УЛУЧШЕННОЕ ВОЗДУХОНЕПРОНИЦАЕМОЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, ВЫПОЛНЕННОЕ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ВВЕДЕНИЯ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТОМ КОРПУСА ДВУХПОТОЧНОГО ТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И ЭЛЕМЕНТОМ ГОНДОЛЫ Российский патент 2023 года по МПК F16J15/00 F02C7/28 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к воздухонепроницаемым уплотнительным устройствам, выполненным с возможностью введения между элементом корпуса двухпоточного турбинного двигателя летательного аппарата и элементом гондолы, прилегающим к элементу корпуса.

Изобретение применяется к любому типу двухпоточного турбинного двигателя и, в частности, к турбореактивному двигателю.

Уровень техники

В двухпоточном турбинном двигателе летательного аппарата одна или более зон уплотнения, как правило, предусматриваются между корпусом турбинного двигателя и гондолой, в частности, чтобы ограничивать утечки из вторичного потока, в частности, в направлении винтового отсека турбинного двигателя.

Чтобы ограничивать эти потенциальные утечки воздуха, традиционные решения могут быть рассмотрены, но они, как правило, не являются полностью удовлетворяющими. Фактически, уплотнительные устройства, предназначенные для установки в таких зонах, должны удовлетворять множеству ограничений, делающих их конструкцию особенно сложной. Одним из главных ограничений является необходимость иметь достаточно высокую жесткость в эксплуатации, чтобы выдерживать давление воздуха, независимо от уровня деформации уплотнительного устройства. Эта цель ведет к обеспечению очень высокой жесткости, но она должна, тем не менее, оставаться достаточно низкой, чтобы предоставлять возможность установки элемента гондолы на элемент корпуса.

Эти противоречащие ограничения делают проектирование трудным. Следовательно, остается необходимость в осуществлении воздухонепроницаемого уплотнительного устройства, конструкция которого гарантирует требуемые функции.

Сущность изобретения

Чтобы удовлетворить необходимость, изобретение, во-первых, относится к воздухонепроницаемому уплотнительному устройству, выполненному с возможностью введения между элементом корпуса двухпоточного турбинного двигателя летательного аппарата и элементом гондолы, уплотнительное устройство содержит признаки пункта 1 формулы изобретения.

Выпуклости преимущественно позволяют ограничивать прогиб уплотнительного участка устройства. Таким образом, они обеспечивают удовлетворительную реакцию на выраженную потребность, в частности, обеспечивая повышенную жесткость в случае максимального сжатия, благодаря несущей способности, обеспечиваемой этими выпуклостями.

Изобретение предпочтительно предоставляет по меньшей мере один из следующих необязательных технических признаков, взятых по отдельности или в комбинации.

Каждая выпуклость продолжается в направлении центра полости, ограниченной уплотнительным участком.

В поперечном сечении уплотнительного устройства каждая выпуклость определяет направление по высоте выпуклости, расположенное с формированием угла, находящегося между 40 и 60°, с направлением, в котором продолжается фиксирующая лапка. Предпочтительно, этот угол составляет порядка 50°. Эти значения угла A1 соответствуют значениям, наблюдаемым в неограниченном состоянии уплотнительного участка устройства.

Направления по высоте выпуклостей для двух выпуклостей совпадают, предпочтительно проходя через центр полости, ограниченной уплотнительным участком.

Уплотнительный участок формирует замкнутый контур, ограничивающий внутри упомянутую полость, замкнутый контур предпочтительно имеет по существу круглую форму в неограниченном состоянии. Другие формы могут, тем не менее, быть применены, такие как овальная или продолговатая форма, без отступления от рамок изобретения.

Уплотнительный участок пересекается одним или более отверстиями для повышения давления в полости. Это позволяет усиливать контакт между уплотнительным участком, ограничивающим эту полость, и элементами корпуса и гондолы.

