КРОМКА ВОЗДУХОЗАБОРНИКА ГОНДОЛЫ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2013 года по МПК B64D15/12 

Изобретение относится к кромке воздухозаборника гондолы турбореактивного двигателя.

Самолет приводится в движение с помощью одной или нескольких силовых установок, включающих в себя турбореактивный двигатель, помещенный в трубчатую гондолу. Каждая силовая установка крепится к самолету с помощью специальной стойки, находящейся, как правило, под крылом или в зоне фюзеляжа.

Гондола имеет, как правило, трубчатую структуру с воздухозаборником, помещенным перед турбореактивным двигателем, средней секцией, охватывающей вентилятор турбореактивного двигателя, и задней секцией, в которую помещены средства реверсора тяги и которая охватывает камеру сгорания турбореактивного двигателя, и заканчивается обычно реактивным соплом, выход которого находится за турбореактивным двигателем.

Воздухозаборник снабжен, во-первых, входной кромкой, обеспечивающей оптимальный захват воздуха, необходимого для питания вентилятора и внутренних компрессоров турбореактивного двигателя, и его циркуляцию в сторону турбореактивного двигателя, и, во-вторых, задней конструкцией, на которой крепится указанная кромка и которая обеспечивает надлежащее направленное перемещение воздуха в сторону лопастей вентилятора. Весь описанный узел крепится перед кожухом вентилятора, являющимся частью передней секции гондолы.

В зависимости от температурно-влажностных условий в полете, может происходить обледенение гондолы в зоне нахождения кромки воздухозаборника. Из-за наличия льда или инея изменяются аэродинамические характеристики воздухозаборника и нарушается поступление воздуха к вентилятору. Кроме того, в ряде случаев возможно отделение от кромки воздухозаборника кусков льда, которые могут ударяться о компоненты турбореактивного двигателя, в частности, с лопастями вентилятора.

Поскольку от количества и качества воздуха, захватываемого кромкой воздухозаборника, зависят эксплуатационные показатели турбореактивного двигателя, совершенно необходимо в случае образования на этой кромке льда или инея принимать меры к его удалению.

Одно из технических решений проблемы противообледенительной защиты кромки воздухозаборника описано в патенте US 4688757. Оно состоит в отборе горячего воздуха в зоне компрессора турбореактивного двигателя и в его подаче в зону кромки воздухозаборника, при этом он будет нагревать ее стенки, циркулируя по внутреннему каналу указанной кромки. Однако для такого устройства требуется наличие специальной системы трубопроводов для транспортирования горячего воздуха от турбореактивного двигателя к воздухозаборнику, а также системы отвода этого горячего воздуха в зоне кромки воздухозаборника, а использование такой системы приводит к нежелательному увеличению веса силовой установки.

Кроме того, применение описанной системы ведет к ухудшению рабочих характеристик турбореактивного двигателя вследствие отбора из него некоторого количества воздуха.

Следует также иметь в виду, что, поскольку температура горячего воздуха, отбираемого из турбореактивного двигателя, составляет обычно порядка 400°C, металлические детали гондолы оказываются подверженными в зоне расположения воздухозаборника действию высокого температурного градиента, что создает в этих деталях значительные термические напряжения.

Еще одно следствие наличия рассматриваемой системы заключается в том, что во избежание увеличения количества точек входа и выхода горячего воздуха кромку воздухозаборника приходится выполнять в виде монолитной детали, которую придется, соответственно, целиком менять в случае изменения ее наружного контура, например, после соударения с какими-либо внешними объектами (мелкими камнями, градом, птицами и прочими).

Другое решение, описанное в патенте EP 1495963, предусматривает наложение на наружную стенку кромки воздухозаборника специального нагревательного элемента, получающего электропитание от отдельного источника в гондоле. Благодаря этой технологии удается получить кромку воздухозаборника в модульном исполнении, состоящую из нескольких базовых структур.

Однако дело в том, что подобные нагревательные элементы подвержены многочисленным воздействиям, которые могут привести к их преждевременному износу и даже к нарушению их функционирования.

Следствие подобной неисправности нагревательного элемента может стать скопление на кромке воздухозаборника льда или инея с последующим ухудшением эксплуатационных характеристик турбореактивного двигателя.

