ОСЕСИММЕТРИЧНОЕ СОПЛО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2014 года по МПК F02K1/80 

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к конструкции осесимметричных сопел турбореактивных двигателей (ТРД).

Известно осесимметричное сопло турбореактивного двигателя, содержащее неподвижный корпус со сферической законцовкой и подвижный корпус с уплотнительным элементом, установленный с возможностью поворота относительно поперечной оси сопла (см. Свидетельство на полезную модель RU 33175 класса F02K 1/78, опубликовано 10.10.2003 г.).

К недостаткам указанной модели относится недостаточное обеспечение герметичности по сопрягаемым поверхностям уплотнительного элемента подвижного корпуса и сферической законцовки неподвижного корпуса из-за необходимого зазора между ними для компенсации теплового расширения более нагретой сферической законцовки и менее нагретого уплотнительного кольца, а также компенсации возможных отклонений форм их поверхностей. Разгерметизация также происходит и при деформациях подвижного и неподвижного корпусов при поворотах сопла в эксплуатации. Указанная негерметичность приводит к утечкам охлаждающего воздуха и, как следствие, прогару сопла.

Задачей изобретения является обеспечение необходимой герметичности тракта охлаждения сопла.

Указанная задача решается тем, что в известном осесимметричном сопле ТРД, содержащем неподвижный корпус со сферической законцовкой и подвижный корпус с уплотнительным элементом, установленный с возможностью поворота относительно поперечной оси сопла, согласно изобретению уплотнительный элемент выполнен в виде сегментов, установленных с возможностью радиального перемещения и подпружиненных к сферической законцовке неподвижного корпуса, а на торцах смежных элементов выполнены выступы, контактирующие между собой по внутренним ответным поверхностям.

Такое выполнение устройства позволяет предотвратить утечки охлаждающего воздуха в зазор между сопрягаемыми поверхностями уплотнительного элемента подвижного корпуса и сферической законцовки неподвижного корпуса сопла и таким образом повысить надежность работы сопла на форсажных режимах работы двигателя.

На фиг.1 показан продольный разрез осесимметричного сопла;

на фиг.2 - сечение по поперечным осям крепления корпусов (сечение В-В);

на фиг.3 - поперечное сечение уплотнения (Б-Б);

на фиг.4 - вид сверху на уплотнение (корпус не показан).

Осесимметричное сопло содержит неподвижный корпус 1 со сферической законцовкой 2 и подвижный корпус 3. На переднем фланце 4 подвижного корпуса 3 установлен уплотнительный элемент 5, внутри которого в окружном направлении размещены сегменты 6 с графитовыми вкладышами 7. На каждом сегменте 6 установлены пружины 8. Концы 9 пружин 8 заведены под оси 10, которые расположены в пазах 11 сегментов 6 и закреплены на боковых стенках 12 сегментов. На торцах 13 смежных сегментов 6 выполнены выступы 14, которые контактируют между собой по внутренним ответным поверхностям 15. Внутри сферической законцовки 2 и кронштейна 16 неподвижного корпуса 1, а также внутри подвижного корпуса 3 размещены цапфы 17, 18, 19 под установку поперечных осей 20, вокруг которых осуществляется отклонение подвижного корпуса 3 на заданные углы поворота сопла.

Для обеспечения заданных углов поворота уплотнительный элемент 5 должен быть размещен на расстоянии L от осей поворота, не меньшем наружного радиуса цапф R подвижного и неподвижного корпусов 3 и 1.

При сигнале на поворот вектора тяги силовые элементы поворачивают подвижный корпус 3 вокруг двух поперечных осей 20 неподвижного корпуса 1 на определенный угол. При этом сегменты 6 с графитовыми вкладышами скользят по сферической законцовке 2, поджимаясь к ней пружинами, упирающимися в подвижный корпус 3. Даже при незначительном отклонении формы законцовки графитовые вкладыши 7 вместе с сегментами 6 перемещаются радиально, не образуя зазора как с сопрягаемой поверхностью, так и между собой по окружности. Таким образом, охлаждающий воздух проходит из полости в полость, не вытекая в атмосферу из-за плотного прилегания сегментов 6 с графитовыми вкладышами 7 к неподвижному корпусу 1, и воздух в необходимом количестве для данного режима работы сопла без потерь подается к створкам сопла. При обтекании горячими газами неподвижный корпус 1 увеличивается по диаметру относительно наружного подвижного корпуса 3. Также при поворотах вектора тяги возникают деформации подвижного и неподвижного корпусов друг относительно друга. Но во всех указанных случаях стык уплотнительных элементов по сферической законцовке остается герметичным. Таким образом, при работе сопла с поворотом вектора тяги не происходит утечки охлаждающего воздуха в атмосферу, что повышает надежность работы сопла и увеличивает его ресурс.

Предложенная конструкция позволяет обеспечить модульность уплотнительного элемента и его оптимальное расположение относительно сферической законцовки неподвижного корпуса, позволяющее обеспечить положительные и отрицательные углы поворота сопла относительно неподвижного корпуса в необходимом диапазоне углов. Конструкция крепления уплотнительного элемента к подвижному корпусу сопла облегчает сборку, обеспечивает заданную герметичность и его ремонтопригодность.

Осесимметричное сопло турбореактивного двигателя содержит неподвижный корпус со сферической законцовкой и подвижный корпус с уплотнительным элементом, установленный с возможностью поворота относительно поперечной оси сопла. Уплотнительный элемент выполнен в виде сегментов, установленных с возможностью радиального перемещения и подпружиненных к сферической законцовке неподвижного корпуса. На торцах смежных сегментов выполнены выступы, контактирующие между собой по внутренним ответным поверхностям. Предложенная конструкция позволяет обеспечить модульность уплотнительного элемента и его оптимальное расположение относительно сферической законцовки неподвижного корпуса, позволяющее обеспечить положительные и отрицательные углы поворота сопла относительно неподвижного корпуса в необходимом диапазоне углов, облегчает сборку, обеспечивает заданную герметичность и ремонтопригодность. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Осесимметричное сопло турбореактивного двигателя, содержащее неподвижный корпус со сферической законцовкой и подвижный корпус с уплотнительным элементом, установленный с возможностью поворота относительно поперечной оси сопла, отличающееся тем, что уплотнительный элемент выполнен в виде сегментов, установленных с возможностью радиального перемещения и подпружиненных к сферической законцовке неподвижного корпуса, а на торцах смежных сегментов выполнены выступы, контактирующие между собой по внутренним ответным поверхностям.

2. Осесимметричное сопло турбореактивного двигателя по п.1, отличающееся тем, что уплотнительный элемент размещен на расстоянии от осей поворота, не меньшем наружного радиуса цапф подвижного и неподвижного корпусов.