ES2258959T3 - Tobera de escape simetrica respecto al eje, convergente divergente. - Google Patents
Tobera de escape simetrica respecto al eje, convergente divergente.Info
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Abstract
Tobera de expulsión de turbo-reactor, simétrica con respecto al eje, convergente divergente, que comprende una corona de aletas convergentes (3) articuladas en la extremidad de aguas abajo (5) de una estructural anular fija (2), y una corona de aletas divergentes (6) articuladas en la extremidad de aguas abajo (8) de las aletas convergentes (3), estando además las citadas aletas divergentes (6) unidas a un anillo de orientación o vectorización (13) accionado por una pluralidad de gatos (20) anclados en la estructural fija (2) con el fin de permitir la regulación de la sección de salida de la parte divergente y la desviación del chorro de los gases expulsados con relación al eje X del turbo-reactor, estando los gatos (20) unidos al anillo de orientación (13) mediante una unión de rótula (22), en la cual cada gato (20) está fijado a la estructura fija (2) por medio de un elemento estructural (31) y de una articulación (32) y comprende un manguito (25) de recuperación de los esfuerzos tangenciales susceptible de deslizar sobre la superficie externa del gato (20).
Description
Tobera de escape simétrica respecto al eje,
convergente divergente.
La invención se refiere a una tobera de
expulsión de turbo-reactor, simétrica con respecto
al eje, convergente divergente, que comprende una corona de aletas
convergentes articuladas en la extremidad aguas abajo de una
estructura anular fija, y una corona de aletas divergentes
articuladas en la extremidad aguas abajo de las aletas convergentes,
estando además las citadas aletas divergentes unidas a un anillo de
orientación o orientación accionado mediante una pluralidad de
gatos anclados en la estructura fija, con el fin de permitir la
regulación de la sección de salida de la parte divergente y la
desviación del chorro de los gases expulsados con relación al eje
del turbo-reactor.
Las toberas de expulsión simétricas con respecto
al eje, convergentes divergentes, modernas, que comprenden un
dispositivo de desviación del chorro, permiten aumentar la agilidad
de los aviones que están equipados con ellas, en combate aéreo
próximo, reducir la distancia de despegue y la detectabilidad
mediante radar por supresión o disminución de la deriva y aumentar
el radio de acción del avión por reducción de la resistencia. Las
tecnologías utilizadas últimamente por los motoristas consisten en
obtener la función de orientación del empuje al nivel de las aletas
divergentes solamente. Este concepto permite movimientos rápidos de
orientación, puesto que la inercia de las masas en movimiento es
débil, comparativamente con una solución de orientación de toda la
tobera.
En las toberas orientables de este tipo, las
aletas divergentes están unidas al anillo de orientación mediante
aletas secundarias frías o bielas articuladas en la extremidad aguas
abajo de las aletas divergentes. Cuando los desplazamientos
longitudinales de los vástagos de los gatos se realizan de manera
diferente, se produce un movimiento de basculación del plano del
anillo de orientación con relación al eje del
turbo-reactor, lo que arrastra las aletas
secundarias frías o las bielas unidas a la extremidad de las aletas
divergentes, lo que tiene como efecto inclinar la vena formada por
la pluralidad de las aletas divergentes con relación al eje del
turbo-reactor. Cuando los desplazamientos de los
vástagos de los gatos son idénticos, el anillo de orientación se
desplaza en traslación, lo que permite modificar la sección de
salida de la parte divergente de la
tobera.
tobera.
Para que el ángulo de inclinación esté
perfectamente controlado, es necesario que el anillo de orientación
se mantenga con relación a la estructura anular fija. Además, la
inclinación del vector de empuje produce una repartición
diferencial de presión sobre la periferia de las aletas divergentes
y sobre las aletas secundarias frías o bielas que unen el anillo de
orientación a las aletas divergentes. Esto produce esfuerzos
laterales sobre el anillo de orientación unido a la estructura
anular fija de la tobera.
Se conocen varias soluciones para mantener el
anillo de orientación sensiblemente concéntrico con el eje del
turbo-reactor e impedir que se desplace lateralmente
por la acción de los esfuerzos laterales expuestos
anteriormente.
