ВОЗДУХОЗАБОРНИК ДЛЯ ТУРБОДВИГАТЕЛЯ, САМОЛЕТ, СНАБЖЕННЫЙ ТАКИМ ВОЗДУХОЗАБОРНИКОМ, И СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ АВИАЦИОННОГО ТУРБОДВИГАТЕЛЯ С ПОМОЩЬЮ ВОЗДУХОЗАБОРНИКА Российский патент 2013 года по МПК B64D33/02 F02C7/04 

Настоящее изобретение относится к воздухозаборнику для газотурбинного двигателя самолета, например винтокрылого летательного аппарата, к самолету, оборудованному таким воздухозаборником, и к способу оптимизации работы газотурбинного двигателя самолета с помощью воздухозаборника.

В частности, винтокрылый летательный аппарат может эксплуатироваться в различной окружающей среде и в очень тяжелых условиях, что означает, что газотурбинные двигатели такого винтокрылого летательного аппарата должны быть защищены против воздействия таких условий.

Для подачи воздуха в двигатель турбины винтокрылого летательного аппарата газотурбинный двигатель оснащен воздухозаборником, который предоставляет собой трубу, через которую наружный воздух подается в газотурбинный двигатель. Можно обозначить два типа воздухозаборника, а именно:

- динамический воздухозаборник, подающий внешний воздух под воздействием поступательной скорости самолета и всасывания, обеспечиваемого газотурбинным двигателем; и

- статический воздухозаборник, который питается воздухом исключительно за счет всасывания, которое требуется для работы газотурбинного двигателя.

Чтобы предохранить газотурбинный двигатель от попадания в него твердых тел, которые могли бы его повредить, например птиц, обычной практикой является защита воздухозаборника специальной сеткой. Указанные твердые тела блокируются сеткой, устраняя риск их попадания во внутреннюю часть газотурбинного двигателя.

Хотя это является эффективным, такое решение имеет недостаток, заключающийся в создании условий полета с "обледенением", в частности, при использовании динамических воздухозаборников. При таких условиях полета обледенение происходит на сетке и, таким образом, частично или даже полностью блокирует прохождение воздуха через сетку.

Следовательно, воздухозаборник может оказаться частично или полностью закрытым, что означает, что мощность, вырабатываемая газотурбинным двигателем, значительно снизится или даже приведет к остановке двигателя.

Чтобы исправить этот недостаток, можно использовать так называемую сверхразмерную сетку. Динамический воздухозаборник имеет проходное сечение, через которое воздух динамически проходит в воздухозаборник, и защищенная сетка имеет первое и второе сечения воздушного потока, при этом первое сечение потока обращено к поверхности потока в отличие от второго проходного сечения. В этом случае сетку можно рассматривать как своего рода шляпку гриба, который закрывает динамический воздухозаборник.

Таким образом, только первое проходное сечение будет подвержено обледенению. В условиях обледенения второе проходное сечение гарантирует некоторый минимальный расход воздуха.

Такая сверхразмерная сетка, конечно, обладает изобретательским уровнем. Однако было найдено, что сверхразмерная сетка является сложной в изготовлении. Кроме того, сверхразмерная сетка обладает геометрическими особенностями, которые делают невыгодным ее применение с аэродинамической точки зрения, особенно поскольку эти особенности оправданы, только когда условия полета являются чрезвычайно сложными.

Кроме того, пилоты самолета априорно не имеют средств, позволяющих им оценить степень забивания первого проходного сечения сверхразмерной сетки, и поэтому они не имеет никаких средств для того, чтобы решить, какое действие должно быть предпринято из-за значительного обледенения.

Следует отметить, что производители авиационной техники разрабатывают устройства защиты воздухозаборников газотурбинных двигателей, чтобы предотвратить попадание любого типа частиц, засасываемых таким газотурбинным двигателем. Например, в патенте FR 2250671 описан многоцелевой воздухозаборник, способный предотвратить попадание частиц, засасываемых газотурбинным двигателем, и позволяющий продолжать полет в условиях обледенения без значительной потери мощности газотурбинного двигателя.

Это многоцелевое устройство имеет динамический воздухозаборник кольцевой формы, формирующей расширяющуюся часть, которая может быть закрыта пулеобразным элементом, который перемещается осесимметрично. Кроме того, многоцелевой воздухозаборник имеет цилиндрический фильтрующий вход, расположенный у динамического входа относительно направления воздушного потока, и имеет на своей внешней периферии множество инерционных фильтров частиц. При включении защиты против обледенения или против попадания песка пулеобразный элемент блокирует динамический воздухозаборник так, что весь воздух, засасываемый газотурбинным двигателем, проходит через фильтрующий вход, и в частности через фильтры частиц.

Эти фильтры снабжены спиральными направляющими, которые завихряют воздух до его поступления во внутреннюю часть трубы, выход которой снабжен сепаратором, который расположен концентрично относительно трубы, но меньшего диаметра, чем труба. При завихрении, создаваемом спиральной направляющей, вихревое движение создается на входе каждого фильтра частиц. Лед захватывается по направлению к периферии вихря и осаждается на входе фильтра, конкретно, на внешнем крае каждого фильтра частиц, не блокируя фильтр. Таким образом, фильтрующий вход предотвращает осаждение льда в газотурбинном двигателе.

В режиме работы с защитой от попадания песка вихревое движение воздуха отбрасывает частицы на стенки трубы с тем, чтобы они не могли проникнуть во внутреннюю часть сепаратора, который служит для подачи топлива в газотурбинный двигатель. Кроме того, для извлечения частиц, которые не прошли через сепаратор, служит вентилятор, который также отбрасывает их на стенки трубы.

В документах FR 1585516 и FR 1548724 предусмотрено использование фильтров частиц и описано соответствующее устройство.

Кроме того, в современном уровне техники, который не является прототипом данного изобретения, упоминается документ FR 2924471, в котором описываются конкретные сжимаемые фильтрующие средства, документ ЕР 2075054, в котором используется поворотный фильтрующий элемент, и документы GB 577799, WO 97/05942 и FR 2538453.

