RU2375262C1

RU2375262C1 - Device to protect turbojet engine against ingress of foreign objects

Info

Publication number: RU2375262C1
Application number: RU2008125832/11A
Authority: RU
Inventors: Давид Михайлович Белый (RU); Давид Михайлович Белый
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2009-12-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed device comprises protective wire-like, fibrous, film-like or plastic elements fitted in air intake housing with the help of annular carcass. The latter is fitted on central shaft arranged in carcass plane with its extensions attached to air intake housing. Aforesaid shaft is made from alloy that features thermo mechanical shape memory and fixed relay twisting about lengthwise axis through 90 degrees relative to initial state when alloy reached temperature threshold of operation.

EFFECT: simplified design, reduced flow disturbances in idle conditions.

3 dwg

Description

Изобретение относится к авиационному оборудованию, в частности к воздухозаборникам турбореактивных двигателей.The invention relates to aircraft equipment, in particular to the air intakes of turbojet engines.

Известны устройства для защиты турбореактивного двигателя, основанные на сепарации посторонних предметов, содержащие установленные во входном канале между воздухозаборником и двигателем, либо неподвижные лопатки, установленные под углом к направлению движения воздуха /см. патент США №3362155, кл.60-39.09, 1968 [1]/, либо одноступенчатый ротор с повернутыми к продольной оси радиальными лопатками и приводом /см. патент США №3979903, кл. 60-39.09., 1976 [2]; а.с. СССР №865694, кл. В64В 33/02, F 02 С 7/04, 1977 [3]/, либо подвижную ромбовидную панель, имеющую возможность возвратно-поступательного горизонтального перемещения /см. патент РФ на изобретение №2205135, кл. В64D 33/02, F02С 7/05, 2001 [4]/.Known devices for protecting a turbojet engine, based on the separation of foreign objects, containing installed in the inlet channel between the air intake and the engine, or fixed blades mounted at an angle to the direction of air movement / see US patent No. 3362155, CL 60-39.09, 1968 [1] /, or a single-stage rotor with radial blades turned to the longitudinal axis and the drive / see US patent No. 3979903, cl. 60-39.09., 1976 [2]; A.S. USSR No. 865694, cl. B64B 33/02, F 02 C 7/04, 1977 [3] /, or a movable diamond-shaped panel having the possibility of reciprocating horizontal movement / see RF patent for the invention No. 2205135, cl. B64D 33/02, F02C 7/05, 2001 [4] /.

Недостатками всех известных устройств являются значительная сложность, вес, габариты конструкции за счет сложности приводных механизмов, низкие эффективность и надежность защиты, большие гидравлические сопротивления на входе в двигатель на нерабочих режимах со значительными возмущающими воздействиями на поток.The disadvantages of all known devices are significant complexity, weight, design dimensions due to the complexity of the drive mechanisms, low efficiency and reliability of protection, high hydraulic resistance at the engine inlet in idle modes with significant disturbing influences on the flow.

Известны также устройства для защиты турбореактивного двигателя, имеющие возможность удаления защитных элементов из канала воздухозаборника на нерабочих режимах, выполненные в виде соединенных со штоком гидроцилиндров управления поворотных защитных экранов либо сеточного типа /см. патент РФ на изобретение №2205136, кл. В64D 33/02, F02С 7/05,2001 [5]; патент РФ на изобретение №2271964, кл. В64D 33/02, F02С 7/055, 2004 [6]/, либо типа аэродинамических элементов в форме малого крыла /см.патент РФ на изобретение №2168646, кл. F02С 7/05, В64Д 33/02, 1999 [7].Devices for protecting a turbojet engine are also known, having the ability to remove protective elements from the air intake channel in idle modes, made in the form of rotary protective screens or a mesh type connected to the control hydraulic cylinder / cm. RF patent for the invention No. 2205136, class. B64D 33/02, F02C 7/05.2001 [5]; RF patent for the invention No. 2271964, cl. B64D 33/02, F02C 7/055, 2004 [6] /, or of the type of aerodynamic elements in the form of a small wing / see patent of the Russian Federation for the invention No. 2168646, cl. F02C 7/05, V64D 33/02, 1999 [7].

