходимо.

Эти системы подразделяются на две большие группы, первая из которых называется антиобледенительными системами, позволяющими ограничить образование льда и/или инея, а вторая называется системами устранения обледенения, ограничивающими накопление льда, воздействующими одновременно на лед и/или образовавшийся иней. В дальнейшем в описании под противообледенительной системой будет иметься в виду антиобледенительная система или система устранения обледенения.

При антиобледенительной обработке решение состоит в обработке летательного аппарата на земле с использованием газа или жидкости, наносимых на обрабатываемые поверхности. Даже если эти типы обработки являются эффективными, в частности, в момент взлета, они имеют ограниченный срок действия. Итак, необходимо, чтобы системы противообледенительной обработки были размещены на летательном аппарате, так как иней (или лед) может образовываться в области аэродинамических поверхностей летательного аппарата, в особенности, в области передних кромок несущей поверхности, гондолы, хвостового оперения или иных, когда летательный аппарат попадает в определенные метеорологические условия.

Первая противообледенительная система состоит в использовании электрических сопротивлений из покрытого изолятором проводящего материала для нагрева обрабатываемой поверхности посредством теплового действия тока. Этот тип систем не является удовлетворительным, так как он относительно непрочен и может быть поврежден столкновением с птицами, градом или случайно при обслуживании. В поврежденных зонах противообледенительная система больше не может работать, что делает возможным образование и скопление льда или инея. Кроме того, этот тип противообледенительных систем имеет довольно значительное потребление электрического тока, поэтому в некоторых конструкциях летательных аппаратов необходимо предусматривать дополнительное электропитание. Наконец, он не является совместимым с покрытиями для акустической обработки, так как его наличие на поверхности обычно ухудшает характеристики акустической обработки.

Другая противообледенительная система состоит в использовании горячего воздуха, отбираемого от двигателя, и его подаче в область внутренней стенки передних кромок. Такая высокопроизводительная система трудно совмещается со покрытием акустической обработки в том плане, что последняя является относительно толстой и образована из ячеек, содержащих воздух, действующий как изолятор. Кроме того, использование системы с горячим воздухом может оказаться проблематичным в некоторых полетных условиях, в частности в момент замедления скорости перед посадкой, которые являются наиболее благоприятными для появления обледенения, так как в процессе этих фаз производство горячего воздуха уменьшается.

Наконец, этот тип противообледенительных систем имеет также тот недостаток, что он вызывает значительные температуры и изменения давления.

Настоящее изобретение направлено на устранение недостатков известного уровня техники путем предложения передней кромки и в, особенности, воздухозаборника гондолы, содержащей покрытие для акустической обработки, а также совместимую противообледенительную систему, позволяющей оптимизировать их совместное функционирование. В соответствии с другой задачей новая компоновка должна позволить облегчить обслуживание или уменьшить операции обслуживания для сокращения времени простоя на земле.

Для этого объектом изобретения является передняя кромка летательного аппарата, такая как, например, воздухозаборник гондолы двигательной установки, содержащая покрытие для акустической обработки, включающее в себя, снаружи во внутрь, акустически резистивный пористый слой, обладающий определенной долей открытой поверхности, по меньшей мере, одну ячеистую структуру и отражающий слой, при этом в упомянутое покрытие встроена противообледенительная система, отличающаяся тем, что упомянутая противообледенительная система содержит, по меньшей мере, один вибрационный излучатель.

Эта точечная противообледенительная система не проходит на всей обрабатываемой поверхности, так что ее влияние на работу акустической обработки уменьшено.

Предпочтительно, поверхность вибрационного излучателя, взаимодействующая с акустически резистивным слоем, относительно невелика для того, чтобы обеспечить непрерывность равномерного характера доли открытой поверхности акустически резистивного слоя.

Таким образом, противообледенительная система совместима с резистивным слоем в той мере, что она не ухудшает его общую работу, при этом теневая зона или зоны, соответствующие наличию противообледенительной системы или систем, снижены и способны вызвать лишь небольшое изменение доли открытой поверхности на уровне покрытия акустической обработки.

Предпочтительно, вибрационный излучатель или излучатели находятся в контакте с обрабатываемой поверхностью, на которой возможно образование льда или обледенение.

Предпочтительно, вибрационный излучатель размещен в гнезде, открывающемся на уровне аэродинамической поверхности. Такая компоновка позволяет облегчить обслуживание противообледенительной системы.