Основной целью настоящего изобретения является разработка многоцелевого воздухозаборника, который позволяет преодолеть вышеупомянутые недостатки и который, в частности, позволяет осуществлять полет в условиях обледенения без применения сверхразмерного газотурбинного двигателя на самолете с двумя двигателями.

Другой целью настоящего изобретения является предложение альтернативного воздухозаборника, который является простым, недорогим и пригодным для эксплуатации в условиях обледенения, с возможностью информирования пилота о том, что полет проходит в условиях реального обледенения.

Согласно изобретению воздухозаборник авиационного турбодвигателя содержит подводящий воздухопровод, определяемый боковой стенкой, причем подводящий воздухопровод удлинен динамическим входным каналом, который проходит по динамической оси подводящего воздухопровода к переднему проходному сечению, через которое воздух может проходить в воздухозаборник, при этом динамическая ось в основном параллельна продольной оси самолета; предусмотрен динамический входной канал, снабженный сеткой для защиты от засасывания инородных тел.

Как упомянуто выше, входной канал является динамическим, поскольку "относительный поток воздуха" может проникнуть в него без посторонней помощи, когда воздухозаборник установлен на самолете, в особенности на винтокрылом летательном аппарате.

Поток воздуха, называемый "реальным" потоком воздуха, является потоком воздуха, воздействующим на неподвижное тело. Соответственно поток воздуха, называемый "скоростным" потоком воздуха или, как правило, "относительным" потоком воздуха, является потоком воздуха, воздействующим на движущееся тело. Относительный поток воздуха - векторная сумма реального потока воздуха и относительного потока воздуха.

Сетка разделяет динамический входной канал по длине на две части: входную часть, расположенную вверх по потоку, и выходную часть, расположенную вниз по потоку. Термины "вверх по потоку" и "вниз по потоку" относятся к направлению потока воздуха через динамический входной канал. Как правило, сетка представляет собой решетку, например металлическую решетку.

Предлагаемый воздухозаборник отличается тем, что сетка может поступательно перемещаться по динамической оси относительно переднего проходного сечения, и воздухозаборник включает, по меньшей мере, одно боковое впускное отверстие, выполненное в боковой стенке подводящего воздухопровода, и средства крышки для закрывания бокового впускного отверстия, которые также подвижны относительно бокового впускного отверстия, при этом воздухозаборник включает средство перемещения, управляемое поступательным движением сетки, чтобы обеспечить движение крышки относительно бокового впускного отверстия.

Когда сетка не забита, каждое средство крышки полностью закрывает соответствующее боковое впускное отверстие.

Однако, когда сетка забита, по меньшей мере, частично, например, под воздействием обледенения, сетка поступательно перемещается в подводящем воздухопроводе. Конкретно, сетка удаляется от переднего проходного сечения. Это поступательное движение перемещает средства крышки под действием средства перемещения. При таких обстоятельствах первый воздушный поток, поступающий через переднее проходное сечение, уменьшается, потому что сетка частично или полностью забита. Тем не менее это снижение первого воздушного потока компенсируется боковым впускным отверстием, открываемым частично или полностью, так что второй воздушный поток поступает в подводящий воздухопровод через боковое впускное отверстие.

Отметим, что сетка удаляется от переднего проходного сечения, во-первых, из-за давления, оказываемого относительным потоком воздуха на забитую сетку, и, во-вторых, благодаря всасыванию, осуществляемому газотурбинным двигателем. Кроме того, боковое впускное отверстие расположено под углом относительно переднего проходного сечения, и, таким образом, воздух проникает в подводящий воздухопровод через боковое впускное отверстие за счет всасывания газотурбинным двигателем или динамически, если боковое впускное отверстие параллельно относительному потоку воздуха.

Воздухозаборник также может иметь одну или несколько следующих особенностей.

Боковое впускное отверстие, определяющее боковое проходное сечение, позволяет воздуху проходить во внутреннюю часть подводящего воздухопровода; средство перемещения перемещает средства крышки, регулируя площадь бокового проходного сечения, которое покрывается для управления расходом воздуха, проходящего через боковое впускное отверстие, в зависимости от забивания сетки, причем степень изменения расхода воздуха поддерживается от нулевого расхода воздуха до предопределенного максимального расхода воздуха.

Средство перемещения, например пластина, открывает боковое впускное отверстие в зависимости от потребности газотурбинного двигателя в топливе. Таким образом, когда сетка полностью забита, боковое впускное отверстие полностью открыто, чтобы пропустить максимальное количество воздуха, тогда как боковое впускное отверстие полностью закрыто, когда сетка свободна.

Кроме того, воздухозаборник дополнительно включает первое направляющее средство для направления поступательного движения сетки по динамической оси во входном канале. Например, первое направляющее средство содержит рельсы, расположенные на внутренней периферии динамического входного канала.

Также целесообразно обеспечить первый электронагреватель для нагревания сетки, чтобы уменьшить обледенение сетки. Нагреватель также может быть снабжен средством отбора горячего воздуха от газотурбинного двигателя или от электронагревателя.

Кроме того, нагревание может быть обеспечено путем изменения мощности с более сильным нагревом по периферии сетки, чем в центре сетки. Когда воздухозаборник имеет первое средство для направления поступательного движения, взаимодействующее с периферией сетки, указанный нагреватель предотвращает прилипание сетки к направляющему средству в условиях обледенения.

Аналогично, средства крышки могут перемещаться относительно бокового впускного отверстия, и воздухозаборник включает вторую направляющую для направления средств крышки.

Следует отметить, что воздухозаборник может включать второй нагреватель для нагревания первого и/или второго направляющего средства, чтобы избежать блокирования движения сетки и/или крышки в результате обледенения. Второй нагреватель может содержать средство отбора горячего воздуха, причем указанный горячий воздух отбирается, например, от газотурбинного двигателя или от электронагревателя.