Уплотнительный участок имеет по меньшей мере один из следующих признаков, а предпочтительно комбинацию каждого из этих признаков:

он выполнен из упругого материала, предпочтительно силиконового упругого материала;

он содержит по меньшей мере один волокнистый армирующий слой, предпочтительно выполненный из полиэфира;

он включает в себя по меньшей мере один внешний антифрикционный слой, предпочтительно выполненный из предварительно отвержденной полиэфирной ткани.

Целью изобретения также является двигательный агрегат для летательного аппарата, содержащий двухпоточный турбинный двигатель летательного аппарата, гондолу, а также по меньшей мере одно такое воздухонепроницаемое уплотнительное устройство, введеное между элементом корпуса турбинного двигателя и элементом гондолы.

Предпочтительно, элемент корпуса является внешним кожухом для промежуточного корпуса турбинного двигателя, а элемент гондолы является обтекателем, ограничивающим радиально снаружи путь вторичного потока двигательного агрегата.

Другие преимущества и признаки изобретения станут очевидны в неограничивающем подробном описании ниже.

Краткое описание чертежей

Это описание будет выполнено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - это частичный и схематичный вид в перспективе двигательного агрегата согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения;

Фиг. 2 показывает вид в поперечном сечении участка двигательного агрегата, показанного на предыдущем чертеже, показывающий, в частности, установку уплотнительного устройства согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения между элементом корпуса и элементом гондолы;

Фиг. 3 показывает вид в перспективе участка, показанного на предыдущем чертеже;

Фиг. 4 показывает вид в любом поперечном сечении уплотнительного устройства, показанного на фиг. 2 и 3, при этом это устройство находится в неограниченном состоянии;

Фиг. 5 показывает вид, аналогичный виду на фиг. 4, согласно альтернативному варианту осуществления;

Фиг. 6 показывает вид, аналогичный виду на фиг. 4 и 5, согласно другому альтернативному варианту осуществления;

Фиг. 7 - это схематичный вид, аналогичный виду на фиг. 2, при этом уплотнительное устройство имеет минимальное сжатие между корпусом и гондолой; и

Фиг. 8 - это схематичный вид, аналогичный виду на фиг. 2, при этом уплотнительное устройство имеет максимальное сжатие между корпусом и гондолой.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Обращаясь, во-первых, к фиг. 1, двигательный агрегат 100 согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения частично показан. Это агрегат 100 включает в себя двухпоточный турбинный двигатель 1 для летательного аппарата, пилон 9 для прикрепления этого турбинного двигателя на элементе крыла летательного аппарата (не показан), а также гондолу 11, показанную только очень частично.

Двигательный агрегат 100 имеет продольное направление X, также соответствующее продольному направлению турбинного двигателя 1 и продольному направлению пилона 9. Агрегат 100 также имеет поперечное направление Y, а также вертикальное направление Z, соответствующее направлению по высоте. Три направления X, Y и Z являются ортогональными друг другу и формируют прямой триэдр.

Предпочтительно, пилон 9 предоставляет возможность подвешивания турбинного двигателя 1 под крылом летательного аппарата. Этот пилон включает в себя конструкционный участок, предназначенный для поглощения усилий, приходящих от турбинного двигателя, этот участок обычно называется силовой конструкцией или жесткой конструкцией. Он, как правило, принимает форму ящика, только один верхний торец 7 которого показан на фиг. 1. Пилон также оборудуется вспомогательными конструкциями (не показаны) в форме аэродинамических обтекателей.

В предпочтительном варианте осуществления, описанном и показанном, турбинный двигатель 1 является двухпоточным и имеющим два корпуса турбореактивным двигателем. Турбореактивный двигатель 1 имеет продольную центральную ось 2, параллельную направлению X, и вокруг которой протягиваются его различные компоненты. Он содержит, в направлении сверху вниз по потоку в главном направлении 5 газового потока через этот турбинный двигатель, винт 3, затем газогенератор, традиционной формируемый посредством компрессоров, камеру сгорания и турбины. Эти элементы газогенератора окружаются центральным корпусом 6, также называемым "основным" корпусом, который радиально внутри ограничивает межпоточный отсек 8a. Этот отсек 8a, кроме того, ограничивается радиально снаружи одним или более обтекателями, включающими в себя верхнее по потоку кольцо 10, которое только одно показано на фиг. 1. Верхнее по потоку кольцо 10 размещается в нижнем по потоку продолжении ступицы 12 промежуточного корпуса 14 турбореактивного двигателя. Промежуточный корпус 14 также включает в себя внешний кожух 16, расположенный в нижнем по потоку продолжении корпуса 18 винта. Он также включает в себя направляющие лопатки 20 выпускного отверстия, размещенные ниже по потоку от лопастей винта и соединяющие ступицу 12 с внешним кожухом 16.

