СПЕЦУСТРОЙСТВО ВОЗДУХОЗАБОРНИКА С ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ Российский патент 2024 года по МПК B64D15/04 

Изобретение относится к оборудованию многорежимных самолетов, в частности к устройствам воздухозаборников, а именно к противолокационным решеткам, размещаемым, как вариант, в воздухозаборниках летательных аппаратов.

Одним из основных требований, предъявляемых к современным самолетам, является малый уровень заметности в радиолокационном диапазоне длин волн. Суммарная радиолокационная заметность самолета в передней его полусфере в значительной степени определяется вкладом воздухозаборников и входных устройств двигателя. И для снижения радиолокационной заметности в воздушном канале воздухозаборника устанавливается противорадиолокационная решетка.

Например, из уровня техники (RU 2623031 С1) известен воздухозаборник, в воздушном канале которого для снижения радиолокационной заметности установлена противолокационная решетка.

Данный источник информации был принят в настоящей заявке в качестве наиболее близкого аналога.

При обтекании воздушным потоком на определенных режимах полета (чаще всего при наборе высоты во время прохождения через облачность) вокруг обтекаемых поверхностей, в частности, противолокационных решеток, возникают условия (сочетание температуры и влажности), способствующие образованию льда, который впоследствии может оторваться и нанести механические повреждения, ведущие к выходу из строя объекта или отдельных его агрегатов и систем.

Наиболее распространенными зонами для обледенения в полете являются передние кромки обтекаемых поверхностей (крыла, оперения, входы в воздухозаборники и т.д.).

Также обледенение часто возникает на поверхности в зоне, удаленной на некоторое расстояние от передних кромок по направлению потока. Такое явление называется «барьерный лед».

В зависимости от формы кромки характер обледенения может отличаться формой нарастающего льда. На острых кромках (характерных для сверхзвуковых самолетов) наросты льда имеют в поперечном сечении кромки треугольную форму. На закругленных кромках обледенение начинается вокруг радиуса скругления кромки и в точке торможения потока имеет наибольшую толщину.

Барьерный лед образуется на поверхности в виде застывшей поверхностной капели, которая со временем нарастает, пока не скалывается с поверхности. Слой данного льда имеет бугристую форму (толщина неравномерная по поверхности).

Таким образом, перед авторами заявленного изобретения была поставлена задача - устранение образование льда на обтекаемых воздушной средой деталях, имеющих малую строительную высоту, как в частности на поверхностях деталей противолокационной решетки воздухозаборника.

Из уровня техники известны различные варианты попыток устранения проблемы образования льда на обтекаемых поверхностях самолета.

Например, из источника JPH 04110299 А известна система предотвращения образования льда на передней обтекаемой воздушной средой кромке крыла, которая представляет собой систему трубок, размещенных во внутреннем пространстве крыла, которые обеспечивают подвод горячей среды (воздуха) к передней кромке крыла, обеспечивая ее подогрев. При этом, на передней кромке крыла располагаются отверстия, предназначенные для выпуска горячей среды на поверхность крыла, также для его обогрева.

Подобное техническое решение раскрыто и в источнике RU 2736706 С2.

Из источника WO 2020160906 А1 известен воздухозаборник, который оснащен противообледенительной системой, которая предотвращает образование льда на передних кромках воздухозаборника за счет принудительной циркуляции горячего воздуха в его внутреннем пространстве. Выход горячего воздуха наружу осуществляется через по меньшей мере одно отверстие, расположенное дальше по потоку от передней кромки воздухозаборника.

Из источника US 2020346764 А1 также известен противообледенительный воздухозаборник, образование льда в котором предотвращается системой трубок внутри корпуса воздухозаборника, по которым циркулирует горячая среда.

Однако, ни одна из приведенных выше систем не имеет возможность быть установленной в противолокационной решетке, поскольку детали (пилоны и сектора) самой противолокационной решетки являются на столько тонкими, что их внутреннее пространство не имеет возможности размещения трубок с горячей средой. И даже если разместить систему трубок внутри радиолокационной решетки эти трубки будут на столько маленького диаметра, что воздух, перемещаемых по ним, будет настолько быстро остывать, что не позволит предотвратить образование льда на передних кромках и всех поверхностях этих деталей.

Кроме того, из уровня техники также не известна ни одна система и не известно ни одно устройство, которые бы могли обеспечить предотвращение образования льда при помощи горячей среды на обтекаемых воздушной средой поверхностях противолокационной решетки.

