RU2002087C1 - Универсальный винтовой реактивный двигатель - Google Patents

Description

установленные на корпусе компрессора в шарнирных узлах с одной степенью свободы , камеры сгорани , размещенные в полых лопаст х винта, сопловые аппараты щелевого типа, размещенные в задних кромках лопастей 4.

Этот привод создает только осевую силу т ги и имеет недостаточно высокий эффективный КПД, что обуславливает ограниченные функциональные возможно- сти, в частности он не может быть использован в СВВП.

Предлагаемый двигатель обладает расширенными функциональными возможност ми за счет создани  вертикальной составл ющей подъемной силы, высоким эффективным КПД при достаточно простой конструкции.

Указанные технические результаты достигаютс  за счет того, что универсальный винтовой реактивный двигатель (УВиРД), содержащий силовой корпус, передний осевой направл ющий аппарат, компрессор, имеющий корпус, рабочее колесо, установленное на опоре, и подшипники, редуктор, кинематически св занный с опорой компрессора и имеющий зубчатые колеса и под- шипники, полые лопасти винта, установленные на корпусе компрессора в шарнирных узлах с одной степенью свобо- ды, камеры сгорани , размещенные в полых лопаст х винта, сопловые аппараты щелевого.типа, размещенные в задних кромках лопастей, снабжен консольной опорой, жестко св занной в задних кромках лопастей, снабжен консольной опорой, жестко св занной с силовым корпусом , корпус компрессора установлен на консольной опоре с возможностью вращени  относительно нее, редуктор выполнен в виде планетарного мультипликатора и кинематически соедин ет корпус компрессора с рабочим колесом, сопловые аппараты расположены по всей длине лопасти винта, вы- полнены регулируемыми и снабжены эжекторными устройствами, подключенными к системе управлени  пограничным слоем лопастей.

Корпус компрессора снабжен задним кольцевым центростремительным входным направл ющим аппаратом, передний осевой направл ющий аппарат снабжен системой противообледенительного обогрева его входной кромки, рабочее колесо компрессора выполнено центробежного типа,

Двигатель снабжен вращающимс  распылителем топлива, имеющим форсунки, при этом рабочее колесо компрессора состоит из двух несимметричных в меридиональном сечении половин, соединенных

между собой по конической поверхности, образующа  которой имеет противоточный наклон к оси вращени  колеса и вдоль которой выполнены проточные каналы, в которых установлены .форсунки распылител  топлива, внутри рабочего колеса выполнена кольцева  полость, а планетарный мультипликатор и распылитель топлива размещены в последней.

В шарнирных узлах креплени  лопастей выполнены центральные полости дл  протока топливо-воздушной смеси к камерам сгорани  и рабочие полости осевой разгрузки подшипников креплени  лопастей, причем оси шарнирных узлов расположены под углом к меридиональной плоскости сечени  двигател  и к окружной плоскости вращени  винтов.

Компрессор снабжен лопаточным кольцевым диффузором, в передних лопатках которого выполнены щелевые заборники части сжатого потока топливо-воздушной смеси, соединенные с рабочими полост ми осевой разгрузки подшипников креплени  лопастей корпуса и рабочего колеса компрессора , с системой противообледенительного обогрева кромок лопаток входных направл ющих аппаратов, с зубчатыми колесами и подшипниками мультипликатора дл  их охлаждени  и смазки.

Центральные оси полостей лопастей винта и передние кромки лопастей имеют саблевидную форму с увеличивающимс  в направлении от оси вращени  лопастей углом саблевидности % , определ емым формулой

Xarctg ctga4u().

где ОА - угол входа потоков топливно-воз- душной смеси в полости саблевидных лопастей с абсолютной скоростью;

UA u проекци  угла ал на окружную плоскость вращени  винта компрессора с абсолютной скоростью;

I - передаточное число планетарного мультипликатора;

Грс - радиус расчетных сечений лопастей; .

Г2 - радиус рабочего колеса компрессора .

На фиг.1 представлен УВиРД, продольный разрез; на фиг.2 - он же, поперечное сечение; на фиг.З - поперечное сечение лопастей РВВ УВиРД; на фиг.4 - СВВП с двум  УВиРД с указанием направлений действи  относительных величин создаваемых УВиРД векторов осевой силы т ги Р и вертикальной подъемной силы Т; на фиг,5 - схема создани  дополнительного импульса

вертикальной подъемной силы ДТ штатными средствами механизации крыла СВВП; на фиг.6 -характерныесечени  газовоздушного тракта УВиРД и графики изменени  средних значений абсолютной С и относительной v скоростей (м/с), давлени  Р (кг/см }, температуры t (°C) газовоздушного потока в тракте УВиРД в его стартовом режиме работы на месте; на фиг.7 - графики циклических изменений величин окружных составл ющих внешних реактивных Фм и аэродинамических Вы сил результирующего или главного вектора Ям, действующих на каждую вращающуюс  лопасть в зависимости от значений азимутального угла v a) t положени  лопастей в окружной плоскости вращени  РВВ; на фиг.8 и 9 - промежуточные положени  четырех лопастей РВВ в окружной плоскости их враш,ени , совмещенной с вертикальной плоскостью инерциальной системы координат XOY, с указанием направлений и относительных величин окружных составл ющих векторов внешних и внутренних сил, приложенных к каждой лопасти РВВ УВиРД, а также векторные (силовые ) многоугольники графоаналитического метода определени  величины и направле- жл  вектора вертикальной подъемной силы Т; на фиг, 10 - характерные положени  лопасти в зависимости от значений угла v с ука- занием направлений действи  относительных величин всех внешних, внутренних сил и моментов, действующих на каждую неравномерно вращающуюс  лопасть .

