РЕВЕРСИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДВУХКОНТУРНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2023 года по МПК F02K1/32 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно, к реверсивным устройствам тяги газотурбинных двигателей.

Известно устройство реверсирования тяги двухконтурного газотурбинного двигателя, в котором осуществляется перекрытие потока рабочего тела внешнего контура двигателя и вывод его через открываемые каналы в наружной обечайке внешнего контура двигателя и просвет в поверхности гондолы, открываемый ее сдвигаемым обтекателем, в виде струй, направленных по ходу движения (А.А. Иноземцев, У.А. Коняев, В.В. Медведев и др. Авиационный двигатель ПС-90А. М. 2007. - 320 с).

В устройстве со сдвигаемым обтекателем, открывающим просвет в поверхности гондолы, перекрывают кольцевой поток воздуха к соплу специальными створками. В таком устройстве разворот потока воздуха внешнего контура в сторону движения самолета осуществляют фактически в пределах поперечного сечения гондолы за счет использования поворачивающих поток лопаточных решеток. Обратная тяга создается двумя веерными струями, которые покидают двигатель через почти полный в окружном направлении просвет в поверхности гондолы, исключая нижний участок, где размещены агрегаты приводов, и верхний участок, где двигатель крепится к пилону.

Недостатком такого устройства является плохая организация истечения реверсных струй, что приводит к опасности прилипания струй к гондоле двигателя в силу эффекта Коанда и заброса горячего воздуха на вход двигателя, что заставляет при проектировании двигателя ограничивать угол разворота потока в реверсивном устройстве. При расположении двух двигателей под одним крылом реверсные струи внутреннего двигателя могут попадать на вход внешнего двигателя при высоких скоростях движения. Это заставляет отказаться от реверса внутренних двигателей, что делает торможение менее эффективным. С другой стороны, попадание струй на поверхность взлетно-посадочной полосы (ВПП) также может привести к забросу горячего воздуха и посторонних предметов с ВПП в двигатель. Это ограничивает диапазон скоростей, при котором допускается торможение реверсом, высокими скоростями движения по ВПП, что приводит к значительной нагрузке, приходящейся на механические тормоза шасси. Так, например, по руководству по летной эксплуатации самолета ИЛ-76 скорость, при которой необходимо отключать реверс тяги, равна 120 км/час, однако даже при скорости 190 км/час происходит заброс струй реверса на вход в двигатель. На ИЛ-476 при скорости касания самолета поверхности ВПП на посадке 220-230 км/ч заброс струй реверса происходит уже при 220 км/час (А. Комов, С. Фадин. Проблемы применения реверса тяги. Aviation Explorer. 14 ноября 2013). Все это ограничивает применение реверса высокими скоростями движения, в результате чего на долю реверса приходится только примерно 30% энергии торможения.

Еще одним недостатком такой системы реверса при наличии бокового ветра и небольшого крена является возможность его несрабатывания при не выпущенных по какой-либо причине интерцепторах. В этом случае самолет может коснуться ВПП только левой или правой стойкой шасси. При этом могут происходить колебания по крену влево - вправо и обжатие то левой, то правой опор шасси. Одновременного обжатия обеих основных опор шасси может не произойти, из-за чего не произойдет автоматического выпуска воздушных тормозов и интерцепторов, а также реверсивных устройств двигателей, что приводит к катастрофе (https://ru.wikipedia.org/wiki/ Катастрофа Ту-204 во Внукове).

Известно устройство реверсирования тяги двигателя, содержащее перемещаемые элементы в виде створок, которые в закрытом положении составляют одно целое с наружной стенкой второго контура и поверхностью гондолы двигателя. В открытом положении створки открывают систему каналов для вывода реверсивной струи из двигателя, перекрывают второй контур двигателя и отводят поток воздуха в виде струй реверса. Внутри каждого перемещаемого элемента с передней стороны расположены элементы в форме лопаток, обеспечивающие направление отклоняемого потока (Патент РФ №2101534. F02K 1/56 (1995.01). 10.01.1998).

Недостатком такого устройства является его невысокая эффективность, связанная с тем, что значительный угол разворота потока в устройстве приводит к прилипанию реверсной струи к гондоле. Прилипание струи приводит к попаданию горячего воздуха на вход двигателя и его неустойчивой работе - помпажу. Кроме того, в этом устройстве происходит попадание струй реверса из открытых нижних створок на поверхность взлетно-посадочной полосы, а оттуда и в воздухозаборник двигателя. Это может вызвать помпаж двигателей на пробеге самолета с применением реверса тяги и повреждение рабочих лопаток компрессора посторонними предметами, забрасываемыми реверсивными струями с поверхности аэродрома. Такое влияние ВПП на заброс струй в двигатель заставляет экипаж отключать реверс тяги на высоких скоростях пробега и продолжать торможение за счет колес шасси, что приводит к значительной нагрузке, приходящейся на механические тормоза.

