RU156534U1

RU156534U1 - Выхлопное сопло воздушно-реактивного двигателя

Info

Publication number: RU156534U1
Application number: RU2015114289/05U
Authority: RU
Inventors: Тахир Фатехович Имаев; Алексей Константинович Миронов; Анатолий Сергеевич Полев; Михаил Борисович Слинко
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2015-11-10

Abstract

1. Выхлопное сопло воздушно-реактивного двигателя, содержащее корпус, состоящий из дозвуковой части, сужающейся в поперечном сечении полости сопла и имеющей в выходном сечении прямоугольную форму, и сверхзвуковой части с увеличивающейся по потоку газа площадью прямоугольного поперечного сечения полости сопла, состыкованной с дозвуковой частью в выходном ее сечении и имеющей верхнюю, нижнюю и вертикальные стенки и поворотные створки, шарнирно закрепленные на верхней и нижней стенках корпуса с осями шарниров, расположенными в плоскостях этих стенок, для изменения направления потока газа и площади проходного сечения полости сверхзвуковой части сопла, отличающееся тем, что верхняя и нижняя стенки сверхзвуковой части установлены под углом к оси сопла и снабжены вырезами, в каждом из которых размещена одна из поворотных створок, каждая поворотная створка снабжена двумя вертикальными перегородками, расположенными на боковых кромках створок со стороны, противоположной полости сопла, и сопряженными с боковыми кромками перемычек между вырезами в стенках, причем вырезы в верхней и нижней стенках выполнены в шахматном порядке и по ширине равны ширине перемычек между ними.2. Выхлопное сопло по п. 1, отличающееся тем, что перемычки между вырезами верхней и нижней стенок выполнены в виде пластин, консольно закрепленных в корпусе под углом 12° к оси сопла.

Description

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности к конструкциям плоских многофункциональных выхлопных сопел для воздушно-реактивных двигателей.

Известно выхлопное сопло воздушно-реактивного двигателя, содержащее корпус, состоящий из входной части, сужающейся в поперечном сечении полости сопла и имеющей в выходном сечении прямоугольную форму, и выходной части с увеличивающейся по потоку газа площадью прямоугольного поперечного сечения полости сопла, состыкованной с входной частью в выходном ее сечении и имеющей верхнюю, нижнюю и вертикальные стенки и поворотные створки, шарнирно закрепленные в корпусе с возможностью изменения направления потока газа и площади проходного сечения полости выходной части сопла (опубликованная заявка США №2008016873).

В известном выхлопном сопле оси поворота створок расположены вертикально, что позволяет разделить реактивную струю на несколько потоков и регулировать направление струи на выходе из сопла. Однако в известном выхлопном сопле регулирование потока реактивной струи осуществляется только в горизонтальном направлении, что существенно снижает функциональные возможности управления двигателем. Кроме того, в известном сопле поворотные створки полностью расположены в потоке выхлопных газов, что в условиях высоких температур (800-900°C), характерных для современных турбореактивных двигателей, приведет к снижению надежности их работы.

Известно выхлопное сопло воздушно-реактивного двигателя, содержащее корпус, состоящий из входной части, сужающейся в поперечном сечении полости сопла и имеющей в выходном сечении прямоугольную форму, и выходной части с увеличивающейся по потоку газа площадью прямоугольного поперечного сечения полости сопла, состыкованной с входной частью в выходном ее сечении и имеющей верхнюю, нижнюю и вертикальные стенки и поворотные створки, шарнирно закрепленные в корпусе с возможностью изменения направления потока газа и площади проходного сечения полости выходной части сопла (Патент Великобритании №1345786).

В известном выхлопном сопле оси шарниров поворотных створок расположены в плоскости верхней стенки выходной части корпуса, что позволяет охлаждать поворотные створки встречным потоком наружного воздуха. К недостаткам известного сопла следует отнести расположение поворотных створок только на верхней стенке выходной части корпуса, что существенно снижает функциональные возможности управления двигателем.

Наиболее близким аналогом является выхлопное сопло воздушно-реактивного двигателя, содержащее корпус, состоящий из входной части, сужающейся в поперечном сечении полости сопла и имеющей в выходном сечении прямоугольную форму, и выходной части с увеличивающейся по потоку газа площадью прямоугольного поперечного сечения полости сопла, состыкованной с входной частью в выходном ее сечении и имеющей верхнюю, нижнюю и вертикальные стенки и поворотные створки, шарнирно закрепленные на верхней и нижней стенках корпуса с осями шарниров, расположенными в плоскостях этих стенок, для изменения направления потока газа и площади проходного сечения полости выходной части сопла (патент Великобритании №580995).