Другие признаки и преимущества будут очевидны из нижеследующего описания, которое дано только в качестве примера со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг. 1 изображает вид в перспективе двигательной установки летательного аппарата,

- фиг. 2 изображает продольный разрез воздухозаборника гондолы по изобретению,

- фиг. 3 изображает поперечный разрез воздухозаборника гондолы по изобретению,

- фиг. 4 изображает разрез, детально иллюстрирующий вариант изобретения,

- фиг. 5 изображает разрез, детально иллюстрирующий другой вариант изобретения,

- фиг. 6 изображает продольный разрез, иллюстрирующий размещение вибрационных излучателей на уровне воздухозаборника, и

- фиг.7 изображает поперечный разрез, иллюстрирующий размещение вибрационных излучателей на уровне воздухозаборника.

Настоящее изобретение далее будет описано применительно к воздухозаборнику двигательной установки летательного аппарата. Однако оно может быть использовано в области различных передних кромок летательного аппарата, где осуществляется акустическая обработка и обработка обледенения, например передней кромки крыльев.

В дальнейшем в описании под инеем понимается как иней, так и лед, любой природы, любых структур и любых толщин.

На фиг.1 изображена двигательная установка 10 летательного аппарата, соединенная под несущей поверхностью посредством пилона 12. Кроме того, эта двигательная установка может быть соединена и к другим зонам летательного аппарата.

Двигательная установка содержит гондолу 14, в которой, по существу, концентрически размещен двигатель для привода вентилятора, расположенного на его валу 16. Продольная ось гондолы обозначена позицией 18.

Гондола 14 содержит внутреннюю стенку 20, ограничивающую канал с воздухозаборником 22 спереди, при этом первая часть входящего потока воздуха, называемая первичным потоком, проходит через двигатель, чтобы участвовать в сгорании, а вторая часть потока воздуха, называемая вторичным потоком, всасывается вентилятором и проходит по кольцевому каналу, ограниченному внутренней стенкой 20 гондолы и наружной стенкой двигателя.

Самая верхняя часть часть 24 воздухозаборника 22 описывает, по существу, кругообразную форму, которая проходит в плоскости, по существу, перпендикулярной продольной оси 18, как изображено на фиг.2, или не перпендикулярной с самой верхней частью, слегка выдвинутой вперед и размещенной на 12 часов, как изображено на фиг.6. В любом случае, и другие формы воздузозаборника могут быть использованы.

В нижеследующем описании под аэродинамической поверхностью понимают оболочку летательного аппрата, находящуюся в контакте с аэродинамическим потоком.

Для ограничения вредного воздействия покрытие 26, предназначенное для поглощения части звуковой энергии, в частности с использованием принципа резонаторов Гельмгольца, предусмотрено, в частности, на уровне аэродинамических поверхностей. Известным образом, это акустическое покрытие, называемое также акустической панелью, содержит, снаружи во внутрь, акустически резистивный слой 28, по меньшей мере одну ячеистую структуру 30 и отражающий слой 32, как изображено на фиг.4 и 5.

Под слоем подразумевают один или несколько слоев одной и той же или иной природы.

Акустически резистивный слой 28 является пористой структурой, играющей рассеивающую роль с частичным преобразованием акустической энергии пересекающей ее звуковой волны в тепло. Этот слой 28 может содержать зоны, так называемые открытые, способные пропускать акустические волны, и другие, так называемые закрытые или сплошные, не пропускающие акустические волны, но предназначенные для обеспечения механической прочности упомянутого слоя. Этот акустически резистивный слой характеризуется, в частности, долей открытой поверхности, которая, меняется в основном в зависимости от двигателя, компонентами, образующими упомянутый слой.

Эти различные слои более не будут далее рассматриваться, так как они известны специалисту в этой области техники.

В соответствии с изобретением для еще большего уменьшения вредных звуковых воздействий воздухозаборник 22 содержит акустическое покрытие 26, по меньшей мере, на части аэродинамической поверхности.

В соответствии с вариантом осуществления это акустическое покрытие 26 простирается от внутренней стенки 20 гондолы до самой верхней части 24 воздухозаборника по всей его периферии. Предпочтительно, как изображено на фиг. 2 и 6, акустическое покрытие 26 проходит за самую верхнюю часть 24 воздухозаборника и закрывает часть наружной поверхности 34 гондолы.

Размещение акустического покрытия или его структура не описаны детально, так как некоторые известны специалисту в этой области техники, а другие являются объектом заявок на патент от имени Заявителя настоящей заявки.

Для ограничения образования инея или исключения его накопления по меньшей мере одна противообледенительная система предусмотрена на уровне воздухозаборника 22.

В дальнейшем в описании под противообледенительной системой подразумевается антиобледенительная система или система устранения обледенения.

Для обеспечения совмещения акустической обработки и противообледенительной обработки и для того, чтобы работа одной системы не мешала работе другой, противообледенительная система выполнена точечного типа.

Будучи точечной, противообледенительная система взаимодействует только на небольшой поверхности с акустически резистивным слоем 28 акустической обработки.

