Регулируемое сопло турбореактивного двигателя Российский патент 2021 года по МПК F02K1/12 

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции регулированных сопел турбореактивных двигателей (ТРД).

Известно регулируемое сопло турбореактивного двигателя, содержащее установленный в корпусе, теплозащитный экран, выполненный в виде двух поясов, расположенных по ходу движения газового потока турбореактивного двигателя, причем концевой участок первого пояса заведен во второй пояс с контактом по близлежащим поверхностям, при этом каждый из поясов выполнен в виде секций, размещенных по окружности, каждая из которых жестко соединена с корпусом, при этом на концевом участке любой из секций второго пояса, расположенном непосредственно над первым поясом выполнены выштамповки с образованием между поясами по окружности трех продольных охлаждающих каналов (см. патент №2451194 класса F02K 1/12, опубликован в 2012 г).

К недостаткам указанного устройства можно отнести недостаточную жесткость теплозащитных экранов, приводящую к короблению и потере устойчивости и, как следствие, уменьшению радиального зазора, расположенного между двумя поясами секций теплозащитных экранов, жестко закрепленных на корпусе. Деформация и коробление теплозащитных экранов в сторону корпуса также возможны при работе ТРД в условиях взлета, когда давление газового потока превышает давление охлаждающего воздуха в тракте охлаждения в его средней части, что уменьшает площадь проходного сечения канала и перегреву створок сопла, а значит росту температуры выше допустимой. Все это снижает надежность работы сопла в целом.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности ТРД.

Указанный технический эффект достигается тем, что регулируемое сопло ТРД, содержит установленный в корпус, теплозащитный экран, выполненный в виде двух поясов, расположенных по ходу движения газового потока турбореактивного двигателя, причем концевой участок первого пояса заведен во второй пояс с контактом по близлежащим поверхностям, при этом каждый из поясов выполнен в виде секций, размещенных по окружности, каждая из которых жестко соединена с корпусом, при этом на концевом участке любой из секций второго пояса, расположенном непосредственно над первым поясом выполнены выштамповки с образованием между поясами по окружности трех продольных охлаждающих каналов и продольного ребра жесткости, выполненного по центру центрального продольного охлаждающего канала секции, причем вершина продольного ребра жесткости выполнена скругленной и контактирует с наружной поверхностью первого пояса, кроме того суммарная ширина продольных охлаждающих каналов любой из секций составляет от 0,6 до 0,8 от общей ширины секции, что обеспечивает как надежное соединение теплозащитных экранов первого и второго поясов, так и достаточный расход воздуха на охлаждение секций экрана второго пояса со стороны потока горячих газов, что подтверждено испытаниями на ТРД. Соотношение ширины любого из боковых охлаждающих каналов S составляет 0,2…0,3 от ширины центрального охлаждающего канала d, это необходимо для обеспечения равномерного расположения соединительных скоб экранов первого пояса в окружном направлении.

Также предпочтительно в теле любой секции второго пояса теплозащитного экрана выполнить соотношение радиуса скругленной вершины продольного ребра жесткости R к высоте любого из охлаждающих каналов Y от 1,5 до 2,2 от высоты последнего, что необходимо для обеспечения минимальных контактных напряжений в месте соединения экранов при минимально возможном загромождении проточной части охлаждающего канала, что подтверждено испытаниями на ТРД.

Сущность настоящего изобретения поясняется фигурами чертежей.

На Фиг. 1 изображен продольный разрез корпуса с теплозащитными экранами регулируемого сопла турбореактивного двигателя.

На Фиг. 2 - вид А на теплозащитные экраны сверху (корпус поз. 1 не показан).

На Фиг. 3 - сечение Б - Б, поперечный разрез по концевым участкам экранов.