УВиРД содержит установленный на центроплане крыла СВВП силовой корпус 1, с которым жестко св зана консольна  опора 2. Опора выполнена полой со ступенчатопе- ременными кольцевыми поперечными сечени ми , площадь которых увеличиваетс  к основанию опоры. Через центральное отверстие опоры 2 проходит ст жной болт 3, контр щий выполненные на наружной поверхности опоры резьбовые и шлицевые соединени  узлов и деталей двигател . На опоре 2 с возможностью вращени  относительно нее посредством подшипников 4 и 5 закреплен литой разъемный корпус 6 одноступенчатого центробежного компрессора. Корпус 6 снабжен передним осевым 7 и задним кольцевым центростремительным 8 входными направл ющими аппаратами (ВНА), лопатки которых выполнены в виде элементов силовой конструкции двигател . Центробежное двухзаходное полуоткрытое рабочее колесо 9 компрессора установлено посредством подшипников 10 и 11 на передней 12 и задней 13 промежуточных опорах

в полости корпуса 6 компрессора. Промежуточные опоры 12 и 13 выполнены в виде ступиц подшипников 4, 5 и втулок подшипников 10 и 11. Рабочее колесо 9 выполнено из двух

несимметричных в меридиональном сечении половин 14 и 15, соединенных между собой по конической поверхности, образующа  которой имеет противоточный наклон к оси вращени  колеса. Внутри рабочего колеса 9

0 арочными меридиональными сечени ми его половин 14Аи 15 образована кольцева  полость, в которой размещены планетарный мультипликатор 16, элементы конструкции вращающегос  распылител 

5 топлива и замкнутой проточной системы, выполненной в виде функционально совмещенных систем топливопитани  и смазки двигател . Планетарный мультиплексор 16 выполнен многопереборным с размещен0 ными в параллельных плоскост х двум  р дами одинарных цилиндрических шестерен-сателлитов. Он включает жестко соединенный с корпусом 6 компрессора ведущий поводок 17 разъемной конструк5 ции, установленные на его ос х с возможностью вращени  сателлиты 18, которые наход тс  во внешнем зацеплении с опорным зубчатым колесом 19 и во внутреннем зацеплении с венцом 20 ведомого

0 поводка 21. На ос х ведомого поводка 21 с возможностью вращени  закреплены сателлиты 22, которые наход тс  во внутреннем зацеплении с венцом 23 и во внешнем зацеплении с центральной шестерней 24 привода

5 вращени  рабочего колеса 9. Венцы 20, 23 закреплены на диафрагме 25, котора  посредством шлицевого и резьбового соединений неподвижно установлена на консольной опоре 2. Ведомый поводок 21 выполнен в

0 виде картера и установлен с возможностью вращени  на втулке передней промежуточной опоры 12, котора  выполнена за одно целое с венцом центральной шестерни 24. Размещенные в кольцевой

5 полости рабочего колеса 9 элементы конструкции замкнутой проточной системы двигател  включают закрепленные на опоре 2 и направленные в сторону венцов колес 19 и 24 двухступенчатые двухкамерные топливные

0 форсунки 26, выполненные в межлопаточных каналах половин 14 и 15 рабочего колеса отверсти  27 и 28 выпуска воздуха, установленные напротив них топливоотражательные кольца 29 и 30, выполненные на внутренней

5 поверхности половин рабочего колеса топли- воотделительные крыльчатки 31 и 32, расположенный по окружному периметру стыка половин рабочего колеса многокаскадный кольцевой сборник 33 топлива, с которым проточными каналами 34 соединены центробежные форсунки 35 вращающегос  распылител  топлива. В осевых зазорах между втулками корпуса 6 и рабочего колеса 9 компрессора установлены гребешковые воздушные лабиринтные уплотнени  36 и 37, Выполненные за одно целое с силовыми лопатками переднего 7 и заднего 8 ВНА стенки 38 и 39 переднего и заднего входных каналов корпуса 6 компрессора жестко св заны с литым корпусом 40 безлопаточного 41 и лопаточного 42 кольцевых диффузоров, В средней радиальной прот женности стенок 38 и 39 выполнены разгрузочные отверсти  43 и 44. Корпус 40 диффузоров снабжен четырьм  (по числу лопастей) патрубками 45 спиральных сборников воздуха, которые имеют центральные полости дл  протока топливно-воз- душной смеси. Патрубки 45 выполнены с цилиндрическими фланцами, имеющими наружные расточки значительной осевой и диаметральной прот женности, на которых установлены многор дные упорно-опорные подшипники 46 со спиральными канавками дл  элементов качени . На подшипниках 46, обеспечивающих одну степень свободы в угловых поворотных перемещени х относительно корпуса 40 диффузоров и корпуса 6 компрессора, ограничиваемых упорами 47, креп тс  комлевые части лопастей 48 РВВ. Комлевые части лопастей 48 имеют внутренние цилиндрические расточки, в верхних част х которых закреплены узлы радиальных контактных уплотнений 49, в средней части - подшипники 46, а в нижней - разъемное соединение с фланцами 50 осевой разгрузки подшипников 46, Рабочие полости осевой разгрузки подшипников 46 образованы подвижными вместе с лопаст ми 48 относительно корпуса 6 фланцами 50 и жестко закрепленными с наружной поверхностью корпуса 6 фланцами 51, внутренние рабочие поверхности которых выполнены как наружные рабочие поверхности фланцев 50 в виде кольцевых сферических поверхностей с различными радиусами, исход щими из общего центра. В радиальных зазорах между цилиндрической поверхностью комлевой части лопастей 48 и относительно неподвижными фланцами 51 установлены радиальные контактные уплотени  52, а в радиальных зазорах между фланцами 50 и 51 установлены радиальные контактные уплотнени  53. Продольные оси коаксиально установленных на патрубках 45 подшипников 46, радиальных контактных уплотнений 49, 52, 53, фланцев 50 и 51 расположены под углами к меридиональной плоскости сечени  двигател  и к окружной плоскости вращени  лопастей 48. Кольцева  рабоча  полость осевой разгрузки подшипников 4 и 5 размещена в примыкающей к силовому корпусу 1 силовой стенке 54 корпуса 6 компрессора, образована жестко закрепленными на опоре 2 диафрагмой 55 и на стенке 54 крышкой 56. В осевом зазоре между стенкой 54 и диафрагмой 55 в их верхней радиальной прот женности установлено гребешковое воздушное лабиринтное уплотнение 57, а в

0 нижней радиальной прот женности осевых зазоров между стенкой 54, диафрагмой 55 и крышкой 56 установлены рэдиально-торцо- вые контактные уплотнени  58 и 59. В средней радиальной прот женности

