СОПЛО ХОЛОДНОГО ПОТОКА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВУХКОНТУРНОГО ДВИГАТЕЛЯ С РАЗДЕЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ, СОДЕРЖАЩЕЕ РЕШЕТЧАТЫЙ РЕВЕРСОР ТЯГИ Российский патент 2015 года по МПК F02K1/72 

Настоящее изобретение касается области двухконтурных турбореактивных двигателей и конструкции гондолы, образующей их оболочку, с учетом установочных требований на летательном аппарате. Оно, в особенности, касается сопла холодного потока турбореактивного двухконтурного двигателя с раздельными потоками, включающего в себя реверсор тяги с решетками.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Изобретение касается, в частности, двухконтурных турбореактивных двигателей, содержащих верхний по потоку вентилятор. «Верхний по потоку» и «нижний по потоку» в настоящем документе определены относительно направления потока газов в двигателе. Воздух, входящий в двигатель, сжимается вентилятором. Внутренняя кольцевая часть образует первичный поток, направляемый внутрь части двигателя, образующей газогенератор; внешняя кольцевая часть воздуха, выходящего из вентилятора, образует вторичный поток; он выпрямляется по оси двигателя и обходит ее. Вторичный поток выбрасывается в атмосферу или непосредственно, отдельно от первичного потока, или после смешивания с последним. Отношение между вторичным потоком и первичным потоком, представляющее собой степень двухконтурности, может быть значительным, так как он является одним из параметров, влияющих на удельное потребление топлива двигателем. Высокая степень двухконтурности создает также преимущество в том, что касается вредных звуковых воздействий на окружающую среду, создаваемых двигателем.

Настоящее изобретение касается двигателей, в которых гондола, которая их охватывает, выполнена таким образом, что потоки являются раздельными: потоки, первичный и вторичный, выбрасываются раздельно в два коаксиальных потока. Первичный поток является внутренним, а вторичный поток выбрасывается кольцевым соплом, образованным внутри обтекателем газогенератора, а снаружи - кольцевым элементом кожуха. Этот элемент кожуха гондолы может быть образован либо одной кольцевой деталью, либо несколькими деталями, расположенными кольцом, например, из двух полуколец, расположенных с обеих сторон крепления к пилону при установке под крылом.

Изобретение, в особенности, касается двигателей с соплами с раздельными потоками, содержащих реверсор тяги с решетками, называемый также каскадным. Этот тип реверсора известен сам по себе и изображен на прикладываемых фиг. 1 и 2, взятых из патента ЕР 1.004.766 данного Заявителя. Эти чертежи схематично представляют пример сопла холодного потока с реверсором с решетками. Реверсор содержит нижний по потоку элемент 7 кожуха гондолы, образующей сопло холодного потока. Он является подвижным в поступательном перемещении в направлении ниже по потоку из втянутого положения, в котором он образует внешнюю стенку кольцевого тракта 17 холодного потока при работе турбореактивного двигателя на прямой тяге, до положения реверсирования тяги. Он приводится в движение, например, силовыми цилиндрами 4, установленными на верхней по потоку части 6 гондолы. Перемещение в направлении ниже по потоку элемента 7 приводит к повороту нескольких заслонок 12, жестко связанных с элементом капота, которые перекрывают тракт 17 и отклоняют холодный поток в радиальном направлении. Заслонки 12 управляются рычагами 14, прикрепленными с помощью шарнира 15 к внутренней стенке 16, образованной обтекателем газогенератора.

В таком положении реверсирования тяги он раскрывает радиальные проходы, обеспечивающие сообщение тракта 17 с внешней средой через гондолу. Радиальные проходы выше по потоку образованы отклоняющими краями 9, выполненными на верхней по потоку неподвижной части 6 гондолы. Холодный поток направляется вдоль этих отклоняющих краев. Множество решеток 8 в виде секторов кольца расположены поперек проходов, на периферии тракта 17 холодного потока. Решетки образованы ребрами 81 в секторах кольца, ориентированными радиально относительно оси двигателя и образующими между собой каналы для направления потока, который проходит сквозь них наружу с составляющей в направлении верхней по потоку части двигателя для осуществления реверса тяги. Ребра секторов кольца расположены параллельно между собой вдоль оси двигателя, образуя решетки в коаксиальных цилиндрических частях с элементом кожуха, подвижным в поступательном перемещении.