В известном выхлопном сопле выходная часть корпуса разделена на секции неподвижными вертикальными перегородками и в каждой секции установлены поворотные створки с осями поворота, закрепленными на верхней и нижней стенках корпуса, что позволяет регулировать направление струи на выходе из сопла. Однако известное сопло предназначено для работы только на кратковременных режимах с форсированием скорости полета летательного аппарата, при этом на всех остальных режимах полета, в том числе на режиме взлета летательного аппарата, известное сопло отключается. Использование выхлопного сопла такой конструкции на всех режимах работы летательного аппарата приведет к снижению надежности его работы из-за повышенной тепловой напряженности отдельных деталей сопла, в частности, вертикальных стенок, ограничивающих выпускные отверстия сопла.

Задачей полезной модели является повышение надежности и долговечности работы выхлопного сопла.

Техническим результатом полезной модели является снижение тепловой напряженности деталей выхлопного сопла на всех режимах его работы.

Технический результат достигается тем, что в выхлопном сопле воздушно-реактивного двигателя, содержащим корпус, состоящий из входной части, сужающейся в поперечном сечении полости сопла и имеющей в выходном сечении прямоугольную форму, и выходной части с увеличивающейся по потоку газа площадью прямоугольного поперечного сечения полости сопла, состыкованной с входной частью в выходном ее сечении и имеющей верхнюю, нижнюю и вертикальные стенки и поворотные створки, шарнирно закрепленные на верхней и нижней стенках корпуса с осями шарниров, расположенными в плоскостях этих стенок, для изменения направления потока газа и площади проходного сечения полости выходной части сопла.

Согласно полезной модели верхняя и нижняя стенки выходной части установлены под углом к оси сопла и снабжены вырезами, в каждом из которых размещена одна из поворотных створок, каждая поворотная створка снабжена двумя вертикальными перегородками, расположенными на боковых кромках створок со стороны, противоположной полости сопла, и сопряженными с боковыми кромками перемычек между вырезами в стенках, причем вырезы в верхней и нижней стенках выполнены в шахматном порядке и по ширине равны ширине перемычек между ними.

Такое выполнение выхлопного сопла позволяет уменьшить тепловую напряженность деталей сопла, в частности вертикальных стенок, разделяющих выходное сечение сопла на отдельные секции, поскольку все детали сопла на всех режимах работы эффективно охлаждаются встречным потоком воздуха, причем технический результат достигается за счет всей совокупности отличительных признаков полезной модели, относящихся к конструктивному выполнению выхлопного сопла.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где

на фиг. 1 представлен общий вид выхлопного сопла воздушно-реактивного двигателя;

на фиг. 2 - вид выхлопного сопла со стороны выходной части корпуса сопла на крейсерском режиме работы;

на фиг. 3 - вид выхлопного сопла со стороны выходной части корпуса сопла на режиме взлета и посадки летательного аппарата;

на фиг. 4 - вид поворотной створки в аксонометрии;

на фиг. 5 - выполнение перемычки в виде пластин, консольно закрепленных на корпусе.

Выхлопное сопло воздушно-реактивного двигателя с шумоглушащим эффектом газодинамически представляет собой сопло Лаваля, содержащее корпус 1, состоящий из нерегулируемой входной части 2, сужающейся в поперечном сечении полости 3 сопла и имеющей в выходном сечении 4 прямоугольную форму, и регулируемой выходной части 5 с увеличивающейся по потоку газа площадью прямоугольного поперечного сечения полости 6 сопла.

Выходная часть 5 корпуса 1 состыкована с входной частью 2 в выходном ее сечении 4 и имеет верхнюю 7, нижнюю 8 и вертикальные 9 стенки и поворотные створки 10, шарнирно закрепленные на верхней 7 и нижней 8 стенках корпуса 1 с осями шарниров 11, расположенными в плоскостях этих стенок. Верхняя и нижняя стенки 7 и 8 выходной части 5 установлены под углом α к оси сопла X и снабжены вырезами 12, в каждом из которых размещена одна из поворотных створок 10.

Каждая поворотная створка 10 снабжена двумя вертикальными перегородками 13, расположенными на боковых кромках створок 10 со стороны, противоположной полости 6 сопла, и сопряженными с боковыми кромками перемычек 14 между вырезами 12 в стенках 7 и 8, причем вырезы 12 в верхней 7 и нижней 8 стенках выполнены в шахматном порядке и по ширине равны ширине перемычек 14 между ними.