Известно устройство реверсирования тяги двигателя, содержащее отклоняющую решетку, а также внешнюю и внутреннюю силовые обечайки подвижного корпуса. Внешняя и внутренняя силовые обечайки соединены между собой каретками. Каретки установлены подвижно на осевых направляющих стержнях, которые закреплены на переднем и заднем неподвижных корпусах. Задние фланцы внутренней обечайки соединены с дополнительными внутренними стержнями. Осевые направляющие стержни выполнены полыми с возможностью размещения в их полостях внутренних стержней телескопически. Задние хвостовики внутренних стержней закреплены на задних фланцах внутренней силовой обечайки подвижного корпуса (Патент РФ №2439357. F02K 1/72 (2006.01), 01.01.2012).

Недостатком такого устройства является его невысокая эффективность, связанная с тем, что угол отклонения потока ограничен величиной в 110 - 150 градусов, так как больший разворот потока приводит к прилипанию реверсной струи к гондоле двигателя. Это приводит к попаданию струи на вход двигателя и его помпажу. Кроме того, устройство создает веерную струю воздуха, выходящую из направляющих решеток. Часть этой струи попадает на взлетно-посадочную полосу и создает «газовый вал» под двигателем и фюзеляжем самолета. Это также может вызвать помпаж двигателей и повреждение рабочих лопаток компрессора посторонними предметами, забрасываемыми реверсивными струями с поверхности аэродрома, искажению показаний приборной скорости у летного экипажа и вызывает появление кабрирующего момента самолета (А. Комов, С. Фадин. Проблемы применения реверса тяги. Aviation Explorer, 14 ноября 2013 года). Кроме того, веерная струя может попадать на вход не только собственного двигателя, но и соседнего двигателя при его наличии. Это заставляет экипаж отключать реверс тяги на высоких скоростях и продолжать торможение за счет механических тормозов колес шасси.

Указанные недостатки рассмотренных устройств связаны с отсутствием достаточного места для организации реверсных струй в пространстве между двигателем и обтекателем гондолы, в котором очень плотно расположены агрегаты и коммуникации двигателя. Использование развитого в осевом направлении отбора воздуха второго контура для реверса тяги позволяет весь воздух из второго контура подвести к расположенным в верхней части двигателя реверсным окнам в пространстве, расположенным между вторым контуром и внешней обечайкой двигателя с приемлемыми гидравлическими потерями при необходимом расходе.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание устройства реверса тяги, работающее при любой скорости движения самолета на полосе, то есть устройства, которое исключает прилипание реверсивной струи к гондоле двигателя и ее попадание на поверхность ВПП, что исключает заброс струи на вход как собственного, так и соседнего двигателя при его наличии. Кроме того, задачей является повышение эффективности действия собственно струи реверса и повышении устойчивости самолета на ВПП с низким коэффициентом сцепления путем прижатия самолета к полосе за счет работы реверса. Дополнительно задачей является создание реверса, имеющего возможность создавать боковую тягу двигателей для обеспечения надежности и безопасности посадки в условиях бокового ветра.

Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является повышение эффективности действия реверса тяги за счет увеличения угла отклонения реверсируемого потока без опасности заброса струи на вход в собственный или соседний двигатель и исключение попадания посторонних предметов с поверхности ВПП в двигатель. Другим техническим результатом является возможность использования реверса тяги при любой скорости движения самолета по ВПП, что приводит к существенному снижению длины пробега самолета при посадке, а также более безопасное и надежное движение самолета на полосе с низким коэффициентом сцепления в условиях сильного бокового ветра. Также техническим результатом является значительное снижение нагрузки на фрикционные тормоза самолета, устранение опасности их перегрева и продление срока службы фрикционных тормозов и пневматиков. Дополнительным техническим результатом является возможность осуществления самолетом разворотов малого радиуса на 180 градусов за счет работы двигателей одного борта в режиме прямой тяги, а двигателей противоположного борта в режиме реверса тяги, а также движения самолета задним ходом. Кроме того, техническим результатом является возможность более простой и безопасной посадки самолета в условиях сильного бокового ветра.

