ПЕРЕДНЯЯ РАМА ДЛЯ РЕВЕРСОРА ТЯГИ С ОТКЛОНЯЮЩИМИ РЕШЕТКАМИ Российский патент 2015 года по МПК F02K1/72 

Изобретение относится к передней раме для реверсора тяги с отклоняющими решетками, имеющегося в гондоле летательного аппарата.

Изобретение также относится к реверсору тяги с отклоняющими решетками и гондоле, содержащим такую переднюю раму.

Летательный аппарат приводится в движение с помощью нескольких турбореактивных двигателей, каждый из которых помещен в гондолу, где находится также группа вспомогательных приводных устройств, связанных с работой гондолы и выполняющих различные функции в процессе работы турбореактивного двигателя или во время его простоя. К таким вспомогательным приводным устройствам относится, в частности, механическая система реверсора тяги.

Гондола, как правило, представляет собой трубчатый элемент, содержащий воздухозаборник, расположенный перед турбореактивным двигателем, среднюю секцию, охватывающую вентилятор турбореактивного двигателя, и заднюю секцию, в которую помещены средства реверса тяги и которая охватывает камеру сгорания турбореактивного двигателя, и заканчивается обычно реактивным соплом, выход которого находится за турбореактивным двигателем.

Современные гондолы используются для установки в них двухконтурного турбореактивного двигателя, способного генерировать, с помощью вращающихся лопастей вентилятора, горячий воздушный поток (его называют также «первичным потоком»), выходящий из камеры сгорания турбореактивного двигателя, и холодный («вторичный») воздушный поток, циркулирующий снаружи от турбореактивного двигателя по кольцевому каналу («тракту»), образованному между обтекателем турбореактивного двигателя и внутренней стенкой гондолы. Оба эти воздушных потока выталкиваются из турбореактивного двигателя через заднюю часть гондолы.

Назначение реверсора тяги состоит в повышении эффективности торможения летательного аппарата во время его посадки путем перенаправления вперед, по меньшей мере, части тяги, развиваемой турбореактивным двигателем. На этом этапе реверсор перекрывает кольцевой канал циркуляции холодного воздушного потока, направляя этот поток к передней стороне гондолы, в результате чего создается обратная тяга, которая складывается с тормозящим действием шасси летательного аппарата.

Средства, применяемые для осуществления указанной переориентации холодного воздушного потока, могут быть разными в зависимости от типа реверсора. Однако в любом случае в состав конструкции реверсора тяги входят подвижные капоты, выполненные с возможностью перемещаться из выдвинутого положения, в котором они открывают в гондоле канал для отклоненного потока, в убранное положение, в котором они перекрывают указанный канал. Эти капоты могут выполнять функцию отклонения или всего лишь активировать иные отклоняющие средства.

В случае реверсора тяги с отклоняющими решетками, также называемого реверсором каскадного типа, переориентация воздушного потока осуществляется с помощью специальных отклоняющих решеток, при этом функция капота заключается только в том, чтобы путем скользящего перемещения открывать или перекрывать указанные решетки. Створки реверсора представляют собой блокировочные дверцы, которые приводятся в действие в результате скольжения обтекателя, обеспечивая, как правило, перекрытие кольцевого канала за решетками с целью оптимизации переориентации холодного воздушного потока.

Отклоняющие решетки 1 крепятся, как правило, к корпусу турбореактивного двигателя и к средней секции гондолы с помощью передней рамы 3 (как показано на фиг.1). Передние рамы традиционной конструкции состоят из множества деталей, некоторые из которых выполнены из композитного материала, а другие - из металла.

Если говорить конкретнее, обычная передняя рама 3 включает в себя переднюю панель 5, которая обеспечивает прикрепление средней секции гондолы к конструктивному элементу 7, относящемуся к передней раме 3 (его называют «конической оболочкой»). Этот элемент служит для повышения огнестойкости. В состав передней рамы 3 входит также отклоняющая кромка 9, обеспечивающая формирование линии обтекания. Передняя кольцевая панель 5 и конструктивный элемент 7 соединены друг с другом.