5 межлопаточных каналов стенки 54 выполнены разгрузочные отверсти  60. В нижней ра- диальной прот женности стенки 54 установлено центральное колесо 61, имеющее внутренний венец зацеплени  с шестер0 н ми62 привода вращени  вспомогательных агрегатов 63. Вспомогательные агрегаты 63 установлены в основании консольной опоры 2 под обтекателем силового корпуса 1 УВиРД. Элементы конструкции замкнутой проточной

5 системы двигател , установленные в корпусе 6 компрессора, включают выполненные в передних кромках лопаток диффузора 42 заборники 64 части сжатого потока топливо-воздушной смеси щелевого типа,

0 соединенные проточными каналами 65 с рабочими полост ми осевой разгрузки подшипников 46, каналами 66 и 67 с системой противообледенительного обогрева входных кромок переднего 7 и заднего 8 ВНА,

5 каналами 68 с полостью осевой разгрузки подшипников 4 и 5, каналами 69 и 70 с системами охлаждени  и смазки венца опорного колеса 61, зацеплений и подшипников шестерен 62, а также зубчатых колес

0 и подшипников установленного в кольцевой полости рабочего колеса 9 планетарного мультипликатора 16. Лопасти 48 многофункционального РВВ выполнены полыми в виде разъемных конструкций, включающих

5 силовые части 71 и соедин емые с ними сопловые части 72, которые выполнены в виде установленных по всей длине задних кромок лопастей регулируемых сопловых аппаратов щелевого типа, снабженных

0 зжекторными устройствами увеличени  реактивных сил т ги сопловых аппаратов лопастей , функционально совмещенными с активными системами управлени  пограничным слоем лопастей. Силовые части 71

5 выполнены литыми за одно целое с цилиндрическими комлевыми част ми, внутренние поверхности центральных каналов которых плавно переход т во внутренние поверхности проточных каналов 73, занимающих весь объем полостей лопастей и имеющих

эллиптические поперечные сечени , центральные оси которых, как и передние кромки лопастей 48, имеют саблевидную в плане форму с увеличивающимс  в направлении от оси вращени  лопастей углом стреловидности. В каналах 73 силовых частей 71 лопастей 48 установлены камеры 74 сгорани , включающие выполненные в виде набора перфорированных лонжеронных и нервюрных перегородок жаровые трубы 75 и установленные на входе в камеры сгорани  восплз- менительные устройства 76, снабженные датчиками давлени . На наружной поверхности силовой части 71 лопастей 48 выполнены ребра 77 жесткости с закрепленными на них со стороны спинки профилей панел ми 78, а со стороны корытца панел ми 79. Прочность конструкции лопастей 48 обеспечиваетс  жестким креплением лонжеронных и нервюрных перегородок жаровых труб 75 через ребра 77 жесткости силовой части 71 к панел м 78 и 79.

Панели 78 и 79 формируют внешний контур аэродинамических крыльевых профилей лопастей и их крутку по всей длине лопастей, а также образуют с силовой частью 71 лопастей проточные каналы 80 системы охлаждени  лопастей, включающей выполненные в комлевой части панелей 78 и 79 щели 81 и 82, соединенные каналами 80 с полост ми сопловых аппаратов лопастей в их закритической части, Каналы 80 имеют аналогичную каналам 73 и передним кромкам лопастей 48 саблевидную в плане форму средних линий проточных сечений. Съемные сопловые части 72 лопастей 48 включают жестко закрепленные на силовой части 71 створки 83 и установленные на ней же посредством шарнирных соединений 84 регулирующие створки 85. Разьем- ные соединени  створок 83 с силовой частью 71 обеспечивают доступ во внутренние полости лопастей 48. Примыкающие к узлам шарнирных соединений 84 стенки лопастей силовых частей 71 лопастей 48 и створки 83 выполнены с профил ми, формирующими критические сечени  сопловых аппаратов лопастей. Створки 83 имеют полости 86 принудительного охлаждени  поверхностей критических сечений, соединенные с впускными проточными каналами 80 и с закритическими сечени ми сопловых аппаратов выпускными каналами 87. Продольные оси шарнирных соединений 84 имеют строго пр молинейную форму в пространстве и поэтому  вл ютс  ос ми крутки профилей лопастей 48, В радиальных зазорах между силоаой частью 71 и регулируемыми подвижными створками 85 по всей длине шарнирных соединений 84 проход т каналы 88 охлаждени  профилей критических сечений силовых частей 71. По всей радиальной прот женности створок 85 в перфорированных спинках их профилей имеютс  продольные щели 89, соединенные проточными каналами 90 с закритическими сечени ми сопловых аппаратов лопастей. Местом входа каналов 88 в полости сопловых аппаратов определ етс  начало смесительных камер, а последним из каналов 90 - окончание и прот женность смесительных камер эжекторных устройств 91 сопловых

аппаратов 92 лопастей 48. Состав сопловых аппаратов определ етс  элементами конструкции съемной сопловой части 72 лопастей, размещенными между критическими сечени ми и срезами сопловых аппаратов лопастей 48, а функциональное совмещение эжекторных устройств 91 с активными системами управлени  пограничным слоем лопастей 48 обеспечиваетс  наличием щелей 89, проточных каналов 88 и

90, соединенных с активными зонами смесительных камер сопловых аппаратов 92.

Система автоматического раздельного управлени  углами установки лопастей 48 и

регулирующими створками 85 сопловых аппаратов 92 включает втулку 93, состо щую из внутреннего кольца 94, соединенного двум  группами силовых гидроцилиндров 95 и 96 с силовым корпусом 1, наружного

кольца 97, соединенного с кольцом 94 посредством упорно-радиального подимпни- ка 98 качени  двустороннего действи , установленные в силовых лопатках кольцевого ВНА 8 с возможностью осевого и поворотного перемещений рычаги 99, кинематически св зывающие посредством сферических шарниров 100 и 101 наружное кольцо 97 с фланцами 50 комлевых частей лопастей 48 так, что последние имеют возможность угловых перемещений относительно продольных осей подшипников 46, установленные в комлевых част х лопастей 48 и кинематически св занные посредством цилиндрических шарниров 102 через рычаги 99 с наружным кольцом 97 механизмы (не показаны) управлени  углами отклонений регулирующих створок 85 сопловых аппаратов 92 лопастей 48. В обойме между внутренним 94 и наружным 97 кольцами втулки

93 автомата управлени  установлены токо- съемные кольца (не показаны) электропитани  воспламенительных устройств 76 камер 74 сгорани  лопастей 48 РВВ.

