Устройство поворота плоского сопла турбореактивного двигателя Российский патент 2018 года по МПК F02K1/04 F02K1/80 

Изобретение относится к авиадвигателестроению, конкретно к реактивным плоским соплам газотурбинных двигателей маневренных летательных аппаратов.

Известны всережимные всеракрусные, в том числе и плоские, реактивные сопла газотурбинных двигателей, содержащие различные приводные отклоняющие поток устройства, связанные с системами управления летательных аппаратов и предназначенные для использования на маневренных летательных аппаратах, применяемые, главным образом, на малых дозвуковых скоростях полета, где теряют эффективность аэродинамические рули летательного аппарата / US №4994660, МПК B64C 15/16, 19.02.1991/.

Такая конструкция сопла имеет ограниченную возможность применения. Например, перекос венцов створок реактивного сопла требует существенного усложнения системы автоматического регулирования газотурбинного двигателя и конструкции реактивного сопла, что приводит к дополнительным утечкам рабочего тела в зазоры между створками реактивного сопла и снижает тяговые характеристики двигателя и его надежность. Применение же дополнительных отклоняющих устройств в случае плоских сопел, используемых лишь при маневрах в ограниченной области его эксплуатации, ухудшает экономичность и массогабаритные характеристики летательного аппарата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство поворота плоского сопла турбореактивного двигателя, содержащее неподвижный корпус, плоское сопло, установленное на подшипнике с возможностью поворота в поперечной плоскости в противоположные стороны от нейтрального положения на угол до 90°, по меньшей мере один электрический исполнительный механизм и привод / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок», Книга 2, стр. 357/.

В известном решении управление поворотом сопла осуществляется при помощи цепных передач и механизма поворота сопела двигателя. Наличие цепи вокруг устройства поворота сопла, а также вынесенный на некоторое расстояние от устройства поворота сопла агрегат привода цепи громоздкие и ненадежные. Наличие в конструкции металлических тел качения (шариков) приводит к ограничению максимальной осевой силы, которое может выдержать устройство, а также усложняет сборку, делая ремонт узла в условиях эксплуатации практически невозможным.

Задачей изобретения является усовершенствование механизма для обеспечения высоких тягово-экономических характеристик газотурбинного двигателя.

Ожидаемый технический результат - обеспечение всеракурсности отклонения вектора тяги на плоском сопле, снижение габаритов системы поворота по сравнению с аналогичными устройствами, реализация механизма поворотного сопла в концепции «электрического» привода.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что устройство поворота плоского сопла турбореактивного двигателя, содержащее неподвижный корпус, плоское сопло, установленное на подшипнике с возможностью поворота в поперечной плоскости в противоположные стороны от нейтрального положения на угол до 90°, по меньшей мере один электрический исполнительный механизм и привод, по предложению, снабжено двумя контактными уплотнениями и кольцевыми вкладышами, двумя фланцами, кольцевым корпусом шестерни, наружным корпусом-обоймой с кольцевой накладкой и кольцевым замком, при этом привод выполнен в виде вала с шестерней, а фланцы выполнены с зубчатыми торцевыми контактными поверхностями и на их противоположных торцах с кольцевыми канавками под кольцевые вкладыши, один из фланцев жестко закреплен на неподвижном корпусе, а другой - на сопле, фланцы направлены зубчатыми торцевыми контактными поверхностями навстречу друг другу и входят в зацепление с шестерней привода, кольцевой корпус шестерни установлен между фланцами и имеет на боковой поверхности углубление под вал привода, кольцевые вкладыши с композитными вставками установлены в кольцевые канавки, а наружный корпус-обойма с кольцевой накладкой и кольцевым замком опираются на вкладыши и на фланцы, закрепленные на корпусе и сопле с образованием двухрядного упорного подшипника скольжения, причем контактные уплотнения расположены на фланцах перед подшипником для исключения просасывания через него воздуха. Устройство поворота плоского сопла может быть снабжено гибкой тягой и установленным на фланце корпуса средством возвращения сопла в нейтральное положение, средство возвращения сопла соединено с одним концом гибкой тяги, а другой конец гибкой тяги соединен с корпусом электрического исполнительного механизма.

В предложенном решении поворот плоского сопла осуществляется устройством в виде минимум трех шестерен, одна из которых приводная и две паразитные для центрирования корпусов, образующих керамический подшипник скольжения, с помощью «плавающего» электрического исполнительного механизма, установленного на валу приводной шестерни на стыке форсажной камеры (или корпуса турбины) и плоского сопла.

Такое выполнение устройства позволяет уменьшить изгибные напряжения, возникающие в боковых стенках сопла под действием давления газового потока, и приводит к увеличению максимальной осевой силы, которую может выдержать устройство, позволяет равномерно передать усилия на фланец, закрепленный на корпусе, который при этом работает на растяжение.

На фиг. 1 показан общий вид плоского сопла.

На фиг. 2 - разрез устройства поворота сопла.

