ES2308126T3 - Sistema de ventilacion para una tobera de eyeccion convergente divergente. - Google Patents
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Abstract
Turborreactor de doble flujo que comprende una cámara de postcombustión (2) de eje X delimitada por una pared anular (3) situada radialmente en el interior de un cárter anular (4), definiendo la citada pared anular y el citado cárter un paso anular (6) a través del cual circula un flujo de aire de refrigeración (F2), una tobera asimétrica (10) convergente divergente dispuesta aguas abajo de la citada cámara de postcombustión (2) y que comprende una corona de aletas convergentes (11, 12) articuladas en el extremo aguas abajo del citado cárter (4) y una corona de aletas divergentes (13, 14) articuladas en el extremo aguas abajo de las citadas aletas convergentes (11, 12), comprendiendo cada corona de aletas en alternancia una pluralidad de aletas mandadas (11, 13) y una pluralidad de aletas seguidoras (12, 14), una corona de aletas frías (15) dispuestas radialmente al exterior de la citada tobera (10) y articuladas en su extremo aguas arriba a una virola cónica (16) unida a la parte aguas abajo del citado cárter (4), medios para crear una capa pelicular de aire de refrigeración en las caras internas de las citadas aletas convergentes (11, 12) y medios de refrigeración de las citadas aletas divergentes (13, 14), caracterizado por el hecho de que los medios de refrigeración de las citadas aletas divergentes (13, 14) comprenden: una cámara de tranquilización (23) anular, delimitada aguas abajo por la citada virola cónica (16) y alimentada de aire de refrigeración por perforaciones (21) practicadas en una pared frontera (22) entre la citada cámara de tranquilización (23) y el extremo aguas abajo del citado paso anular (6), rodeando una pluralidad de alvéolos de distribución (30) la cámara de tranquilización (23) y estando conectados a esta última, estando delimitados los citados alvéolos (30) aguas abajo por la citada virola cónica (16) y estando dispuestos alrededor del eje X en los planos de simetría de las aletas seguidoras (12, 14), y canalizaciones telescópicas (41) que unen, cada una, un alvéolo (30) a la aleta divergente seguidora (14) situada en el mismo plano de simetría que el citado alvéolo (30).
Description
Sistema de ventilación para una tobera de
eyección convergente divergente.
La invención se refiere a un sistema de
ventilación de una tobera convergente divergente que equipa un
turborreactor para uso militar.
De modo más preciso, ésta se refiere a un
turborreactor de doble flujo que comprende una cámara de
postcombustión de eje X delimitada por una pared anular situada
radialmente en el interior de un cárter anular, definiendo la
citada pared anular y el citado cárter un paso anular a través del
cual circula un flujo de aire de refrigeración, una tobera
asimétrica convergente divergente dispuesta aguas abajo de la citada
cámara de postcombustión y que comprende una corona de aletas
convergentes articuladas en el extremo aguas abajo del citado cárter
y una corona de aletas divergentes articuladas en el extremo aguas
abajo de las citadas aletas convergentes, comprendiendo cada corona
de aletas en alternancia una pluralidad de aletas mandadas y una
pluralidad de aletas seguidoras, una corona de aletas frías
dispuestas radialmente al exterior de la citada tobera y articuladas
en su extremo aguas arriba a una virola cónica unida a la parte
aguas abajo del citado cárter, medios para crear una capa pelicular
de aire de refrigeración en las caras internas de las citadas aletas
convergentes y medios de refrigeración de las citadas aletas
divergentes.
El documento US 5.435.127 se refiere a un
turborreactor del tipo mencionado anteriormente en el cual la
refrigeración de las aletas divergentes se realiza por una mezcla
del flujo de aire de barquilla con una toma de aire en la parte
aguas abajo del canal anular a través del cual circula el fluido de
refrigeración de la pared anular.
Los documentos EP 1 333 172 y EP 0 541 346 son
un ejemplo del estado de la técnica relativo al sistema de
ventilación para toberas convergentes divergentes.