Предлагаемый УВиРД работает следующим образом.

Запуск двигател  производитс  пусковым устройством, в качестве которого может быть использован установленный под обтекателем силового корпуса 1 в составе вспомогательных агрегатов 63 пусковой ТРД, воздушный стартер или электрический стартер-генератор. Посредством зубчатого зацеплени  одной или нескольких шестерен 62 с центральным колесом 61 пусковое устройство приводит во вращение закрепленный на консольной опоре 2 с помощью подшипников 4 и 5 корпус 6 компрессора. Установленное в полости корпуса б на под- шипниках 10 и 11 передней 12 и задней 13 промежуточных опор рабочее колесо 9 компрессора приводитс  во вращение размещенным в кольцевой полости самого колеса 9 планетарным мультипликатором 16. При этом жестко соединенный с корпусом 6 ведущий поводок 17 посредством установленных на его ос х с возможностью вращени  шестерен-сателлитов 18, наход щихс  во внешнем зацеплении с опорным колесом 19 и внутреннем зацеплении с венцом 20 ведомого поводка 21, приводит последний во вращение с угловой скоростью, превышающей скорость вращени  корпуса 6 компрессора . Закрепленные с возможностью вращени  на ос х ведомого поводка 21 шестерни-сателлиты 22 наход тс  во внутреннем зацеплении с установленным на диафрагме 25 неподвижным венцом 23 и во внешнем зацеплении с центральной шее- терней 24 привода вращени  рабочего колеса 9 с угловой скоростью, значительно большей скорости вращени  корпуса 6 компрессора . С началом вращени  корпуса 6 через форсунки 26 в сторону колес 19 и 24 подаетс  топливо, смазывающее и охлаждающее зубчатые зацеплени  и подшипники шестерен мультипликатора 16.

Подвоздействием центробежных сил в вихревых потоках, возникающих в полости рабочего кольца 9 при вращении самого колеса , шестерен мультипликатора 16 и установленных на внутренних поверхност х передней 14 и задней 15 половин рабочего колеса 9 топливоотделительных крыльчаток 31 и 32, т желые капельные частицы топлива отдел ютс  от воздуха и поступают в размещенный по окружному периметру стыка полуколес 14 и 15 многокаскадный кольцевой сборник 33 топлива. При этом воздух из кольцевой полости рабочего колеса 9 выходит через отверсти  27 и 28, перекрытые более высоким (в сравнении с расположением отверстий 27 и 28) радиальным уровнем установки топливоотражательных колец 29

и 30, предотвращающих выброс топлива через отверсти . Из кольцевого сборника 33 через проточные каналы 34 топливо поступает в рабочие полости форсунок 35, подпружиненные клапаны части из которых открываютс  центробежными силами по достижении рабочим колесом 9 угловой скорости вращени , соответствующей режиму работы двигател  малый газ. Соответствующие изменени  расхода топлива на всех режимах работы двигател  обеспечиваютс  радиальной многокэскадностью сборника 33 топлива и настройкой клапанов форсунок 35 на открывание и закрывание во всем диапазоне угловых скоростей вращени  рабочего колеса 9 как вращающегос  распылител  топлива. Возможные утечки части потока топливо-воздушной смеси из полости рабочего колеса 9 через гребешко- вые воздушные лабиринтные уплотнени  36 и 37 не могут существенно вли ть на энергетические характеристики режимов работы двигател , так как эта часть потока поступает сначала в межлопаточные каналы рабочего колеса 9, а затем вновь в рабочие полости двигател . После выхода из форсунок 35 вращающегос  распылител  топливо, перемешива сь с поступающим через передний осевой 7 и задний кольцевой центростремительный ВНА 8 предварительно сжатым в межлопаточных каналах рабочего колеса 9 воздухом, образует основной (в отличие от циркулирующего в полост х замкнутой проточной системы двигател ) рабочий поток топливо-воздушной смеси. Через кольцевой канал, образованный передней 38 и задней 39 силовыми стенками входных каналов корпуса 6, поток топливо-воздушной смеси поступает в полость корпуса 40 безлопаточного 41 и лопаточного 42 кольцевых диффузоров , вращающихс  вместе с корпусом 6 компрессора,