En el documento WO 92/03649, el anillo de
orientación comprende tres patines radiales, dirigidos hacia el
exterior y espaciados regularmente 120º alrededor del eje del
anillo, que deslizan en correderas axiales espaciadas 120º
alrededor del eje de la turbo-máquina y solidarios
de la estructura fija, estando los vástagos de los gatos articulados
en la extremidad de los patines. Estos patines y estas correderas
aseguran la colocación del anillo de orientación y la recuperación
de los esfuerzos laterales.
En el documento US 5 239 815, la colocación del
anillo de orientación está asegurada por una pared esférica
solidaria del anillo de orientación en apoyo contra una pared
exterior solidaria de la estructura fija, y la recuperación de los
esfuerzos laterales está asegurada por rodillos soportados por el
anillo y que giran en raíles unidos a la estructura fija.
El documento US 5 174 502 prevé colocar el
anillo de orientación y recuperar los esfuerzos laterales mediante
correderas rectangulares solidarias de la estructura fija e
independiente de los gatos, estando estas correderas unidas al
anillo de orientación mediante rótulas integradas en horquillas
articuladas radialmente sobre la corredera.
La invención se ha dado con el objeto de
reagrupar en los gatos las funciones de mando y de colocación del
anillo de orientación, así como la recuperación de los esfuerzos
laterales debidos a la orientación del chorro de los gases de
expulsión.
El documento
EP-A-0 687 810 describe además una
tobera en la cual los gatos están unidos al anillo de orientación
mediante una unión de rótula y están fijados a la estructura fija de
manera que recuperen los esfuerzos tangenciales ejercidos por los
gases de expulsión sobre las aletas divergentes, y que permitan la
colocación del anillo de orientación.
Según un primer modo de realización de la
invención, el gato comprende un cuerpo de gato articulado aguas
arriba a la estructura fija, con el fin de poder pivotar en un plano
radial, un manguito unido al anillo de orientación mediante la unión
de rótula y susceptible de deslizar sobre la superficie exterior del
cuerpo de gato y un pistón montado deslizante en el cuerpo y cuyo
vástago es solidario del manguito.
Preferentemente, la extremidad del vástago de
pistón está unida a la pared de extremidad del manguito mediante una
unión deslizante.
De manera ventajosa, el manguito desliza entre
dos rodillos unidos a la estructura fija.
Según un segundo modo de realización de la
invención, el gato comprende un cuerpo de gato articulado aguas
arriba sobre la estructura fija, con el fin de poder pivotar en un
plano radial, un pistón deslizante en el cuerpo de gato y un
vástago de pistón cuya extremidad está unida al anillo de
orientación mediante la unión de rótula.
De manera ventajosa, el cuerpo de gato desliza
radialmente entre dos guías solidarias de la estructura fija.
Según un tercer modo de realización de la
invención, el gato comprende un cuerpo de gato fijado a la
estructura fija, un pistón deslizante en el cuerpo de gato y un
vástago de pistón cuya extremidad está unida de manera giratoria a
una biela articulada a su vez radialmente al anillo de
orientación.
Según una variante de realización, el anillo de
orientación está realizado en dos partes articuladas a dos charnelas
diametralmente opuestas.
Otras ventajas y características de la invención
aparecerán con la lectura de la descripción siguiente, hecha a
título de ejemplo y en referencia a los dibujos anejos, en los
cuales:
la figura 1 es un corte según un plano axial
vertical de una tobera axi-simétrica, convergente
divergente de acuerdo con la invención, según un primer modo de
realización;
la figura 2 es un corte según un plano axial que
pasa por el eje de un gato de mando del anillo de orientación de la
tobera de la figura 1;
la figura 3 es parecida a la figura 2 y muestra
una variante del primer modo de realización de la invención;
la figura 4 es una vista lateral de un gato de
mando del anillo de orientación según un tercer modo de realización
de la invención;
la figura 5 es una vista radial del gato de
mando según el tercer modo de realización de la invención; y
la figura 6 muestra una variante de realización
de la invención.