В первом примере воплощения, который является механическим, средство перемещения содержит механическое соединение, соединяющее сетку со средством крышки.

В первом примере механическое соединение представляет собой стержень, прикрепленный к сетке и к средству крышки, причем указанная штанга может быть расположена по оси, параллельной динамической оси.

Таким образом, когда сетка совершает поступательное движение, средство перемещения поступательно перемещает средство крышки, открывая, таким образом, боковое впускное отверстие.

В этом первом примере первого механического варианта воплощения средства крышки, таким образом, состоят из задвижной крышки люка.

Во втором примере механическое соединение представляет собой стержень, прикрепленный к сетке и шарнирно соединенный со средствами крышки через кривошип. Таким образом, когда сетка совершает поступательное движение, средство перемещения перемещает средства крышки не поступательно, а, скорее, вращательно, открывая, таким образом, боковое впускное отверстие.

В этом втором механическом примере воплощения средство крышки включают поворотный люк.

Дополнительно оно включает датчик положения, который передает информацию о положении сетки в динамическом входном канале. Из информации положения сетки путем предварительной калибровки можно определить степень забивания сетки и сообщить об этом пилоту.

Положение сетки может быть, например, определено относительно переднего проходного сечения. Следует отметить, что датчик положения - обычный датчик положения. Например, датчик положения может быть потенциометром, датчиком переменной индуктивности или датчиком ультразвукового типа.

Во втором примере воплощения, который является электрическим устройством, воздухозаборник включает датчик положения, используемый для передачи информации о положении сетки в динамическом входном канале, в виде обычного датчика положения, а средство перемещения включает первый процессор, получающий информацию, и средство перемещения, служащее для перемещения средства крышки, при этом первый процессор регулирует положение крышки относительно бокового впускного отверстия, управляя двигателем движения в зависимости от информации, полученной от датчика.

В одном примере средство перемещения связано со средствами крышки через ходовой винт. Когда первый процессор обнаруживает, что сетка поступательно переместилась, он управляет средством перемещения, вращая ходовой винт, чтобы вызвать скольжение или поворот средства крышки, в зависимости от выбранных вариантов.

Первый процессор может использовать внешнюю память, которая содержит данные, отражающие положение крышки в зависимости от положения сетки, или процессор может иметь для этой цели внутреннюю память.

Таким образом, изобретение может быть осуществлено в механическом варианте воплощения или в электрическом варианте воплощения, причем каждый вариант воплощения может быть представлен в примере, который включает скользящие средства крышки, или в примере, который включает поворотные средства крышки.

Кроме того, воздухозаборник включает датчик положения, используемый для передачи информации о положении сетки в динамическом входном канале, при этом воздухозаборник может быть снабжен средством управления для выполнения, по меньшей мере, одного из следующих действий:

- указанная сетка нагревается первым нагревателем, и указанное средство управления управляет указанным первым нагревателем в зависимости от указанной информации;

- сетка направляется первым направляющим средством и/или средство крышки направляется вторым направляющим средством, причем второй нагреватель нагревает указанную первую направляющую и/или указанную вторую направляющую, и указанное средство управления управляет указанным вторым нагревателем в зависимости от указанной информации;

- указанное средство управления определяют степень забивания сетки в зависимости от указанной информации и информирует об этом пилота, который, например, может решить изменить полетное задание в зависимости от указанной степени забивания;

- профили задания (аварийные задания, передача грузов и т.д.) хранятся в первом компьютере самолета, и указанное средство управления служит для передачи указанной информации на указанный первый компьютер, чтобы изменить указанные профили в полете в режиме реального времени в зависимости от степени забивания сетки; и

- второй компьютер определяет заданную мощность, которая должна быть обеспечена указанным газотурбинным двигателем на данной скорости, и указанное средство управления служит для передачи указанной информации на указанный второй компьютер, чтобы отрегулировать указанную мощность в зависимости от степени забивания сетки.

С этой целью средство управления может включать второй процессор и память для управления первым нагревателем для нагревания сетки, для управления вторым нагревателем для нагревания направляющего средства сетки и/или средства крышки для того, чтобы изменить профили задания, или для того, чтобы блокировать газотурбинный двигатель на некотором данном уровне мощности в зависимости от степени забивания сетки.

Кроме того, воздухозаборник дополнительно включает, по меньшей мере, одно демпфирующее средство для демпфирования поступательного движения сетки, чтобы гарантировать, что поступательное движение сетки выполняется исключительно при забивании сетки, а не из-за сильного относительного потока воздуха.

Демпфирующее средство может включать один или несколько демпферов. Демпфер может быть пассивным демпфером, например состоять из поршня и пружины, или упругим средством, основанным на материале, выбранном из группы эластомеров или из активного демпфера жесткости, которая изменяется как функция предопределенных параметров.

Таким образом, в первой опции демпфирующие средства включают первое и второе демпфирующие средства, соединенные последовательно и имеющие различную первую и вторую жесткость. Таким образом, дополнительно может быть выбрано следующее:

- первый демпфер соединен с сеткой и имеет небольшую жесткость, чтобы обеспечить сетке поступательное движение;

- второй демпфер соединен с указанным первым демпфером и имеет значительную жесткость, чтобы ограничить поступательное движение сетки под воздействием частичного или полного забивания и поглотить энергию в результате удара о сетку, например в результате столкновения с птицей.

Во второй опции, которая является аналогом первой опции, воздухозаборник включает средство регулирования для регулирования жесткости, по меньшей мере, одного демпфирующего средства в зависимости от стадии полета и/или когда твердое тело ударяет сетку с предопределенной силой.

Демпфирующее средство, в частности, может содержать демпфер гидравлического или пневматического типа со средством регулирования, устанавливающим давление жидкости, которое изменяется в зависимости от ситуации.

Вместе с тем, демпфер может быть электрического типа.