В пусковом и последующих режимах работы двигател  вращение корпуса 6 осуществл етс  не только за счет крут щих моментов от пускового устройства и закрепленных на корпусе 6 лопастей 48 РВВ, но и за счет разности моментов количества движени  потоков топливо-воздушной смеси на входе и на выходе из вращающегос  вместе с корпусом 6 кольцевого лопаточного диффузора 42. Из лопаточного диффузора 42 поток топливо-воздушной смеси поступает во вращающиес  вместе с корпусом 6 патрубки 45 спиральных сборников воздуха, в которых равномерно раздел етс  на несколько частей, количество которых соответствует числу лопастей 48 РВВ двигател . Через центральные полости в патрубках 45 и в коаксиально установленных на них упорно-опорных подшипниках 46 шарнирного креплени  лопастей 48 к корпусу 6 разделенные потоки топливо-воздушной смеси поступают в полости самих лопастей 48 РВВ. 8 режиме запуска двигател  лопасти 48 автоматически устанавливаютс  на минимальные , нулевые углы, ограничиваемые в последующих режимах работы двигател  упорами 47. Часть потока топливо-воздушной смеси, через щелевые заборники 64 во входных кромках лопаток диффузора 42 поступает в полость замкнутой проточной системы двигател : через каналы 65 в образованные фланцами 50 и 51 кольцевые полостей осевой разгрузки и смазки подшил- никое 46, через каналы 66 и 67 во входных кромках переднего 7 и заднего 8 ВНА с целью их противообледенительного обогрева , через каналы 68 в задней силовой стенке 54 корпуса 6 в образованную диафрагмой 55 и крышкой 56 кольцевую полость осевой разгрузки подшипников 4 и 5, через каналы 69 и 70 к внутреннему зацеплению венца к опорным подшипникам 4, 5, 10 и 11 с целью смазки и охлаждени  последних, откуда к шестерн м и подшипникам мультиплексора 16. заверша  тем самым цикл циркул ционного течени  в замкнутой проточной системе двигател . Утечки циркулирующего потока топливо-воздушной смеси из зэмк- нутой проточной системы двигател  предотвращаютс  радиальными контактными уплотнени ми 49, 52 и 53, гребешковыми воздушными лабиринтными уплотнени ми 57 и радиально-торцовыми контактными уп- лотнени ми 58 и 59. Применением спиральных , винтовых в пространстве канавок дл  элементов качени  в упорно-опорных подшипниках 46 и радиальных контактных уплотнений 49, 52 и 53, допускающих осевые перемещени  фланцев 50 вместе с лопаст ми 48 вдоль продольных осей подшипников 46 за счет циклических изменений объемов разделенных полостей разгрузки при неизменных величинах расхода через них цирку- пирующих потоков топливо-воздушной смеси, достигаетс  осева  разгрузка подшипников 46 в режимах работы двигател  с циклически переменным угловым скорост м вращени  лопастей 48. вызывающими циклически переменные величины центробежных сил, действующих на каждую лопасть РВВ в отдельности. Эффективность работы систем осевой разгрузки подшипников 4, 5 и 46 достигаетс  наличием рэзгру- зочных отверстий 60, 43 и 44 в силовых стенках 54,38 и 39 корпуса 6 компрессоров, обеспечивающих разность давлени  циркулирующего потока топливо-воздушной смеси в полост х разгрузки и поступающего в

двигатель через осевой 7 и кольцевой 8 ВНА воздуха по обе стороны диафрагмы 55 и фланцев 50 соответственно. С целью использовани  внешних и внутренних окружных и поперечных (в сечени х лопастей) сил и моментов, действующих на каждую в отдельности лопасть 48 РВВ дл  циклических изменений величин углов их установки, а также с целью совмещени  направлени  действи  суммарного вектора всех радиальных , осевых и окружных сил, действующих на каждую лопасть РВВ, с продольными ос ми подшипников 46 и коаксиально установленных нэ них элементов конструкции узлов осевой разгрузки подшипников 46 их оси расположены под соответствующими углами к меридиональной плоскости сечени  двигател  и к окружной плоскости вращени  РВВ. Выполнение стенок каналов 73 и передних кромок силовых частей 71 лопастей 48 саблевидной в плане формы обеспечивает полное устранение окружных силовых взаимодействий между разделенными потоками топливо-воздушной смеси и стенками каналов 73 в виде кориолисовых сил инерции, возникающих со стороны разделенных потоков в их относительных центробежных перемещени х при радиальной в плане форме каналов. Аналогично процессам сжати  в кольцевом безлопаточном диффузоре 41 за счет снижени  абсолютной скорости движени  разделенных потоков топливо-воздушной смеем в полост х саблевидных каналов 73 силовых частей 71 лопастей 48 продолжаетс  процесс сжати  разделенных потоков до давлени , соответствующего пусковому режиму работы двигател . Установленные на входе в камеры 74 сгорани  лопастей 48 и снабженные датчиками давлени  воспламенительные устройства 76 поджигают топливо-воздушную смесь. Проход  через жаровые трубы 75, потоки рабочего тела, отличающиес  от потоков топливо-воздушной смеси высоким теплосодержанием, поступают к критическим сечени м сопловых аппаратов 92 лопастей 48, где разгон ютс  до местной звуковой, а в закритических сечени х до сверхзвуковой скорости истечени  из пловых аппаратов 92. Сверхзвуковые потоки рабочего тела поступают в смесительные камеры эжекторных устройств 91, в которых перемешиваютс  с низконапорными потоками воздуха, поступающими из пограничного сло  лопастей РВВ через продольные щели 89, каналы 88 и 90 со стороны спинок профилей силовых частей 71 и регулирующих створок 85 сопловой части 72 лопастей 48. В результате полного расширени  на выходе из эжекторных устройств 91 сопловых аппаратов 92 смещенные эжекторные потоки рабочего тела и воздуха покидают полости лопастей РВВ с существенно приращенной величиной массового расхода и с еще значительной скоростью относительного истечени  в сторону, противоположную направлению вращени  лопастей РВВ. При этом на каждую лопасть РВВ действуют увеличенные эжекторными устройствами 91 реактивные силы, направленные в сторону вращени  РВВ и характеризуемые ниже как внешние окружные силы. Одновременно с эжекторным увеличение реактивных сил т ги сопловых аппаратов 92 за счет распределенного отсоса через щели 89, каналы 88 и 90 воздуха из пограничного сло  лопастей в предлагаемой конструкции РВВ реализуютс  активные системы управлени  пограничным слоем (УПС) лопастей 48, существенно снижающие величины внешних окружных аэродинамических сил сопротивлени  вращению каждой лопасти РВВ. Эффективность охлаждени  лопастей 48 РВВ обеспечиваетс  наличием между ребрами 77 жесткости и наружными панел ми 78 и 79 силовых частей 71 лопастей 48 проточных каналов 80, соедин ющих входные щели 81 и 82 в комлевой части панелей 78 и 79 с полост ми 86 принудительного охлаждени  критических сечений створок 83, а полости 86 каналами 87 с закритическими сечени ми и смесительными камерами эжек- торных устройств 91 сопловых аппаратов 92. После выходе двигател  на режим работы малый газ пусковое устройство отключаетс  и двигатель продолжает работать за счет мощности, развиваемой сопловыми аппаратами лопастей РВВ и расходуемой на преодоление аэродинамических сил сопротивлени  вращению лопастей, на вращение корпуса б и рабочего колеса 9 компрессора, вспомогательных агрегатов 63 и на преодоление потерь в мультипликаторе 16. Управление последующими режимами работы двигател  производитс  за счет увеличени  (изменени ) расхода топлива через форсунки 26, а также за счет изменени  углов установки лопастей 48 и углов отклонени  регулирующих створок 85 сопловых аппаратов 92 лопастей РВВ, выполн емого изменением положени  расположенной под обтекателем силового корпуса 1 двигател  втулки 93 автомата управлени  РВВ. Переход двигател  в режим работы вертикзль- ныйвзлет осуществл етс 