Таким образом, техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности предотвращения образования льда на обтекаемых окружающей средой поверхностях противолокационной решетки или иных тонкостенных конструкций, размещенных в воздушных каналах.

Поставленный технический результат полностью достигается заявленной в независимом пункте формулы совокупностью признаков изобретения.

Дополнительным техническим результатом, обеспечиваемым заявленным изобретением, является выполнение решетки с противообледенительной системой сборной, что упрощает ее монтаж и изготовление.

При выполнении поставленной задачи была также решена задача применения силового крепежа, соединяющего тонкостенные конструкции без его выступания в воздушный обтекаемый поток.

Противообледенительная система для воздухозаборника состоит из перекрещенных пилонов и поперечных секторов, соединяющих пилоны, образуя единый жесткий полый контур, где пилоны и секторы выполнены из герметично соединенных панелей и крышек, на внутренних поверхностях которых выполнены внутренние профилированные канавки, соответствующие друг другу, образуя единую сеть внутренних профилированных каналов, предназначенную для обеспечения подвода обогревающего вещества к зонам, требующим обогрева. Поперечное сечение каналов является переменным. В местах поворота каналов, в том числе и в местах сочленения пилонов и секторов, площадь поперечного сечения каналов увеличивается. На панелях и крышках пилонов и секторов во всех зонах передних кромок омываемых поверхностей расположены калиброванные отверстия, имеющие вытянутую форму, соединенные с сетью внутренних профилированных каналов. Отверстия располагаются вдоль омываемых кромок длинными своими сторонами.

Отверстия располагаются по линии вдоль омываемых кромок на расстоянии друг от друга, равном длине самих отверстий.

Отверстия направлены на боковые поверхности деталей с их минимальным приближением к передним кромкам.

В местах сочленения пилонов и секторов установлены съемные разъемы с каналами, соответствующие каналам на сочленяемых поверхностях.

Панели и крышки пилонов и секторов соединены при помощи герметизирующего клея и заклепочных соединений.

Панели и крышки пилонов и секторов выполнены из теплопроводного материала.

Пилоны и сектора соединены между собой силовым крепежом, состоящим из болта и гайки, не выпирающем в воздушный поток, при этом болт выполнен полым и развальцованным в гайке, причем развальцовка получена путем накручивания на болт гайки.

В конструкции пилонов и секторов применена лучевая форма воздушных каналов.

Конструкция входных каналов теплоносителя секторов в зонах перехода потоков из каналов пилонов в каналы секторов под прямым углом разбита на два приемных канала в секторе.

Далее более подробно заявленное изобретение поясняется чертежами, на которых:

Фиг. 1 - фрагмент противолокационной решетки, размещенный в воздушном канале (вид спереди).

Фиг. 2 - типовая конструкция пилонов противолокационной решетки.

Фиг. 3 - типовая конструкция секторов противолокационной решетки.

Фиг. 4 - профиль площадей каналов перепуска теплоносителя из пилонов в сектора на противолокационные решетки.

Фиг. 5 - профиль перетекания теплоносителя из пилонов в сектора на противолокационные решетки.

Фиг. 6 - установка силового крепежа крепления секторов к пилонам.

На прилагаемых чертежах следующими позициями обозначены:

1 - пилоны,

1-1 - панель пилона,

1-2 - крышка пилона,

2 - сектора,

2-1 - панель сектора,

2-2 - крышка сектора,

3 - кронштейн крепления пилонов в воздушном канале,

4 - зона выхода теплоносителя из пилона в сектора,

4-1 - каналы для теплоносителя в пилоне,

5 - зона входа теплоносителя в сектора,

5-1 - каналы для теплоносителя в секторах,

6 - зона прогрева,

7 - профилированные отверстия пилона для выброса теплоносителя,

8 - профилированные отверстия секторов для выброса теплоносителя,

9 - спец болт крепления тонкостенных тел,

9-1 - болт,

9-2 - гайка,

10 - передняя кромка воздушного канала,

11 - подача теплоносителя,

X - теоретический контур воздушного канала.