Под точечным типом понимается локальное воздействие, скорость распространения которого и/или распространения на уровне обрабатываемой поверхности являются значительными, в противовес эффекту системы обработки с использованием горячего воздуха или электрических сопротивлений, действие которых является поверхностным и распространение которых или скорость распространения является небольшой.

Противообледенительная система точечного типа содержит по меньшей мере один вибрационный излучатель 36.

В соответствии с другой характеристикой изобретения поверхность противообледенительной системы или систем, взаимодействующая с акустически резистивным слоем, является небольшой для того, чтобы поверхность акустического покрытия, на которую воздействует противообледенительная система точечного типа, была меньше 10%. Поверхность воздухозаборника проходит внутрь канала гондолы на длину порядка от 1 до 2 м.

В качестве примера, воздухозаборник, имеющий диаметр в 3 м, содержит шесть вибрационных излучателей.

В зависимости от вариантов вибрационный излучатель 36 может иметь различные режимы функционирования. Так, в соответствии с первым режимом функционирования вибрационный излучатель 36 может излучать волны, частота которых изменяется таким образом, чтобы просканировать заданную полосу частот для того, чтобы войти в резонанс со всеми размерами и/или всеми структурами льда или инея. Преимуществом этого варианта является раскалывание льда на элементы малых размеров, не рискуя повредить двигатель, когда они в него попадают. Тем не менее, не следует удерживать в течение длительного времени частоту, соответствующую частоте резонанса составного элемента летательного аппарата, такого, например, как акустическое покрытие, чтобы не подвергать риску разрушения упомянутый элемент.

В соответствии с другим режимом функционирования вибрационный излучатель может излучать одну или несколько волн со значительной амплитудой, чтобы вызвать удар, способный разбить лед. Чтобы можно было использовать этот принцип функционирования слой льда или инея должен быть относительно толстым. Следовательно, фрагменты льда или инея могут иметь относительно большие размеры. Таким образом, этот режим функционирования используется для излучателей, расположенных на наружной поверхности 34 гондолы для того, чтобы получающиеся фрагменты не попали в двигательную установку.

В соответствии с другой характеристикой изобретения излучатель 36 находится в контакте с обрабатываемой поверхностью воздухозаборника, то есть поверхностью, находящейся в контакте с аэродинамическим потоком воздуха, на которой возможно образование инея, как изображено на фиг. 4 и 5.

Такая конфигурация позволяет исключить ослабление волн, проходящих через акустическое покрытие. Следовательно, представляется возможным уменьшить амплитуду вибраций или уменьшить количество вибрационных излучателей 36 на уровне воздухозаборника. Более того, такая конфигурация позволяет ограничить риск повреждения акустического покрытия.

В соответствии с первой конфигурацией, изображенной на фиг. 4, излучатель находится в контакте с внутренней поверхностью стенки, образующей обрабатываемую аэродинамическую поверхность воздухозаборника.

В соответствии с другой характеристикой изобретения вибрационный излучатель 36 размещен в гнезде 38 (или полости), открывающемся на уровне аэродинамической поверхности, как изображено на фиг. 5. Такая конфигурация позволяет облегчить обслуживание и уменьшить время простоя летательного аппарата, так как вибрационный излучатель 36 доступен снаружи. Преимущественно, гнездо 38 содержит средство для его закрывания, например створку 40, для обеспечения непрерывности аэродинамической поверхности и уменьшения возмущений на уровне течения потока воздуха в окружении упомянутой аэродинамической поверхности.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, изображенном на фиг. 5, аэродинамическая поверхность, в частности акустически резистивный пористый слой 28, содержит форму в виде выемки для образования гнезда 38. Излучатель 36, таким образом, размещен в гнезде 38 против наружной стороны аэродинамической поверхности. Створка 40, позволяющая закрыть гнездо 38, обеспечивает доступ к излучателю 36.

В соответствии с другой характеристикой изобретения противообледенительная система точечного типа может быть связана с другими противообледенительными системами, в частности с такими, которые позволяют исключить образование инея, например электрическими резистивными элементами.

Таким образом, вибрационные излучатели размещены на уровне наружной поверхности 34 гондолы, как изображено на фиг. 6, и/или внутри гондолы на уровне угловых секторов 42, простирающихся. приблизительно, от 2 часов до 4 часов и, приблизительно, от 8 часов до 10 часов.

Таким образом, вибрационные излучатели, которые имеют относительно малое энергетическое потребление, расположены на уровне наружной поверхности, так как риски попадания фрагментов льда из этой зоны в двигательную установку ограничены. Кроме того, образование льда или инея ограничено внутри гондолы на уровне упомянутых угловых секторов 42, так что может быть использован вибрационный излучатель с качанием частоты.