La figura 1 muestra una tobera 1
axi-simétrica, convergente divergente que comprende,
aguas abajo de una caja anular 2 de eje X, una primera corona de
aletas convergentes 3, cuya extremidad aguas arriba 4 está
articulada a la extremidad aguas abajo 5 de la caja 2, y, aguas
abajo de la corona de aletas convergentes 3, una segunda corona de
aletas divergentes 6, cuya extremidad de aguas arriba 7 está
articulada al extremo de aguas abajo 8 de las aletas convergentes 3.
Cada corona de aletas comprende el mismo número de aletas gobernadas
intercaladas entre las aletas seguidoras.
Las aletas divergente 6 están articuladas en su
extremidad de aguas abajo 9 a la extremidad de aguas abajo 10 de
bielas 11 cuya extremidad de aguas arriba 12 está articulada sobre
un anillo de orientación 13 que rodea a las aletas convergentes 3.
Las bielas 11 pueden ser reemplazadas por aletas secundarias frías,
o pueden soportar aletas frías, dispuestas en la prolongación
aerodinámica del fuselaje del avión del
turbo-reactor equipado con la tobera 1.
Cada aleta gobernada convergente 3 comprende en
su cara externa una leva 14 sobre la cual se apoya un rodillo 15
soportado por un anillo de mando 16 accionado por una pluralidad de
gatos 17 anclados sobre la cara externa de la caja 2. El anillo de
mando 16 puede desplazarse en el espacio anular situado entre las
aletas convergentes 3 y el anillo de orientación 13, paralelamente
al eje X de la caja 2, por el hecho de que los vástagos 18 de los
gatos 17 son accionados en sincronismo.
El desplazamiento axial del anillo de mando 16
produce la modificación de la sección circular A8 de la salida de la
parte convergente de la tobera 1.
El anillo de orientación 13 es accionado por una
pluralidad de gatos de mando 20 anclados aguas arriba sobre la cara
exterior de la caja 2. Estos gatos de mando 20, en número de 3 por
ejemplo, están repartidos alrededor de la caja 2 y espaciados 120º.
Cuando los vástagos 21 de los gatos 20 sobresalen la misma longitud,
el anillo de orientación 13 se dispone en un plano perpendicular al
eje X. Pero, cuando los vástagos 21 de los gatos 20 están
desplazados de manera diferente, se produce un movimiento de
basculación del anillo de orientación 13, que arrastra a las bielas
11 unidas a la extremidad de las aletas divergentes 6, lo que tiene
como efecto inclinar la vena de los gases de expulsión, formada por
las aletas divergentes, un ángulo \alpha con relación al eje X,
como se muestra en la figura 1. La inclinación del vector de empuje
produce una presión diferencial sobre la periferia de las aletas
convergentes 6 y sobre las bielas 11. Esto produce esfuerzos
laterales sobre el anillo de sincronización 13.
Según la presente invención, los gatos 20
recuperan los esfuerzos tangenciales de la orientación.
Para esto, según un primer modo de realización
de la invención, mostrado en las figuras 1, 2 y 3, el gato 20 se
presenta en forma de un gato de cojinete unido al anillo de
orientación 13 por medio de una articulación de rótula 22 que tiene
por centro el punto 23. La articulación de rótula 22 permite una
rotación en todas direcciones del anillo de orientación 13 alrededor
del punto 23. La articulación de rótula 22 es solidaria de la pared
de extremidad 24 de un manguito 25 que desliza axialmente sobre la
superficie exterior del cuerpo 26 del gato 20. Este deslizamiento se
obtiene por medios apropiados 27, bien sea mediante una corredera de
bolas, como se muestra en la figura 2, bien sea mediante un sistema
clásico de cojinetes, parecido al que se representa en la figura
3.