Имеется также внутреннее кольцо 11 для скрепления одного из концов конструктивного элемента 7 с одним из концов отклоняющей кромки 9. Это кольцо обеспечивает также прикрепление передней рамы 3 к корпусу турбореактивного двигателя через посредство специальной накладки 15. Кроме того, предусмотрено наружное кольцо 17, обеспечивающее скрепление конструктивного элемента 7, отклоняющих решеток 1 и отклоняющей кромки 9.

Передняя рама 3 снабжена также ребрами жесткости (не показаны).

Указанные ребра жесткости, а также внутреннее кольцо 11 и наружное кольцо 17 изготавливают обычно из металла.

Переднюю панель 5, конструктивный элемент 7 и отклоняющую кромку 9 изготавливают из композитного материала.

Из-за большого количества компонентов, необходимых для изготовления рамы, и использования разных материалов усложняются процессы изготовления и установки передней рамы.

Поэтому существует потребность в разработке такой передней рамы гондолы, которая позволила бы уменьшить массу, производственные затраты и потери напора.

Таким образом, одной из задач изобретения является разработка передней рамы для реверсора тяги с отклоняющими решетками, которая была бы более простой в изготовлении и имела бы меньшую массу.

Для решения поставленной задачи предложена передняя рама для реверсора тяги с отклоняющими решетками, имеющегося в гондоле летательного аппарата, выполненная с возможностью крепления к одной или нескольким отклоняющим решеткам и содержащая:

- цельный основной элемент, имеющий по существу С-образное продольное сечение,

- вторичный элемент, действующий в качестве отклоняющей кромки и закрепленный на одном из концов указанного основного элемента, и

- поперечные ребра жесткости, соединяющие два конца основного элемента.

Таким образом, предлагаемая передняя рама состоит из меньшего числа компонентов, чем подобные конструкции, известные из уровня техники. Благодаря уменьшению количества компонентов удается снизить массу, производственные затраты и потери напора, совместив при этом воедино все функции передней рамы.

В результате упрощается изготовление и установка предложенной передней рамы по сравнению с традиционными конструкциями.

Предлагаемая передняя рама характеризуется также одним или несколькими из перечисляемых ниже необязательных признаков, которые могут рассматриваться как по отдельности, так и во всевозможных комбинациях:

- основной элемент, вторичный элемент и ребра жесткости выполнены из композитного материала;

- композитный материал выбран из материалов на основе углеродных волокон, стеклянных волокон, арамидных волокон либо смеси указанных материалов с эпоксидной смолой или бисмалеимидом;

- основной элемент и вторичный элемент выполнены за одно целое;

- основной элемент имеет выступ с, по существу, плоской поверхностью, выполненный с возможностью вхождения в контакт с, по существу, плоским концом отклоняющей решетки;

- указанный выступ выполнен за одно целое с основным элементом;

- на основном элементе закреплен дополнительный элемент, выполненный с возможностью обеспечения соединения передней рамы с по меньшей мере одной отклоняющей решеткой, причем в указанном дополнительном элементе выполнены отверстия, в которые могут входить выступы основного элемента;

- поперечные ребра жесткости и основной элемент образуют пространство, заполненное компактным материалом, который позволяет облегчить соединение ребер жесткости и основной конструкции с формированием при этом опоры;

- поперечные ребра жесткости выполнены монолитными и имеют, по существу, 1-образную форму, Т-образную форму или форму перевернутой буквы L;

- форма свободного конца вторичного элемента выбрана такой, чтобы в него мог непосредственно входить корпус турбореактивного двигателя, что позволяет обойтись без промежуточной детали, обеспечивающей прикрепление указанного корпуса к предлагаемой передней раме.

В соответствии с другим аспектом изобретения, предложен реверсор тяги с отклоняющими решетками для гондолы летательного аппарата, содержащий по меньшей мере одну отклоняющую решетку и по меньшей мере одну переднюю раму согласно изобретению, причем рама(ы) выполнена(ы) с возможностью соединения с одной или несколькими отклоняющими решетками.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов, отклоняющая решетка(и) имеет конец, выполненный с возможностью крепления к передней раме, причем указанный конец имеет форму колена, выполненного с возможностью входить в контакт основным элементом передней рамы, обеспечивая тем самым возможность соединения посредством контактирующих поверхностей.