Стремясь к использованию двигателей с высокой степенью двухконтурности и, следовательно, большим диаметром вентилятора, сталкиваются с проблемой их установки на летательном аппарате. Когда двигатель должен быть установлен под крылом летательного аппарата, он обычно подвешивается к пилону, жестко связанному с крылом. Проблема габаритных размеров двигателей большого диаметра с гондолой частично решается путем их размещения насколько возможно выше по потоку относительно передней кромки крыла. Однако их задняя часть остается вблизи крыла и она должна быть расположена на высоте, меньшей высоты крыла. Таким образом, следует учитывать взаимодействие выходящих газовых потоков, в частности, вторичного потока на периферии, с поверхностью крыла, формирующего сопротивление. Следует также предусмотреть достаточный зазор от поверхности земли, чтобы не было никакого контакта при маневрах.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявитель поставил перед собой цель - установить двигатель под крылом летательного аппарата, не жертвуя диаметром вентилятора двигателя. Другими словами, речь идет об установке двигателя с диаметром вентилятора, максимально большим, с учетом ограничений, накладываемых высотой от поверхности земли крыла летательного аппарата.

Заявитель, в частности, поставил перед собой цель выполнить заднюю часть гондолы летательного аппарата таким образом, что ее высота может быть уменьшена. В той мере, что габаритный диаметр двигателя сзади является диаметром сопла холодного потока и, в особенности, элемента внешнего кожуха сопла, Заявитель поставил перед собой цель - уменьшить вертикальный размер.

В соответствии с изобретением эта цель достигается соплом холодного потока двухконтурного турбореактивного двигателя с раздельными потоками, содержащим кольцевой элемент кожуха (27, 127, 227), подвижный в осевом перемещении между верхним по потоку втянутым положением для работы двигателя на прямой тяге, и нижним по потоку выдвинутым положением, и реверсор тяги с решетками (28, 128, 228) в форме секторов цилиндрического кольца, коаксиальных с упомянутым элементом кожуха, образованных ребрами с радиальной ориентацией и разнесенных по оси для образования между ними направляющих радиальных проходов, при этом элемент кожуха освобождает в нижнем по потоку выдвинутом положении упомянутые радиальные проходы через решетки реверсирования тяги, причем сопло отличается тем, что

a. радиус секторов кольца, образующих решетки (28, 128, 228), не является постоянным вдоль окружности элемента кожуха (27, 127, 227), а также тем, что

b. упомянутый кольцевой элемент кожуха (27, 127, 227) содержит внутреннюю стенку (27int, 127int, 227int), ограничивающую периферию струи холодного потока и наружную стенку (27ext, 127ext, 227ext) оболочки гондолы, при этом радиус поперечных разрезов по меньшей мере одной из стенок, не является постоянным при перемещении вдоль окружности элемента кожуха, причем разрезы выполнены между верхним по потоку краем элемента кожуха и его нижним по потоку краем.

Под радиусом понимают расстояние между решетками в рассматриваемой точке окружности и осью двигателя.

Изменяя радиальное размещение решеток реверсирования тяги в азимутальном направлении можно изменить габаритный размер гондолы по азимуту и, таким образом, сделать овальным или деформировать элемент кожуха таким образом, чтобы приспособить его к требованиям габаритных размеров окружающих его элементов.

В соответствии с частным вариантом осуществления радиусы решеток изменяются между минимальной величиной и максимальной величиной, при этом оба значения соответствуют плоскостям, радиальным, проходящим по оси, перпендикулярным одна относительно другой. В частности, две плоскости являются одна вертикальной, другая горизонтальной. Форма решеток по упрощенному варианту осуществления является овальной или, по существу, овальной. Большая ось овала является, например, горизонтальной, но в зависимости от окружения двигателя она может быть наклонена относительно горизонтального направления.

В соответствии с другой характеристикой верхний по потоку край, называемый отклоняющим краем радиальных проходов, имеет выпуклую искривленную форму, при этом длина его сечения радиальной плоскостью, проходящей по оси, является постоянной вдоль окружности элемента кожуха.

В соответствии с предыдущим вариантом осуществления верхний по потоку край, называемый отклоняющим краем радиальных проходов, имеет выпуклую искривленную форму, при этом длина его сечения радиальной плоскостью, проходящей по оси, изменяется вдоль окружности элемента кожуха.