Таким образом, демпфирующие средства могут быть активными средствами с открытием бокового впускного отверстия, регулируемого фильтрованием, чтобы избежать случайного открытия.

Такое случайное открытие может быть результатом столкновения сетки с твердым предметом или порывом потока воздуха. Такое воздействие стремится сместить сетку и, таким образом, открыть боковое впускное отверстие. Однако если сетка возвращается к своему исходному положению после указанного воздействия, нет никакой необходимости открывать боковое впускное отверстие, так как после нарушения режима поток воздуха в воздухозаборнике возвратится к номинальным условиям.

В результате, регулируя жесткость демпфирующего средства, можно избежать ненужных движений, т.е. движений, которые сами по себе вызывают нарушение режима. Например, когда обнаружен удар, жесткость демпфирующего средства временно увеличивается, чтобы предотвратить поступательное движение сетки.

С этой целью в средствах регулирования может дополнительно использоваться специальный датчик положения сетки, чтобы определить ускорение сетки. Если ускорение больше порогового значения, можно предположить, что это результат ударного воздействия, а не прогрессивного обледенения. При таких обстоятельствах средство регулирования увеличивает жесткость демпфирующего средства, чтобы избежать открытия боковое впускного отверстия.

В третьей опции, которая не исключает вышеописанной первой или второй опции, если используется второй пример воплощения, средство перемещения может быть активировано на основе следующего:

- движение сетки на расстояние, которое превышает предопределенное расстояние, например движение на расстояние одного сантиметра; или

- движение сетки, которое имеет место в промежутке времени, который превышает предопределенную максимальную продолжительность, например одну секунду.

Наконец, следует отметить, что передача информации о забивании сетки пилоту также может быть отфильтрована на тех же самых линиях.

Кроме того, воздухозаборник снабжен элементом дефлектора на указанной боковой стенке вверх по потоку от указанного бокового впускного отверстия, который служит для отклонения относительного потока воздуха и/или для удержания любого захваченного льда, который находился во взвешенном состоянии в воздухе и стремится проникнуть через боковое впускное отверстие.

В дополнение к воздухозаборнику изобретение также относится к самолету, имеющему газотурбинный двигатель и, в частности, отличающемуся тем, что он включает воздухозаборник по описанному выше изобретению для подачи воздуха в указанный газотурбинный двигатель.

Наконец, изобретение также обеспечивает способ оптимизации работы газотурбинного двигателя самолета с помощью воздухозаборника, имеющего подводящий воздухопровод, определяемый боковой стенкой, указанный подводящий воздухопровод расширяется динамическим входным каналом, указанный динамический входной канал проходит по динамической оси указанного подводящего воздухопровода к переднему проходному сечению, через которое относительный поток воздуха может проходить в указанный воздухозаборник, указанная динамическая ось в основном параллельна продольной оси указанного самолета, указанный динамический входной канал снабжен сеткой для защиты от засасывания инородных тел.

Этот воздухозаборник - предпочтительно воздухозаборник, описанный выше.

При использовании указанного способа указанная сетка может поступательно перемещаться по указанной динамической оси относительно указанного переднего проходного сечения в результате забивания сетки, при этом указанный воздухозаборник имеет, по меньшей мере, одно боковое впускное отверстие, которое выполнено в указанной боковой стенке, и средства крышки для закрывания указанного бокового впускного отверстия, средства крышки подвижны относительно указанного бокового впускного отверстия и средства крышки перемещаются относительно бокового впускного отверстия пропорционально поступательному движению.

Дополнительно также выполняется, по меньшей мере, одна из следующих операций:

- указанная сетка нагревается первым нагревателем, и указанный первый нагреватель управляется в зависимости от положения указанной сетки в указанном динамическом входном канале, например, регулируя количество электрического тока, подаваемого на первый нагреватель сетки, в зависимости от положения сетки в указанном динамическом входном канале;

- сетка направляется первым направляющим средством и/или средства крышки направляются вторым направляющим средством, при этом второй нагреватель нагревает указанную первую направляющую сетку и/или указанную вторую направляющую сетку, и мощность указанного второго нагревателя регулируется в зависимости от положения указанной сетки в указанном динамическом входном канале;

- степень забивания сетки определяется в зависимости от положения указанной сетки в указанном динамическом входном канале, и эта степень забивания определяется пилотом указанного самолета;

- профили задания хранятся в первом компьютере указанного самолета, и информация о положении указанной сетки в указанном динамическом входном канале передается в указанный первый компьютер, чтобы изменить указанные профили в режиме реального времени в полете в зависимости от степени забивания сетки; и

- второй компьютер определяет заданную мощность, которая должна быть обеспечена указанным газотурбинным двигателем на данной скорости, и информация о положении указанной сетки в указанном динамическом входном канале передается во второй компьютер, чтобы отрегулировать указанную мощность в зависимости от степени забивания сетки.

Эти действия могут быть выполнены элементами, которые работают независимо от воздухозаборника и получают информацию от датчика положения сетки, или эти действия могут быть осуществлены средствами для управления воздухозаборником.

Изобретение и его преимущества будут более понятны из следующего описания с примерами воплощения изобретения и со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фигура 1 - схема, показывающая боковые впускные отверстия, закрытые средствами крышки;

фигура 2 - схема, показывающая боковые впускные отверстия, частично закрытые средствами крышки;

фигура 3 - схема, показывающая боковые впускные отверстия, которые не закрыты средствами крышки;

фигура 4 - схема, показывающая первый вариант первого примера воплощения изобретения;

фигура 5 - схема, показывающая второй вариант первого примера воплощения изобретения; и

фигура 6 - схема, представляющая второй пример воплощения изобретения.

Элементы, представленные в больше чем одной из фигур, имеют одинаковые цифровые позиции в каждой из них.

На фигуре 1 представлен воздухозаборник 10 газотурбинного двигателя 2 самолета 1. Воздухозаборник 10 встроен в фюзеляж 3 самолета 1 и служит для подачи воздуха в газотурбинный двигатель 2, который расположен в фюзеляже 3.