соответствующими изменени ми давлени  гидравлической жидкости в рабочих полост х силовых гидроцилиндров 95 и 96 первой и второй групп, осуществл ющих одновременное осевое, наклонное и

плоскопараллельное перемещение внутреннего невращающегос  кольца 94 втулки 93 Посредством подшипника 98 пространственное перемещение кольца 94 передаетс  на- ружному вращающемус  с угловой скоростью корпуса 6 компрессора кольцу 97, а через рычаги 99 и сферические шарниры 100 и 101 жестко закреплены с комлевыми част ми лопастей 48 подвижным фланцам 50. Установ0 ленные в полост х силовых лопаток кольцевого В НА 8 с возможностью осевого и углового наклонного перемещени  рычаги 99 через цилиндрические шарниры 102 управл ют кинематически св занными с ними

5 механизмами изменени  углового положени  регулирующих створок 85 сопловых аппаратов 92 лопастей 48. Строго осевые перемещени  втулки 93 силовыми гидроцилиндрами 95 первой группы привод т к шаговым, равнове0 ликим дл  всех лопастей 48 увеличени м углов их установки от нулевых значений в пусковом режиме до условно положительных с стартовом режиме работы двигател  на месте . Преодолева  сопротивление со стороны

5 окружных составл ющих внешних аэродинамических сил, вращающиес  лопасти РВВ за счет отбрасывани  ими в осевом направлении массы окружающего их воздуха и вытекающих из сопловых аппаратов 92

0 потоков рабочего тела создают стартовую осевую силу т ги Р, горизонтальный вектор которой направлен вдоль оси двигател . Дополнительным к строго осевому перемещению втулки 93 ее угловым перемещением

5 или поворотом относительно вертикальной оси теми же силовыми гидроцилиндрами 95 первой группы производ тс  циклические изменени  углов -установки вращающихс  лопастей от минимального, но не меньшего,

0 чем угол протекани  отрабатываемого потока воздуха через плоскость, ометаемую лопаст ми РВВ, до максимального, но не большего, чем суммарный угол протекани  и критический угол атаки лопастей, т.е. цик5 лические изменени  углов установки лопастей производ тс  во всем рабочем диапазоне положительных значений углов атаки лопастей. Такому характеру циклических изменений углов установки лопастей

0 48 соответствуют циклические изменени  величин окружных составл ющих аэроди- намических сил от минимальной величины при нулевом значении угла атаки контрольных сечений лопастей до макси5 мальной величины при значени х углов атаки контрольных сечений лопастей, близких к критическим. При этом на каждую лопасть 48 в зависимости от их азимутальных положений в окружной плоскости вращени  РВВ действуют циклически переменные по синусоидальному закону гармонических колебаний величины окружных составл ющих внешних аэродинамических сил сопротивлени  вращению лопаст м РВВ, Изменением давлени  в рабочих полост х силовых гидроци- линдров 96 второй группы производитс  дополнительное к осевому и наклонному плоскопараллельное перемещение втулки 93 автомата управлени , передаваемое через рычаги 99 и цилиндрические шарниры 102 механизмам управлени  регулирующими створками 85 сопловых аппаратов 92 лопастей РВВ. Циклическими изменени ми углов отклонени  створок 85 за счет циклических, периодически повтор емых за один полный оборот каждой отдельной лопасти 48сужений и расширений проточных частей сопловых аппаратов 92 достигаютс  циклические изменени  величин развиваемых ими реактивных сил по аналогичному, но противофазному изменению величин аэродинамических сил синусоидальному закону гармонических колебаний . Составл ющие вертикальной подъемной силы возникают на каждой лопасти 48 РВВ в результате действи  на них геометрических сумм или главных векторов, проекции которых на вертикальную результирующую ось определ ют величину и направление вертикальной подъемной силы, вектор Т которой всегда совпадает с плоско- стью вращени  лопастей 48 РВВ. Функцио- нальным совмещением эжекторных устройств 91 сопловых аппаратов 92 с активными системами УПС лопастей 48 достигаетс  увеличение интенсивности циклических изменений величин аэродинамических сил сопротивлени  вращению лопастей , а циклическими изменени ми углов установки лопастей - интенсивность циклических изменений окружных составл ющих реактивных сил как их проекций на окружную плоскость вращени  лопастей 48 РВВ, что в совокупности рабочих процессов в двигателе способствует увеличению вертикальной подъемной силы Т. В результате циклических изменений главных векторов окружных составл ющих внешних аэродинамических и реактивных сил как по величине, так и по направлению действи  на каждую лопасть 48 РВВ, а также благодар  техниче- скому решению раздельного креплени  лопастей на вращающемс  корпусе 6 компрессора посредством разгруженных в осевом направлении подшипников 46, продольные оси которых расположены под углами к меридиональной плоскости сечени  двигател  и к окружной плоскости вращени  его РВВ, т.е. не совпадают с центрами масс лопастей и точками приложени  к ним результирующих векторов всех