La toma de aire se efectúa directamente por
derivación en el canal con una vena de regulación a la salida de la
derivación. Aguas abajo del codo de derivación está colocada una
trompa de chorro que realiza la mezcla entre el aire motor a alta
presión y el aire de barquilla no presurizado. La conformación
exacta de la toma no está indicada en este documento. Sin embargo,
la toma directa en el canal corre el riesgo de no ser eficaz para
tomar cantidades importantes de caudal en el fluido de refrigeración
porque ésta perturba el funcionamiento de la ventilación. Se corre
el riesgo de tener aquí reintroducciones de gases calientes debajo
de la pared anular y una mala alimentación de la capa pelicular de
refrigeración de las aletas convergentes. Por otra parte, es
difícil alojar un dispositivo de este tipo en las dimensiones de la
tobera, porque este entorno está muy ocupado por los gatos de mando
de las aletas y de las palancas.
El objeto de la invención es alimentar de manera
eficaz y uniforme las aletas divergentes de una tobera convergente
divergente refrigerada con un dispositivo que tenga una alta tasa de
integración con las piezas existentes.
La invención consigue su objetivo por el hecho
de que los medios de refrigeración de las citadas aletas divergentes
comprenden:
- una cámara de tranquilización anular, delimitada aguas abajo por la citada virola cónica y alimentada de aire de refrigeración por perforaciones practicadas en una pared frontera entre la citada cámara de tranquilización y el extremo aguas abajo del citado paso anular, una pluralidad de alvéolos de distribución que rodean la cámara de tranquilización y que están conectados a esta última, estando delimitados los citados alvéolos aguas abajo por la citada virola cónica y estando dispuestos alrededor del eje X en los planos de simetría de las aletas seguidoras, y
- canalizaciones telescópicas que unen, cada una, un alvéolo a la aleta divergente seguidora situada en el mismo plano de simetría que el citado alvéolo.
Así, la estructura de la cámara de
tranquilización y de los alvéolos está constituida por la virola
cónica y por paredes complementarias que refuerzan la virola
cónica. Por otra parte, las aletas divergentes seguidoras son
alimentadas por un aire de refrigeración presurizado procedente del
canal anular delimitado por la pared anular y el cárter.
La cámara de tranquilización permite retardar la
velocidad del aire recibido y aumentar la presión del aire de
refrigeración de las aletas divergentes seguidoras.
Ventajosamente, se adoptan, además, las
disposiciones siguientes:
- -
- las aletas divergentes seguidoras están encajonadas y refrigeradas por el aire suministrado por las canalizaciones telescópicas, mientras que las aletas divergentes mandadas son de una sola piel;
- -
- las aletas convergentes son de tipo de una sola piel;
- -
- la pared cónica comprende aberturas entre los alvéolos para permitir la circulación de un aire de barquilla a través del espacio que rodea la tobera convergente divergente;
- -
- el flujo de aire de refrigeración, que circula a través del canal anular se divide en dos flujos por medio de un anillo fijo solidario de la pared frontera, siendo inyectado el flujo radialmente interior aguas arriba de las aletas convergentes a través de una ranura y siendo inyectado el flujo radialmente exterior en la cámara de tranquilización a través de las perforaciones practicadas en la pared frontera.
Esta última disposición permite evitar la
creación de depresiones a nivel de las derivaciones de la técnica
anterior y las reintroducciones de gases calientes. Esto asegura,
además, una homogeneidad de la refrigeración de las aletas
convergentes.
Ventajosamente, los medios de refrigeración de
las aletas divergentes comprenden, además, medios para regular el
caudal de aire de refrigeración de las citadas aletas.
Los medios de regulación de caudal comprenden,
preferentemente, un anillo montado dentro de un cajón solidario de
la pared frontera, comprendiendo el citado anillo y el citado cajón,
cada uno, una pluralidad de agujeros de regulación de caudal
susceptibles de ser puestos en correspondencia con las perforaciones
de la pared frontera por desplazamiento del citado anillo.