Получение технического результата изобретения осуществляется за счет того, что устройство имеет реверсные люки в верхней полуплоскости поверхности гондолы двигателя, симметрично расположенные относительно пилона двигателя и открываемые сдвигаемыми назад элементами хвостовой части внешней обечайки двигателя. В реверсных люках установлены выпускные окна в виде прямоугольных рам, плоскости которых установлены под углом 45 градусов по отношению к вертикальной плоскости симметрии двигателя. Выпускные окна уплотнены снизу плоскими листами с отогнутыми кромками, входящими в направляющие пазы выпускных окон и связанными со сдвигаемыми элементами внешней обечайки. В прямоугольных рамах выпускных окон установлены в продольном направлении поворотные направляющие лопатки, а сами рамы механически соединены с пилоном двигателя и с силовыми полукольцами, образуя жесткую силовую конструкцию. Периметр рам герметично соединен с обечайкой двигателя и стенками реверсных люков. Передняя часть реверсивного люка отделена герметично от второго контура двигателя кольцевым уплотнителем с торцевыми деформируемыми элементами, перемещаемыми внутри внешней обечайки второго контура. Задняя часть реверсивного люка отделена от второго контура системой складывающихся створок, перекрывающих полностью или частично проточную часть второго контура и в сложенном состоянии образующих внешнюю обечайку второго контура задней части реверсивного люка. Створки дополнены кольцевым уплотнителем с торцевыми деформируемыми элементами, охватывающим сложенные створки. На выпускных окнах размещены прижатые к ним вплотную поворотные сопла реверса, выполненные в виде прямоугольных рамок. На прямоугольных рамках сопел реверса и рамах выпускных окон натянута воздухонепроницаемая ткань, образующая складывающиеся каналы, глухие части рамок сопел через шарниры соединены с прямоугольными рамами выпускных окон и могут поворачиваться за счет действия штоков силовых гидроцилиндров. Глухая часть рамок сопел находится под обечайкой двигателя, в которой выполнены специальные разрезы для открытия дополнительного люка, освобождающего пространство для глухой части рамок сопел при их выдвигании. Под глухой частью рамок сопел уложены надувные подушки из эластичного материала, соединенная трубками с источником сжатого воздуха.

Устройство перекрытия потока второго контура двигателя представляет собой систему складывающихся створок, перекрывающих полностью или частично проточную часть второго контура и в сложенном состоянии образующих внешнюю обечайку второго контура задней части реверсивного люка. Перекрывающую систему радиальных каналов для вывода реверсного воздуха из двигателя, створки жестко соединены с изогнутыми рычагами, которые своими шарнирами связаны с силовой конструкцией и вращаясь в шарнирах перемещаются в радиальных плоскостях. Концевые шарниры рычагов соединены с силовым кольцом, которое соединено с перемещающими его гидроцилиндрами.

Створки на передней своей поверхности имеют соответствующие вырезы, которыми плотно примыкают к цилиндрической поверхности внутренней обечайки второго контура при полном перекрытии второго контура. Половина створок набора, установленных через одну, имеет продольные оттянутые уплотнительные кромки, которые в закрытом состоянии перекрывают в окружном направлении соседние створки, не имеющие таких кромок.

Объем, в котором размещены шарниры изогнутых рычагов створок и силовое кольцо, с которым соединены шарнирами концевые части рычагов, с перемещающими его гидроцилиндрами, герметично изолирован от остального пространства под обечайкой двигателя, что исключает утечку воздуха из радиальных каналов реверсных люков.

Выходной конус сопла двигателя имеет направляющие и привод для перемещения в осевом направлении.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами на фиг.1-7.

На фиг.1 схематически представлен продольный вид двигателя, подвешенного на пилоне под крылом самолета с открытым окном внешней обечайки и перекрытым вторым контуром.

На фиг.2 схематически показаны сечения двигателя, в разных режимах работы.

На фиг.3 показан механизм выдвижения реверсного сопла.

На фиг.4 схематически показано устройство открытия второго контура двигателя и герметизирующих второй контур двигателя уплотнителей.

На фиг.5 показано устройство перекрытия потока второго контура двигателя.

На фиг.6 а) и б) представлен двигатель, работающий в режимах боковой тяги и вертикальной тяги.

На фиг.7 показан двигатель, работающий в режиме собственно реверса.

Фигуры 8 и 9 иллюстрируют расчеты, данные в примере 1.

На фиг.8 показана расчетная схема к определению ветровых усилий, действующих на самолет Ил-96.

На фиг.9 дан график ветровых усилий на самолет при боковом ветре в зависимости от скорости ветра.