Корпус 18 винта и внешний кожух 16 вместе ограничивают, радиально внутри, винтовой отсек 8b. Этот отек 8b, кроме того, ограничивается радиально снаружи одним или более обтекателями (не показаны), формирующими часть гондолы 11. Точно также как и межпотоковый отсек 8a, этот отсек 8b размещает оборудование и вспомогательные системы, как это широко известно из предшествующего уровня техники.

Один или более рычагов 22 предусматриваются, чтобы соединять два отсека 8a, 8b. Они являются, например, двумя рычагами 22, которыми оснащается турбовинтовой двигатель, в частности, размещенными в часовых позициях, называемыми на 12 часов и на 6 часов. Эти рычаги 22 являются полыми, и они предоставляют возможность, например, циркуляции электрических кабелей и/или жидкостных трубопроводов. Более конкретно, эти рычаги соединяют нижний по потоку участок внешнего кожуха 16 с верхним по потоку кольцом 10. С этой целью, они проходят через путь 26 вторичного потока турбореактивного двигателя, этот путь потока ограничивается снаружи кожухом 16, а также одним или более обтекателями 30 гондолы, расположенными в нижнем по потоку продолжении кожуха 16. Этот путь 26 потока предоставляет возможность циркуляции вторичного потока, показанного схематично стрелкой 27.

Путь 26 вторичного потока также частично ограничивается внутри верхним по потоку кольцом 10 межпотокового отсека 8a. Он добавляется к пути первичного потока, по которому проходит первичный поток 28, который направляется традиционно газогенератором.

Изобретение лежит в способе создания воздухонепроницаемого соединения между нижним по потоку торцом кожуха 16 промежуточного корпуса и верхним по потоку торцом обтекателем 30 гондолы. Это уплотненное соединение предоставляет возможность фактически ограничивать, или даже препятствовать рециркуляции вторичного потока 27 в направлении отсека 8b гондолы, поскольку такая рециркуляция означает потерю производительности, ассоциированной с двигательным агрегатом, с влиянием на удельный расход топлива.

Чтобы обеспечивать это уплотнение, создается запас из одного или более воздухонепроницаемых уплотнительных устройств, введенных между кожухом 16 промежуточного корпуса и обтекателями 30 гондолы. Предпочтительно, они являются несколькими уплотнительными устройствами идентичной или аналогичной конструкции, которые следуют друг за другом в круговом направлении кожуха 16. Каждое устройство может иметь круговую длину до 1,5 или 2 м. Тем не менее, неразделенная на сектора конструкция остается возможной, без отступления от рамок изобретения.

Установка одного из этих уплотнительных устройств, в двигательном агрегате, будет теперь описана со ссылкой на фиг. 2 и 3.

Кожух 16 промежуточного корпуса 14 заканчивается вниз по потоку радиальным воротником 32 и кольцеобразным опорным фланцем 34 предпочтительно в форме усеченного конуса, который сужается, когда он идет вниз по потоку. Эти два элемента 32, 34 формируют кольцевое пространство 36, в котором размещается одно из воздухонепроницаемых уплотнительных устройств 40. Последнее имеет два отдельных участка, объединенных друг с другом. Прежде всего, это фиксирующая лапка 42, в поверхности, плотно прилегающей к опорному фланцу 34. Фиксирующая лапка 42 приклеивается с помощью RTV ("вулканизация при комнатной температуре") силиконового клея на этом фланце 34 и предпочтительно зажимается между этим фланцем 34 и фиксирующими пластинами 46, покрывающими его. Предпочтительно, лапка 42 приклеивается таким образом, в то время как пластины 46 служат в качестве упора, а также для защиты этой лапки 42.