De acuerdo con un primer modo de realización, el
anillo está montado móvil en rotación alrededor del eje X y es
arrastrado en rotación por un sistema de piñón cremallera por medio
de un accionador que arrastra el citado piñón.
De acuerdo con un segundo modo de realización,
el anillo está montado móvil en traslación paralelamente al eje X y
es desplazado por una pluralidad de gatos sincronizados.
Otras ventajas y características de la invención
se deducirán de la lectura de la descripción que sigue hecha a
título de ejemplo y refiriéndose a los dibujos anejos, en los
cuales:
la figura 1 es una vista en corte de una tobera
de turborreactor de acuerdo con la invención, estando la parte
superior de esta figura en corte en el plano de las aletas mandadas,
estando la tobera abierta, y teniendo la parte inferior de esta
figura un corte en el plano de las aletas seguidoras, estando la
tobera cerrada;
la figura 2 es un semicorte, según el plano
medio de las aletas seguidoras, del colector de aire colocado en la
parte trasera del cárter soporte de la tobera y adosado a la virola
cónica;
la figura 3 es un semicorte, según el plano
medio de las aletas mandadas del colector de aire mostrado en la
figura 2;
la figura 4 es una vista en perspectiva de la
virola cónica, estando tomada esta vista desde aguas arriba;
la figura 5 es semejante a la figura 3 y muestra
un primer modo de realización del anillo de regulación del caudal
de aire de refrigeración de las aletas divergentes;
la figura 6, semejante a la figura 5, muestra un
segundo modo de realización del anillo de regulación del caudal de
aire;
la figura 7 muestra en desarrollo el sistema de
obturación de la cámara de tranquilización por el anillo de mando
rotatorio de la figura 5, y
la figura 8 muestra en desarrollo el sistema de
obturación de la cámara de tranquilización por el anillo de mando
deslizante de la figura 6.
La figura 1 muestra la parte trasera del cuerpo
1 de un turborreactor de aviación de doble flujo que comprende una
cámara de postcombustión 2 de eje X a través del cual circula el
flujo primario caliente F1.
Esta cámara de postcombustión 2 está delimitada
por una pared anular 3 de eje X dispuesta radialmente en el
interior de un cárter 4. La pared anular 3 y el cárter 4 delimitan
entre ellos un canal anular 6 a través del cual circula un flujo
secundario frío F2, que sirve para la refrigeración de la pared
anular 3 y de una tobera convergente divergente 10 dispuesta aguas
abajo de la cámara de postcombustión 2.
Este tobera convergente divergente 10 comprende
una primera corona de aletas convergentes que comprende aletas
convergentes mandadas 11, articuladas en el extremo aguas abajo del
cárter 4 y que alternan circunferencialmente con aletas
convergentes seguidoras 12 igualmente articuladas en el extremo
aguas abajo del cárter 4, y una segunda corona de aletas
divergentes que presenta en alternancia aletas divergentes mandadas
13 articuladas en el extremo aguas abajo de las aletas convergentes
mandadas 11, y aletas divergentes seguidoras 14 articuladas en el
extremo aguas abajo de las aletas convergentes seguidoras 12, siendo
el número de aletas convergentes par e igual al número de aletas
divergentes.
Alrededor de la tobera 10 están previstas aletas
frías 15 articuladas en su extremo aguas abaja a una virola cónica
16 solidaria de la parte aguas abajo del cárter 4.
En el extremo aguas abajo del canal anular 6
está previsto un anillo 20 que reparte el flujo secundario frío F2
en un flujo radialmente interior F3 que desemboca por una ranura
tangencialmente a la pared interna de las aletas convergentes, de
manera que forma una capa pelicular de aire frío arrastrado por el
flujo caliente F1 y que lame las aletas convergentes, pudiendo,
así, estas últimas ser de tipo de una sola piel, y un flujo
radialmente exterior F4 destinado a la refrigeración de las aletas
divergentes.