внешних и внутренних сил, лопасти 48 в окружной плоскости вращаютс  с циклически переменными угловыми скорост ми и со знакопеременными ускорени ми, а в меридиональной плоскости совершают циклические маховые движени . Первое из обсто тельств в виде окружных знакопеременных инерционных сил и моментов, возникающих в результате неравномерного вращени  лопастей, используетс  дл  преодолений усилий при циклических изменени х углов установки лопастей и в отклонени х регулирующих створок 85 сопловых аппаратов 92 лопастей 48, а второе обеспечивает минимальную фактическую амплитуду циклических изменений углов установки лопастей 48. При этом соблюдаетс  среднециклическое значение баланса мощности, развиваемой со- пповыми аппаратами 92 и расходуемой на преодоление окружного сопротивлени  вращению лопастей 48 со стороны окружающего их воздуха, т.е. на создание осевой силы т ги Р и вертикальной подъемной силы Т, а также на вращение корпуса 6, рабочего колеса 9 компрессора, на преодоление потерь в мультипликаторе 16 и в других конст- руктивно-функциональных св з х двигател . Таким образом предлагаемый двигатель создает суммарный вектор силы т ги П Р + Т, направление которого совпадает с вертикальной плоскостью, но образует с окружной плоскостью вращени  РВВ угол, величина которого зависит от соотношени  величин векторов Р и Т. С целью совмещени  направлени  суммарного вектора П с вертикальной осью, а также дл  создани  дополнительного импульса вертикальной подъемной силы в режиме работы двигател  вертикальный взлет используютс  штатные средства механизации крыла СВВП, в качестве которых примен ютс  многощелевые выдвижные и многосекционные отклон емые закрылки. Причем многосекционные отклон емые закрылки выполнены в виде функционально совмещенных аэродинамических рулей высоты и элеронов-элевонов, управл емых из кабины пилотов наклоном и поворотом штурвала. Дополнительный импульс вертикальной подъемной силы создаетс  за счет обдувки неподвижной части крыла СВВП и средств его механизации отбрасываемым РВВ суммарным потоком воздуха и рабочего тела из сопловых аппаратов 92 лопастей 48. При этом трансформаци  осевой силы т ги Р в дополнительную подъемную силу из-за предотвращени  индуцируемого лопаст ми ВМП вращени  потока отбрасываемого ими воздуха, достигаемого перед плоскостью

вращени  РВВ отбором части потока воздуха эжекторными устройствами 91 сопловых аппаратов 92 лопастей 48, а за плоскостью вращени  РВВ за счет раскрутки отбрасываемого воздуха потоками рабочего тела, вытекающими из эжекторных устройств сопловых аппаратов лопастей в сторону, противоположную направлению их вращени  предлагаемым двигателем производитс  с большей эффективностью, чем у прототипа, снабженного РВВ. Точка приложени  вертикальной АТу и горизонтальной А Тх составл ющих вектора дополнительной силы AT как равнодействующей вектора аэродинамических сил, приложенного к обдувае- мой части крыла и средствам его механизации в режиме вертикальный взлет, расположена за точкой D центра давлени  аэродинамических сил, действующих на все крыло с убранной механизацией в горизонтальном полете СВВП. Следовательно , центр массы Мсввп всего СВВП, выполненного по схеме с высокорасположенным крылом, находитс  ниже и между точками приложени  векторов основной Т и дополнительной AT подъемных сил, чем обеспечиваетс  удовлетворительна  динамическа  устойчивость СВВП в режимах вертикального взлета, посадки и висени  над заданной точкой, а также сохранение центровки, т.е. взаимного расположени  точек приложени  внешних сил, действующих на СВВП на всех режимах его полета. Горизонтальна  составл юща  ДТХ дополнительной аэродинамической силы AT приложена к обдуваемой части крыла и средствам его механизации в направлении, противоположном осевой силе т ги Р, что существенно сближает направление суммарного вектора П с вертикальной осью. Полное совмещение направлени  вектора П с вертикальной осью производитс  наклоном фюзел жа СВВП к горизонтальной плоскости на кабрирующий угол тангажа. величина которого не превышает угол тангажа на глиссаде горизонтального взлета СВВП с разбегом. Наклоны фюзел жа СВВП производ т управл ющими отклонени ми многосекционных створок средств механизации крыла, привод щих к изменени м вертикальных и го- ризонтальных составл ющих дополнительных аэродинамических сил ДТ, создающих продольные и поперечные моменты относительно центра массы Мсввп. По достижении суммарным вектором П Ј г-П, где z - число пред- лагаемых двигателей СВВП, величины, превышающей силу веса СВВП, происходит его вертикальный взлет и набор высоты, необходимой дл  начала горизонтального разгона. Последовательность перехода СВВП с предлагаемыми двигател ми из режима вертикального взлета в режим горизонтального полета заключаетс  в переводе фюзел жа СВВП в строго горизонтальное положение, достигаемое управл ющими отклонени ми многосекционных створок средств механизации крыла. По достижении СВВП скорости устойчивой управл емости аэродинамическими рул ми высоты, направлени  и элеронами многощелевые и многосекционные створки закрылков убираютс  в исходное положение, что способствует дальнейшему росту скорости горизонтального полета СВВП с сохранением величин сил Р и Т, создаваемых двигател ми. И, наконец , по достижении скорости горизонтального полета, достаточной дл  создани  крыль ми СВВП аэродинамической подъемной силы, изменени ми давлени  в рабочих полост х силовых гидроцилиндров 96 второй группы уменьшаетс  плоскопараллельное, а гидроцилиндрами 95 - наклонное смещение втулки 93 автомата управлени  лопаст ми РВВ, возвраща  последнюю в соосное с двигателем положение, с одновременным увеличением строго осевого перемещени  втулки 93. Такой последовательностью управл ющих воздействий на двигатель производитс  плавное снижение интенсивности циклических изменений величин окружных составл ющих внешних реактивных, аэродинамических сил и их геометрических сумм или главных векторов до циклически неизменных, но больших, чем в стартовом режиме работы двигател  величин, достигаемых шаговым, равновеликим дл  всех лопастей 48 РВВ увеличением углов их установки и расхода топлива через форсунки 26, что приводит к уменьшению до нулевой величины вертикальной подъемной силы Тик увеличению осевой силы т ги Р. Дальнейшее увеличение скорости горизонтального полета СВВП до большой дозвуковой скорости, соответствующей числу М 0,85-0,95, производитс  дополнительным осевым перемещением втулки 93 силовыми гидроцилиндрами 95 и дополнительной подачей топлива в двигатель . При этом углы установки лопастей РВВ увеличиваютс  до флюгерных, чему с ростом величин создаваемых сопловыми аппаратами 92 реактивных сил соответствует уменьшение их окружных и увеличение осевых составл ющих. Тогда осева  форсируема  сила т ги Рф создаетс  только сопловыми аппаратами 92 лопастей 48 РВВ, и предлагаемый УВиРД трансформируетс  в реактивный двигатель со звездообразными в плане сопловыми аппаратами 92 щелевого типа, снабженными эжекторными устройствами 91 увеличени  создаваемой ими осевой силы т ги Рф, а вращающиес  от набегающего потока воздуха лопасти 48 РВВ работают в режиме авторотации, продолжа  с прежней угловой скоростью вращать корпус 6, а через мультипликатор 16 рабо- чее колесо 9 компрессора и вспомогательные агрегаты 63 двигател . Переход двигател  с режима создани  форсируемой осевой силы т ги Рф в горизонтальном полете в режим вертикальной посадки, а затем и остановка двигател  происход т в пор дке, обратном переходу двигател  с режима запуск двигател  в режим вертикальный взлет и горизонтальный полет.