На фиг.1 представлен двигатель 1, подвешенный на пилоне 2 под крылом самолета. Реверсивное устройство имеет реверсные люки 3 в поверхности гондолы двигателя, которые открываются сдвигом подвижной хвостовой части 4 внешней обечайки двигателя 1. Реверсный люк 3 своей передней 5 частью и задней 6 частью симметрично расположен относительно кольцевой перегородки 7. Герметичное разделение полости передней 5 части реверсного люка 3 со вторым контуром 8 двигателя 1 осуществляется кольцевым уплотнительным элементом 9. Уплотнительный элемент 9 представляет собой цилиндрическое кольцо, которое фактически составляет часть внешней цилиндрической стенки второго контура 8 сдвигаемым в осевом направлении. Герметичное разделение полости задней 6 части реверсного люка 3 со вторым контуром 8 двигателя 1 осуществляется сдвигаемым в осевом направлении кольцевым уплотнительным элементом 10. Уплотнительный элемент 10 также представляет собой цилиндрическое кольцо. Внешняя кольцевая стенка второго контура 8 двигателя 1 напротив задней 6 части реверсного люка 3 набрана из складывающихся створок 11, перекрывающих полностью или частично проточную часть второго контура 8 двигателя 1. В сложенном состоянии набор створок плотно примыкает к кольцевому уплотнительному элементу 9, образуя вместе с ним внешнюю стенку второго контура 8 напротив реверсного люка 3. В корпусе реверсного люка 3 размещены поворотные направляющие лопатки 12. Выходной конус 13 сопла имеет направляющие и привод для перемещения в осевом направлении (не показано), что изменяет выходное сечение сопла при частичном перекрытии контура 8 двигателя 1.

На фиг.2 представлены поперечные сечения двигателя с различным положением элементов. Рисунок фиг.2 а) соответствует работе в режиме боковой тяги (левая часть рисунка) или режиме прижатия самолета к полосе (правая часть рисунка), а фиг.2 б) соответствует собственно работе реверса. В реверсных люках 3 с обеих сторон двигателя расположены выпускные окна 14 в виде прямоугольных рам, которые соединениями 15 соединены с пилоном 2 двигателя, а соединениями 16 соединены с силовыми полукольцами 17, в результате чего образуется жесткая силовая конструкция. Внутри прямоугольных рам выпускных окон 14 установлены поворотные направляющие лопатки 12. На выпускных окнах 14 при выключенном реверсе размещаются прижатые к ним вплотную поворотные сопла реверса 18, выполненные в виде прямоугольных рамок, проходное сечение которых совпадает с проходным сечением окон 14. Глухая часть рамок сопел 18 через поворотные шарниры соединена с прямоугольными рамами выпускных окон 14. На прямоугольных рамках сопел реверса 18 и выпускных окнах 14 натянуты воздуховоды 20 из воздухонепроницаемой ткани, образующие складывающиеся каналы. На фиг.2 б) сопла реверса 18 показаны в выдвинутом положении. Выдвигание сопел реверса 18 за пределы обечайки двигателя 1 осуществляется за счет действия штоков 19 силовых гидроцилиндров. На фиг.2 а) и б) показан кольцевой уплотнительный элемент 10. Элемент 10 уплотняет заднюю часть 6 реверсного люка 3. Собственно выпускные окна 14 уплотнены плоскими листами 21 с отогнутыми кромками, входящими в направляющие щели 22 выпускных окон 14. Более подробно это показано на виде I фиг.2. Уплотнительные листы 21 соединены с механизмами перемещения хвостовой части 4 внешней обечайки двигателя 1 (не показано). Под глухой частью рамок сопел 18 располагается надувная подушка 23 из эластичного материала, соединенная трубкой 24 с источником сжатого воздуха.

На фиг.3 более подробно показаны выпускные окна 14. Прямоугольные рамы окон 14 с местами соединениями 15 с пилоном 2 и с соединениями 16 с силовыми полукольцами 17 имеют переднюю 5 и заднюю 6 части. На рамах 14 размещаются прижатые к ним вплотную поворотные сопла реверса 18, глухая часть 25 рамок сопел 18 через шарниры соединена с прямоугольными рамами выпускных окон 14, в результате чего рамки 18 могут поворачиваться за счет действия штоков 19 силовых гидроцилиндров 26. Глухая часть 25 рамок сопел 18 находится под обечайкой двигателя 1, в которой выполнены специальные разрезы 27 для открытия дополнительного люка 28, освобождающего пространство для глухой части 25 рамок сопел 18 при их выдвигании.