Недостатками известных устройств является предельная сложность как самой защитной конструкции, так и механизмов управления, большой вес и габариты, что резко ограничивает возможности их использования.The disadvantages of the known devices is the extreme complexity of both the protective structure itself and the control mechanisms, the large weight and dimensions, which severely limits the possibilities for their use.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для защиты турбореактивного двигателя от попадания посторонних предметов, содержащее установленные в корпусе воздухозаборника с помощью вставленных в него кольцевых каркасов со смещением друг относительно друга в осевом направлении вдоль геликоидальных линий защитные элементы аэродинамической формы, выполненные из волокнистых пленкоподобных, проволочно подобных элементов или из пластмассовых материалов /см.патент РФ на изобретение №1658825, кл. F02С 7/05, 1981 [8]/, принятое за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a device for protecting a turbojet engine from foreign objects, containing aerodynamic-shaped protective elements mounted in the air intake housing by means of ring frames inserted into it with axial displacement relative to each other along helical lines made of fibrous film-like, wire-like elements or of plastic materials / cm.pa ent of the Russian Federation for the invention №1658825, cl. F02C 7/05, 1981 [8] /, adopted as a prototype.

Недостатками устройства-прототипа являются довольно большие гидравлические сопротивления на входе в двигатель в нерабочих режимах, то есть значительные возмущающие воздействия на поток, а также сравнительная сложность конструкции вследствие необходимости изготовления защитных элементов аэродинамической формы и их установки вдоль геликоидальных линий. Последнее позволяет уменьшить плотность установки защитных элементов и, наряду с их аэродинамической формой, хотя бы частично уменьшить гидравлические сопротивления в нерабочих режимах.The disadvantages of the prototype device are quite large hydraulic resistances at the engine inlet in idle modes, that is, significant disturbing influences on the flow, as well as the comparative complexity of the structure due to the need to manufacture protective elements of aerodynamic shape and their installation along helicoidal lines. The latter allows you to reduce the density of the installation of protective elements and, along with their aerodynamic shape, at least partially reduce hydraulic resistance in idle modes.

Сущность изобретения заключается в создании предельно простой конструкции устройства для защиты турбореактивного двигателя, обладающего высокой эффективностью защиты в рабочих режимах и минимальным возмущающим воздействием на поток в нерабочих режимах за счет возможности удаления защитных элементов из канала воздухозаборника на нерабочих режимах без применения сложной системы гидроэлектромеханического привода с использованием материалов с особыми физическими свойствами.The essence of the invention is to create an extremely simple design of a device for protecting a turbojet engine with high protection efficiency in operating modes and minimal disturbing effect on the flow in idle modes due to the possibility of removing protective elements from the air intake channel in idle modes without the use of a complex hydroelectromechanical drive system using materials with special physical properties.

Технический результат - упрощение конструкции и снижение возмущающих воздействий на поток в нерабочих режимах при сохранении эффективности защиты турбореактивного двигателя.The technical result is to simplify the design and reduce disturbing influences on the flow in idle modes while maintaining the protection efficiency of the turbojet engine.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для защиты турбореактивного двигателя от попадания посторонних предметов, содержащем установленные в корпусе воздухозаборника с помощью вставленного в него кольцевого каркаса со смещением друг относительно друга в осевом направлении защитные проволочноподобные, волокнистые, пленкоподобные или пластмассовые элементы, согласно изобретению кольцевой каркас установлен на центральной оси, лежащей в его плоскости и жестко прикрепленной концами к корпусу воздухозаборника, при этом ось выполнена из сплава с эффектом термомеханической памяти формы и характеризуется фиксированным релейным закручиванием вокруг продольной оси на угол 90 градусов относительно исходного состояния при достижении сплавом температурного порога срабатывания.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device for protecting a turbojet engine from the ingress of foreign objects, comprising protective wire-like, fibrous, film-like or plastic installed in the air intake housing with an annular frame inserted into it with axial displacement relative to each other elements, according to the invention, an annular frame mounted on a central axis lying in its plane and rigidly attached ennoy ends to the housing inlet, wherein the axle is made of an alloy with shape memory effect thermomechanical and characterized by fixed relay twisting about the longitudinal axis at an angle of 90 degrees with respect to the initial state when the alloy temperature threshold.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен корпус воздухозаборника с предлагаемым устройством, общий вид с продольным разрезом в рабочем режиме устройства; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - вид А на фиг.1 в нерабочем режиме устройства.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the casing of the air intake with the proposed device, a General view with a longitudinal section in the operating mode of the device; figure 2 - a view of figure 1; figure 3 - view And figure 1 in the idle mode of the device.

