RU2309278C1 - Поворотное круглое осесимметричное реактивное сопло воздушно-реактивного двигателя - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к реактивным соплам воздушно-реактивных двигателей с изменяемым направлением вектора тяги. Поворотное круглое осесимметричное реактивное сопло воздушно-реактивного двигателя содержит механизм управления дозвуковыми и сверхзвуковыми створками сопла, корпус сопла, поворотное устройство сопла в виде двух подвижных колец - наружного и внутреннего и управляющие вектором тяги цилиндры. Корпус сопла состоит из двух частей, расположенных по потоку, - неподвижной и подвижной, с уплотнительными элементами между ними. Подвижные кольца соединены между собой шарнирами, выполненными в виде полуосей, в двух диаметрально противоположных точках оси поперечного сечения сопла. Подвижная часть корпуса сопла с механизмом управления дозвуковыми и сверхзвуковыми створками сопла передней стороной по потоку жестко соединена с задней стороной подвижного наружного кольца. Внутреннее подвижное кольцо в двух диаметрально противоположных точках шарнирно связано через опорные элементы с неподвижной частью корпуса сопла. Шарнирная связь наружного подвижного кольца с внутренним осуществлена в горизонтальной продольной плоскости сопла, а внутреннего подвижного кольца с опорными элементами неподвижной части сопла - в вертикальной продольной плоскости сопла. Передние стороны колец поворотного устройства - наружного - в вертикальной продольной плоскости, а внутреннего - в горизонтальной продольной плоскости посредством управляющих вектором тяги цилиндров соединены с неподвижной частью корпуса сопла. Уплотнительные элементы между подвижной и неподвижной частями корпуса сопла установлены на наружной поверхности в концевой по потоку зоне неподвижной части корпуса сопла. Изобретение позволяет повысить надежность работы сопла, удобство его эксплуатации с обеспечением поворота на требуемые углы в любом направлении вектора тяги, а также обеспечивает приемлемый вес конструкции сопла. 8 ил.

Description

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к реактивным соплам воздушно-реактивных двигателей с изменяемым направлением вектора тяги.

Известно поворотное круглое осесимметричное реактивное сопло с изменением направления вектора тяги в вертикальной и в горизонтальной плоскостях поперечного сечения сопла, содержащее корпус сопла, состоящий из двух частей, расположенных последовательно по потоку - неподвижной и подвижной, уплотнительные элементы сопла, механизм управления дозвуковыми и сверхзвуковыми створками сопла, поворотное устройство сопла в виде двух подвижных колец - наружного и внутреннего, соединенных между собой шарнирами в виде полуосей в двух диаметрально противоположных точках оси поперечного сечения сопла и связанных в двух диаметрально противоположных точках другой оси, перпендикулярной первой, через опорные элементы с неподвижной частью корпуса, управляющие вектором тяги цилиндры, соединенные с поворотным устройством и корпусом сопла (см. Патент России №2145670 МПК 7 F02K 1/06, 22.05.1998 г.).

Такое сопло позволяет изменять направление вектора тяги во всех направлениях, что обеспечивает высокую маневренность самолета, на котором установлен такой двигатель. Однако размещение управляющих вектором тяги цилиндров для поворота сопла в горизонтальной плоскости, закрепленных на наружном подвижном кольце и на кольцевой дозвуковой вставке сопла, делает эту конструкцию сложной и ненадежной, так как управляющие вектором тяги цилиндры находятся в зоне размещения механизма управления дозвуковыми и сверхзвуковыми створками сопла, то есть в зоне размещения системы управления режимами двигателя. Кроме того, наличие связи наружного подвижного кольца с двумя двухопорными жестко закрепленными цапфами, установленными между корпусом и опорным элементом для обеспечения поворота сопла в горизонтальной плоскости в местах пересечения цапф с внутренним подвижным кольцом, требует выполнения во внутреннем кольце продольных сквозных окон, а в конструкции уплотнительных элементов содержатся Ω-образные вставки, что значительно усложняет конструкцию, накладывает ограничение на исполнение конструкции в функционально независимых модулях на величину угла поворота и снижает жесткость всей конструкции поворотного устройства. При этом получение требуемых прочностных показателей и требуемой величины угла достигается лишь за счет увеличение веса конструкции в целом.