В соответствии с еще одним аспектом, предметом изобретения является гондола, снабженная реверсором тяги согласно изобретению.

Ниже со ссылками на приложенные чертежи приведено более подробное, но не имеющее ограничительного характера, описание изобретения. На чертежах:

- на фиг.1 показан продольный разрез известной из уровня техники передней рамы, соединенной с отклоняющей решеткой;

- на фиг.2 схематически в продольном разрезе показана гондола, выполненная в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

- на фиг.3 схематически в продольном разрезе показана передняя рама, выполненная в соответствии с изобретением;

- на фиг.4 схематически в продольном разрезе показана передняя рама, выполненная в соответствии с изобретением, соединенная с отклоняющей решеткой;

- на фиг.5-7 схематически показаны продольные разрезы, иллюстрирующие отдельные модификации варианта осуществления по фиг.4;

- на фиг.8 и 9 в аксонометрии показана передняя рама, выполненная в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

- на фиг.10 в аксонометрии показана передняя рама, выполненная в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, которая связана с узлом, состоящим из ребер жесткости и опоры силового цилиндра.

Гондола представляет собой трубчатый корпус двухконтурного турбореактивного двигателя с высокой степенью двухконтурности, и используется для обеспечения направленной циркуляции потоков, создаваемых двигателем с помощью лопастей вентилятора, а именно горячего воздушного потока, проходящего через камеру сгорания турбореактивного двигателя, и холодного воздушного потока, циркулирующего снаружи двигателя.

Говоря точнее, в соответствии с вариантом осуществления, представленным на фиг.2, гондола 101 включает в себя переднюю секцию 102 воздухозаборника, среднюю секцию 103, охватывающую вентилятор 104 турбореактивного двигателя 105, и заднюю секцию.

Гондола 101 представляет собой трубчатый элемент с продольной осью 106. Под «продольным» в данном случае понимается направление, по существу, коллинеарное продольной оси гондолы, тогда как под «поперечным» имеется в виду направление, по существу, перпендикулярное к этой оси.

Задняя секция состоит, как и во всех традиционных системах, из наружного конструктивного элемента 107, называемого наружным неподвижным элементом ННЭ (OFS), в который помещены средства 108 реверсора тяги, и внутреннего конструктивного элемента 109, называемого внутренним неподвижным элементом (ВНЭ) (IFS). Сзади по направлению потока гондола 101 крепится с помощью любых пригодных для этого средств, например соединительных тяг, к стойке подвеса (не показана), которая служит для закрепления гондолы под крылом летательного аппарата.

Внутренний конструктивный элемент 109 предназначен для закрытия задней по направлению потока части турбореактивного двигателя 105, проходящей за вентилятором с сформированием кольцевого канала для прохождения горячего воздушного потока.

Наружный конструктивный элемент 106 и внутренний конструктивный элемент 109 ограничивают собой другой кольцевой канал 110, служащий для обеспечения циркуляции холодного воздушного потока.

Если говорить точнее, средства 108 реверсора тяги в задней секции включают в себя по меньшей мере один подвижный капот 111, закрывающий отклоняющие решетки 113. Эти решетки соединены со средней секцией 3 и с корпусом 114 турбореактивного двигателя посредством предлагаемой передней рамы 121.

Передняя рама 121 включает в себя, в частности, как показано на фиг.3,

- цельный основной элемент 141, продольное сечение которого имеет, по существу, С-образную форму,

- вторичный элемент 143, выполняющий функцию отклоняющей кромки и закрепленный на одном из концов указанного основного элемента 141 с образованием при этом внутреннего пространства, и

- поперечные ребра 145 жесткости, соединяющие два конца 142 и 144 основного элемента.

Как можно видеть, предлагаемая передняя рама 121 состоит из меньшего числа компонентов, чем известные подобные конструкции. Благодаря такому уменьшению количества компонентов, составляющих переднюю раму, удается снизить массу, производственные затраты (не меньше чем на 30%) и потери напора, а также совместить воедино все функции, выполняемые этой рамой.