На фиг.4 показано устройство герметизирующих второй контур двигателя уплотнителей и открывающее его. На фиг.4 а) внешняя цилиндрическая обечайка 29 внешнего контура двигателя в передней части 5 реверсного люка 3 перекрывается, а также уплотняется кольцевым уплотнительным элементом 9. Правая часть кольцевого элемента 9 жестко соединена с упорным кольцом 30, на котором размещен кольцевой деформируемый уплотнитель 31, который упирается в кольцевую перегородку 7. На виде II это представлено более подробно. Там же показано аналогичное уплотнение левой части кольцевого элемента 10, который уплотняет заднюю 6 часть реверсного люка 3. Здесь упорное кольцо 32, на котором размещен кольцевой деформируемый уплотнитель 33, упирается в кольцевую перегородку 7 с другой стороны. Упорное кольцо 30 жестко соединено с полой штоком-зубчатой рейкой 34 гидроцилиндра 35. В шток 34 входит закрепленный в кольцевой перегородке 7 направляющий стержень 36. Шток-зубчатая рейка 34 входит в зацепление с зубчатым колесом 37. С противоположной стороны зубчатое колесо 37 входит в зацепление с зубчатой рейкой 38, которая соединена со штоком 39. Шток 39 проходит через отверстие в кольцевой перегородке 7 и соединен с кольцевым уплотнительным элементом 10. На виде III подробно показано переднее уплотнение кольцевого уплотнительного элемента 9, который установлен внутри второго контура двигателя. Внешняя цилиндрическая обечайка 29 внешнего контура двигателя жестко соединена с кольцом 40. Уплотнительный элемент 9 в передней своей части развальцован почти до диаметра обечайки 29. За развальцовкой на внешнем диаметре уплотнительного элемента 9 неподвижно установлен кольцевой шариковый подшипник 41, упор 42 и деформируемый уплотнительный элемент 43, который в крайнем правом положении упирается в кольцо 40. Задняя часть 6 реверсного люка 3 перекрывается складывающимися створками 11. Створки 11, являющиеся элементами цилиндрической поверхности внешней стенки 29 второго контура двигателя, жестко соединены с изогнутыми рычагами 44. Рычаги 44 своими шарнирами 45 связаны с силовой конструкцией и вращаясь в шарнирах 45 перемещаются в радиальных плоскостях. Концевые шарниры 46 рычагов 44 установлены в специальных пазах силового кольца 47, которое соединено с перемещающими его гидроцилиндрами 48.

На фиг.5 показан вид спереди на устройство перекрытия потока второго контура двигателя. Как показано на видах А и Б-Б часть створок 11 имеют продольные оттянутые уплотнительные кромки 49. В закрытом состоянии уплотнительные кромки 49 перекрывают края соседних створок 11, не имеющих оттянутых кромок. На виде А показана развертка поверхности створок 11, которые в закрытом состоянии ложатся на кольцевую перегородку 7. Передние поверхности створок 11 имеют показанные вырезы, которыми створки при открытии ложатся на цилиндрическую поверхность внутренней обечайки второго контура как показано на виде В-В. На виде А они входят в контакт с соответствующими вырезами в уплотнительном элементе 9.

На виде В-В показано положение створки 11 при ее полном открытии. В этом положении передняя кромка створки 11 прижимается к внутренней цилиндрической поверхности внешнего контура 8 двигателя. Объем 50, в котором размещены концевые части изогнутых рычагов 44 створок 11 с шарнирами 45 крепления к силовой конструкции двигателя 1 и силовое кольцо 47, с которым соединены шарнирами 46 концевые части рычагов, с перемещающими его гидроцилиндрами 48, герметично изолирован от остального пространства под обечайкой двигателя 1. Герметизация объема 50 при закрытых уплотнительных элементах 9 и 10 исключает утечку воздуха из радиальных каналов реверсных люков при работе двигателя в режиме прямой тяги.

На фиг.6 показан вид двигателя при работе реверса тяги в двух режимах: а) работа двигателя с созданием боковой тяги при приземлении с боковым ветром и б) создание вертикальной тяги при касании полосы. В обоих этих случаях поворотные сопла реверса 18 вплотную прижаты к рамам 14.

На фиг.7 показан вид двигателя при собственно работе реверса тяги во время торможения самолета на полосе. Здесь реверсные сопла 18 выдвинуты за пределы обечайки двигателя в поток встречного воздуха.

Реверсивное устройство может работать в следующих режимах: режим создания боковой тяги при заходе на посадку в условиях бокового ветра, режим прижатия самолета к полосе после момента контакта шасси с полосой, собственно реверсный режим торможения.