Воздухозаборник 10 имеет подводящий воздухопровод 20, определенный боковой стенкой 21, причем подводящий воздухопровод 20 является туннелем, по которому воздух направляется к газотурбинному двигателю 2. Подводящий воздухопровод включает колено 22 для передачи воздуха в камеру повышенного давления газотурбинного двигателя. Однако следует понимать, что для подачи воздуха в газотурбинный двигатель, имеющий осесимметричный воздухозаборник, подводящий воздухопровод может быть расположен по оси с впускным отверстием.

В дополнение к подводящему воздухопроводу 20 воздухозаборник 10 имеет динамический входной канал 30, удлиняющий подводящий воздухопровод 20. В этом случае динамический входной канал удлиняется по динамической оси АХ1 подводящего воздухопровода 20 по направлению к переднему проходному сечению 31 указанного динамического входного канала, при этом динамическая ось АХ1 параллельна продольной оси АХ0 самолета, соединяющей хвостовую часть с передней частью указанного самолета 1.

Направление динамической оси АХ1 позволяет относительному потоку воздуха 4 проходить в воздухозаборник 10 через переднее проходное сечение 31 без необходимости засасывания воздуха газотурбинным двигателем 2. Как отмечено выше, входной канал 20 является динамическим входным каналом, поскольку он позволяет забирать поток воздуха без какой-либо внешней помощи, и, в частности, он позволяет забирать относительный поток воздуха.

Согласно изобретению этот воздухозаборник 10 снабжен сеткой 40, чтобы защитить его от попадания инородных тел, таких как птицы или лед. Сетка 40 установлена в динамическом входном канале 30 и охватывает все сечение туннеля, который сформирован как динамический туннель.

Сетка 40, например металлическая решетка, разделяет динамический входной канал 30 на две различные части: входную часть, расположенную между сеткой и передним проходным сечением 31, и выходную часть, расположенную между сеткой 40 и подводящим воздухопроводом 20.

Кроме того, воздухозаборник включает, по меньшей мере, одно боковое впускное отверстие 50, сформированное в боковой стенке 21 подводящего воздухопровода 20, и два боковых впускных отверстия 50, как показано на фигуре 1. Каждое боковое впускное отверстие в фюзеляже самолета расположено под углом к переднему проходному сечению 31.

Таким образом, каждое боковое впускное отверстие 50 определяет боковое проходное сечение 51 и позволяет наружному воздуху входить во внутреннюю часть воздухозаборника всасыванием или движением указанного воздуха относительно бокового впускного отверстия.

В зависимости от указанного расположения под углом можно предположить, что относительный поток воздуха не сможет войти в воздухозаборник через боковое впускное отверстие 50.

Кроме того, воздухозаборник может включать по одному элементу дефлектора 82 на каждое боковое впускное отверстие, чтобы отклонить относительный поток воздуха 4 и избежать обледенения в указанном боковом впускном отверстии. При этом каждый элемент дефлектора 82 расположен на боковой стенке 41 вверх по потоку от соответствующего бокового впускного отверстия.

Каждое боковое впускное отверстие, конкретно, его боковое проходное сечение, может быть уплотнено, т.е. закрыто частично или полностью соответствующими средствами крышки 41, например пластиной, имеющей форму бокового проходного сечения. Можно, таким образом, считать, что каждое средство крышки 41 является подвижным относительно соответствующего бокового впускного отверстия 50.

Точно так же, сетка 40 подвижна по отношению к динамическому входному каналу 30, например, относительно переднего проходного сечения 31. Конкретно, эта сетка 40 может поступательно перемещаться по указанной динамической оси АХ1. Затем сетка 40 скользит в динамическом входном канале 30, двигаясь по направлению к или от переднего проходного сечения 31.

Следовательно, в условиях обледенения сетка 40 может быть забита льдом. Давление условного потока воздуха на забитую сетку 40, которое существует в воздухозаборнике в результате всасывания воздуха газотурбинным двигателем, заставляет сетку двигаться по направлению от переднего проходного сечения 31.

В этом случае и согласно изобретению средство крышки 41 перемещается относительно бокового впускного отверстия пропорционально поступательному движению сетки, чтобы открыть боковое проходное сечение 51 бокового впускного отверстия 50 полностью или частично. Следует отметить, что воздухозаборник может быть оснащен первым направляющим средством 32 и вторым направляющим средством 42 соответственно для направления сетки 40 и средства крышки 41, чтобы избежать неустойчивого движения этих элементов, и, в частности, чтобы избежать заклинивания этих элементов при поступательном движении.

Из фигуры 1 можно видеть, что если сетка 40 не забита, то сетка 40 находится в переднем проходном сечении 31. Затем средства крышки 41 закрывают боковые впускные отверстия при полном закрытии, изображенном крестиком X.

Когда сетка 40 не забита, поток воздуха, проходящий через переднее проходное сечение, достаточен для удовлетворения нужд газотурбинного двигателя.

На фигуре 2 показана частично забитая сетка 40, и это объясняет тот факт, что сетка 40 поступательно переместилась от переднего проходного сечения 31.

Как и сетка 40, каждая из крышек также поступательно перемещается в направлении стрелки F на фигуре 2, чтобы частично открыть соответствующее боковое впускное отверстие 50.

Поток воздуха, входящий через переднее проходное сечение 31 и через частично соединенные сечения бокового потока, достаточен, чтобы удовлетворить потребности газотурбинного двигателя. Частичная забивка переднего проходного сечения 31 компенсируется частичным открытием боковых впускных отверстий 50.

Наконец, как показано на фигуре 3, сетка 40 полностью забита. Относительный поток воздуха больше не может пройти в воздухозаборник через переднее проходное сечение 31.

Однако каждая из крышек поступательно переместилась по стрелке F на фигуре 2 с тем, чтобы полностью открыть соответствующее боковое впускное отверстие 50.