Таким образом, имеется средство аэродинамической регулировки потока холодного воздуха, когда реверсор находится в активном положении.

В соответствии с другой характеристикой длина решеток, измеренная по оси, является постоянной вдоль окружности элемента кожуха или изменяется вдоль окружности элемента кожуха.

В частности, упомянутые поперечные разрезы по меньшей мере одной из поперечных стенок, имеют продолговатую форму, при этом наименьший из упомянутых радиусов является вертикальным. В данном случае, речь идет о наиболее простом решении проблемы вертикального габаритного размера задней части гондолы вторичного потока.

В соответствии с частным вариантом воплощения нижний по потоку край элемента кожуха является кругообразным. Этот вариант осуществления имеет преимущества, заключающиеся в том, что деформируется или выполняется овальным только одна часть внутреннего сопла, а не зона выброса, что ограничивает аэродинамические проблемы, связанные с деформацией или выполнением овальным сопла.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг. 1 - схематичный вид в продольном разрезе по плоскости, проходящей по оси вращения соответствующего турбореактивного двигателя, реверсора тяги с решетками известного типа в закрытом положении;

- фиг. 2 - схематичный вид в разрезе, аналогичном разрезу по фиг. 1, реверсора тяги, изображенного на фиг. 1, в положении функционирования реверсирования тяги;

- фиг. 3 - схематичный вид в продольном разрезе турбореактивного двигателя с реверсом тяги с решетками;

- фиг. 4 - вид, по оси двигателя и схематичный, решеток реверсирования тяги по известному уровню техники;

- фиг. 5 - вид, по оси двигателя и схематичный, решеток реверсирования тяги в соответствии с примером осуществления по изобретению;

- фиг. 6 - схематично, относительное положение двух разрезов сопла по плоскостям, проходящим по оси, одна является вертикальной плоскостью, а другая - горизонтальной плоскостью;

- фиг. 7 - вид, по оси двигателя и схематично, решеток реверсирования тяги по другому варианту осуществления изобретения;

- фиг. 8 - вид, по оси двигателя и схематично, решеток реверсирования тяги в соответствии с другим примером осуществления изобретения;

- фиг. 9 - схематично, относительное положение двух разрезов сопла в плоскостях, проходящих по оси, одна является вертикальной плоскостью, другая - горизонтальной плоскостью, по другому варианту осуществления;

- фиг. 10 - схематично, относительное положение двух разрезов сопла в плоскостях, проходящих по оси, одна является вертикальной плоскостью, другая - горизонтальной плоскостью, в соответствии с еще одним вариантом осуществления.

Как видно на фиг. 3, двухконтурный турбореактивный двигатель с раздельными потоками и с передним вентилятором содержит ротор вентилятора 2 внутри кожуха вентилятора, который сам помещен в гондолу, форма которой адаптирована к аэродинамическим требованиям.

Ниже по потоку от вентилятора часть воздуха, первичный поток Р, направляется внутрь двигателя, являющегося газогенератором. Этот первичный воздух Р сжимается и питает кольцевую камеру сгорания 5. Газообразные продукты горения расширяются в различных ступенях турбины, которые приводят в действие роторы вентилятора и компрессоров. Ниже по потоку первичный поток выбрасывается в первичное сопло выброса горячих газов.

Остальная часть воздуха, выходящая из вентилятора, образует вторичный поток воздуха S, тракт которого коаксиален тракту первичного потока. Вторичный поток выпрямляется по оси XX двигателя направляющими лопатками 2′ и рычагами промежуточного корпуса, затем выбрасывается соплом вторичного потока.

Гондола содержит кольцевой воздухозаборник 3, выполненный для питания двигателя, закрепленный на корпусе вентилятора. Корпус вентилятора закрыт неподвижным элементом 4 гондолы, который проходит ниже по потоку от лопаток 2′, выпрямляющих вторичный поток воздуха, выходящий из вентилятора. В продолжение этой неподвижной части 4 гондолы установлен элемент 7 кожуха, образующий кольцевое сопло с обтекателем газогенератора.

Как было описано выше, элемент 7 кожуха выполнен подвижным в поступательном перемещении для раскрывания решеток 8 реверсирования тяги, когда при приземлении речь идет об уменьшении скорости летательного аппарата путем создания тяги в направлении, обратном по отношению к прямой тяге.