Достигается уменьшение, в частности, затрат на сборку различных элементов, входящих в состав передней рамы 121.

Таким образом, предлагаемая передняя рама оказывается более простой в изготовлении по сравнению с традиционными, по меньшей мере, на 15-30%.

Кроме того, отпадает необходимость в выполнении креплений в зоне расположения отклоняющей кромки передней рамы, что позволяет снизить потери напора.

В соответствии с предпочтительным вариантом, основной элемент 141, вторичный элемент 143 и ребра 145 жесткости изготавливают из композитного материала, что позволяет еще больше облегчить переднюю раму 121. Благодаря использованию композитного материала удается также ввести некоторые дополнительные элементы, такие как вилки силовых цилиндров.

В соответствии с другим вариантом, основной элемент 141, вторичный элемент 143 и ребра 145 жесткости можно изготовить из металла.

Выбор композитного материала производят, как правило, из материалов на основе углеродных волокон, стеклянных волокон, арамидных волокон либо смеси этих материалов с эпоксидной смолой или бисмалеимидом (БМИ), что позволяет обеспечить как уменьшение массы передней рамы 121, так и достижение удовлетворительной механической прочности.

Композитный материал может быть получен путем обертывания предварительно пропитанными тканями или с использованием технологии литьевого формования композитов, в соответствии с которой эпоксидную смолу смешивают с сухими углеродными тканями или, в случае необходимости, с тканой или плетеной преформой.

Под выражением «продольное сечение, по существу, С-образной формы» в данном случае понимают такую форму, которая может быть вписана в дугу окружности. Так, основной элемент 141 может иметь скругленное или, наоборот, заостренное продольное сечение.

Основание 147 основного элемента, другими словами, основание буквы С является, по существу, плоским, что позволяет облегчить соединение основного элемента 141 с отклоняющей решеткой 113.

Концы 142 и 144 основного элемента выполнены с возможностью вхождения в контакт с ребрами 145 жесткости, что позволит скрепить их друг с другом. Для этого концы 151 и 152 ребер 145 жесткости могут иметь ориентацию, отличную от ориентации тела каждого ребра 145 жесткости, и, в частности, могут быть перпендикулярными указанному телу.

Конец 142 может быть выполнен, по существу, коническим, а конец 144 - по существу цилиндрическим.

Можно предусмотреть промежуточную деталь 153, которая устанавливается на одном конце 151 ребра 145 жесткости и на одном конце 144 основного элемента, что позволит осуществить крепление к корпусу 114 турбореактивного двигателя.

Деталь 153 может быть выполнена кольцевой или полукольцевой.

Продольное сечение этой детали может иметь по существу J-образную форму.

Вторичный элемент 143 выполняют, как правило, с формой, по существу, в виде дуги окружности, что позволяет сформировать внутреннее пространство 161 между ним и основным элементом 141.

Между свободным концом вторичного элемента 143 и концом 144 основного элемента, взаимодействующим с промежуточной деталью 153, образовано внутреннее пространство 161.

Для этого указанный вторичный элемент 143 может иметь участок 162, находящийся в контакте с участком основного элемента 141 возле конца вторичного элемента 143, участвующего в скреплении с основным элементом 141.

В соответствии с одним из вариантов осуществления (здесь он не показан), форма свободного конца вторичного элемента 143 может быть выбрана такой, чтобы в него мог непосредственно входить корпус 114. Для этого указанный свободный конец может иметь форму, по существу, ответную по отношению к форме конца корпуса 114, закрепляемого на вторичном элементе 143.

В результате достигается преимущество, состоящее в том, что устраняется необходимость в использовании какой-либо накладной дополнительной детали типа описанной выше детали 153.

Как показано на фиг.3, основной элемент 141 и вторичный элемент 143 могут быть связаны друг с другом в процессе их формирования, а именно во время их изготовления из композитного материала. Так, в случае применения технологии трансферного формования смолы (RTM) стык между этими конструкциям можно выполнить посредством склеивания смолой на стадии инжекции смолы. Можно также произвести армирование стыка этих элементов путем введения углеродных нитей в толщу преформы.