Режим создания боковой тяги. При заходе на посадку в условиях бокового ветра в зависимости от направления ветра с соответствующей стороны двигателя открывают, реверсный люк 3 в поверхности гондолы двигателя, который открывается сдвигом подвижной хвостовой части 4 внешней обечайки двигателя 1 (привод не показан). Вид двигателя, работающего в этом режиме показан на фиг.6 а). При этом со сдвигом части 4 уплотнительный плоский лист 21, перемещаясь по направляющим щелям 22 выпускных окон 14 (Вид I фиг.2), открывает выпускное окно 14. Гидравлический двигатель 35 втягивает шток-зубчатую рейку 34. Происходит перемещение упорного кольца 30 вместе с кольцевым уплотнительным элементом 9 и открытие передней части 5 реверсного люка 3. При втягивании шток-зубчатой рейки 34 она вращает находящееся с ней в зацеплении зубчатое колесо 37, которое при этом перемещает зубчатую рейку 38. Зубчатая рейка 38 через шток 39, который проходит через отверстие в кольцевой перегородке 7, перемещает кольцевой уплотнительный элемент 10. В результате смещения уплотнительных элементов 9 и 10 открывается реверсный люк 3 на одной стороне двигателя 1. Одновременно с этим частично открываются складывающиеся створки 11 и выдвигается выходной конус 13 сопла двигателя, обеспечивая при данном режиме работы двигателя необходимую линейную и боковую тягу. Таким образом осуществляется доступ воздуха из второго контура 8 двигателя 1 к выпускным окнам 14. Поскольку периметр рам выпускных окон 14 герметично соединен с обечайкой двигателя и стенками реверсных люков 3 утечки воздуха высокого давления под обечайку двигателя не происходит. Поворотные направляющие лопатки 12 устанавливаются в горизонтальное положение (привод не показан), как показано на левой части фиг.2 а), что обеспечивает выпуск воздуха из двигателя в виде горизонтальной струи. Возникающее реактивное усилие струи (совместно с работой руля самолета) обеспечивает компенсацию сноса самолета боковым ветром без необходимости разворота самолета против ветра на угол сноса.

Режим прижатия самолета к полосе. Этот режим осуществляют в момент касания хотя бы одной стойкой шасси взлетно-посадочной полосы и показан на фиг.6 б). При этом наличие вертикальной тяги двигателей, прижимающей самолет к ВПП выравнивает самолет, в случае, если он коснулся ВПП одним шасси, исключает отскок самолета от ВПП, а также обеспечивает более надежное сцепление пневматиков шасси с полосой. Все это существенно повышает безопасность посадки. В этом режиме сдвигается подвижная хвостовая часть 4 внешней обечайки двигателя 1 с обеих его сторон, уплотнительные плоские листы 21, перемещаясь по направляющим щелям 22, открывают выпускные окна 14. Открытие доступа воздуха из второго контура 8 двигателя 1 к выпускным окнам 14 осуществляется так же, как и в случае работы в режиме боковой тяги. Поворотные направляющие лопатки 12 устанавливаются в вертикальное положение, как показано на правой части фиг.2 а). Возникающее реактивное усилие вертикальных струй обеспечивает прижатие самолета к ВПП.

Реверсный режим. Переход в реверсный режим осуществляется после контакта самолета с ВПП за счет выдвижения реверсных сопел. Вид двигателя, работающего в этом режиме показан на фиг.7. После проведения всех действий, осуществляемых в предыдущем режиме, гидравлические цилиндры 26 выдвигая штоки 19 воздействуют ими на прямоугольные рамки сопел 18 реверса. В результате глухие части 25 рамок сопел 18 поворачиваются вокруг своих осей вращения, открывают дополнительные люки 28 и выводят рамки сопел 18 за пределы сечения двигателя 1 в поток встречного воздуха. При этом сложенные стенки 20 сопел 18, выполненные из воздухонепроницаемой ткани распрямляются. Воздух от одного из отборов из компрессора двигателя с давлением, превышающим давление во втором контуре двигателя, через управляющий клапан (не показано) по трубке 24 подается в надувную подушку 23 из эластичного материала. Подушка раздувается, в результате чего внутренняя стенка воздуховода из воздухонепроницаемой ткани, растягивается подушкой и принимает ее форму. При этом другие стенки воздуховода раздуваются внутренним давлением поступающего в него воздуха. При выдвижении сопел 18 за пределы сечения двигателя 1 в поток встречного воздуха поворотные направляющие лопатки 12 устанавливаются в положение, перпендикулярное плоскости выпускных окон 14. По завершению работы реверсных сопел из подушки 23 быстро удаляется воздух, например, за счет эжектора (не показано), после чего гидравлические цилиндры 26, втягивая штоки 19 прижимают рамки сопел 18 к поверхности рам 14. После этого перекрывается отбор воздуха из внешнего контура двигателя, что осуществляется действиями, указанными при описании режима боковой тяги, но проводимыми в обратном порядке.

В силу предложенной организации потока реверсного воздуха он не попадает на ВПП, кроме того исключено попадание этого воздуха как на вход собственного, так и на вход соседних двигателей. Вертикальная составляющая реверсной тяги прижимает самолет к ВПП, что благоприятно сказывается на сцеплении пневматиков с полосой, особенно в случае наличия влаги, снега и т.д., а возможность создания боковой тяги существенно увеличивает безопасность посадки в условиях бокового ветра. Пример 1.