В соплах из известного уровня техники узел элемента 7 кожуха и решеток 8, в котором они размещены, образует объем вращения вокруг оси двигателя.

На фиг. 4 схематично изображен вид только узла решеток по оси XX машины. Узел является кольцеобразным.

В соответствии с изобретением изменяют узел решеток таким образом, что радиус, измеренный от оси XX, не является постоянным при перемещении по окружности кожуха.

Пример воплощения изображен на фиг. 5. Узел решеток, который называют решеткой 28, имеет радиус R1 относительно оси XX в вертикальной плоскости, проходящей по оси XX, и радиус R2 в горизонтальной плоскости, проходящей по оси, при R1<R2. Форма решетки 28 является, по существу, овальной с большой горизонтальной осью и малой вертикальной осью.

На фиг. 6 представлена форма сопла относительно оси в двух плоскостях, соответственно вертикальной и горизонтальной. С целью упрощения и облегчения понимания здесь изображены только решетка 28, контур элемента 27 кожуха с внутренней стенкой 27int и наружной стенкой 27ext и отклоняющий край 29 выше по потоку от радиальных отклоняющих проходов вторичного потока.

Отклоняющий край 29 имеет искривленную выпуклую форму и простирается от верхней по потоку плоскости 29а до верхнего по потоку конца решетки 28.

Сплошными линиями изображен осевой разрез в горизонтальной плоскости, а пунктирными линиями изображен осевой развез в вертикальной плоскости.

Видно, что внутренняя стенка 27int, которая определяет внешнюю стенку вторичного тракта, не является поверхностью вращения вокруг оси. Эта стенка проходит ниже по потоку от плоскости 29а, представленной точкой на чертежах, образуя верхний по потоку конец отклоняющего края. Выше по потоку от этой плоскости 29а наружная стенка вторичного тракта не затрагивается в изобретении. Таким образом, тракт вторичного потока 17′ представляет собой цилиндр вращения на уровне поперечной плоскости, проходящей по верхнему по потоку концу 29а отклоняющего края, затем она постепенно деформируется в направлении ниже по потоку. Обтекатель 16 газогенератора, определяющий внутреннюю стенку тракта вторичного потока 17′, представляет собой поверхность вращения, она имеет кольцеобразное сечение.

Наружная стенка гондолы, внешняя часть 27ext элемента кожуха 27 которой является радиусом, уменьшенным в продольной вертикальной плоскости на длине, большей, чем внутренняя часть 27int элемента кожуха. В данном случае при использовании установки под крылом вертикальный габаритный размер гондолы в части сопла вторичного потока, таким образом, уменьшается.

Представленный вариант осуществления не является единственно возможным; возможны многочисленные варианты, позволяющие приспособиться к ограничениям, связанным с окружением, в котором устанавливается двигатель.

Так, фиг. 7 изображает выполнение овальной решетки реверсирования тяги, обозначенной позицией 28′, большая ось АА которой наклонена на 45° относительно горизонтального направления.

Фиг. 8 изображает другой возможный не ограничивающий вариант. Решетка 28″ имеет одну часть овальной формы и другую часть, имеющую плоские срезы.

Возможны другие варианты, касающиеся длины решетки либо длины и высоты отклоняющего края, а также формы сопла в плоскости выброса вторичного потока, или комбинации этих параметров.

Так, фиг. 9 изображает вариант, в соответствии с которым элемент 127 кожуха на виде в продольной вертикальной плоскости, изображенный пунктирными линиями, а в горизонтальной плоскости - сплошными линиями, имеет внутренние стенки 127int и стенки 127ext, изменяемые между верхним по потоку концом 129а отклоняющего края 129 и плоскостью выброса 127f. Особенностью этого варианта является кольцеобразная форма наружной стенки сопла 127f в плоскости выброса. Между вертикальной плоскостью и горизонтальной плоскостью изображена решетка 128, радиус которой является изменяемым.

Фиг. 10 изображает другой вариант сопла, совмещающий три характеристики.

Решетка 228 является изменяемой не только по радиусу относительно оси XX, но также по длине. Ее длина l в горизонтальной плоскости, изображенной сплошными линиями, больше, чем ее длина в вертикальной плоскости, изображенная пунктирной линией.