Таким образом, технический эффект, который может быть получен при использовании за вл емого УВиРД, заключаетс  в высокой универсальности и всережимности создаваемых им осевой, вертикальной и суммарных сил т ги без изменени  положе- ни  в пространстве самого двигател  или каких-либо элементов его конструкции, позвол ющих значительно расширить его функциональные и эксплуатационные

Claims (4)

1. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ВИНТОВОЙ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий силовой корпус, компрессор, имеющий корпус , установленное на опоре рабочее колесо с передним осевым лопаточным направл ющим аппаратом и подшипникам, редуктор, кинематически св занный с опорой компрессора и имеющий зубчатые ко- леса и подшипники, полые лопасти винта, закрепленные на корпусе компрессора в шарнирных узлах с одной степенью свободы , установленные в их полост х камеры сгорани , подключенные к сопловым anna- ратам щелевого типа, размещенным в задних кромках лопастей, подшипники лопастей винта, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных и эксплуатационных возможностей, упрощени  конструкции и повышени  эффективного КПД двигател  при установке его на самолете вертикального взлета и посадки, имеющем систему управлени  пограничным слоем лопастей винта, двигатель снабжен консольной опорой, жестко св занной с силовым корпусом, сопловые аппараты лопастей винта выполнены регулируемыми и снабжены зжекторными устройствами, подключенными к системе управлени  пограничным слоем лопастей, корпус компрессора установлен на консольной опоре с возможностью вращени  относительно нее, редуктор выполнен в виде планетарвозможности; в высоких значени х относительного КПД при создании им вертикальной и эффективного КПД при создании осевой сил т ги на всех режимах работы: от вертикального взлета и посадки до горизонтального полета с большими дозвуковыми скорост ми; в относительной простоте и доступности конструкции при изготовлении и эксплуатации, а также удовлетворительной управл емости на всех режимах полета ВССП с. двум  и большим числом установленных на нем предлагаемых двигателей.

(56) 1. Пейн П,Р. Динамика и аэродинамика вертолета. М,: Оборонгиз, 1963, с.135.

2.Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. М.: Машиностроение, 1975, с.11, рис. 1.07.

3.Масленников М.М., Шальман Ю.И. Авиационные газотурбинные двигатели. М.: Машиностроение, 1975, с.488, 489, рис. 16.7.

4.Патент США № 3120274, кл. 416-21, опублик. 1964.

ного мультипликатора и установлен с возможностьюсоединени корпуса компрессора с рабочим колесом.

2.Двигатель по п.1, отличающийс  тем, что корпус компрессора снабжен задним кольцевым центростремительным входным направл ющим аппаратом, лопатки которого и лопатки переднего осевого направл ющего аппарата снабжены системой противообледенительного обогрева их входных кромок, а рабочее колесо компрессора выполнено центробежного типа.

З.Двигатель по пп.1 и 2, отличающийс  тем, что он снабжен вращающимс  распылителем топлива, имеющим форсунку, рабочее колесо компрессора выполнено составным из двух несимметричных в ме- ридиальном сечении половин, соединенных между собой по конической поверхности, образующа  которой имеет противоточный наклон к оси вращени  колеса и вдоль которой выполнены проточные каналы, в которых установлены форсунки распылител  топлива, внутри рабочего колеса выполнена кольцева  полость , а планетарный мультипликатор и распылитель топлива размещены в последней .

4.Двигатель по п.1, отличающийс  тем, что в шарнирных узлах креплени  лопастей выполнены центральные полости дл  протока топливовоздушной смеси к камерам сгорани  и рабочие полости осевой

разгрузки подшипников креплени  лопастей , причем оси шарнирных узлов расположены под углом к меридиэльной плоскости сечени  двигател  и к окружной плоскости вращени  винтов,5

б.Двигатель по пп.1 и 4, отличающийс  тем, что компрессор снабжен лопаточным диффузором, в передних лопатках которого выполнены щелевые заборники части1П сжатого потока топливовоздушной смеси, соединенные с рабочими полост ми осевой разгрузки подшипников креплени  лопастей корпуса и рабочего колеса компрессора, с системой противообледе-15 нительного обогрева входных кромок лопаток направл ющих аппаратов, с зубчатыми колесами и подшипниками мультиплекато- ра дл  их охлаждени  и смазки.

б.Двигатель по п.4, отличающийс  тем, 20 что центральные оси полостей лопастей винтов и передние кромки лопастей выполнены саблевидной формы с увеличивающимс  в направлении от оси вращени  лопастей углом саблевидности, определ емым по формуле

arctg ctga4().

где а/) - угол входа потоков топливовоздушной смеси в полости саблевидных лопастей с абсолютной скоростью;

UAA - проекци  угла ал на окружную плоскость вращени  винта; аг - угол выхода потока сжатого воздуха из рабочего колеса компрессора с абсолютной скоростью; J - передаточное число планетарного

мультипликатора;

Гр.с - радиус расчетных сечений лопастей;

гг - радиус рабочего колеса компрессора .

5-6

9

/7 К

tp/ctgtfw

Л (pve.Z

Фиг. 5

8

Т7 ТГЛ Г Л 777 / И IИШНШШШ//// ±

П

Ф«г.4

I i и

Aeozooz:

Фкш t Вк.и1 , Rx.ui ,

R.x.ui bZ-tPKut -StnV

Фаг. 7

Ctkbime b:(j+Sinir) f

BKui-Bx-(i-SinV)

J X У , Якь Фку-&кц

/%

Фиг. д

9м

T/Bxat

t4 г

flgtSxl

«w «ч

N

К

t

«

fck

и

ь

и м

о и

Ј