Заявленная противообледенительная система воздухозаборника состоит из двух перекрещивающихся пилонов (1), между частями которых установлены поперечные сектора (2). Пилоны (1) в свою очередь соединены с воздушным каналом через полые кронштейны (3), подводящие теплоноситель (горячий воздух) во всю конструкцию, например, противолокационной решетки. Противолокационная решетка представляет собой совокупность каналов (4-1, 5-1), расположенных внутри пилонов (1) и секторов (2), для подвода теплоносителя к зонам вероятного обледенения омываемой поверхности с выбросом теплоносителя через профилированные отверстия (7, 8) на поверхность. Каждый из пилонов (1) и сектора (2) выполнен из панели (1-1, 2-1) и крышки (1-2, 2-2), которые соединены между собой при помощи клея и заклепочных соединений. На внутренних поверхностях панелей (1-1, 2-1) выполнены внутренние профилированные каналы, которые соответствуют внутренним профилированным каналам на внутренних поверхностях крышек (1-2, 2-2), которые в совокупности образуют единые внутренние профилированные каналы, предназначенные для обеспечения подвода обогревающего вещества (теплоносителя) к зонам, требующим обогрева. На панелях (1-1, 2-1) и крышках (1-2, 2-2) пилонов (1) и секторах (2) в зонах наиболее вероятного скопления льда (передние кромки омываемых поверхностей, и зона, эквидистантная передним кромкам на расстоянии порядка 150 мм по направлению омывающего потока) расположены профилированные отверстия (7, 8), которые выполнены вытянутыми и располагаются вдоль омываемых кромок длинными своими сторонами. Отверстия (7, 8) располагаются по линии вдоль омываемых кромок на расстоянии друг от друга, равном длине самих отверстий (7, 8), что обеспечивает максимальную эффективность обогрева поверхности, а также устраняет снижение жесткости конструкции. Таким образом обеспечивается предотвращение скопления льда на передних кромках омываемой поверхности решетки и в зоне образования «барьерного льда». Панели (1-1, 2-1) и крышки (1-2, 2-2) выполнены из теплопроводного материала для обеспечения максимальной эффективности теплопередачи от обогревающего вещества на внешнюю поверхность решетки.

Пилоны (1) и сектора (2) образуют единое устройство противолокационную решетку, внутри которой расположена внутренняя единая разветвленная сеть каналов для обогревающего вещества. Площадь поперечного сечения каналов изменяется в зависимости от расчетной скорости течения обогревающего вещества в них. В местах поворота каналов (в том числе и в местах сочленения пилонов и секторов) площадь поперечного сечения увеличивается для обеспечения минимального отклонения по давлению и расходу обогревающего вещества.

В местах сочленения сборочных единиц (пилонов и секторов), а также в местах установки противолокационной решетки на базовой поверхности установлены съемные разъемы в кронштейнах (3) с использованием механических соединений для обеспечения монтажа, демонтажа и обслуживания на этапах первичной сборки и эксплуатации. Механические соединения деталей конструкции предусматривают возможность совместной разделки отверстий при первичной сборке. Таким образом обеспечивается компенсация отклонений формы и расположения поверхностей собранного изделия от заданного контура; в местах разъемов обеспечивается надежное прилегание смежных поверхностей для достижения требуемого уровня герметичности конструкции и точности совпадения внутренних контуров каналов на прилегаемых поверхностях.

Таким образом, теплоноситель (горячий воздух) поступает в сеть каналов противолокационной решетки под давлением и растекается по ней за счет переменного поперечного сечения, обеспечивая требуемое давление теплоносителя и обогревает всю поверхность решетки, и при достижении отверстий (7, 8) выходит наружу, обеспечивая предотвращение образования «барьерного льда».

В конструкции пилонов и секторов оптимизированы геометрические параметры передних кромок сечений пилонов с интегрированием в них отверстий выброса воздуха как можно ближе к передней кромке данного сечения. Данная геометрическая оптимизация позволяет прогреть всю переднюю кромку пилонов, секторов и кронштейнов навески противолокационная решетки имея при этом безопасную и прочную конструкцию, а также выполнить защиту поверхности пилонов и кронштейнов навески от барьерного льда.

В конструкции пилонов, секторов и кронштейнов навески отверстия выброса воздуха направлены только на боковые поверхности деталей, а не на встречу воздушному скоростному напору, который в данном исполнении не забивает выходные отверстия. Данное техническое решение позволяет прогреть все передние кромки пилонов, секторов и кронштейнов навески противолокационной решетки, а также выполнить защиту всех поверхностей пилонов, секторов и кронштейнов навески от барьерного льда. Выполнение данных отверстий в прямом направлении к набегающему воздушному потоку на больших скоростях является не эффективной, так как происходит запирание потока в отверстиях выхода воздуха, и система становится не продуваемой и как следствие не эффективной.