Como se ve en las figuras 2 y 3, el flujo F4
penetra a través de aberturas 21 practicadas en la parte terminal
22 del cárter 4 situado aguas abajo de la virola cónica 16, en una
cámara de tranquilización 23 de eje X, delimitada aguas arriba por
la parte radialmente interior 17 de la virola cónica 16, y aguas
abajo por la estructura 24 de anclaje de la tobera convergente
divergente 10, solidaria del cárter 4. La pared terminal 22, que
comprende aberturas 21, forma la frontera entre el canal anular 6 y
la cámara de tranquilización 23.
Todo alrededor de la cámara de tranquilización
23 está prevista una pluralidad de alvéolos 30, cada uno dispuesto
en el plano de simetría de una aleta convergente seguidora 12 y de
la aleta divergente seguidora 14 articulada a la citada aleta
convergente seguidora 12. Cada alvéolo 30 está delimitado aguas
arriba por una porción media 18 de la virola cónica 16, y
circunferencialmente por dos paredes sensiblemente paralelas 19
obtenidas por conformado de la virola cónica 16, como se ve en la
figura 4. Éste está delimitado aguas abajo por una pared de
obturación 31 que une la estructura de anclaje 24 a la parte
superior 32 de la virola cónica 16, comprendiendo esta pared de
obturación 31 un orificio 33 cuya utilización se explicará más
adelante en la presente memoria.
Entre dos alvéolos consecutivos 30, la cámara de
tranquilización 23 está obturada por una pared sensiblemente axial
34 visible en la figura 4, que une los extremos radialmente
interiores de las dos paredes 19 adyacentes.
En las figuras 3 y 4, se ve también que la
virola cónica 16 presenta, además, una pared 35, muy inclinada, que
se extiende entre el borde aguas abajo de la pared axial 34, y los
bordes aguas abajo de las dos citadas paredes 19 adyacentes y el
borde aguas arriba de la parte superior 32, entre dos alvéolos 30
adyacentes. Esta pared 35 presenta varios orificios 36 que permiten
la circulación del aire de barquilla F5 no presurizado con el fin
de refrigerar los diversos dispositivos de mando de las aletas de la
tobera convergente divergente 10.
El orificio 33 de cada alvéolo comprende un
adaptador 40 para la fijación del extremo aguas arriba de una
canalización o tubo telescópico 41 unido a la aleta divergente
seguidora 14 situada en el mismo plano axial que pasa por el eje
X.
Las aletas divergentes seguidoras 14 son de tipo
encajonadas y el interior de estas aletas 14 recibe una parte del
flujo de aire F4 que está presurizado. Orificios apropiados permiten
evacuar este aire en el flujo F1 y hacia la pared interior de las
aletas divergentes mandadas 13 que, ventajosamente, pueden ser del
tipo de una sola piel.
El flujo radialmente exterior F4 es inyectado en
la cámara de tranquilización 23 a través del tabique frontera 22
perforado. El flujo F4 se divide a continuación saliendo de la
cámara 23 entre los diferentes alvéolos 30 que sirven para
alimentar los tubos telescópicos 41 y después las aletas divergentes
seguidoras 14. La cámara de tranquilización 23 permite hacer una
toma regular a nivel del final del canal anular 6 y alimentar los
alvéolos 30 con una presión y un caudal uniformes. De este modo, la
capa pelicular de refrigeración de las paredes interiores de las
aletas convergentes 11 y 12 no es perturbada incluso en el caso de
una alta toma de flujo F4.
Además, la forma dada a la virola cónica 16,
como se ve en la figura 4, permite realizar el circuito de
refrigeración de las aletas divergentes 13, 14 sin dimensiones
excesivas y permite rigidizar esta virola cónica 16, gracias a los
tabiques 19 que delimitan los alvéolos 30 y a las paredes 35.