Устройство для защиты турбореактивного двигателя от попадания посторонних предметов содержит установленные в корпусе 1 воздухозаборника 2 с помощью вставленного в него кольцевого каркаса 3 со смещением друг относительно друга в осевом направлении защитные проволочноподобные, волокнистые, пленкоподобные или пластмассовые элементы 4, при этом кольцевой каркас 3 установлен на центральной оси 5, лежащей в его плоскости и жестко прикрепленной своими концами к корпусу 1 воздухозаборника 2, представляя собой для этой цели болт с головкой 6 и зажимной гайкой 7, размещенные снаружи корпуса 1 с противоположных его сторон. Центральная ось 5 выполнена из сплава с эффектом термомеханической памяти формы и характеризуется фиксированным релейным закручиванием вокруг продольной оси на угол 90 градусов относительно исходного состояния при достижении сплавом температурного порога срабатывания. Проволочноподобные защитные элементы 4 в пределах ширины каркаса 3 образуют несколько плоскостей, смещенных друг относительно друга, при этом в каждой плоскости группа элементов 4 может быть расположена параллельно друг другу /см. фиг.1 - фиг.3/, образовывать прямоугольную решетку, радиальную структуру и т.п. Ось 5 электрически изолирована от корпуса 1 с помощью специальных втулок 8 из теплостойкой термореактивной пластмассы /в частности, фенопласта/, а между втулками 8, головкой 6 болта 5 и гайкой 7 зажаты шайбы-токоподводы 9 с подпаянными к ним проводниками 10, соединяющими ось 5 с источником электрического сигнала /не показан/. Снаружи корпуса 1 головка 6 болта 5 и гайка 7 закрыты специальными, плотно на них надетыми электроизоляционными колпачками 11. В качестве материала для изготовления оси 5 с термомеханической памятью формы использован нитинол /TiNi/, относящийся к классу интерметаллических соединений и имеющий стехиометрический состав, содержащий 50 ат.% Ti. Ось 5 запоминает свое закрученное вокруг продольной оси на угол 90 градусов состояние, приданное ей на стадии фазовых превращений материала. При нарастании температуры и достижении сплавом заданного температурного порога /в данном случае порядка 160°С/ ось 5 релейно /скачком/ срабатывает и принимает новую геометрическую форму, характеризующуюся углом закручивания вокруг продольной оси на угол 90 градусов относительно исходного состояния.A device for protecting a turbojet engine from the ingress of foreign objects contains an air intake 2 installed in the housing 1 by means of an annular frame 3 inserted into it with an axially offset relative to each other protective wire-like, fibrous, film-like or plastic elements 4, while the annular frame 3 is mounted on the central axis 5 lying in its plane and rigidly attached with its ends to the housing 1 of the air intake 2, representing for this purpose a bolt with a head 6 and a nut 7, placed outside the housing 1 from its opposite sides. The central axis 5 is made of an alloy with the effect of thermomechanical shape memory and is characterized by a fixed relay twisting around the longitudinal axis by an angle of 90 degrees relative to the initial state when the alloy reaches a temperature threshold. The wire-like protective elements 4 within the width of the frame 3 form several planes that are offset from each other, while in each plane the group of elements 4 can be parallel to each other / cm figure 1 - figure 3 /, to form a rectangular lattice, radial structure, etc. The axis 5 is electrically isolated from the housing 1 by means of special bushings 8 made of heat-resistant thermosetting plastic (in particular, phenolic plastic), and between the bushings 8, the head 6 of the bolt 5 and the nut 7 the current washers 9 are clamped with conductors 10 soldered to them, connecting the axis 5 with an electric signal source / not shown /. Outside of the housing 1, the head 6 of the bolt 5 and the nut 7 are closed with special, tightly worn insulating caps 11. As a material for manufacturing the axis 5 with thermomechanical shape memory, nitinol / TiNi /, belonging to the class of intermetallic compounds and having a stoichiometric composition, containing 50 at.% Ti. Axis 5 remembers its state twisted around a longitudinal axis at an angle of 90 degrees, which was imparted to it at the stage of phase transformations of the material. When the temperature rises and the alloy reaches a predetermined temperature threshold / in this case, about 160 ° C / axis 5 relay / jump / activates and takes a new geometric shape, characterized by a twist angle around the longitudinal axis by an angle of 90 degrees relative to the initial state.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.The work of the proposed device is as follows.