Пластины 46 закрепляются заклепками 48 или аналогичными элементами на опорном фланце 34, прижимаясь к радиально внешней поверхности фиксирующей лапки 42. Последняя продолжается в круговом направлении по всему устройству 40, точно также как уплотнительный участок 44, расположенный на верхнем по потоку конце лапки 42. Этот уплотнительный участок 44, который будет описан подробно позже, располагается в кольцевом пространстве 36, так что его внешняя поверхность контактирует с фланцем 34 и с уплотнительным валиком 50 обтекателя 30 гондолы.

Уплотнительный валик 50 объединяется в соединительное кольцо 52, расположенное на верхнем по потоку конце кожуха 30 гондолы. Это кольцо 52 имеет участок, половинное поперечное сечение которого принимает форму буквы J, радиально внутренний конец которой прижимается на уплотнительный участок 44 устройства 40. Этот радиально внутренний конец J-образной формы, таким образом, соответствует уплотнительному валику 50. Радиально внешний конец J-образной формы может, в свою очередь, формировать зубчатый фланец для его прикрепления к другому участку кожуха 30 гондолы.

Кольцо 52 также включает в себя уплотнительную кромку 56, свободный верхний по потоку торец которой располагается напротив свободного нижнего по потоку торца опорного фланца 34. Взаимодействие между этими двумя торцами предоставляет возможность уменьшать доступ воздуха из пути 26 вторичного потока в кольцеобразное пространство 36, размещающее валик 50.

Внешнее кольцо или сектор 58 кольца может зажимать в осевом направлении радиально внешний конец J-образной формы и фланец 32 кожуха 16 промежуточного корпуса 14, как показано на фиг. 2.

Фиг. 4 показывает воздухонепроницаемое уплотнительное устройство 40 в произвольном поперечном сечении. Предпочтительно, это сечение остается идентичным или аналогичным по всему устройству 40, в круговом направлении последнего.

Как упомянуто выше, уплотнительный участок 44 размещается целиком на конце крепежной лапки 42, эти два элемента 42, 44 производятся в одной части. В неограниченном состоянии, как показано в поперечном сечении на фиг. 4, уплотнительный участок 44 имеет общую форму замкнутого контура, который является по существу круглым. Он имеет по существу круглую внешнюю поверхность 60, а также внутреннюю поверхность 62, ограничивающую полость 64, имеющую центр 66. В неограниченном состоянии внешняя поверхность 60 может иметь диаметр, находящийся между 6 и 10 мм, например, порядка 8 мм.

Внутренняя поверхность 62 является не полностью круглой, поскольку она определяет две противоположные выпуклости 68, предпочтительно в форме выступов, выступающих внутрь полости 64. За пределами зон, включающих в себя выпуклости 68, внутренняя поверхность 62 может иметь диаметр, находящийся между 4 и 8 мм, например, порядка 6 мм. Таким образом, уплотнительный участок 44 имеет переменную толщину, с выпуклостями 68, которые выступают на высоту H1 порядка 1 и 3 мм.

Две выпуклости 68 предпочтительно являются диаметрально противоположными, продолжающимися друг к другу в направлениях высоты выпуклости 70, которые здесь совпадают, и которые проходят через центр полости 64.

В эксплуатации, в случае высоких механических напряжений, прикладываемых к уплотнительному участку 44, две выпуклости 68, как предполагается, должны контактировать друг с другом для того, чтобы ограничивать прогиб этого участка 44.