Задачей изобретения является достижение оптимального сочетания надежной работы, удобства эксплуатации осесимметричного реактивного сопла с обеспечением поворота на требуемые углы в любом направлении вектора тяги, приемлемым весом и более простой конструкцией сопла в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что поворотное круглое осесимметричное реактивное сопло воздушно-реактивного двигателя содержит механизм управления дозвуковыми и сверхзвуковыми створками сопла, корпус сопла, состоящий из двух частей, расположенных по потоку - неподвижной и подвижной, с уплотнительными элементами между неподвижной и подвижной частями, поворотное устройство сопла в виде двух подвижных колец - наружного и внутреннего, соединенных между собой шарнирами, выполненными в виде полуосей, в двух диаметрально противоположных точках оси поперечного сечения сопла, управляющие вектором тяги цилиндры, соединенные с поворотным устройством и корпусом сопла, при этом подвижная часть корпуса сопла с механизмом управления дозвуковыми и сверхзвуковыми створками сопла передней стороной по потоку жестко соединена с задней стороной подвижного наружного кольца, внутреннее подвижное кольцо в двух диаметрально противоположных точках шарнирно связано через опорные элементы с неподвижной частью корпуса сопла, шарнирная связь наружного подвижного кольца с внутренним осуществлена в горизонтальной продольной плоскости сопла, а внутреннего подвижного кольца с опорными элементами неподвижной части сопла - в вертикальной продольной плоскости сопла, передние стороны колец поворотного устройства наружного - в вертикальной продольной плоскости, а внутреннего - в горизонтальной продольной плоскости посредством управляющих вектором тяги цилиндров соединены с неподвижной частью корпуса сопла, а уплотнительные элементы между подвижной и неподвижной частями корпуса сопла установлены на наружной поверхности в концевой по потоку зоне неподвижной части корпуса и контактная линия уплотнительных элементов по внутренней сферической поверхности подвижной части корпуса представляет собой окружность.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показана принципиальная схема продольного разреза сопла по вертикальной плоскости при положении сопла в исходном неотклоненном положении.

На фиг.2 показана принципиальная схема продольного разреза сопла по вертикальной плоскости в отклоненном положении сопла.

На фиг.3 показана принципиальная схема продольного разреза Б-Б фиг.1 по горизонтальной плоскости при положении сопла в исходном неотклоненном положении.

На фиг.4 представлена принципиальная схема продольного разреза Б-Б фиг.1 по горизонтальной плоскости в отклоненном положении сопла.

На фиг.5 показана принципиальная схема поперечного сечения "В-В" фиг.1 сопла в районе шарнирного соединения поворотного устройства.

На фиг.6 показан продольный разрез элемента "А" фиг.1 шарнирного соединения внутреннего кольца поворотного устройства с опорными элементами неподвижной части сопла.

На фиг.7 показан продольный разрез элемента "Г" фиг.3 шарнирного соединения наружного и внутреннего колец поворотного устройства.

На фиг.8 представлен продольный разрез элемента "Д" фиг.1 уплотнительного элемента между неподвижной и подвижной частями корпуса сопла.

Поворотное круглое осесимметричное реактивное сопло воздушно-реактивного двигателя содержит механизм 1 управления дозвуковыми и сверхзвуковыми створками сопла, корпус сопла, состоящий из двух частей, расположенных по потоку - неподвижной 2 и подвижной 3, с уплотнительными элементами 4 между неподвижной 2 и подвижной 3 частями корпуса сопла, поворотное устройство сопла в виде подвижных колец - наружного 5 и внутреннего 6, соединенных между собой шарнирами, выполненными в виде полуосей 7, 8 в двух диаметрально противоположных точках оси поперечного сечения сопла. Внутреннее подвижное кольцо 6 в двух диаметрально противоположных точках шарнирно связано через опорные элементы 9 с неподвижной частью 2 корпуса сопла. Управляющие вектором тяги цилиндры 10 и 11 соединены с поворотным устройством и корпусом сопла. Подвижная часть 3 корпуса сопла передней стороной по потоку жестко соединена с задней стороной подвижного наружного кольца 5, шарнирная связь наружного подвижного кольца 5 с внутренним подвижным кольцом 6 осуществлена в горизонтальной продольной плоскости 12 сопла, шарнирная связь внутреннего подвижного кольца 6 с опорными элементами 9 неподвижной части 2 сопла выполнена в вертикальной продольной плоскости 13 сопла. Передние стороны колец поворотного устройства наружного 5 - в вертикальной продольной плоскости 13, а внутреннего 6 - в горизонтальной продольной плоскости 12 посредством управляющих вектором тяги цилиндров 10 и 11 соединены с неподвижной частью 2 корпуса сопла. Уплотнительные элементы 4 между неподвижной 2 и подвижной 3 частями корпуса сопла установлены на наружной поверхности 14 в концевой по потоку зоне неподвижной части 2 корпуса сопла, а контактная линия уплотнительных элементов 4 по внутренней сферической поверхности 15 подвижной части 3 корпуса сопла представляет собой окружность.

При работе без отклонения направления вектора тяги сопла управляющие цилиндры 10 и 11 устанавливают в нейтральное положение, при котором наружное 5 и внутреннее 6 подвижные кольца занимают положение, перпендикулярное продольной оси двигателя.

При изменении направления вектора тяги в вертикальной плоскости на управляющие цилиндры 10, расположенные в вертикальной продольной плоскости 13, подается команда, которая выводит управляющие цилиндры 10 из нейтрального положения и поворачивает наружное подвижное кольцо 5 в шарнирных полуосях 7, расположенных в горизонтальной продольной плоскости 12. Под воздействием усилия от подвижного наружного кольца 5 подвижная часть 3 сопла отклоняется от своего нейтрального исходного положения на требуемый угол в вертикальной плоскости 13 или вниз или вверх, в зависимости от того, в какую сторону от своего исходного положение дана команда на управляющие цилиндры 10, или назад или вперед по потоку соответственно. При снятии команды на изменение направления вектора тяги управляющие цилиндры 10 устанавливают подвижное наружное кольцо 5 в нейтральное положение и подвижная часть 3 сопла возвращается в свое исходное положение.