Регулируемое сопло турбореактивного двигателя, содержит корпус 1 с теплозащитным экраном 2, выполненным в виде двух поясов 3 и 4 расположенных по ходу движения газового потока турбореактивного двигателя. Концевой участок 5 первого пояса 3 заведен во второй пояс 4 с контактом по близлежащим поверхностям и прикреплен к последнему соединительными скобами 6. Каждый из поясов 3 и 4 выполнен в виде секций 7 и 8, размещенных по окружности и жестко соединенных с корпусом 1. На концевом участке 9 любой из секций 8 второго пояса 4, расположенном непосредственно над первым поясом 3 выполнены выштамповки с образованием между поясами 3 и 4 трех продольных охлаждающих 10, 11 и 12 каналов, а также продольного ребра жесткости 13, выполненного по центру центрального охлаждающего канала 11 секции 8. Вершина продольного ребра жесткости 13 выполнена скругленной и контактирует наружной поверхностью первого пояса 3. Суммарная ширина продольных охлаждающих каналов любой из секций 8 составляет от 0,6 до 0,8 от общей ширины секции 8. Соотношение ширины S любого из боковых охлаждающих каналов 10 и 12 составляет 0,2-0,3 от ширины d центрального охлаждающего канала 11. Соотношение радиуса R скругленной вершины продольного ребра жесткости 13 к высоте Y любого из охлаждающих каналов 10, 11 и 12 составляет от 1,5 до 2,2 от высоты последнего.

При запуске турбореактивного двигателя (ТРД) теплозащитный экран 2 и корпус 1 соответственно омываются с внутренней стороны горячими газами, а с наружной стороны - охлаждающим воздухом, который проходит в зазорах между поясами 3 и 4 и корпусом 1 и далее проходит в канал охлаждения створок реактивного сопла (створки сопла показаны частично на фиг. 1). Горячие газы форсажной камеры подогревают экраны на значительно большую температуру, чем корпус 1. Введение продольных ребер жесткости 13 позволяет свободно увеличиваться секциям 7 и 8 теплозащитного экрана 2, как в продольном, так и поперечном направлениях при максимальной температуре без уменьшения зазора Y в тракте охлаждения 14 и обеспечить тем самым заданный расход воздуха для охлаждения реактивного сопла без прогаров на всех режимах работы двигателя, что обеспечивает его надежность и необходимую тягу.

Предложенное изобретение обеспечивает надежное охлаждение сопла и, как следствие, увеличивает ресурс и надежность работы ГТД в целом.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции регулированных сопел турбореактивных двигателей (ТРД). Регулируемое сопло ТРД содержит установленный в корпусе теплозащитный экран, выполненный в виде двух поясов, расположенных по ходу движения газового потока турбореактивного двигателя, причем концевой участок первого пояса заведен во второй пояс с контактом по близлежащим поверхностям, при этом каждый из поясов выполнен в виде секций, размещенных по окружности, каждая из которых жестко соединена с корпусом, при этом на концевом участке любой из секций второго пояса, расположенном непосредственно над первым поясом, выполнены выштамповки с образованием между поясами, по окружности, трех продольных охлаждающих каналов и продольного ребра жесткости, выполненного по центру центрального продольного охлаждающего канала секции, причем вершина продольного ребра жесткости выполнена скругленной и контактирует с наружной поверхностью первого пояса, кроме того, суммарная ширина продольных охлаждающих каналов любой из секций составляет от 0,6 до 0,8 от общей ширины секции, а соотношение ширины любого из боковых охлаждающих каналов S составляет 0,2…0,3 от ширины центрального охлаждающего канала d. Техническим результатом изобретения является повышение надежности ТРД. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Регулируемое сопло турбореактивного двигателя, характеризующееся тем, что содержит установленный в корпусе теплозащитный экран, выполненный в виде двух поясов, расположенных по ходу движения газового потока турбореактивного двигателя, причем концевой участок первого пояса заведен во второй пояс с контактом по близлежащим поверхностям, при этом каждый из поясов выполнен в виде секций, размещенных по окружности, каждая из которых жестко соединена с корпусом, при этом на концевом участке любой из секций второго пояса, расположенном непосредственно над первым поясом, выполнены выштамповки с образованием между поясами, по окружности, трех продольных охлаждающих каналов и продольного ребра жесткости, выполненного по центру центрального продольного охлаждающего канала секции, причем вершина продольного ребра жесткости выполнена скругленной и контактирует с наружной поверхностью первого пояса, кроме того, суммарная ширина продольных охлаждающих каналов любой из секций составляет от 0,6 до 0,8 от общей ширины секции, а соотношение ширины любого из боковых охлаждающих каналов S составляет 0,2…0,3 от ширины центрального охлаждающего канала d.

2. Регулируемое сопло по п. 1, отличающееся тем, что соотношение радиуса скругленной вершины продольного ребра жесткости R к высоте любого из охлаждающих каналов Y составляет 1,5…2,2 от высоты последнего.