Un pistón 28 está montado deslizante en el
cuerpo de gato 26. Este pistón 28 es solidario del vástago de pistón
21. Este último está solidarizado al manguito 25 sobre una pared
vertical 29 de éste, situada en la proximidad de la pared de
extremidad 24. Para evitar ejercer un esfuerzo de flexión sobre la
extremidad del vástago 21 por mediación de la pared 29 del manguito
25, cuando se recuperan los esfuerzos tangenciales de orientación
introducidos en el punto 23, la unión de la extremidad del vástago
21 con la pared 29 es deslizante sobre sus dos caras y pivotante
por medio de un conjunto de arandelas de asiento esférico 30. La
extremidad de aguas arriba del cuerpo de gato 26 está unida a un
elemento estructural 31 solidario de la caja 2 por medio de una
articulación 32 en forma de horquilla articulada radialmente. La
referencia 33 representa un tirante que une la articulación 32 a una
estructura fija de la parte de aguas abajo de la caja 2, y destinado
a recuperar al menos una parte de los esfuerzos axiales ejercidos
por el vástago de gato 21.
El gato 20 puede así pivotar en un plano radial
que pasa por el eje X, en función de la posición del anillo de
orientación 13.
Gracias a la estructura del gato 20 descrita
anteriormente, el vástago de pistón 21 no soporta más que esfuerzos
axiales, mientras que los esfuerzos tangenciales de la orientación
son recuperados por el manguito 25, el cuerpo de gato 26 y el
elemento estructural 31.
Para disminuir el efecto encajado por el
elemento estructural 31, el manguito 25 desliza radialmente entre
dos rodillos 40 unidos a la caja 2. Estos rodillos impiden la
rotación tangencial del gato 20. El par tangencial de orientación
que actúa sobre el conjunto de gato de cojinete soporte 20, que
proviene del punto 23, está equilibrado entre los rodillos 40 y el
punto de articulación 32 del cuerpo de gato 26 con el elemento
estructural 31.
El funcionamiento del mando de orientación se
describe a continuación.
Para obtener la orientación del vector de empuje
de la tobera 1, los gatos de accionamiento del anillo de orientación
13 son activados cada uno de manera independiente.
El pistón 28 desliza axialmente en el cuerpo de
gato 26 que arrastra al vástago 21. Éste tira o empuja a la pared 29
por mediación de arandelas esféricas 30. La pared 29 arrastra al
manguito 25 que desliza en la corredera de bolas 27 o en los
cojinetes, y sitúa así los puntos de rótula 22 en la posición
necesaria para situar el anillo de orientación 13 de manera que
coloque las aletas divergentes 6 y oriente la dirección de expulsión
de la tobera 1 por medio de las bielas 11 o de las aletas
secundarias frías.
Durante este movimiento, las horquillas de unión
41 de las articulaciones de rótula 22 del anillo de orientación 13
pivotan de manera de una rótula alrededor del punto 23. El conjunto
de gato de cojinete 20 pivota radialmente alrededor de la
articulación 32, y el manguito 25 desliza entre los dos rodillos
40.
Los esfuerzos aerodinámicos provocados sobre las
aletas divergentes 6 por la orientación se transmiten hacia el
anillo de orientación 13 por medio de las bielas 11 o de las aletas
secundarias frías que ejercen sobre este anillo de orientación 13 un
esfuerzo axial y un esfuerzo radial.
El esfuerzo axial es equilibrado por los
pistones 28 que reciben el fluido de mando. El esfuerzo lateral es
transmitido a los gatos cojinete 20 tangencialmente mediante los
puntos de rótula 23.
La figura 3 muestra una variante de realización
que difiere del modo de realización mostrado en la figura 2, por la
ausencia de los cojinetes de guía 40. En este caso, la totalidad del
esfuerzo tangencial introducido en el punto 23 se transmite en
flexión al conjunto de gato de cojinete 20 hasta la articulación 32
en el elemento estructural 31.
Según un segundo modo de realización de la
invención, no mostrado en los dibujos, los esfuerzos tangenciales de
orientación en flexión son recuperados por los vástagos de gato 21.
En este caso, el manguito 25 es suprimido, y el punto de rótula 23
está situado en la extremidad de aguas abajo del vástago de pistón
21.
El guiado del vástago 21 se asegura entonces
mediante el cuerpo de gato 26. Los rodillos 40 pueden en este caso
ser reemplazados por dos guías solidarias de la caja 2 y entre las
cuales el cuerpo de pistón 26 puede deslizar radialmente. En este
segundo modo de realización, el cuerpo de pistón 26 se monta
igualmente sobre un elemento estructural 31 de manera que pivote
radialmente alrededor de una articulación 32. Un tirante 33 está
igualmente previsto entre la articulación 32 y la extremidad de
aguas abajo de la caja 2.