Расход воздуха через боковое проходное сечение, частично закрытое всасыванием, в этом случае достаточен, чтобы удовлетворить потребности газотурбинного двигателя. Полное забивание переднего проходного сечения 31 компенсируется полностью открытыми боковыми впускными отверстиями 50. Затем каждая из крышек эффективно регулирует соответствующее боковое проходное сечение 51, чтобы управлять расходом воздуха, проходящего через боковое впускное отверстие, при этом указанный расход переходит от нулевого расхода фигуры 1 к предопределенному максимальному расходу фигуры 3. Следует отметить, что указанный максимальный расход воздуха - преимущественно максимальный расход воздуха, требуемый газотурбинным двигателем.

Кроме того, изобретение может включать датчик положения, который формирует электрический сигнал, отражающий положение сетки 40 в динамическом входном канале относительно переднего проходного сечения или относительно исходного положения сетки перед ее забиванием. Используя этот датчик положения, можно, в частности, выполнить, по меньшей мере, одно из следующих действий:

- при нагревании сетки 40 первым нагревателем первый нагреватель регулируется в зависимости от положения указанной сетки 40 в указанном динамическом входном канале 30;

- поскольку движение сетки 40 направляется первым направляющим средством и/или движение средства крышки 41 направляется вторым направляющим средством, второй нагреватель нагревает указанное первое направляющее средство и/или указанное направляющее средство может регулироваться в зависимости от положения указанной сетки 40 в указанном динамическом входном канале 30;

- степень забивания сетки определяется в зависимости от положения указанной сетки 40 в динамическом входном канале 30, и информация о степени забивания передается пилоту самолета;

- с профилями задания, записанными в памяти первого компьютера указанного самолета 1, данные о положении сетки 40 в указанном динамическом входном канале 30 передаются в первый компьютер, чтобы изменить указанные профили в полете в режиме реального времени в зависимости от уровня забивания сетки 40; и

- со вторым компьютером, определяющим заданную мощность, которая должна быть обеспечена газотурбинным двигателем на данной скорости, данные о положении указанной сетки 40 в динамическом входном канале 30 передаются в газотурбинный двигатель, чтобы отрегулировать его мощность в зависимости от степени забивания сетки 40.

Для того чтобы обеспечить совместное перемещение средства крышки 41 и сетки 40, воздухозаборник снабжен средством перемещения, управляемым средством поступательного движения сетки 40, чтобы обеспечить движение крышки 41 относительно соответствующих боковых впускных отверстий 50.

Как показано на фигурах 4 и 5, в первом примере воплощения средство перемещения 60 содержит механический элемент 61, который механически и, таким образом, физически соединяет сетку 40 со средствами крышки 41. Понятно, что если воздухозаборник снабжен множеством средств крышки, каждое средство крышки соединено с сеткой 40 через свой собственный механический элемент.

В первом примере фигуры 4 механический элемент 61 содержит стержень 62, прикрепленный к сетке 40 и к средству крышки 41. Таким образом, скольжение сетки 40 вызывает скольжение средства крышки 41.

На фигуре 4 также показаны первое и второе направляющие средства 32 и 42 для направления движения сетки 40 и средства крышки 41 соответственно. Эти первое и второе направляющие средства 32 и 42 могут быть рельсами, которые направляют поступательное движение сетки 40 и крышки 41 по динамической оси АХ1.

Кроме того, на фигуре 4 показан дополнительный элемент, позволяющий, во-первых, избежать нежелательных движений сетки 40 и, во-вторых, позволяющий указанной сетке возвратиться в ее исходное положение, т.е. в ее "чистое" положение в результате поступательного перемещения указанной сетки 40.

В этом случае воздухозаборник 10 использует демпфирующее средство 80.

Демпфирующее средство 80 может быть демпфером, прикрепленным к боковой стенке воздухозаборника, конкретно, демпфером, снабженным откалиброванной пружиной. Однако можно использовать демпфер любого другого типа, например демпфер, состоящий из элементов эластомера, или гидравлический, пневматический или электрический демпфер.

Следует отметить, что можно соединить множество демпферов последовательно, например два демпфера, имеющие различную жесткость.

Кроме того, можно предусмотреть средства регулирования жесткости демпфирующего средства, чтобы установить жесткость демпфирующего средства на земле или даже в полете в режиме реального времени как функцию предопределенных параметров, таких как стадия полета или, например, в зависимости от скорости полета или ускорения сетки относительно динамического входного канала. Когда демпфирующее средство содержит пневматический демпфер, можно использовать давление газа, отобранного от газотурбинного двигателя 2, получающего воздух из воздухозаборника.

Кроме того, воздухозаборник снабжен датчиком положения 70, выдающим информацию о положении сетки 40. В качестве примера этот датчик положения 70 может быть связан с рельсами первого направляющего средства 32.

Когда воздухозаборник снабжен демпфирующим средством, имеющим движущуюся часть, например поршнем, датчик положения может измерять положение указанного поршня, поскольку он фактически представляет положение сетки 40.

Если в демпфирующем средстве используются жидкости, датчик положения может контролировать поток этих жидкостей или их давление.

Во втором примере фигуры 5 механический элемент 61 содержит не только стержень 62, прикрепленный к сетке 40, но также и L-образный кривошип 63, который может вращаться вокруг оси 64.

Тогда поступательное движение сетки 40 преобразуется во вращательное движение средства крышки.

Отметим, что если воздухозаборник 10 снабжен множеством боковых впускных отверстий, то оба приведенных выше примера воплощения могут использоваться вместе. Таким образом, первое средство крышки может быть связано с сеткой средством перемещения, соответствующим первому примеру фигуры 4, тогда как второе средство крышки может быть связано с сеткой средством перемещения, соответствующим второму примеру фигуры 5.

Как показано на фигуре 6, во втором электрическом варианте воплощения средство перемещения 60 содержит первый процессор 62 и приводной двигатель 64.