Перемычки 14 между вырезами 12 верхней 7 и нижней 8 стенок могут быть выполнены в виде пластин 15, консольно закрепленных в корпусе под углом α=12° к оси сопла X для обеспечения безотрывного течения газа. При таком исполнении на каждой стенке 7 и 8 установлены несколько чередующихся неподвижных пластин 15, образующих стенки 7 и 8, и поворотных створок 10, установленных между пластинами 15. Неподвижные пластины 15 и подвижные створки 10 выполнены одинаковыми по ширине для верхней 7 и нижней 8 стенок.

В выходном поперечном сечении полости 6 сопла форма поперечного сечения выходной части 5 изменяется со ступенчатой формы на взлетном режиме, до прямоугольной формы на крейсерском режиме. Это обеспечивается расположением поворотных створок 10 и неподвижных пластин 15 в верхнем 7 и нижнем 8 стенках в шахматном порядке. Напротив неподвижной пластины 15 верхней стенки 8 располагается поворотная створка 10 нижней стенки 8 и наоборот. Неподвижная пластина прямоугольной формы может быть усилена ребрами жесткости 16 и снабжена фланцем 17 для крепления к корпусу 1.

На боковой поверхности неподвижных пластин 15 имеются пазы 18 для установки уплотнительных элементов (не показаны). Длина неподвижной пластины 15 выбирается из расчета обеспечения необходимой площади выходного поперечного сечения полости 6 сопла на всех эксплуатационных режимах. Вертикальные перегородки 13 служат для обеспечения уплотнения между подвижными и неподвижными элементами на всех режимах работы реактивного сопла. Привод поворотных створок 10 может осуществляться приводными механизмами, например, гидроцилиндрами через кинематическую связь. Для обеспечения равномерности перемещения поворотных створок 10 может быть предусмотрена синхронизация системы привода.

При работе выхлопного сопла на крейсерском режиме полета поворотные створки 10 расположены в одной плоскости с перемычками 14 верхней 7 и нижней 8 стенок сверхзвуковой части 5 корпуса 1, выходное поперечное сечение полости 6 сопла принимает прямоугольную форму, его площадь имеет максимальное значение. Поэтому реактивная струя формируется как в обычном плоском выхлопном сопле.

На взлетном и посадочном режимах поворотные створки 10 перемещаются к оси сопла X в положение минимального среза. При этом, площадь выходного поперечного сечения полости 6 сопла уменьшается, выходное сечение принимает ступенчатую форму и происходит при помощи поворотных створок 10 разбиение основного потока реактивной струи на отдельные струи на выходе из сопла, причем половина струй будет направлена вверх по углом а к оси сопла X, а другая половина под тем же углом а вниз относительно оси сопла X. Вертикальные перегородки 13 создают скос потока между отдельными струями, это вызывает возникновение продольной завихренности в реактивной струе за критическим сечением сопла, что способствует эффективному шумоглушению на этих режимах работы сопла. При перемещении поворотных створок 10 их вертикальные стенки 9 с внешней стороны находятся в постоянном контакте с боковыми кромками перемычек 14. Тем самым исключается переток газа между створками 10 во внешнюю среду, что исключает потери кинетической энергии реактивной струи.

При работе на всех режимах в описываемой конструкции сопла все подвижные и неподвижные детали обдуваются потоком встречного воздуха, что снижает их тепловую напряженность и способствует повышению надежности и долговечности работы выхлопного сопла.

Claims

1. Выхлопное сопло воздушно-реактивного двигателя, содержащее корпус, состоящий из дозвуковой части, сужающейся в поперечном сечении полости сопла и имеющей в выходном сечении прямоугольную форму, и сверхзвуковой части с увеличивающейся по потоку газа площадью прямоугольного поперечного сечения полости сопла, состыкованной с дозвуковой частью в выходном ее сечении и имеющей верхнюю, нижнюю и вертикальные стенки и поворотные створки, шарнирно закрепленные на верхней и нижней стенках корпуса с осями шарниров, расположенными в плоскостях этих стенок, для изменения направления потока газа и площади проходного сечения полости сверхзвуковой части сопла, отличающееся тем, что верхняя и нижняя стенки сверхзвуковой части установлены под углом к оси сопла и снабжены вырезами, в каждом из которых размещена одна из поворотных створок, каждая поворотная створка снабжена двумя вертикальными перегородками, расположенными на боковых кромках створок со стороны, противоположной полости сопла, и сопряженными с боковыми кромками перемычек между вырезами в стенках, причем вырезы в верхней и нижней стенках выполнены в шахматном порядке и по ширине равны ширине перемычек между ними.

2. Выхлопное сопло по п. 1, отличающееся тем, что перемычки между вырезами верхней и нижней стенок выполнены в виде пластин, консольно закрепленных в корпусе под углом 12° к оси сопла.