Предпочтительный угол A1 поддерживается между направлением по высоте выпуклости 70 и направлением 72, в котором продолжается фиксирующая лапка 42. Этот угол определяется таким образом, чтобы гарантировать, что следом за последующей деформацией уплотнительного участка 44 между гондолой и кожухом промежуточного корпуса две выпуклости 68 контактируют друг с другом. Этот угол A1 равен порядка 50° в неограниченном состоянии. Следовательно, выбирая этот порядок величины для угла A1, преимущественно принимается во внимание тот факт, что раздавливание уплотнительного участка 44 между гондолой и кожухом также вызывает модификацию ориентации направления 70 выпуклостей. Фактически, это направление 70 двух выпуклостей 68 имеет тенденцию вызывать развертывание угла A1 в направлении значения 90°, когда уровень механических напряжений увеличивается на уплотнительном участке 44.

Уплотнительный участок 44, аналогично уплотнительной лапке 42, может быть выполнен из упругого материала, предпочтительно из силиконового упругого материала. Например, уплотнительное устройство 40 может быть выполнено одной деталью, используя только этот упругий материал. В другом варианте осуществления, схематично показанном на фиг. 5, уплотнительный участок 44 имеет основание 76, выполненное из упругого материала, которое комплектуется по меньшей мере одним волокнистым армирующим слоем 78. Это предоставляет возможность увеличивать жесткость уплотнительного участка 44, в частности, когда его уровень деформации является недостаточно высоким для контактирования двух выступов 68 друг с другом.

Каждый волокнистый слой является предпочтительно круглым, в зависимости от общей формы уплотнительного участка 44. Число слоев может содержаться между одним и тремя, например, два армирующих слоя 78, внедренных в основание 76, и внешний слой 78', формирующий внешнюю поверхность 60. Этот внешний слой 78' имеет антифрикционную функцию, с тем, чтобы ограничивать трение кожуха и обтекателя гондолы на уплотнительном участоке 44 при сборке этого обтекателя и, таким образом, ограничивать эффекты осевого растягивания этого участка 44. Чтобы обеспечивать эту антифрикционную функцию, внешний слой 78' предпочтительно выполняется из предварительно отвержденной полиэфирной ткани, например, с несколькими слоями этого типа ткани. Внешний слой 78' может служить только в качестве антифрикционного покрытия, или иначе также обеспечивает армирующую функцию аналогично внедренным слоям 78. Последние, например, выполняются из полиэфира. Сочетание этих материалов также является возможным, без отступления от рамок изобретения.

Независимо от материала(ов), выбранных для изготовления уплотнительного участка 44, последний либо полностью является закрытым по всему контуру, либо оснащается одним или более отверстиями 80, проходящими сквозь него. Эта другая альтернатива показана схематично на фиг. 6. Отверстия 80 обеспечивают повышение давления полости 64, предоставляя возможность воздуху из вторичного потока поступать в эту самую полость. Это приводит в результате к лучшему соприкосновению между внешней поверхностью 60 уплотнительного участка 44 и двумя элементами, которые должны быть уплотнены. В этой альтернативе отверстия 80 для повышения давления выполняются так, чтобы поддерживать характер замкнутого контура для уплотнительного участка 44, так что каждое из них продолжается только по части круговой длины устройства 40.

Наконец, фиг. 7 и 8 показывают воздухонепроницаемое уплотнительное устройство 40 с различными уровнями сжатия между фланцем 34 промежуточного корпуса 14 и соединительным кольцом 52 обтекателя 30 гондолы. Этот уровень сжатия изменяется вследствие производственных и сборочных допусков, а также в зависимости от деформаций и относительных смещений, наблюдаемых в эксплуатации между этими двумя элементами. Фиг. 7 показывает минимальный уровень деформации, встречающийся, когда кольцо 52 находится наиболее далеко от фланца 34. В этом случае, два выступа 68 располагаются с интервалом друг от друга. С другой стороны, фиг. 8 показывает максимальный уровень деформации, встречающийся, когда кольцо 52 находится очень близко к фланцу 34. В этом случае, соприкосновение между двумя выступами 68 способствует жесткости уплотнительного участка 44, прогиб которого ограничивается. Соприкосновения между этим уплотнительным участком 44 и двумя элементами 52, 34 усиливаются, подразумевая нулевые или ограниченные риски утечек воздуха, приходящего с пути 26 вторичного потока. На этих фиг. 7 и 8 показано постепенное изменение значения угла A1, которое увеличивается с уровнем сжатия уплотнительного участка 44. В состоянии максимального сжатия, показанном на фиг. 8, с углом A1, близким к или равным 90°, выступы 68 ориентируются своим направлением 70, локально по существу ортогональным контактным поверхностям, предусмотренным на кольце 52 и фланце 34.