В соответствии с одним из вариантов осуществления, показанным на фиг.4-6, основной элемент 141 и вторичный элемент 143 можно выполнить в виде единой детали, что позволит еще больше упростить изготовление предлагаемой передней рамы 121.

Как видно на фиг.3, ребра 145 жесткости и основной элемент 141 размещены таким образом, что между ними имеется пространство 165. Это пространство может быть заполнено легким компактным материалом, который может выполнять или не выполнять конструктивную функцию и облегчает процесс соединения ребер 145 жесткости с основной конструкцией 141 с образованием при этом своего рода опоры. В качестве такого материала можно использовать пористые материалы, например, пеноматериал Rohacell 10WF®, а также структуру ячеистого типа.

Для формирования пространства 165 поперечные ребра 145 жесткости можно выполнить как по существу вертикальными относительно передней рамы 121, так и наклонными. Эти поперечные ребра 145 жесткости могут быть цельными и иметь, по существу, l-образную форму, Т-образную форму или форму перевернутой буквы L.

Как показано на фиг.4, передняя рама 121 имеет выступ 171 с по существу конической поверхностью, выполненный с возможностью вхождения в контакт с, по существу, плоским концом 173 отклоняющей решетки 11. Другими словами, выступ 171 может быть выполнен за одно целое с основным элементом 141. Для этого его можно выполнить в форме сгиба стенки, образующей переднюю раму 121, или в виде кромки, обжимающей компактный сердечник ячеистого или пористого типа. Выступ 171 может быть изготовлен из цельного композитного материала. Благодаря этому достигается преимущество, заключающееся в том, что нет необходимости вносить изменения в традиционную конструкцию отклоняющих решеток.

В соответствии с вариантом, представленным на фиг.5, отклоняющая решетка 181 имеет конец 183, выполненный с возможностью его крепления к передней раме 121. Этот конец образует собой изогнутый элемент, выполненный с возможностью вхождения в контакт с основным элементом 141, обеспечивая тем самым возможность скрепления через контактирующие поверхности. При этом указанное крепление может быть осуществлено, например, с помощью одной или нескольких заклепок.

В соответствии с другим вариантом, можно использовать обычную отклоняющую решетку 113 и предлагаемую переднюю раму 121, в которой предусмотрен специальный накладной элемент 191, в данном случае по существу изогнутой или Т-образной формы (как показано, соответственно, на фиг.6 и 7), обеспечивающий скрепление основного элемента 141 с указанной отклоняющей решеткой 113.

В соответствии с вариантом осуществления, проиллюстрированным на фиг.8 и 9, в накладных элементах 191 и 193 могут быть выполнены отверстия 195, через которые вводятся выступы, относящиеся к отклоняющей решетке 113, и/или выступы 197, относящиеся к основному элементу 141. Благодаря этому обеспечивается надежное крепление и удержание отклоняющей решетки 113 и предложенной передней рамы 121. Таким образом, крепление и удержание отклоняющей решетки 113 и предлагаемой передней рамы 121 может быть осуществлено без применения накладных внешних элементов типа заклепок или склеивания этих элементов, что позволит уменьшить время сборки.

Как показано на фиг.10, в пространстве 161 между свободным концом вторичного элемента 143 и концом 144 основного элемента, взаимодействующим с промежуточной деталью 153, может быть помещен узел 201, состоящий из ребра и опоры силового цилиндра. Этот узел может быть закреплен на свободном конце вторичного элемента 143 с помощью элемента 203.

В случае, если предлагаемая передняя рама 121 изготовлена из композитного материала, этот материал может быть получен, например, по технологии трансферного формования смолы (RTM) с использованием эластичной камеры или твердой противоформы.

В соответствии с другим вариантом, составные элементы передней рамы 121 могут быть получены посредством инфузии смолы в толщу, а не в направлении волокон, как это имеет место в случае применения технологии трансферного формования смолы (RTM).