В связи с тем что иней или лед имеют тенденцию сильнее образовываться в зонах, предусмотренных внутри гондолы между угловыми секторами 42, и для ограничения рисков всасывания двигательной установкой больших фрагментов, в этих зонах используют противообледенительную систему электрического типа с тепловым действием тока, работа которой является более надежной и которая препятствует образованию инея или льда, даже если этот тип противообледенительных систем имеет более высокое энергетическое потребление.

Такое объединение различных противообледенительных систем позволяет оптимизировать обработку при ограничении энергетического потребления с обеспечением надежного и эффективного функционирования.

Разумеется, изобретение не ограничивается представленным и описанным выше вариантом осуществления, но, напротив, охватывает все варианты, в частности, в том, что касается форм, размеров и компонентов вибрационных излучателей.

Изобретение относится к области авиации, более конкретно к передней кромке летательного аппарата. Передняя кромка летательного аппарата содержит покрытие (26) для акустической обработки. Покрытие включает в себя акустически резистивный пористый слой (28), ячеистую структуру (30) и отражающий слой (32), при этом в упомянутое покрытие (26) встроена противообледенительная система. Противообледенительная система содержит вибрационный излучатель (36), размещенный в гнезде (38), открывающемся на уровне аэродинамической поверхности. Технический результат заключается в оптимизации совместного использования покрытия акустической обработки и противообледенительной системы передней кромки летательного аппарата. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Передняя кромка летательного аппарата, содержащая покрытие (26) для акустической обработки, включающее в себя, снаружи во внутрь, акустически резистивный пористый слой (28), обладающий определенной долей открытой поверхности, по меньшей мере, одну ячеистую структуру (30) и отражающий слой (32), при этом в упомянутое покрытие (26) встроена противообледенительная система, отличающаяся тем, что противообледенительная система содержит, по меньшей мере, один вибрационный излучатель (36), размещенный в гнезде (38), открывающемся на уровне аэродинамической поверхности.

2. Передняя кромка по п.1, отличающаяся тем, что вибрационный излучатель или излучатели (36) находятся в контакте с обрабатываемой поверхностью.

3. Передняя кромка по п.1, отличающаяся тем, что акустически резистивный пористый слой (28) содержит форму в виде выемки, которая может образовывать гнездо (38), при этом вибрационный излучатель (36) размещен в упомянутом гнезде (38) против наружной стороны упомянутого акустически резистивного пористого слоя (28).

4. Передняя кромка по п.1, отличающаяся тем, что гнездо (38) содержит закрывающие его средства, например створку (40), для обеспечения непрерывности аэродинамической поверхности и уменьшения возмущений на уровне течения потока воздуха в окружении упомянутой аэродинамической поверхности.

5. Передняя кромка по п.1, отличающаяся тем, что поверхность гнезда или гнезд, предусмотренных для системы или противобледенительных систем, взаимодействующая с акустически резистивным слоем, ниже на 10% поверхности акустического покрытия.

6. Воздухозаборник (22) гондолы (14) двигательной установки (10) летательного аппарата, содержащий покрытие (26) для акустической обработки, включающее в себя, снаружи во внутрь, акустически резистивный пористый слой (28), обладающий определенной долей открытой поверхности, ячеистую структуру (30) и отражающий слой (32), при этом в упомянутое покрытие (26) встроена противообледенительная система, отличающийся тем, что противообледенительная система содержит, по меньшей мере, один вибрационный излучатель (36), размещенный в гнезде (38), открывающемся на уровне аэродинамической поверхности.

7. Воздухозаборник гондолы по п.6, отличающийся тем, что вибрационный(ые) излучатель(и) (36) находится в контакте с обрабатываемой поверхностью.

8. Воздухозаборник гондолы по п.6, отличающийся тем, что акустически резистивный пористый слой (28) содержит форму в виде выемки, которая может образовывать гнездо (38), при этом вибрационный излучатель (36) размещен в упомянутом гнезде (38) против наружной стороны упомянутого акустически резистивного пористого слоя (28).

9. Воздухозаборник гондолы по п.6, отличающийся тем, что гнездо (38) содержит средства для его закрывания, например створку (40), для обеспечения непрерывности аэродинамической поверхности и уменьшения возмущений на уровне течения потока воздуха в окружении упомянутой аэродинамической поверхности.

10. Воздухозаборник гондолы по п.6, отличающийся тем, что поверхность гнезда или гнезд, предусмотренных для системы или противообледенительных систем, взаимодействующая с акустически резистивиым слоем, составляет меньше 10% от поверхности акустического покрытия.

11. Воздухозаборник гондолы по п.6, отличающийся тем, что противообледенительные системы точечного типа расположены на уровне наружной поверхности (34) гондолы и/или внутри гондолы на уровне угловых секторов (42), простирающихся приблизительно от 2 до 4 ч и приблизительно от 8 до 10 ч.