Целью изобретения является полное или частичное устранение указанных выше недостатков.

Положенная в его основу техническая задача состоит предпочтительно в разработке кромки воздухозаборника гондолы турбореактивного двигателя, которая была бы снабжена несложным, надежным и легким противообледенительным устройством.

Для достижения указанной цели предложена кромка воздухозаборника гондолы турбореактивного двигателя, отличающаяся тем, что она имеет на своей внутренней поверхности электрическое противообледенительное устройство, содержащее, по меньшей мере, одну панель, в состав которой входят ячеистая структура из электропроводящего материала и электрические соединительные средства, подключенные к ячеистой структуре.

Когда электрические соединительные средства подключены к источнику электропитания, ячеистая структура панели образует нагревательный элемент, обеспечивающий удаление льда с очищаемой поверхности, находящейся вблизи от противообледенительного устройства.

Благодаря выполнению противообледенительного устройства из панели, снабженной ячеистой структурой, удается получить большую поверхность нагрева и, следовательно, уменьшить температуру, необходимую для удаления льда с очищаемой поверхности определенной площади, что дает выигрыш в энергозатратах и в надежности.

Следует отметить, что ячеистая структура образует собой конструкцию с ослаблением звуковых колебаний.

Таким образом, главное преимущество предлагаемого противообледенительного устройства состоит в том, что оно одновременно выполняет функции удаления льда и ослабления звука.

В результате противообледенительное устройство согласно изобретению можно использовать для замены конструкций для ослабления звука, традиционно размещаемых в воздухозаборнике гондолы турбореактивного двигателя.

Для работы такого противообледенительного устройства не требуется никаких дополнительных нагревательных приспособлений, что дает экономию веса.

Кроме того, в случаях, когда предлагаемое противообледенительное устройство используется в качестве конструкции, обеспечивающей ослабление звука в воздухозаборнике, его помещают внутри воздухозаборника, вследствие чего оно оказывается защищенным от внешних неблагоприятных воздействий.

Предпочтительно, чтобы ячейки ячеистой структуры располагались, по существу, перпендикулярно к плоскости панели.

Целесообразно, чтобы ячеистая структура была выполнена из ряда смежных полос, располагающихся в общем основном направлении, причем две смежных полосы должны поочередно соприкасаться друг с другом и отходить друг от друга с формированием при этом ячеек.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, панель содержит первое и второе электрические соединительные средства, причем первые концы каждой полосы соединены с первым электрическим соединительным средством, а вторые концы каждой полосы соединены со вторым электрическим соединительным средством.

В соответствии с первым из двух альтернативных вариантов, полосы скреплены друг с другом с помощью клеевых слоев, находящихся в зонах их соприкосновения, причем клей, предназначенный для склеивания полос друг с другом, является предпочтительно электроизолирующим.

В соответствии со вторым альтернативным вариантом, полосы скреплены друг с другом методом сварки в месте расположения зон их соприкосновения.

Целесообразно, чтобы панель была снабжена первым и вторым электроизолирующими листами, которые должны закрывать ячеистую структуру с закупоркой ячеек ячеистой структуры.

Предпочтительно, чтобы панель была снабжена электроизолирующими элементами, закрывающими края ячеистой структуры.

Сущность изобретения станет более понятной в ходе чтения нижеследующего описания, приводимого со ссылками на приложенные схематические чертежи, где в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, иллюстрируется один из вариантов осуществления рассматриваемых кромки и противообледенительного устройства.

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение в аксонометрии гондолы турбореактивного двигателя;

фиг.2 - поперечный разрез в увеличенном масштабе конструкции кромки воздухозаборника, содержащей противообледенительное устройство согласно изобретению;

фиг.3 - вид в аксонометрии противообледенительного устройства по фиг.2;

фиг.4 и 5 - виды в аксонометрии, иллюстрирующие два варианта крепления полос, образующих ячеистую структуру противообледенительного устройства;

фиг.6 и 7 - иллюстрации двух вариантов выполнения предлагаемого противообледенительного устройства.

Гондола 1 согласно изобретению, показанная на фиг.1, представляет собой трубчатое вместилище для турбореактивного двигателя (не показан), обеспечивая направленную циркуляцию создаваемых им воздушных потоков. Эта гондола находится под крылом 2, к которому она прикреплена с помощью стойки 3. В нее помещены также различные компоненты, необходимые для работы турбореактивного двигателя.

