РЕГУЛИРУЕМОЕ СОПЛО РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2021 года по МПК F02K9/84 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и может быть использовано для создания конструкций сопел с отклоняемым вектором тяги реактивных двигателей.

Известны конструкции сопел реактивных двигателей, содержащие ведущие и ведомые створки, в которых функция регулирования или отклонения вектора тяги реализуется за счет отклонения створок. При этом одна часть створок имеет приводы для перемещения в заданном направлении - ведущие створки, а другая часть створок приводов не имеет и свободно перемещается под действием потока газа истекающего из сопла - ведомые створки. Такие конструкции не обеспечивают однозначного положения ведомых створок относительно ведущих, что приводит к неконтролируемому появлению зазоров между ведущими и ведомыми створками сопла, что, в свою очередь, вызывает потери рабочего тела (газа) через эти зазоры и снижение эффективности работы сопла.

Известно регулируемое сопло (RU 63460) преимущественно для турбореактивного двигателя с отклоняемым вектором тяги, содержащее створки, снабженные системой синхронизации их перемещения, отличающееся тем, что система синхронизации перемещения створок включает звенья, размещенные между створками, причем каждое звено выполнено из двух рычагов, которые соединены между собой шарниром и закреплены на створках посредством кронштейнов, образуя при этом кольцевую пространственную подвижную систему, дающую возможность одновременного эквидистантного перемещения каждой из створок в своей радиальной плоскости.

Недостатком этого регулируемого сопла (RU 63460) является наличие синхронизации только ведущих (приводных) створок и отсутствие синхронизации положения ведомых (неприводных) створок, что приводит к неконтролируемому появлению зазоров между ведущими (приводными) и ведомыми (неприводными) створками и связанных с этим потерь рабочего тела.

Известно сопло с отклоняемым вектором тяги (RU 14 384), содержащее сходящиеся створки, расходящиеся створки, тяги расходящихся створок и управляющее кольцо с подвеской в виде многозвенных петель, складывающихся в радиальных плоскостях, кинематически связанное с тягами расходящихся створок через параллелограммные механизмы.

Известно принятое за прототип сопло с отклоняемым вектором тяги (RU 2168047), содержащее сходящиеся створки, расходящиеся створки, тяги расходящихся створок и управляющее кольцо с подвеской в виде многозвенных петель, складывающихся в радиальных плоскостях, кинематически связанное с тягами расходящихся створок через параллелограммные механизмы, отличающееся тем, что каждый параллелограммный механизм между ведомым рычагом и тягами створок содержит второе звено в виде второго ведомого рычага, установленного опорой вращения на рычаге-качалке шарнирно закрепленном на сходящейся створке, и тяг второго звена, причем последние закреплены на рычаге шарнирами.

Недостатком конструкций (по патентам RU 14384 и RU 2168047) является отсутствие управления ведомыми расходящимися (сверхзвуковыми) створками, в результате которого конструкции не обеспечивают однозначного положения ведомых створок относительно ведущих, что приводит к неконтролируемому появлению зазоров между ведущими и ведомыми створками сопла, что, в свою очередь, вызывает потери рабочего тела (газа) через эти зазоры и снижение эффективности работы сопла. Кроме того, использование многозвенных петель, складывающихся в радиальных плоскостях и параллелограммных механизмов приводит к значительному увеличению массы сопла.

Технический результат, заключающийся в повышении эффективности регулируемого сопла реактивного двигателя, достигается за счет того, что регулируемое сопло с ведущими (приводными) и ведомыми (неприводными) створками согласно изобретению содержит рычажно-шарнирный механизм, рычаги которого шарнирно соединены между собой, соседние узловые точки механизма (точки шарнирного соединения в средней зоне и концов рычагов механизма соответственно) при любых положениях механизма находятся на одинаковых расстояниях друг от друга, причем узловые точки шарнирного соединения концов рычагов механизма также шарнирно соединены с ведущими створками и ведомыми створками.

Точки шарнирного соединения концов рычагов механизма шарнирно соединены с ведущими и ведомыми створками с обеспечением возможности перемещения створок при раскрытии сопла или прикрытии, а также при отклонении створок при отклонении вектора тяги сопла. При этом ведущие и ведомые створки удерживаются на одинаковых расстояниях друг от друга независимо от угла раскрытия сопла или от угла отклонения створок сопла. Таким образом, обеспечивается определенное относительное положение ведущих и ведомых створок сопла, а именно - их равномерное расположение по окружности и отсутствие появления зазоров между ними

Сущность изобретения поясняется чертежами Фиг. 1, Фиг. 2. Фиг. 3, где

1 - рычаги механизма,

2 -точки шарнирного соединения рычагов механизма,

3 - сопло,

4 - ведущие створки,

5 - ведомые створки,

6 - рычажно-шарнирный механизм.

На Фиг. 1 изображена схема рычажно-шарнирного механизма 6, рычаги 1 которого соединены с помощью шарниров в точках 2, причем расстояния между точками шарнирного соединения в средней зоне или концов рычагов соответственно могут меняться по величине, но остаются одинаковыми независимо от положения рычагов механизма.