При изменении направления вектора тяги в горизонтальной плоскости на управляющие цилиндры 11, расположенные в горизонтальной плоскости 12, подается команда, которая выводит управляющие цилиндры 11 из нейтрального положения и поворачивает подвижные внутреннее 6 и через шарниры 7 наружное 5 кольца в шарнирных полуосях 8, расположенных в вертикальной продольной плоскости 13. Под воздействием усилия от подвижного наружного кольца 5 подвижная часть 3 сопла отклоняется от своего нейтрального исходного положения на требуемый угол в горизонтальной плоскости 12 или в одну, или в другую боковую сторону, в зависимости от того, в какую сторону от своего исходного положение дана команда на управляющие цилиндры 11, или назад, или вперед по потоку соответственно. При снятии команды на изменение направления вектора тяги управляющие цилиндры 11 устанавливают подвижные внутреннее 6 и наружное 5 кольца в нейтральное положение и подвижная часть 3 сопла возвращается в свое исходное положение.

При необходимости изменения вектора тяги на любой угол, отличный от положения вектора тяги в горизонтальной и вертикальной плоскостях, управляющие цилиндры 10 и 11, расположенные в горизонтальной и вертикальной продольных плоскостях 12 и 13, работают одновременно в задаваемой сигналами комбинации ходов этих цилиндров.

На всех режимах работы двигателя механизм 1 управления дозвуковыми и сверхзвуковыми створками сопла сохраняет независимость от задач отклонения вектора тяги и осесимметричность критического сечения. Системы управления поворотом подвижных колец 5, 6 и механизма 1 управления дозвуковыми и сверхзвуковыми створками сопла выполняют свои функции независимо друг от друга.

Выполнение жесткой связи передней стороны по потоку подвижной части корпуса сопла с задней стороной подвижного наружного кольца шарнирного соединения в двух диаметральных противоположных точках вертикальной и в двух диаметральных противоположных точках горизонтальной плоскостях с неподвижной частью корпуса сопла и осуществление связи опорных элементов неподвижной части корпуса с внутренним кольцом поворотного устройства с помощью шарнирных полуосей позволяет обеспечить независимость поворота сопла в вертикальной, горизонтальной и в промежуточных плоскостях, не загромождая зоны размещения механизма 1 размещением управляющих цилиндров 11.

Выполнение уплотнительных элементов между неподвижной и подвижной частями корпуса сопла на наружной поверхности в концевой по потоку зоне неподвижной части корпуса сопла, контактирующих с внутренней поверхностью подвижной части корпуса сопла, позволяет использовать по периметру уплотнение кольцевого типа без различного рода Ω-образных вставок конструктивных элементов и тем самым более надежно обеспечить уплотнение газовоздушного тракта сопла.

Кроме того, осуществление шарнирной связи опорных элементов неподвижной части сопла с внутренним подвижным кольцом позволяет значительно упростить конструкцию поворотного устройства, исключив при этом выполнение различного типа продольных окон на внутреннем подвижном кольце, и, не снижая его прочностных свойств, позволяет выполнить его более компактным и легким.

Claims (1)

1. Поворотное круглое осесимметричное реактивное сопло воздушно-реактивного двигателя, содержащее механизм управления дозвуковыми и сверхзвуковыми створками сопла, корпус сопла, состоящий из двух частей, расположенных по потоку - неподвижной и подвижной, с уплотнительными элементами между неподвижной и подвижной частями, поворотное устройство сопла в виде двух подвижных колец - наружного и внутреннего, соединенных между собой шарнирами, выполненными в виде полуосей, в двух диаметрально противоположных точках оси поперечного сечения сопла, управляющие вектором тяги цилиндры, соединенные с поворотным устройством и корпусом сопла, отличающееся тем, что подвижная часть корпуса сопла с механизмом управления дозвуковыми и сверхзвуковыми створками сопла передней стороной по потоку жестко соединена с задней стороной подвижного наружного кольца, внутреннее подвижное кольцо в двух диаметрально противоположных точках шарнирно связано через опорные элементы с неподвижной частью корпуса сопла, при этом шарнирная связь наружного подвижного кольца с внутренним осуществлена в горизонтальной продольной плоскости сопла, а внутреннего подвижного кольца с опорными элементами неподвижной части сопла - в вертикальной продольной плоскости сопла, передние стороны колец поворотного устройства наружного - в вертикальной продольной плоскости, а внутреннего - в горизонтальной продольной плоскости посредством управляющих вектором тяги цилиндров соединены с неподвижной частью корпуса сопла, а уплотнительные элементы между подвижной и неподвижной частями корпуса сопла установлены на наружной поверхности в концевой по потоку зоне неподвижной части корпуса, и контактная линия уплотнительных элементов по внутренней сферической поверхности подвижной части корпуса представляет собой окружность.

Images