Конструкция входных каналов теплоносителя секторов, в зонах перехода потоков из каналов пилонов в каналы секторов под прямым углом, выполнена не единым каналом, а разбита на два приемных канала в секторе. Такое решение позволяет увеличить длину периметра входных каналов секторов, что при малой их строительной высоте позволяет сохранить и увеличить общую площадь проходного сечения по сравнению с проходным сечением пилона подводящего тепловой носитель к секторам противолокационная решетки. Также данное решение позволяет проставить дополнительные точки крепления соединяющих пилоны и сектора в зонах установки внешних аэродинамических профилированных обтекателей каналов (4-1, 5-1).

Закрепление секторов за пилоны выполнено на специальном силовом крепеже - спец болте крепления тонкостенных тел (9), не выступающем за габариты толщины пилонов, что в свою очередь не дает в данных зонах скапливаться барьерному льду, так как внешняя поверхность пилонов и секторов остается всегда без выпирающих из нее соединений, как это могло бы быть с обычным классическим соединением потайной болт с выступающей гайкой. Защита от раскручивания данного типа соединения применена в виде прессовки полой части болта в пазы спец гайки, что в дополнении с применением клеевого вида стопорения данного типа соединения повышает дополнительную надежность этого соединения от раскручивания и, как следствие, дополнительную защиту силовой установки (двигателя) от попадания посторонних предметов в виде крепежных изделий с конструкции противообледенительной системы.

Противообледенительная система для воздухозаборника состоит из перекрещенных пилонов и поперечных секторов, соединяющих пилоны. Пилоны и секторы выполнены из герметично соединенных панелей (1-1, 2-1) и крышек (1-2, 2-2), на внутренних поверхностях которых выполнены внутренние профилированные канавки, образуя сеть каналов. Поперечное сечение каналов является переменным. В местах поворота каналов, площадь поперечного сечения каналов увеличивается. На панелях (1-1, 2-1) и крышках (1-2, 2-2) пилонов и секторов во всех зонах передних кромок омываемых поверхностей расположены калиброванные отверстия, имеющие вытянутую форму, соединенные с сетью внутренних профилированных каналов. Достигается повышение эффективности предотвращения образования льда на различных поверхностях в воздушных каналах. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Противообледенительная система для воздухозаборника, состоящая из перекрещенных пилонов и поперечных секторов, соединяющих пилоны, образуя единый жесткий полый контур, где пилоны и секторы выполнены из герметично соединенных панелей и крышек, на внутренних поверхностях которых выполнены внутренние профилированные канавки, соответствующие друг другу, образуя единую сеть внутренних профилированных каналов, предназначенную для обеспечения подвода обогревающего вещества к зонам, требующим обогрева, причем поперечное сечение каналов является переменным, при этом в местах поворота каналов, в том числе и в местах сочленения пилонов и секторов, площадь поперечного сечения каналов увеличивается, при этом на панелях и крышках пилонов и секторов во всех зонах передних кромок омываемых поверхностей расположены калиброванные отверстия, имеющие вытянутую форму, соединенные с сетью внутренних профилированных каналов, причем отверстия располагаются вдоль омываемых кромок длинными своими сторонами.

2. Противообледенительная система для воздухозаборника по п. 1, отличающаяся тем, что отверстия располагаются по линии вдоль омываемых кромок на расстоянии друг от друга, равном длине самих отверстий.

3. Противообледенительная система для воздухозаборника по п. 1, отличающаяся тем, что отверстия направлены на боковые поверхности деталей с их минимальным приближением к передним кромкам.

4. Противообледенительная система для воздухозаборника по п. 1, отличающаяся тем, что в местах сочленения пилонов и секторов установлены съемные разъемы с каналами, соответствующие каналам на сочленяемых поверхностях.

5. Противообледенительная система для воздухозаборника по п. 1, отличающаяся тем, что панели и крышки пилонов и секторов соединены при помощи герметизирующего клея и заклепочных соединений.

6. Противообледенительная система для воздухозаборника по п. 1, отличающаяся тем, что панели и крышки пилонов и секторов выполнены из теплопроводного материала.

7. Противообледенительная система для воздухозаборника по п. 1, отличающаяся тем, что пилоны и секторы соединены между собой силовым крепежом, состоящим из болта и гайки, не выпирающем в воздушный поток, при этом болт выполнен полым и развальцованным в гайке.

8. Противообледенительная система для воздухозаборника по п. 1, отличающаяся тем, что в конструкции пилонов и секторов применена лучевая форма воздушных каналов.

9. Противообледенительная система для воздухозаборника по п. 1, отличающаяся тем, что конструкция входных каналов теплоносителя секторов в зонах перехода потоков из каналов пилонов в каналы секторов под прямым углом разбита на два приемных канала в секторе.