Можно также использовать метод обертывания, состоящий в использовании обертывающих слоев, предварительно пропитанных смолой, с последующим отверждением при температуре выше 100°С.

Передняя рама для реверсора тяги, имеющего отклоняющие решетки и устанавливаемого в гондоле летательного аппарата, выполнена с возможностью крепления к отклоняющим решеткам и содержит цельный основной элемент, вторичный элемент и поперечные ребра жесткости. Цельный основной элемент имеет С-образное продольное сечение. Вторичный элемент служит в качестве отклоняющей кромки и закреплен на одном из концов основного элемента, а поперечные ребра жесткости соединяют два конца основного элемента. Другое изобретение группы относится к реверсору тяги, имеющему отклоняющие решетки и содержащему указанную выше переднюю раму, выполненную с возможностью соединения с отклоняющими решетками. Еще одно изобретение группы относится к гондоле летательного аппарата, оснащенной указанным выше реверсором тяги. Группа изобретений позволяет снизить массу и упростить изготовление передней рамы реверсора тяги. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Передняя рама (121) для реверсора тяги с отклоняющими решетками, устанавливаемого в гондоле (101) летательного аппарата, выполненная с возможностью крепления к одной или более отклоняющим решеткам (113; 181) и содержащая:
- цельный основной элемент (141), имеющий по существу С-образное продольное сечение,
- вторичный элемент (143), действующий в качестве отклоняющей кромки и закрепленный на одном из концов указанного основного элемента (141), и
- поперечные ребра (145) жесткости, соединяющие два конца (142, 144) основного элемента (141).

2. Рама (121) по п.1, в которой основной элемент (141), вторичный элемент (143) и ребра (145) жесткости выполнены из композитного материала.

3. Рама (121) по п.2, в которой композитный материал выбран из материалов на основе углеродных волокон, стеклянных волокон, арамидных волокон, либо смеси указанных материалов с эпоксидной смолой или бисмалеимидом.

4. Рама (121) по п.1, в которой основной элемент (141) и вторичный элемент (143) выполнены за одно целое.

5. Рама (121) по любому из пп.1-4, в которой основной элемент (141) имеет выступ (171) с, по существу, плоской поверхностью, выполненный с возможностью вхождения в контакт с, по существу, плоским концом (173) отклоняющей решетки (113).

6. Рама (121) по п.5, в которой выступ (171) выполнен за одно целое с основным элементом (141).

7. Рама (121) по любому из пп. 1-4, в которой на основном элементе (141) закреплен дополнительный элемент (191), выполненный с возможностью обеспечения соединения передней рамы (121) с по меньшей мере одной отклоняющей решеткой (113), причем в указанном дополнительном элементе (191) выполнены отверстия (195) для установки в них выступов (197) основного элемента (141).

8. Рама (121) по любому из пп.1-4, 6, в которой поперечные ребра (145) жесткости и основной элемент (141) образуют пространство (167), заполненное компактным материалом (165).

9. Рама (121) по любому из пп.1-4, 6, в которой поперечные ребра (145) жесткости выполнены монолитными и имеют, по существу, 1-образную форму, Т-образную форму или форму перевернутой буквы L.

10. Рама (121) по любому из пп.1-4, 6, в которой форма свободного конца вторичного элемента (143) такова, что в него может непосредственно входить корпус (114) турбореактивного двигателя.

11. Реверсор тяги с отклоняющими решетками для гондолы (101) летательного аппарата, содержащий по меньшей мере одну отклоняющую решетку (113; 181) и по меньшей мере одну переднюю раму (121) по любому из пп.1-10, причем по меньшей мере одна передняя рама (121) выполнена с возможностью соединения с одной или более отклоняющими решетками (113; 181).

12. Реверсор тяги по п.11, в котором конец (183) по меньшей мере одной отклоняющей решетки (181) выполнен с возможностью крепления к передней раме (121), причем указанный конец (183) имеет изогнутую форму, предусматривающую возможность вхождения в контакт с основным элементом (141) передней рамы (121), обеспечивая возможность соединения посредством контактирующих поверхностей.

13. Гондола (101), оснащенная реверсором тяги по п.11 или 12.