Первый процессор 62 получает информацию о положении сетки 40 в динамическом входном канале 30. Этот первый процессор 62 использует свою собственную память или внешнюю память, чтобы определить положение, которое должно быть достигнуто средствами крышки 41. Таким образом, указанная память может сохранить предопределенную зависимость, определяющую положение средства крышки 41, как функцию положения сетки 40.

Следовательно, первый процессор 62 управляет приводным двигателем 64, чтобы переместить средства крышки 41 соответствующим образом, например вращая ходовой винт.

Воздухозаборник 10 может быть снабжен средством управления 63 в виде второго процессора, имеющего собственную память или использующего внешнюю память и служащего для выполнения различных действий в зависимости от информации, полученной от датчика положения и относящейся к положению сетки 40. Среди этих действий средство управления может управлять первым нагревателем 71 сетки 40 в зависимости от указанной информации, может управлять вторым нагревателем 72 для нагревания первого и/или второго направляющего средства 32, 42 в зависимости от указанной информации, может определять степень забивания сетки 40 в зависимости от указанной информации и передавать данные об указанной степени забивания пилоту самолета, а также может послать указанную информацию первому компьютеру 73 для того, чтобы изменить профили задания в полете в режиме реального времени в зависимости от степени забивания сетки 40, и/или может послать указанную информацию второму компьютеру 74 для регулирования мощности, обеспечиваемой газотурбинным двигателем 2, в зависимости от степени забивания сетки 40.

Следует отметить, что средство управления 63 и первый процессор 62 могут быть осуществлены, используя единственный процессор.

Наконец, на фигуре 6 показано демпферное средство 80 для демпфирования сетки, которое снабжено средством регулирования 81, введенным между входом 82 газа, подаваемого под давлением от газотурбинного двигателя 2, и указанным демпферным средством 80.

Понятно, что настоящее изобретение может быть подвергнуто многочисленным изменениям в ходе его выполнения. Хотя выше приведены несколько примеров воплощения, легко понять, что они не исчерпывают все возможные примеры воплощения. Естественно, можно предусмотреть замену любого из средств, описанных выше, эквивалентными средствами без выхода за пределы объема настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям воздухозаборников газотурбинных двигателей самолетов. Воздухозаборник (10) содержит подводящий воздухопровод (20), удлиненный динамическим входным каналом (30), расположенным вдоль динамической оси (АХ1). Динамический входной канал (30) имеет сетку (40) для защиты от попадания инородных тел. Сетка (40) поступательно перемещается по указанной динамической оси (АХ1) относительно указанного переднего сечения (31). Воздухозаборник (10) включает, по меньшей мере, одно боковое впускное отверстие (50), выполненное в боковой стенке (21), и средства крышки (41) для закрывания указанного бокового впускного отверстия (50), которые перемещаются относительно указанного бокового впускного отверстия (50), и средство перемещения (60), управляемое указанным поступательным движением сетки (40), чтобы вызвать движение указанных средств крышки (41) относительно указанного бокового впускного отверстия (50). Способ оптимизации работы газотурбинного двигателя (2) самолета (1) с помощью воздухозаборника (10) включает удлинение воздухопровода (20) динамическим входным каналом (30), содержащим сетку для защиты (40), перемещающуюся вдоль оси (АХ1), боковые отверстия (50), средства крышки (41), с обеспечением их перемещения пропорционально поступательному движению сетки (40). 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Воздухозаборник (10) для газотурбинного двигателя (2) самолета (1), содержащий подводящий воздухопровод (20), определенный боковой стенкой (21), указанный подводящий воздухопровод (20) удлинен динамическим входным каналом (30), указанный динамический входной канал (30) проходит по динамической оси (АХ1) указанного подводящего воздухопровода (20) к переднему проходному сечению (31), через которое относительный поток воздуха (4) может проходить в указанный воздухозаборник (10), указанная динамическая ось (АХ1), в основном, параллельна продольной оси (АХ0) указанного самолета, указанный динамический входной канал (30) имеет сетку (40) для защиты от попадания инородных тел, в котором указанная сетка (40) может поступательно перемещаться по указанной динамической оси (АХ1) относительно указанного переднего проходного сечения (31), и указанный воздухозаборник (10) включает, по меньшей мере, одно боковое впускное отверстие (50), выполненное в указанной боковой стенке (21), и средства крышки (41) для закрывания указанного бокового впускного отверстия (50), которые подвижны относительно указанного бокового впускного отверстия (50), указанный воздухозаборник (10) включает средство перемещения (60), управляемое указанным поступательным движением сетки (40), чтобы обеспечить перемещение указанных средств крышки (41) относительно указанного бокового впускного отверстия (50).

2. Воздухозаборник по п.1, в котором указанное боковое впускное отверстие (50) определяет боковое проходное сечение (51), позволяющее воздуху проникать во внутреннюю часть указанного подводящего воздухопровода (20) с заданным расходом воздуха, и указанное средство перемещения (60) перемещает указанные средства крышки (41) для регулирования площади указанного бокового проходного сечения (51), которое закрывается, чтобы управлять расходом воздуха, проходящим через указанное боковое впускное отверстие (50) в зависимости от степени забивания указанной сетки (40), при этом указанный расход воздуха поддерживается в диапазоне от нулевого расхода воздуха до предопределенного максимального расхода воздуха.

3. Воздухозаборник по п.1, в котором указанный воздухозаборник (10) включает первое направляющее средство (32) для направления поступательного движения указанной сетки (40) по указанной динамической оси (АХ1) в указанном входном канале (30).

4. Воздухозаборник по п.1, в котором указанные средства крышки (41) могут перемещаться относительно указанного бокового впускного отверстия (50), и указанный воздухозаборник (10) включает второе направляющее средство (42) для направления указанного средства крышки (41).

5. Воздухозаборник по п.1, в котором указанное средство перемещения (60) содержит механический элемент (61), соединяющий указанную сетку (40) с указанными средствами крышки (41).