De manera ventajosa, está previsto, además, un
dispositivo 50 para controlar de manera progresiva el caudal F4
inyectado a nivel de las aletas divergentes seguidoras 14. Este
dispositivo 50 comprende un anillo mandado 51 que permite obturar
la entrada de la cámara de tranquilización 23 según las condiciones
de vuelo. La obturación no tiene necesidad de ser de una gran
estanqueidad, porque el objetivo es reducir de manera apreciable el
caudal de refrigeración F4, que es peligroso para el rendimiento en
ciertas condiciones de funcionamiento del motor. A la inversa, en
ciertos casos, se deseará refrigerar la tobera con un caudal elevado
con el fin de obtener la temperatura más baja posible en las
aletas, por ejemplo para disminuir la firma infrarroja, a riesgo de
perder un poco en rendimiento del motor.
La figura 5 muestra un primer modo de
realización del dispositivo 50. El anillo 51 está montado rotatorio
alrededor del eje X y su posición es regulada por un accionador 52.
El anillo 51 está situado radialmente al interior del tabique
frontera 22 con respecto a las aberturas 21. En su cara inferior, el
anillo 51 está mantenido en posición por otro tabique fijo 53 en el
cual están practicadas aberturas 54 frente a las aberturas 21. Un
piñón 55 montado en el vástago del accionador 52 arrastra el anillo
51 en rotación a través de una cremallera solidaria del anillo 51.
Segmentos de estanqueidad 56 limitan las fugas entre el anillo 51 y
la cámara de tranquilización 23 cuando éste está cerrado.
El anillo 51 presenta, igualmente, aberturas 57
que, en la posición de caudal máximo, se encuentran alineadas con
las aberturas 21 y 54. Durante la rotación del anillo 51 alrededor
del eje X, las aberturas 57 de desplazan circunferencialmente con
respecto a las aberturas 21 y 54, como se muestra en la figura 7,
entre la posición de apertura máxima y una posición de obturación
total, en la cual no hay prácticamente caudal, excepto las fugas.
De esta manera, es posible dosificar el caudal de manera
continua.
La figura 6 muestra un segundo modo de
realización del dispositivo 50 que comprende, igualmente, un anillo
51 que presenta aberturas 57 susceptibles de estar dispuestas frente
a las aberturas 21 de la pared frontera 22 y a las aberturas 54 de
un tabique fijo 53 solidario del extremo aguas abajo del cárter 4.
El anillo, en lugar de estar montado rotatorio alrededor del eje X,
es susceptible de ser desplazado paralelamente al eje X por medio
de una pluralidad de gatos 60 sincronizados, por ejemplo tres gatos,
cuyos ejes 61 deslizan dentro de las guías 62. La unión entre los
ejes 61 y el anillo se realiza por medio de vástagos 63 que
atraviesan el cárter 4 a través de pasos estancos 64.
En la posición de caudal máximo, las aberturas
57 están dispuestas frente a las aberturas 21 y 54 y el sistema es
fluyente. En otra posición del anillo 51, mostrada en la figura 6,
las aberturas 21 y 54 están obturadas por el anillo 51 y no hay
prácticamente caudal, excepto los caudales de fuga. En una posición
intermedia mostrada en la figura 8, es posible dosificar el caudal
de aire de manera continua.
En los dos modos de realización del dispositivo
50, las estanqueidades entre el anillo 51 y las partes fijas pueden
estar aseguradas por segmentos, para retardar un desgaste rápido de
las juntas.
El dispositivo 50 ofrece la posibilidad de
regular el caudal tomado en una cierta gama para adaptarlo a las
condiciones de funcionamiento del motor y a las circunstancias
operativas.