Если говорить точнее, гондола 1 имеет конструкцию, которая включает в себя переднюю секцию, которая образует воздухозаборник 4, среднюю секцию 5, которая охватывает вентилятор (не показан) турбореактивного двигателя, и заднюю секцию 6, которая охватывает турбореактивный двигатель и в которую помещена система реверса тяги (не показана).

Воздухозаборник 4 разделен на две части, одна из которых кромка 4а входного отверстия, обеспечивающая оптимальный захват воздуха, необходимого для питания вентилятора и внутренних компрессоров турбореактивного двигателя, и его циркуляцию в сторону турбореактивного двигателя, а вторая - задняя конструкция 4b, на которой крепится кромка 4a и которая обеспечивает надлежащую циркуляцию воздуха в сторону лопастей вентилятора. Весь описанный узел крепится перед кожухом вентилятора, являющимся частью средней секции 5 гондолы 1.

Как видно на фиг.1 и 2, кромка 4а воздухозаборника 4 выполнена с помощью конструкций 7, которые закреплены на задней конструкции 4b по всему периметру гондолы 1.

В рассматриваемом случае кромка 4а воздухозаборника 4 выполнена из четырех конструкций 7, хотя совершенно очевидно, что ее можно выполнить и из двух конструкций, в виде единой детали или же из большего, чем четыре, числа конструкций.

Каждая конструкция 7 имеет стенку 10, форма которой выбрана таким образом, чтобы придать кромке 4a нужный профиль, а также снабжена электрическим противообледенительным устройством 11. Стенка 10 может быть выполнена из металла или композитного материала.

Электрическое противообледенительное устройство 11 соприкасается с той зоной стенки 10, которая обращена к входной стороне вентилятора, и снабжена рядом отверстий 12, распределенных с равными интервалами.

Как показано на фиг.2-7, противообледенительное устройство 11 образовано панелью, которая снабжена ячеистой структурой 13 сотового типа, выполненной из электропроводящего материала, например, углерода, и электрическими соединительными средствами 14, подключенными к указанной ячеистой структуре.

Ячеистая структура 13 выполнена практически плоской, а ее ячейки 15 расположены, по существу, перпендикулярно к плоскости панели. Указанная структура образует собой конструкцию с ослаблением звуковых колебаний.

Рассматриваемая ячеистая структура 13 выполнена из ряда смежных полос 16, располагающихся в общем основном направлении, причем две смежных полосы поочередно соприкасаются друг с другом и отодвигаются одна от другой с формированием при этом ячеек 15.

В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, продемонстрированным на фиг.4, полосы 16 скреплены друг с другом с помощью клеевых слоев, находящихся в зонах 17 их соприкосновения, причем используемый для этого клей является предпочтительно электроизолирующим. В данном случае каждая полоса 16 образует своего рода резистор, а все смежные полосы вместе формируют группу резисторов, расположенных параллельно друг другу.

В соответствии со вторым вариантом, представленным на фиг.5, полосы 16 скреплены друг с другом методом сварки в месте расположения зон 17 их соприкосновения. В этом случае совокупность смежных полос 16 образует группу резисторов, размещенных последовательно-параллельно.

Как более четко показано на фиг.2 и 3, панель противообледенительного устройства снабжена первым и вторым электроизолирующими листами 18 и 19, которые закрывают ячеистую структуру с закупоркой ее ячеек 15. В качестве таких листов предпочтительно использовать листы стекловолокна.

Во втором листе 19, выполненном с возможностью соприкосновения со стенкой 10 конструкции 7, имеется ряд отверстий 20, распределенных с равными интервалами.

Следует иметь в виду, что толщина первого листа 18 превышает толщину второго листа 19. В результате этого первый образует теплоизоляционный элемент, способствующий передаче тепла, излучаемого ячеистой структурой 13 в направлении стенки 10.

Противообледенительное устройство 11 подключено к гнезду электропитания (не показано) задней конструкции 4b через посредство специального разъема (не показан), который соединен питающим кабелем с проводящими перемычками 21 и 22, находящимися в контакте с ячеистой структурой.