Устройство поворота плоского сопла турбореактивного двигателя содержит электрический исполнительный механизм 1, зубчатый фланец 2, жестко закрепленный на неподвижном корпусе форсажной камеры, зубчатый фланец 3, жестко закрепленный на поворотном сопле, вал привода с шестерней 4, кольцевой корпус шестерни 5 с углублением под вал привода, кольцевые вкладыши с композитными вставками 6, наружный корпус-обойма 7, кольцевая накладка с кольцевым замком 8, контактные уплотнения 9 расположенные на фланцах, и гибкую тягу 10, соединенную одним концом с соплом, а другим концом с корпусом электрического исполнительного механизма.

Принцип действия устройства. По команде системы автоматического управления электрический исполнительный механизм 1 вращает вал привода с шестерней 4, которая входит в контакт с зубьями на фланцах форсажной камеры 2 и сопла 3. За счет этого происходит вращение сопла вокруг продольной оси двигателя. Вращение осуществляется по паре керамических подшипников скольжения 6. При этом весь механизм поворота перемещается в окружном направлении на угол, равный половине угла поворота сопла. Кольцевой корпус шестерен 5 фиксирует положение шестерни 4, а также формирует проточную часть в месте стыка фланцев и уменьшает перетечку рабочего тела из двигателя. Замок 8 и контактные уплотнения 9 предназначены для фиксации в осевом направлении сопла относительно двигателя. Контактные уплотнения 9 уменьшают утечки рабочего тела из двигателя. Для обеспечения выставления плоского сопла в нейтральное положение при отказе электросистемы возможно использование как пневматического или гидравлического, так и механического аварийного устройства через гибкую тягу 10.

Применение механизма обеспечивает всеракурсность отклонения вектора тяги на плоском сопле, снижает габариты системы поворота по сравнению с известными устройствами, позволяет реализовать механизм поворота сопла в концепции «электрического» привода.

Изобретение относится к авиадвигателестроению, конкретно к реактивным плоским соплам газотурбинных двигателей маневренных летательных аппаратов. Устройство поворота плоского сопла турбореактивного двигателя содержит неподвижный корпус, плоское сопло, установленное на подшипнике с возможностью поворота в поперечной плоскости в противоположные стороны от нейтрального положения на угол до 90°, электрический исполнительный механизм и привод. Устройство дополнительно снабжено двумя контактными уплотнениями и кольцевыми вкладышами, двумя фланцами, кольцевым корпусом шестерни, наружным корпусом-обоймой с кольцевой накладкой и кольцевым замком. Привод выполнен в виде вала с шестерней, а фланцы выполнены с зубчатыми торцевыми контактными поверхностями и на их противоположных торцах с кольцевыми канавками под кольцевые вкладыши. Один из фланцев жестко закреплен на неподвижном корпусе, а другой на сопле. Фланцы направлены зубчатыми торцевыми контактными поверхностями навстречу друг другу и входят в зацепление с шестерней привода. Кольцевой корпус шестерни установлен между фланцами и имеет на боковой поверхности углубление под вал привода. В кольцевые канавки установлены кольцевые вкладыши с композитными вставками, причем наружный корпус-обойма с кольцевой накладкой и кольцевым замком опираются на вкладыши и на фланцы, закрепленные на корпусе и сопле с образованием двухрядного упорного подшипника скольжения. Контактные уплотнения расположены на фланцах перед подшипником для исключения просасывания через него воздуха. Изобретение позволяет обеспечить всеракурсность отклонения вектора тяги на плоском сопле, снижает габариты системы поворота по сравнению с известными устройствами, позволяет реализовать механизм поворота сопла в концепции «электрического» привода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство поворота плоского сопла турбореактивного двигателя, содержащее неподвижный корпус, плоское сопло, установленное на подшипнике с возможностью поворота в поперечной плоскости в противоположные стороны от нейтрального положения на угол до 90°, по меньшей мере один электрический исполнительный механизм и привод, отличающееся тем, что оно снабжено двумя контактными уплотнениями и кольцевыми вкладышами, двумя фланцами, кольцевым корпусом шестерни, наружным корпусом-обоймой с кольцевой накладкой и кольцевым замком, при этом привод выполнен в виде вала с шестерней, а фланцы выполнены с зубчатыми торцевыми контактными поверхностями и на их противоположных торцах с кольцевыми канавками под кольцевые вкладыши, один из фланцев жестко закреплен на неподвижном корпусе, а другой на сопле, фланцы направлены зубчатыми торцевыми контактными поверхностями навстречу друг другу и входят в зацепление с шестерней привода, кольцевой корпус шестерни установлен между фланцами и имеет на боковой поверхности углубление под вал привода, кольцевые вкладыши с композитными вставками установлены в кольцевые канавки, а наружный корпус-обойма с кольцевой накладкой и кольцевым замком опираются на вкладыши и на фланцы, закрепленные на корпусе и сопле с образованием духрядного упорного подшипника скольжения, причем контактные уплотнения расположены на фланцах перед подшипником для исключения просасывания через него воздуха.

2. Устройство поворота плоского сопла турбореактивного двигателя по п. 1, отличающееся тем, что снабжено гибкой тягой и установленным на фланце корпуса средством возвращения сопла в нейтральное положение, средство соединено с одним концом гибкой тяги, а другой конец тяги соединен с электрическим исполнительным механизмом.