Длина отклоняющего края 229, измеренная от его верхнего по потоку конца 229а, является, напротив, постоянной. Как изображено на чертеже, длина является одинаковой как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.

Наружная стенка 227f сопла в области выброса является кольцеобразной.

Изобретение не ограничивается описанными вариантами реализации, оно охватывает все варианты, доступные специалисту.

Сопло холодного потока двухконтурного турбореактивного двигателя содержит кольцевой элемент кожуха и реверсор тяги. Кольцевой элемент кожуха выполнен с возможностью осевого перемещения между втянутым положением для работы двигателя на прямой тяге и выдвинутым положением. Реверсор тяги выполнен с решетками в форме секторов цилиндрического кольца, коаксиальных с элементом кожуха, образованных ребрами с радиальной ориентацией и разнесенных по оси для образования направляющих радиальных проходов. Элемент кожуха освобождает в нижнем по потоку выдвинутом положении радиальные проходы через решетки реверсирования тяги. Радиус секторов кольца, образующих решетки, не является постоянным вдоль окружности элемента кожуха. Кольцевой элемент кожуха содержит внутреннюю стенку, ограничивающую периферию струи холодного потока и наружную стенку оболочки гондолы. Радиус поперечных разрезов стенок между верхним по потоку краем элемента кожуха и его нижним по потоку краем не является постоянным при перемещении вдоль окружности элемента кожуха. Изобретение позволяет уменьшить вертикальный размер двухконтурного турбореактивного двигателя. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Сопло холодного потока двухконтурного турбореактивного двигателя с раздельными потоками, содержащее кольцевой элемент кожуха (27, 127, 227), подвижный в осевом перемещении между верхним по потоку втянутым положением для работы двигателя на прямой тяге, и нижним по потоку выдвинутым положением, и реверсор тяги с решетками (28, 128, 228) в форме секторов цилиндрического кольца, коаксиальных с упомянутым элементом кожуха, образованных ребрами с радиальной ориентацией и разнесенных по оси для образования между ними направляющих радиальных проходов, при этом элемент кожуха освобождает в нижнем по потоку выдвинутом положении упомянутые радиальные проходы через решетки реверсирования тяги, причем сопло отличается тем, что
a. радиус секторов кольца, образующих решетки (28, 128, 228), не является постоянным вдоль окружности элемента кожуха (27, 127, 227), а также тем, что
b. упомянутый кольцевой элемент кожуха (27, 127, 227) содержит внутреннюю стенку (27int, 127int, 227int), ограничивающую периферию струи холодного потока и наружную стенку (27ext, 127ext, 227ext) оболочки гондолы, при этом радиус поперечных разрезов по меньшей мере одной из стенок не является постоянным при перемещении вдоль окружности элемента кожуха, причем разрезы выполнены между верхним по потоку краем элемента кожуха и его нижним по потоку краем.

2. Сопло по предыдущему пункту, в котором радиусы решеток (28) изменяются между минимальной величиной и максимальной величиной, при этом обе величины соответствуют радиальным плоскостям, проходящим по оси, перпендикулярным одна относительно другой.

3. Сопло по предыдущему пункту, в котором упомянутые две плоскости являются одна вертикальной, другая горизонтальной.

4. Сопло по п. 1, в котором верхний по потоку край, называемый отклоняющим краем (229), радиальных проходов имеет искривленную выпуклую форму, а длина его сечения радиальной плоскостью, проходящей по оси, является постоянной вдоль окружности элемента кожуха.

5. Сопло по п. 1, в котором верхний по потоку край, называемый отклоняющим краем (29, 129), радиальных проходов, имеет искривленную выпуклую форму, а длина его сечения радиальной плоскостью, проходящей по оси, изменяется вдоль окружности элемента кожуха.

6. Сопло по п. 1, в котором длина решеток (28, 228), измеренная по оси, является постоянной вдоль окружности элемента кожуха.

7. Сопло по п. 1, в котором длина решеток (128), измеренная по оси, изменяется вдоль окружности элемента кожуха.

8. Сопло по п. 1, в котором поперечные разрезы решеток (128) и, по меньшей мере, одной из стенок (127int, 127ext) элемента кожуха имеют продолговатую форму, в частности, наименьший из радиусов упомянутых поперечных разрезов является вертикальным.

9. Сопло по п. 8, в котором нижний по потоку край (127f, 227f) элемента кожуха является кругообразным.