Применительно к определению боковых сил ветра, действующих на самолет, проведен оценочный расчет для самолета ИЛ-96-300. Поперечное обтекание фюзеляжа самолета схематически представлено поперечным обтеканием 16 цилиндров, в которые вписан фюзеляж, поперечное обтекание киля рассмотрено, как поперечное обтекание плоской прямоугольной пластины той же площади. Размеры цилиндров и пластины определены по чертежу самолета ИЛ-96-300 (https://alldrawings.ru/risunki/item/samolet-ilvushin-il96-300-chertezhi-gabaritv-risunki?ysclid=16z7pnaoig396093892). Расчетная схема представлена на Фиг. 8. Данные по коэффициентам сопротивления взяты из Справочника по гидравлическим сопротивлениям. И.Е. Идельчик. М. 1992, 672 с.

На Фиг. 9 представлены результаты оценки необходимых компенсирующих боковых усилий в зависимости от скорости бокового ветра при температуре 20°С и нормальном давлении. Здесь F_s -суммарное усилие, Ff -усилие на фюзеляж, a Ft - усилие, действующее на киль. При заходе на посадку в режиме полетного малого газа тяга двигателя ПС-90 равна 5400 кгс. В крейсерском режиме тяга равна 12500 кгс. Если из двигателя, работающего в крейсерском режиме, отбирать 1-5400/12500 = 0.568 воздуха в устройство боковой тяги, то он будет как раз обеспечивать линейную тягу 5400 кгс. Тогда боковая тяга этого отобранного воздуха может быть равна 7100 кгс. При работе четырех двигателей их боковая тяга может быть оценена в 28400 кгс, а с учетом бокового усилия руля - в 56800 кгс. При таком усилии в соответствии с графиком сил на фиг.9 самолет может противостоять сносу при скоростях чуть более 55 м/с, что более, чем достаточно. Для сравнения максимальная сила бокового ветра, при которой разрешены полеты: АН-24 - 12 м/с; Ту-154 - 17 м/с; Ту-134- 20 м/с; Sukhoi Superjet 100- 18 м/с; Boeing 737 - 18 м/с; Airbus 320 - 6 м/с (https://www.biletik.aero/handbook/pomoshch/perelet/chem-opasen-silnyv-veter-pri-posadke-samolyeta/?ysclid=l6i7iu4sx6474230265). Известны успешные посадки при скоростях бокового ветра свыше 30 м/с, но их следует отнести к экстремальным. В основном же, самолеты перестают взлетать и совершать посадку уже при 17 м/с.Ограничения установлены для того, чтобы обеспечить безопасность пассажиров и членов экипажа.

Суммарная ветровая нагрузка, определяющая снос самолета, компенсируется усилиями, приложенными к самолету со стороны двигателей, обеспечивающих боковую тягу, и руля направления. Регулируя соотношение прямой тяги двигателей наветренной и подветренной сторон самолета и используя руль, можно максимально погасить и разворачивающий момент, в результате которого происходит разворот самолета на угол сноса. Таким образом, во время посадки даже при сильном ветре можно провести самолет на осевую линию посадочной полосы без угла сноса, как в безветренную погоду. Пример 2.

Оценим возможность прижатия к ВПП реверсом самолета ТУ-204 по предлагаемому способу. При анализе аварии (https://ru.wikipedia.org/wiki/ Катастрофа Ту-204 во Внукове) установлено, что колебания по крену при попеременном обжатии то левой, то правой опор шасси происходили с креном от 4.4° влево до 2,6° вправо. Это означает, что при расстоянии между колесами шасси ТУ-204 примерно 8.7 м, правые колеса находилось над полосой на расстоянии около 0.66 м, когда левые колеса находилось на полосе. Для двухдвигательного самолета Ту-204 можно принять согласно примеру 1, что вертикальная тяга реверса двигателя ПС-90 составляет 7100 кгс. При посадочной массе самолета, равной 88000 кг время перемещения самолета на 0.66 м по вертикали за счет такой прижимающей силы составит примерно 1.3 с. Для сравнения: время включения реверса должно быть не более 2 с. После этого попеременное обжатие то левой, то правой опор шасси будет невозможно, а обжатие опор выровняется и произойдет автоматический выпуск воздушных тормозов и интерцепторов, если они еще не были выпущены. Это говорит о том, что при обжатии только одной стойки шасси после касания ВПП в предлагаемом способе можно и нужно включать реверс тяги.