Разумеется, специалистом в данной области техники могут быть выполнены различные модификации в изобретении, которое только что было описано, только в качестве неограничивающих примеров, и рамки которого определены прилагаемой формулой изобретения. В частности, воздухонепроницаемое уплотнительное устройство, описанное выше, может быть установлено между другими элементами корпуса и гондолы, не выходя за рамки изобретения.

Изобретение относится к воздухонепроницаемому уплотнительному устройству (40), выполненному с возможностью введения между элементом (16) корпуса двухпоточного турбинного двигателя летательного аппарата и элементом (30) гондолы. Уплотнительное устройство содержит лапку (42) крепления, на конце которой расположен уплотнительный участок (44), имеющий внешнюю поверхность, выполненную с возможностью контактирования с элементом корпуса и элементом гондолы, и внутреннюю поверхность, ограничивающую полость. Внутренняя поверхность определяет по меньшей мере одну выпуклость, продолжающуюся внутрь полости. Изобретение имеет достаточно высокую жесткость в эксплуатации, чтобы выдерживать давление воздуха, независимо от уровня деформации уплотнительного устройства. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Воздухонепроницаемое уплотнительное устройство (40), выполненное с возможностью введения между элементом (16) корпуса двухпоточного турбинного двигателя летательного аппарата и элементом (30) гондолы, причем уплотнительное устройство содержит фиксирующую лапку (42), на конце которой предусмотрен уплотнительный участок (44), имеющий внешнюю поверхность (60), выполненную с возможностью контактирования с элементом корпуса и элементом гондолы, и внутреннюю поверхность (62), ограничивающую полость (64), отличающееся тем, что внутренняя поверхность (62) определяет две противоположные выпуклости (68), продолжающиеся внутрь полости друг к другу, при этом в поперечном сечении уплотнительного устройства каждая выпуклость (68) определяет направление (70) по высоте выпуклости, расположенное с формированием угла (А1), находящегося между 40 и 60°, с направлением (72), в котором продолжается фиксирующая лапка (42).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждая выпуклость (68) продолжается к центру (66) полости (64), ограниченной уплотнительным участком.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что направления (70) по высоте выпуклостей для двух выпуклостей (68) совпадают, предпочтительно проходя через центр (66) полости (64), ограниченной уплотнительным участком.

4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что уплотнительный участок (44) формирует замкнутый контур, внутренне ограничивающий упомянутую полость (64), причем замкнутый контур предпочтительно имеет по существу круглую форму в неограниченном состоянии.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что уплотнительный участок (44) пересекается одним или более отверстиями (80) для повышения давления в полости (64).

6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что уплотнительный участок (44) имеет по меньшей мере один из следующих признаков, а предпочтительно комбинацию каждого из этих признаков: он выполнен из упругого материала, предпочтительно силиконового упругого материала; он содержит по меньшей мере один волокнистый армирующий слой (78), предпочтительно выполненный из полиэфира; он включает в себя по меньшей мере один внешний антифрикционный слой (78').

7. Двигательный агрегат (100) для летательного аппарата, содержащий двухпоточный турбинный двигатель (1) летательного аппарата, гондолу (11), а также по меньшей мере одно воздухонепроницаемое уплотнительное устройство (40) по любому из предшествующих пунктов, введенное между элементом корпуса турбинного двигателя и элементом гондолы для гондолы.

8. Агрегат по п. 7, отличающийся тем, что элемент корпуса представляет собой внешний кожух (16) промежуточного корпуса турбинного двигателя, а элемент гондолы представляет собой обтекатель (30), радиально внешне ограничивающий путь (26) вторичного потока двигательного агрегата.