РЕГУЛИРУЕМОЕ СОПЛО ВЕНТИЛЯТОРА И ДВУХКОНТУРНЫЙ ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК F02K1/10 

Изобретение относится к двухконтурному турбореактивному двигателю и затрагивает, в частности, проблему усовершенствования сопла вентилятора, позволяющего обеспечить соответствие выходного сечения данного сопла рабочему режиму.

Является общеизвестным, что путем изменения сечения потока воздуха в вентиляторе в зависимости от условий полета можно улучшить рабочие характеристики и(или) понизить уровень шума турбореактивного двигателя. Таким образом, если считать, что сечение соответствует оптимальному режиму полета, то в результате уменьшения этого сечения удается добиться улучшения рабочих характеристик при взлете или при посадке. Известно, что данная цель достигается путем расположения створок в виде короны рядом с задней кромкой сопла, при этом створки подвижны и регулируются таким образом, что могут сходиться к оси турбореактивного двигателя, уменьшая тем самым площадь сечения воздушного потока, проходящего в вентиляторе. Створки, как правило, приводятся в действие посредством силовых цилиндров, что ведет к значительному повышению массы механизма.

В патенте US 2006/0101803 приводится описание сопла, задняя кромка которого снабжена деформируемыми створками, находящимися в шевронном зацеплении, внутри которых содержатся обладающие способностью запоминать форму линии напряжения, при этом кривизна створок определяется температурой. Кривизна, которая устанавливается линиями напряжения и зависит от ее температуры, передается на створки. Электрические средства управления отличаются простотой и малым весом, но конструкция такой створки остается сложной.

Задачей настоящего изобретения является разработка поддающейся деформации створки другого вида.

В частности, изобретение относится к регулируемому соплу вентилятора, которое содержит расположенные в виде короны поддающиеся деформации створки, установленные близко к его задней кромке, отличающемуся тем, что каждая створка имеет конструкцию типа биметаллической пластинки, изготовленной из двух материалов, обладающих различными коэффициентами расширения, причем управляемые средства нагревания термически сопряжены с совокупностью створок.

Изобретение обеспечивает возможность использовать слоеную структуру, состоящую из двух материалов, обладающих различными коэффициентами расширения, и электронагревательное устройство.

Предпочтительно, чтобы каждая створка содержала внутреннюю тонкую пластинку, изготовленную из теплоизоляционного материала, и, по меньшей мере, одну внешнюю тонкую металлическую пластинку. Две тонкие пластинки располагаются одна против другой таким образом, чтобы разница вытяжения, которая параллельна оси сопла, двух тонких пластинок в результате повышения температуры приводила к искривлению створки в направлении, уменьшающем площадь сечения потока на выходе из сопла.

В качестве теплоизоляционного материала может использоваться композитный материал, например, на базе углерода.

Предпочтительно, чтобы нагрев створок мог быть осуществлен посредством комплекта электрических сопротивлений. Эти сопротивления размещаются на поверхности тонких металлических пластинок (с расположением между ними диэлектрического изолятора) и находятся в термическом контакте с ними. Таким образом, синхронность управления створками обеспечивается путем подачи электрического тока в сеть сопротивлений.

Предпочтительно также, чтобы каждая створка имела фактически трапециевидную форму. Таким образом, створки, изгибаясь под воздействием повышения температуры, устанавливаются практически встык без перекрытия.

Предпочтительно, чтобы створки были установлены в глубине кольцевого пространства, образующегося в стенке сопла, таким образом, чтобы они не препятствовали прохождению воздушного потока при работе в крейсерском режиме. В частности, эти створки могут являться продолжением или располагаться с внутренней стороны аэродинамической поверхности сопла, когда управляемые средства нагревания не работают.

Предлагаемое изобретение также относится ко всем двухконтурным турбореактивным двигателям, оснащенным соплом вентилятора, согласно вышеизложенным определениям.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием неограничительных вариантов его осуществления, приводимых со ссылками на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает частичный вид в изометрии (с вырывом) задней части сопла вентилятора согласно изобретению;

фиг.2 - схематичный вид в изометрии поддающейся деформации створки;

фиг.3 - вид в разрезе этой створки, расположенной в полости стенки сопла;

фиг.4 - схему, иллюстрирующую управляемые средства электронагревания, способные привести к деформации створок.

На фиг.1 изображена задняя часть капота 11 двухконтурного турбореактивного двигателя и, в частности, конструкция кольцевого сопла 12 вентилятора. Это сопло содержит заднюю кромку 14, рядом с которой размещаются поддающиеся деформации створки 16, располагаемые в виде короны. Внешняя стенка сопла вентилятора состоит из двух кольцевых оболочек 18, 19, которые соединяются в задней части, образуя кольцевую полость 21 (фиг.3), в которой располагаются поддающиеся деформации створки 16.

Согласно одному из отличительных признаков предлагаемого изобретения каждая створка 16 имеет конструкцию типа биметаллической пластинки, изготовленной из двух материалов, обладающих различными коэффициентами расширения. В каждой створке 16 выделяется внутренняя тонкая пластинка 25, изготовленная из теплоизоляционного материала, обладающая незначительным коэффициентом расширения, и, по меньшей мере, одна внешняя тонкая металлическая пластинка 26. Тонкая пластинка 25 может быть изготовлена из композитного материала, например, на базе углерода. Эти тонкие пластинки устанавливаются одна против другой путем приклеивания и(или) клепки. Приклеивание может быть заменено известным специалистам способом углеродометаллического припаивания. Предпочтительно, чтобы каждая створка содержала несколько тонких металлических пластинок 26, соединяемых с одной и той же тонкой пластинкой, изготовленной из теплоизоляционного материала. Тонкие металлические пластинки 26 располагаются рядом, на незначительном расстоянии друг от друга по окружности, при этом тонкая пластинка 25, изготовленная из теплоизоляционного материала, служит для них в качестве общей опоры. Как показано на фиг.2, тонкие металлические пластинки приклепаны, в частности, к тонкой пластинке, изготовленной из теплоизоляционного материала и обладающей незначительным коэффициентом расширения. Таким образом, расширение тонких металлических пластинок не оказывает никакого влияния в направлении по окружности. И, наоборот, в осевом направлении расширение тонких металлических пластинок носит более значительный характер, чем расширение тонкой пластики, изготовленной из теплоизоляционного материала, и выражается в искривлении створки, которая вдается в газовоздушный тракт, выступая за пределы кольцевой полости 21. Створки являются продолжением или размещаются с внутренней стороны внутренней аэродинамической поверхности, когда управляемые средства нагревания не приводятся в действие, как это показано на фиг.3.