Las figuras 4 y 5 muestran un tercer modo de
realización de la invención. Aquí, el cuerpo de gato 26 del gato 20
está fijo con relación a la caja 2. Con el fin de permitir los
movimientos radiales del anillo de orientación 13, este último está
unido a la extremidad del vástago 21 del gato 20 mediante una biela
50 articulada radialmente en el punto 51 en una horquilla 52
solidaria del anillo de orientación 13, y articulado de manera
pivotante en la extremidad del vástago de pistón 21 en el punto
53.
Una variante posible de este tercer modo de
realización sería colocar el punto de rótula 53 entre la biela 50 y
el anillo de orientación 13 y la horquilla de articulación radial en
la unión entre el vástago de gato 21 y la biela 50.
La figura 6 muestra una variante que puede
aplicarse a los tres modos de realización de la invención descritos
anteriormente. Esta variante permite obtener un segundo grado de
libertad al nivel de la regulación de la sección formada por el
borde de salida de las aletas divergentes 6.
Aquí, el anillo de orientación 13,
auto-soportado por los gatos 20, está realizado en
dos partes 13a, 13b articuladas en dos charnelas 60 diametralmente
opuestas. Las charnelas 60 pueden reagrupar los puntos de rótula 23
en forma de una junta universal.
El anillo de orientación 13, de dos partes, se
mantiene accionado por los mismos gatos 20 que los descritos
precedentemente. Su número y su disposición están determinados para
asegurar la estabilidad del dispositivo. Durante los movimientos de
orientación, el recorrido de los vástagos 21 de los gatos 20 está
dirigido a articular las partes 13a y 13b de manera que deformen,
por medio de las bielas 11, la superficie determinada por el borde
de salida de las aletas divergentes 6, para ajustar la sección de
salida en cada punto de vuelo, con el fin de conservar las
prestaciones de la tobera 1, cuando ésta está orientada.
Claims (5)
1. Tobera de expulsión de
turbo-reactor, simétrica con respecto al eje,
convergente divergente, que comprende una corona de aletas
convergentes (3) articuladas en la extremidad de aguas abajo (5) de
una estructural anular fija (2), y una corona de aletas divergentes
(6) articuladas en la extremidad de aguas abajo (8) de las aletas
convergentes (3), estando además las citadas aletas divergentes (6)
unidas a un anillo de orientación o vectorización (13) accionado
por una pluralidad de gatos (20) anclados en la estructural fija
(2) con el fin de permitir la regulación de la sección de salida de
la parte divergente y la desviación del chorro de los gases
expulsados con relación al eje X del turbo-reactor,
estando los gatos (20) unidos al anillo de orientación (13)
mediante una unión de rótula (22), en la cual cada gato (20) está
fijado a la estructura fija (2) por medio de un elemento
estructural (31) y de una articulación (32) y comprende un manguito
(25) de recuperación de los esfuerzos tangenciales susceptible de
deslizar sobre la superficie externa del gato (20).
2. Tobera según la reivindicación 1,
caracterizada por el hecho de que el gato (20) comprende un
cuerpo de gato (26) articulado aguas arriba a la estructura fija (2)
con el fin de poder pivotar en un plano radial, estando el manguito
(25) susceptible de deslizar sobre la superficie exterior del cuerpo
de gato (26) unido al anillo de orientación (13) mediante la unión
de rótula (22), y un pistón (28) montado deslizante en el cuerpo
(26) y cuyo vástago (21) es solidario del manguito (25).
3. Tobera según la reivindicación 2,
caracterizada por el hecho de que la extremidad del vástago
de pistón (21) está unida a la pared de extremidad (30) del manguito
(25) mediante una unión deslizante (30).
4. Tobera según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por el hecho de
que el manguito (25) desliza entre dos rodillos (40) unidos a la
estructura fija (2).
5. Tobera según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por el hecho de
que el anillo de orientación (13) está realizado en dos partes (13a,
13b) articuladas en dos charnelas (60) diametralmente opuestas.
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