На Фиг. 2 изображена схема этого рычажно-шарнирного механизма 6, установленного на регулируемом сопле 3 реактивного двигателя, содержащего ведущие приводные 4 и ведомые неприводные 5 створки. При этом механизм 6 охватывает сопло 3, а его точки шарнирного соединения концов рычагов 2 также шарнирно соединены с ведущими приводными 4 и ведомыми неприводными 5 створками. Таким образом, перемещение приводных створок 4 вызовет перемещение рычагов 1 механизма 6, а перемещение рычагов 1 механизма 6 вызовет, в свою очередь, перемещение неприводных створок 5 (все створки шарнирно соединены с шарнирами механизма). А, поскольку расстояния между точками шарнирного соединения 2 рычагов механизма остаются одинаковыми, хотя и меняются по величине, то все створки останутся равнорасположенными по окружности.

На Фиг. 3 изображена схема расположения элементов конструкции по окружности сопла 6. Показаны шарниры, посредством которых приводные 4 и неприводные 5 створки сопла 6 соединены с точками шарнирного соединения 2 рычажно-шарнирного механизма 6. Сам рычажно-шарнирный механизм 6 условно не показан.

Рычажно-шарнирный механизм 6 охватывает регулируемое сопло 3 реактивного двигателя, содержащее приводные ведущие створки 4 и неприводные ведомые створки 5. Рычаги 1 механизма шарнирно соединены в точках 2, а точки 2 механизма шарнирно соединены с ведущими створками 4 и ведомыми створками 5 створками таким образом, что перемещение ведущих створок 4 вызывает перемещение рычагов 1, которое в свою очередь вызывает перемещение ведомых створок 5.

Ведущие створки 4 сопла 3 перемещаются под действием усилий от приводов (не показаны). Ведущие створки 4 шарнирно соединены с точками 2 рычажно-шарнирного механизма 6. Перемещение ведущих створок 4 вызывают перемещение рычагов 1 механизма. Перемещение рычагов 1 рычажно-шарнирного механизма 6 вызывает перемещение ведомых створок 5, которые также шарнирно соединены с соответствующими точками 2 рычажно-шарнирного механизма 6.

Плечи рычагов (длины плеч от шарнирного соединения концов до шарнирного соединения средней части) могут быть одинаковыми по длине или разными. При разной длине плеч рычагов появляется угол расположения рычагов относительно оси сопла в радиальном сечении, отличный от нуля. Это позволяет обеспечить оптимальное расположение механизма относительно створок сопла, которое гарантирует отсутствие касания рычагов и створок при отклонении створок для изменения направления истечения газа.

При раскрытии, закрытии или отклонении вектора тяги сопла положение створок меняется под действием приводов ведущих створок. Одновременно происходит изменение положения рычагов рычажно-шарнирного механизма. При этом расстояние между точками шарнирного соединения рычагов механизма (по концам или в средней части рычагов) меняется по величине, но остается одинаковым между соседними точками по всей окружности. Поскольку створки шарнирно соединены с точками шарнирного соединения рычагов механизма, то и расстояние между ведущими и ведомыми створками будет меняться по величине, но будет сохраняться одинаковым между створками по всей окружности. Таким образом, предложенная конструкция позволяет обеспечить равномерное расположение ведущих и ведомых створок по окружности сопла при их перемещении, исключает появление зазоров между ними, чем повышает эффективность работы сопла за счет отсутствия прямых потерь рабочего тела.

Регулируемое сопло реактивного двигателя, содержащее ведущие приводные и ведомые неприводные створки, шарнирно соединенные с концами рычагов рычажно-шарнирного механизма, охватывающего сопло, рычаги которого соединены между собой шарнирами таким образом, что точки шарнирного соединения рычагов в средней зоне или концов рычагов соответственно всегда расположены на равных расстояниях друг от друга независимо от положения самого механизма. Концы рычагов механизма шарнирно соединены с ведущими и ведомыми створками с обеспечением возможности перемещения створок при раскрытии сопла или прикрытии, а также при перемещении створок при отклонении створок сопла. При этом ведущие и ведомые створки удерживаются на одинаковых расстояниях друг от друга независимо от угла раскрытия сопла или от угла отклонения створок сопла. Таким образом, обеспечивается определенное относительное положение ведущих и ведомых створок сопла, а именно их равномерное расположение по окружности и отсутствие появления зазоров между ними. Отсутствие зазоров между створками сопла гарантирует отсутствие потерь рабочего тела через эти зазоры и, как результат, повышение эффективности сопла. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Регулируемое сопло реактивного двигателя, содержащее ведущие и ведомые створки, отличающееся тем, что дополнительно содержит рычажно-шарнирный механизм, рычаги которого соединены попарно с помощью шарниров в средней зоне и по концам так, что при любых положениях механизма точки шарнирного соединения по концам и в средней зоне рычагов соответственно находятся на одинаковых расстояниях друг от друга, причем концы рычагов механизма соединены с ведущими створками и ведомыми створками также с помощью шарниров.

2. Регулируемое сопло реактивного двигателя по п. 1, отличающееся тем, что рычаги механизма имеют разные длины плеч от шарнирного соединения концов до шарнирного соединения средней части, причем концы рычагов соединены попарно так, что с одной стороны от средней части шарнирного соединения рычагов находятся плечи рычагов одинаковой длины.