При работе реверса воздух выводят из двигателя через реверсные люки, расположенные в верхней части двигателя. В реверсных люках установлены выпускные окна в виде прямоугольных рам, плоскости которых установлены под углом 45° по отношению к вертикальной плоскости симметрии двигателя. При этом возможен вывод воздуха следующим образом: горизонтально в бок для посадки самолета в условиях бокового ветра, вертикально для прижатия самолета к полосе после касания шасси и собственно реверсного торможения за счет вывода воздуха вперед и вверх из реверсных люков за счет выведения реверсных сопел за пределы обечайки двигателя в поток встречного воздуха. Смена направления потока воздуха осуществляется решеткой направляющих лопаток, а также выведением в поток встречного воздуха за пределы обечайки двигателя рамок реверсных сопел, стенки которых выполнены из воздухонепроницаемой ткани. Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является повышение эффективности действия реверса тяги. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Реверсивное устройство двухконтурного газотурбинного двигателя, состоящее из устройства перекрытия потока второго контура двигателя, системы радиальных каналов для вывода реверсного воздуха из двигателя, устройств открытия и закрытия отверстий радиальных каналов со стороны второго контура и устройств открытия и закрытия просвета в поверхности гондолы для вывода реверсных струй, отличающееся тем, что оно имеет реверсные люки в верхней полуплоскости поверхности гондолы двигателя, симметрично расположенные относительно пилона двигателя, открываемые сдвигаемыми назад элементами хвостовой части внешней обечайки двигателя, в реверсных люках установлены выпускные окна в виде прямоугольных рам, плоскости которых установлены под углом 45 градусов по отношению к вертикальной плоскости симметрии двигателя, выпускные окна уплотнены снизу плоскими листами с отогнутыми кромками, входящими в направляющие пазы выпускных окон и связанными со сдвигаемыми элементами внешней обечайки, в прямоугольных рамах выпускных окон установлены в продольном направлении поворотные направляющие лопатки, а сами рамы механически соединены с пилоном двигателя и с силовыми полукольцами, образуя жесткую силовую конструкцию, при этом периметр рам герметично соединен с обечайкой двигателя и стенками реверсных люков; передняя часть реверсивного люка отделена герметично от второго контура двигателя кольцевым уплотнителем с торцевыми деформируемыми элементами, перемещаемым внутри внешней обечайки второго контура, а задняя часть реверсивного люка отделена от второго контура системой складывающихся створок, перекрывающих полностью или частично проточную часть второго контура и в сложенном состоянии образующих внешнюю обечайку второго контура задней части реверсивного люка, и кольцевым уплотнителем с торцевыми деформируемыми элементами, охватывающим сложенные створки; на выпускных окнах размещены прижатые к ним вплотную поворотные сопла реверса, выполненные в виде прямоугольных рамок, на прямоугольных рамках сопел реверса и рамах выпускных окон натянута воздухонепроницаемая ткань, образующая складывающиеся каналы, глухие части рамок сопел через шарниры соединены с прямоугольными рамами выпускных окон и могут поворачиваться за счет действия штоков силовых гидроцилиндров, при этом глухая часть рамок сопел находится под обечайкой двигателя, в которой выполнены специальные разрезы для открытия дополнительного люка, освобождающего пространство для глухой части рамок сопел при их выдвигании, а под глухой частью рамок сопел уложены надувные подушки из эластичного материала, соединенные трубками с источником сжатого воздуха.

2. Реверсивное устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство перекрытия потока второго контура двигателя представляет собой систему складывающихся створок, перекрывающих полностью или частично проточную часть второго контура и в сложенном состоянии образующих внешнюю обечайку второго контура задней части реверсивного люка, перекрывающую систему радиальных каналов для вывода реверсного воздуха из двигателя, створки жестко соединены с изогнутыми рычагами, которые своими шарнирами связаны с силовой конструкцией двигателя и, вращаясь в шарнирах, перемещаются в радиальных плоскостях, а концевые шарниры рычагов соединены с силовым кольцом, которое соединено с перемещающими его гидроцилиндрами.

3. Реверсивное устройство по п. 1, отличающееся тем, что створки на передней своей поверхности имеют соответствующие вырезы, которыми плотно примыкают к цилиндрической поверхности внутренней обечайки второго контура при полном перекрытии второго контура, половина створок набора, установленных через одну, имеет продольные оттянутые уплотнительные кромки, которые в закрытом состоянии перекрывают в окружном направлении соседние створки, не имеющие таких кромок.

4. Реверсивное устройство по п. 1, отличающееся тем, что объем, в котором размещены концевые части изогнутых рычагов створок с шарнирами крепления к силовой конструкции двигателя и силовое кольцо, с которым соединены шарнирами концевые части рычагов, с перемещающими его гидроцилиндрами, герметично изолирован от остального пространства под обечайкой двигателя, что исключает утечку воздуха из радиальных каналов реверсных люков.

5. Реверсивное устройство по п. 1, отличающееся тем, что выходной конус сопла двигателя имеет направляющие и привод для перемещения в осевом направлении.