6. Воздухозаборник по п.1, содержащий датчик положения (70), используемый для передачи информации о положении указанной сетки (40) в указанном динамическом входном канале (30).

7. Воздухозаборник по п.1, в котором указанный воздухозаборник (10) содержит датчик положения (70), используемый для передачи информации о положении указанной сетки (40) в указанном динамическом входном канале (30), и указанное средство перемещения (60) включает первый процессор (62), получающий указанную информацию, и приводной двигатель (64), служащий для перемещения указанных средств крышки (41), при этом указанный первый процессор (62) устанавливает положение указанных средств крышки (41) относительно бокового впускного отверстия (50), управляя указанным приводным двигателем (64) в зависимости от указанной информации.

8. Воздухозаборник по п.1, в котором указанный воздухозаборник (10) содержит датчик положения (70), используемый для передачи информации о положении указанной сетки (40) в указанном динамическом входном канале (30), и указанный воздухозаборник (10) снабжен средством управления (63), выполняющим, по меньшей мере, одно из следующих действий:
- указанная сетка (40) нагревается первым нагревателем (71), и указанное средство управления (63) управляет указанным первым нагревателем (71) в зависимости от указанной информации;
- сетка (40) направляется первым направляющим средством (32) и/или средства крышки (41) направляются вторым направляющим средством (42), второй нагреватель (72) нагревает указанное первое направляющее средство (32) и/или указанное второе направляющее средство (42), и указанное средство управления (63) управляет указанным вторым нагревателем (72) в зависимости от указанной информации;
- указанное средство управления (63) определяет степень забивания сетки (40) как функцию указанной информации и информирует пилота указанного самолета об указанном уровне забивания;
- профили задания хранятся в первом компьютере (73) указанного самолета (1), и указанное средство управления (63) служит для передачи указанной информации на указанный первый компьютер (73), чтобы изменить указанные профили в полете в режиме реального времени в зависимости от степени забивания сетки (40); и
- второй компьютер (74) определяет заданную мощность, которая должна быть обеспечена указанным газотурбинным двигателем (2) на данной скорости, и указанное средство управления (63) служит для передачи указанной информации на указанный второй компьютер (74), чтобы отрегулировать указанную мощность в зависимости от степени забивания сетки (40).

9. Воздухозаборник по п.1, содержащий, по меньшей мере, одно демпфирующее средство (80) для демпфирования указанного поступательного движения сетки (40).

10. Воздухозаборник по п.1, содержащий первое и второе демпфирующие средства (80), имеющие первую и вторую различные жесткости.

11. Воздухозаборник по п.9, содержащий средство регулирования (81) для регулирования жесткости, по меньшей мере, одного демпфирующего средства (80) в зависимости от стадии полета и/или когда постороннее тело ударяется о сетку (40) с предопределенной силой.

12. Воздухозаборник по п.1, содержащий элемент дефлектора (82) на указанной боковой стенке (21) вверх по потоку от указанного бокового впускного отверстия (50), причем указанный элемент дефлектора служит для отклонения относительного потока воздуха (4).

13. Самолет (1), снабженный газотурбинным двигателем (2), в котором самолет содержит воздухозаборник (10) по п.1 для подачи воздуха в указанный газотурбинный двигатель (2).

14. Способ оптимизации работы газотурбинного двигателя (2) самолета (1) с помощью воздухозаборника (10), имеющего подводящий воздухопровод (20), определенный боковой стенкой (21), указанный подводящий воздухопровод (20) удлиняется динамическим входным каналом (30), указанный динамический входной канал (30) проходит по динамической оси (АХ1) указанного подводящего воздухопровода (20) к переднему проходному сечению (31), через которое относительный поток воздуха (4) может проходить в указанный воздухозаборник (10), указанная динамическая ось (АХ1), в основном, параллельна продольной оси (АХ0) указанного самолета, указанный динамический входной канал (30) имеет сетку (40) для защиты от засасывания инородных тел, при этом указанная сетка (40) может поступательно перемещаться по указанной динамической оси (АХ1) относительно указанного переднего проходного сечения (31) в случае забивания сетки (40), указанный воздухозаборник (10) имеет, по меньшей мере, одно боковое впускное отверстие (50), сформированное в указанной боковой стенке (21), и средства крышки (41) для закрывания указанного бокового впускного отверстия (50), средства крышки подвижны относительно указанного бокового впускного отверстия (50) и указанные средства крышки (41) перемещаются относительно указанного бокового впускного отверстия (50) пропорционально указанному поступательному движению.

15. Способ по п.14, в котором выполняется, по меньшей мере, одно из следующих действий:
- указанная сетка (40) нагревается первым нагревателем (71) и указанный первый нагреватель (71) управляется в зависимости от положения указанной сетки (40) в указанном динамическом входном канале (30);
- сетка (40) направляется первым направляющим средством (32) и/или средства крышки (41) направляются вторым направляющим средством (42), при этом второй нагреватель (72) нагревает указанной первое направляющее средство (32) и/или указанное второе направляющее средство (42), причем указанный второй нагреватель (72) управляется в зависимости от положения указанной сетки (40) в указанном динамическом входном канале (30);
- степень забивания сетки (40) определяется как функция положения указанной сетки (40) в указанном динамическом входном канале (30), и указанная информация о степени забивания передается пилоту указанного самолета;
- профили задания хранятся в первом компьютере (73) указанного самолета (1), и информация о положении указанной сетки (40) в указанном динамическом входном канале (30) передается в указанный первый компьютер (73), чтобы изменить указанные профили в полете в режиме реального времени и в зависимости от степени забивания сетки (40); и
- второй компьютер (74) определяет заданную мощность, которая должна быть обеспечена указанным газотурбинным двигателем (2) на данной скорости, и информация о положении указанной сетки (40) в указанном динамическом входном канале (30) передается во второй компьютер, чтобы отрегулировать указанную мощность в зависимости от степени забивания сетки (40).