Каждая створка имеет фактически трапециевидную форму. Таким образом, когда створки сходятся внутрь к оси, располагаясь в канале прохождения воздушного потока вентилятора, то они «реконструируют» кольцо данного сопла, становясь практически встык без перекрытия или без использования способа крепления арочной крепью.

Кроме того, управляемые средства нагревания термически сопряжены с совокупностью щитков. В частности, в данном случае эти средства нагревания содержат электрические сопротивления 30, размещенные над поверхностью тонких металлических пластинок 26 (снаружи) и находящиеся с ними в тепловом контакте с расположением между ними тонкого диэлектрического изолятора. В качестве указанных электрических сопротивлений могут быть использованы резистивные покрытия, проклеенные резистентными электрическими проводами, и т.д.

Как показано на фиг.4, электрические сопротивления 30, сопряженные с каждой створкой или с каждой тонкой металлической пластинкой, имеют параллельное электрическое подсоединение и подсоединены к источнику электропитания 32. Кроме того, на каждой створке имеется датчик перемещения 34, позволяющий измерять изгибание створок. Сигналы, передаваемые этими датчиками, задействуются в петле обратной связи 36 для определения величины тока, подаваемого в сопротивления для обеспечения заданного искривления створок.

Как это показано на фиг.3, каждая тонкая пластинка 25, изготовленная из композитного материала, снабжена выступом 35, имеющим заранее определенную толщину. Совокупность этих выступов образует кольцевую распорную балку, определяющую расстояние между внутренней оболочкой 19 и внешней оболочкой 18 стенки сопла. Следует отметить, что внешние аэродинамические линии сопла не меняются. Створки, сходящиеся внутрь кольцеобразной полости 21, не нарушают непрерывности внутренних аэродинамических линий.

Можно предусмотреть наличие дополнительного изоляционного слоя 37, покрывающего внешнюю сторону створок, для ограничения тепловых потерь наружу и, следовательно, для уменьшения потребления электроэнергии системы управления сопротивлениями.

Регулируемое сопло вентилятора содержит поддающиеся деформации створки, установленные вблизи его задней кромки. Каждая створка имеет конструкцию типа биметаллической пластинки, содержащей внутреннюю тонкую пластинку, изготовленную из теплоизоляционного материала, и, по меньшей мере, одну внешнюю тонкую металлическую пластинку. Внутренние и внешние тонкие пластинки имеют различные коэффициенты расширения и располагаются одна против другой с полным плоским контактом таким образом, чтобы изменения температуры приводили к искривлению указанной конструкции типа биметаллической пластинки в результате разницы между данными коэффициентами расширения. Средства нагревания содержат электрические сопротивления, размещенные на поверхности тонких металлических пластинок и находящиеся в тепловом контакте с ними. Внутренние и внешние тонкие пластинки обеспечивают изгибание створки в направлении, имеющем тенденцию к сокращению сечения потока на выходе сопла, когда указанные управляемые средства нагревания активированы. Другое изобретение группы относится к двухконтурному турбореактивному двигателю, содержащему указанное выше сопло вентилятора. Изобретение позволяет упростить конструкцию створки регулируемого сопла вентилятора. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Регулируемое сопло вентилятора, содержащее расположенные в виде короны поддающиеся деформации створки, установленные вблизи его задней кромки, причем каждая створка имеет конструкцию типа биметаллической пластинки, содержащей внутреннюю тонкую пластинку, изготовленную из теплоизоляционного материала, и, по меньшей мере, одну внешнюю тонкую металлическую пластинку, при этом указанные внутренние и внешние тонкие пластинки имеют различные коэффициенты расширения и располагаются одна против другой с полным плоским контактом таким образом, чтобы изменения температуры приводили к искривлению указанной конструкции типа биметаллической пластинки в результате разницы между данными коэффициентами расширения, причем упомянутые средства нагревания содержат электрические сопротивления, размещенные на поверхности тонких металлических пластинок и находящиеся в тепловом контакте с ними, причем упомянутые внутренние и внешние тонкие пластинки обеспечивают изгибание створки в направлении, имеющем тенденцию к сокращению сечения потока на выходе сопла, когда указанные управляемые средства нагревания активированы.

2. Сопло по п.1, отличающееся тем, что указанный теплоизоляционный материал является композитным материалом, например, на базе углерода.

3. Сопло по п.1, отличающееся тем, что каждая створка (16) имеет, по существу, трапециевидную форму.

4. Сопло по п.1, отличающееся тем, что створки (16) установлены в кольцевом пространстве (21), предусмотренном в стенке данного сопла.

5. Сопло по п.4, отличающееся тем, что створки (16) являются продолжением внутренней поверхности данной стенки, если указанные управляемые средства нагревания не работают.

6. Двухконтурный турбореактивный двигатель, отличающийся тем, что он содержит сопло вентилятора по любому из предыдущих пунктов.