В нерабочих режимах устройства, то есть практически в любое время, кроме взлета и посадки самолета, электрический сигнал с источника тока в провода 10 и, соответственно, на ось 5 не подается, ось 5 находится в исходном недеформированном состоянии. В этом состоянии оси 5 плоскость жестко установленного на оси 5 кольцевого каркаса 3 и, соответственно, плоскости защитных элементов 4 ориентированы вдоль продольной центральной оси корпуса 1 воздухозаборника 2 /см. фиг.3/. В таком состоянии эти элементы 4 практически не оказывают возмущающих воздействий на поток и гидравлическое сопротивление на входе в двигатель минимально. В рабочих режимах устройства, то есть в основном во время взлета и посадки самолета, включается источник электрического сигнала, и его цепь нагрузки замыкается через провода 10, токоподводы 9 и ось 5. При протекании по оси тока в течение 3÷5 секунд последняя нагревается до температурного порога срабатывания материала оси 5 /порядка 160°С/ и участок оси 5 между ее прижатыми к корпусу 1 концами релейно /скачком/ закручивается вокруг своей продольной оси на угол 90 градусов относительно исходного состояния. При этом плоскость кольцевого каркаса 3 и, соответственно, плоскости параллельно расположенных групп защитных элементов 4 ориентируются перпендикулярно продольной центральной оси корпуса 1 воздухозаборника 2, полностью перекрывая тем самым канал воздухозаборника 2 подачи воздуха в двигатель /см. фиг.1 и фиг.2/. При этом защитные элементы 4 расположены как рядом друг с другом с необходимой для предотвращения попадания в воздухозаборник посторонних предметов плотностью, так и друг за другом в осевом направлении воздухозаборника 2.In non-working modes of the device, that is, almost at any time, except for take-off and landing of the aircraft, the electric signal from the current source to the wires 10 and, accordingly, to the axis 5 is not supplied, axis 5 is in the initial undeformed state. In this state of the axis 5, the plane of the ring frame 3 rigidly mounted on the axis 5 and, accordingly, the plane of the protective elements 4 are oriented along the longitudinal central axis of the body 1 of the air intake 2 / cm. figure 3 /. In this state, these elements 4 practically do not exert disturbing effects on the flow and the hydraulic resistance at the engine inlet is minimal. In the operating modes of the device, that is, mainly during take-off and landing of the aircraft, the electric signal source is turned on, and its load circuit closes through wires 10, current leads 9 and axis 5. When flowing along the current axis for 3–5 seconds, the latter heats up to the temperature threshold of operation of the material of the axis 5 / of the order of 160 ° C / and the portion of the axis 5 between its ends pressed against the housing 1 relay / jump / twists around its longitudinal axis by an angle of 90 degrees relative to the initial state. The plane of the annular frame 3 and, accordingly, the plane of parallel-located groups of protective elements 4 are oriented perpendicular to the longitudinal central axis of the housing 1 of the air intake 2, thereby completely blocking the channel of the air intake 2 of the engine / cm. figure 1 and figure 2 /. In this case, the protective elements 4 are located both next to each other with the density necessary to prevent foreign objects from entering the air intake, and one after the other in the axial direction of the air intake 2.

Предлагаемое устройство отличается от устройства прототипа существенной простотой конструкции за счет использования обычных проволочноподобных защитных элементов без формирования их аэродинамической формы, размещения по геликоидальным линиям и т.п. Обеспечение же низких гидравлических сопротивлений на входе в двигатель в нерабочих режимах достигается устранением защитных элементов из канала на данных режимах. Так как такое устранение в предлагаемом устройстве осуществляется элементарно путем использования материалов с эффектом термомеханической памяти формы без применения сложных гидроэлектромеханических механизмов, то такое устранение не приведет к повторному усложнению конструкции.The proposed device differs from the prototype device by its significant design simplicity due to the use of conventional wire-like protective elements without the formation of their aerodynamic shape, placement along helicoid lines, etc. Ensuring low hydraulic resistance at the engine inlet in idle modes is achieved by eliminating the protective elements from the channel in these modes. Since such elimination in the proposed device is carried out elementarily by using materials with the effect of thermomechanical shape memory without the use of complex hydroelectromechanical mechanisms, such elimination will not lead to a repeated complication of the design.

Claims

A device for protecting a turbojet engine from the ingress of foreign objects, containing protective wire-like, fibrous, film-like or plastic elements installed in the air intake housing with an inserted annular frame with axial displacement relative to each other, characterized in that the annular frame is mounted on the central axis lying in its plane and rigidly attached by the ends to the body of the air intake, while the axis is made of an alloy with the effect of thermomechanical nical shape memory and characterized by a fixed relay twisting about the longitudinal axis at an angle of 90 ° with respect to the initial state when the alloy temperature threshold.