В соответствии с первым вариантом выполнения ячеистой структуры 13, показанным на фиг.6, она выполнена прямоугольной, при этом ее поперечные края находятся в контакте с первой и второй проводящими перемычками 21 и 22. В этом случае боковые края ячеистой структуры 13 закрыты электроизолирующими элементами 23.

В соответствии со вторым вариантом выполнения ячеистой структуры 13, показанным на фиг.7, она имеет практически U-образную форму, при этом первая и вторая проводящие перемычки 21 и 22 находятся в контакте со свободными концами ветвей указанной U-образной конструкции. В данном случае края ячеистой структуры 13 закрыты электроизолирующими элементами 23. Следует заметить, что предусмотрен также один электроизолирующий элемент 23, помещаемый между ветвями U-образной конструкции с целью обеспечения их электрической изоляции друг от друга.

Разумеется, изобретение не ограничивается единственным вариантом осуществления рассмотренной кромки, которая была описана выше лишь в качестве примера, а, напротив, охватывает всевозможные разновидности выполнения и применения, основанные на том же принципе.

Изобретение относится к области авиации, в частности к противообледенительным системам воздухозаборников. Кромка (4а) воздухозаборника (4) гондолы (1) турбореактивного двигателя имеет на своей внутренней поверхности электрическое противообледенительное устройство (11), содержащее, по меньшей мере, одну панель, в состав которой входят ячеистая структура (13) из электропроводящего материала и электрические соединительные средства (21, 22), подключенные к ячеистой структуре. Ячейки (15) ячеистой структуры (13) расположены перпендикулярно плоскости панели. Ячеистая структура выполнена из ряда смежных полос (16), причем две смежные полосы (16) поочередно сходятся друг с другом и отходят друг от друга с формированием при этом ячеек. Полосы (16) могут быть скреплены друг с другом с помощью клеевого соединения или методом сварки. Панель содержит первое и второе электрические соединительные средства (21, 22), причем первые концы каждой полосы (16) соединены с первым электрическим соединительным средством (21), а вторые концы каждой полосы соединены со вторым электрическим средством (22). Панель снабжена электроизолирующими элементами (23), закрывающими края ячеистой структуры. Устройство (11) способно одновременно выполнять функции удаления льда и ослабления звука. Обеспечивается удаление льда с кромки воздухозаборника и ослабление звука. 8 з.н. ф-лы, 7 ил.

1. Кромка (4а) воздухозаборника (4) гондолы (1) турбореактивного двигателя, отличающаяся тем, что она имеет на своей внутренней поверхности электрическое противообледенительное устройство (11), содержащее, по меньшей мере, одну панель, в состав которой входят ячеистая структура (13) из электропроводящего материала и электрические соединительные средства (21, 22), подключенные к ячеистой структуре.

2. Кромка по п.1, в которой ячейки (15) ячеистой структуры (13) расположены, по существу, перпендикулярно плоскости панели.

3. Кромка по любому из пп.1 и 2, в которой ячеистая структура (13) выполнена из ряда смежных полос (16), расположенных в общем основном направлении, причем две смежные полосы (16) поочередно сходятся друг с другом и отходят друг от друга с формированием при этом ячеек.

4. Кромка по п.3, в которой панель содержит первое и второе электрические соединительные средства (21, 22), причем первые концы каждой полосы (16) соединены с первым электрическим соединительным средством (21), а вторые концы каждой полосы соединены со вторым электрическим соединительным средством (22).

5. Кромка по п.4, в которой полосы (16) скреплены друг с другом с помощью клеевых слоев, находящихся в зонах (17) их соприкосновения.

6. Кромка по п.5, в которой клей, предназначенный для склеивания полос друг с другом, является электроизолирующим.

7. Кромка по п.4, в которой полосы (16) скреплены друг с другом методом сварки в месте расположения зон (17) их соприкосновения.

8. Кромка по любому из пп.1, 2, 4-7, в которой панель снабжена первым и вторым электроизолирующими листами (18, 19), которые закрывают ячеистую структуру (13) с закупоркой ячеек (15) ячеистой структуры.

9. Кромка по любому из пп.1, 2, 4-7, в которой панель снабжена электроизолирующими элементами (23), закрывающими края ячеистой структуры (13).