Claims (9)
1. Turborreactor de doble flujo que comprende
una cámara de postcombustión (2) de eje X delimitada por una pared
anular (3) situada radialmente en el interior de un cárter anular
(4), definiendo la citada pared anular y el citado cárter un paso
anular (6) a través del cual circula un flujo de aire de
refrigeración (F2), una tobera asimétrica (10) convergente
divergente dispuesta aguas abajo de la citada cámara de
postcombustión (2) y que comprende una corona de aletas
convergentes (11, 12) articuladas en el extremo aguas abajo del
citado cárter (4) y una corona de aletas divergentes (13, 14)
articuladas en el extremo aguas abajo de las citadas aletas
convergentes (11, 12), comprendiendo cada corona de aletas en
alternancia una pluralidad de aletas mandadas (11, 13) y una
pluralidad de aletas seguidoras (12, 14), una corona de aletas frías
(15) dispuestas radialmente al exterior de la citada tobera (10) y
articuladas en su extremo aguas arriba a una virola cónica (16)
unida a la parte aguas abajo del citado cárter (4), medios para
crear una capa pelicular de aire de refrigeración en las caras
internas de las citadas aletas convergentes (11, 12) y medios de
refrigeración de las citadas aletas divergentes (13, 14),
caracterizado por el hecho de que los medios de refrigeración
de las citadas aletas divergentes (13, 14) comprenden:
una cámara de tranquilización (23) anular,
delimitada aguas abajo por la citada virola cónica (16) y alimentada
de aire de refrigeración por perforaciones (21) practicadas en una
pared frontera (22) entre la citada cámara de tranquilización (23)
y el extremo aguas abajo del citado paso anular (6), rodeando una
pluralidad de alvéolos de distribución (30) la cámara de
tranquilización (23) y estando conectados a esta última, estando
delimitados los citados alvéolos (30) aguas abajo por la citada
virola cónica (16) y estando dispuestos alrededor del eje X en los
planos de simetría de las aletas seguidoras (12, 14), y
canalizaciones telescópicas (41) que unen, cada
una, un alvéolo (30) a la aleta divergente seguidora (14) situada
en el mismo plano de simetría que el citado alvéolo (30).
2. Turborreactor de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las
aletas divergentes seguidoras (14) están encajonadas y refrigeradas
por el aire suministrado por las canalizaciones telescópicas (41)
mientras que las aletas divergentes mandadas (13) son de una sola
piel.
3. Turborreactor de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por el hecho de que las
aletas convergentes (11, 12) son de una sola piel.
4. Turborreactor de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de
que la pared cónica (16) comprende aberturas entre los alvéolos para
permitir la circulación de un aire de barquilla en el espacio que
rodea la tobera convergente divergente.
5. Turborreactor de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de
que el flujo de aire de refrigeración (F2) que circula a través del
canal anular (6) es dividido en dos flujos por medio de un anillo
fijo (20) solidario de la pared frontera (22), siendo inyectado el
flujo radialmente interior (F3) aguas arriba de las aletas
convergentes (11, 12) a través de una ranura y siendo inyectado el
flujo radialmente exterior (F4) en la cámara de tranquilización (23)
por las perforaciones (21) de la pared frontera (22).
6. Turborreactor de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que los
medios de refrigeración de las aletas divergentes (13, 14)
comprenden, además, medios (50) para regular el caudal de aire de
refrigeración (F4) de las citadas aletas.
7. Turborreactor de acuerdo con la
reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que los
medios de regulación de caudal (50) comprenden un anillo (51)
montado móvil en un cajón (53) solidario de la pared frontera (22),
comprendiendo el citado anillo (51) y el citado cajón (53), cada
uno, una pluralidad de agujeros de regulación de caudal (54, 57)
susceptibles de estar en correspondencia con las perforaciones (21)
de la pared frontera (22) por desplazamientos del citado anillo
(51).
8. Turborreactor de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que el anillo
(51) está montado móvil en rotación alrededor del eje X y es
arrastrado en rotación por su sistema piñón (55) cremallera por
medio de un accionador (52) que arrastra el citado piñón (55).
9. Turborreactor de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que el anillo
(51) está montado móvil en traslación paralelamente al eje X y es
desplazado por una pluralidad de gatos sincronizados (60).
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