Сопло воздушно-реактивного двигателя с дискретно регулируемой площадью критического сечения
Предлагаемая полезная модель относится к авиастроению, в частности, к конструкциям дискретно регулируемых сопел для воздушно-реактивных двигателей (далее - ВРД).
Сопло содержит корпус, в котором закреплены дозвуковая и сверхзвуковая части с синхронно изменяемым углом конусности, выполненные, из набора створок, шарнирно и с возможностью ограниченного окружного перемещения скрепленных внутренними концами между собой, при этом наружные концы створок дозвуковой части шарнирно соединены с корпусом, а наружные концы створок сверхзвуковой части установлены в продольных направляющих корпуса для компенсации удлинения сопла при прокачке створок в продольной плоскости, при этом газовый привод изменения конусности дозвуковой и сверхзвуковой частей сопла, выполнен в виде, набора отверстий в створках дозвуковой части сопла для отвода части газового потока двигателя в полость, образованную наружной поверхностью сопла и корпусом двигателя, а для стравливания газа в атмосферу в корпусе выполнено отверстие с, например, поворотной от управляемого привода заслонкой.
Новыми существенными признаками предложенной конструкции сопла являются:
- установка наружных концов створок сверхзвуковой части в продольных направляющих корпуса для компенсации удлинения сопла при прокачке створок в продольной плоскости;
- выполнение газового привода синхронного изменения конусности дозвуковой и сверхзвуковой частей сопла в виде набора отверстий в створках дозвуковой части сопла для отвода части газового потока двигателя в полость, образованную наружной поверхностью сопла и корпусом двигателя, и отверстия в корпусе с, например, поворотной от управляемого привода заслонкой для стравливания газа в атмосферу.
Предложенная конструкция регулируемого сопла ВРД позволяет повысить стабильность удержания размеров критического сечения сопла в рабочих режимах, и одновременно упростить конструкцию и энергозатраты ВРД.
Предложенная конструкция сопла изготавливается по известным технологиям с использованием стандартных для авиации конструктивных комплектующих.
В настоящее время на предприятии подтвержден технический эффект при испытании сопла ВРД предложенной конструкции и проводится работа по промышленной его реализации.
Предлагаемая полезная модель относится к авиастроению, в частности, к конструкциям дискретно регулируемых сопел для воздушно- реактивных двигателей (далее - ВРД).
Известно регулируемое сопло ВРД (1), дозвуковая и сверхзвуковая конусные части которого выполнены из наборов продольно сориентированных, шарнирно связанных створок, а для изменения площади критического сечения используется механический привод синхронного поворота створок дозвуковой части сопла, с кинематической передачей движения на створки сверхзвуковой части.
Недостатками данной конструкции дискретно регулируемого сопла ВРД является не только его повышенный вес и габариты, но и дополнительные энергетические затраты летательного аппарата (далее - ЛА) с данным ВРД на привод створок.
Известно регулируемое сопло ВРД (2) с аналогичным, что и в (1) конструктивным выполнением дозвуковой и сверхзвуковой конусных частей, где для изменения площади критического сечения используется механический привод створок сверхзвуковой части, с системой отвода газа из межстворчатого пространства в виде эжекторного насоса.
Недостатками данной конструкции, несмотря на положительные технические факторы от введения эжекторного насоса, по - прежнему являются те же, что и в вышеуказанной (1), но с еще более возросшими дополнительными энергетическими затратами на функционирование ВРД.
Известно регулируемое сопло ВРД (3), дозвуковая и сверхзвуковая конусные части которого также выполнены из шарнирно связанных продольно сориентированных створок, как и в (1) и (2), но для изменения площади критического сечения сопла использовано воздействие воздуха, подводимого из систем ВРД, для регулируемого воздействия на наружную поверхность створок сопла.
Недостатками данной конструкции, несмотря на упрощение механической части сопла, являются, во-первых, нестабильность рабочих параметров критического сечения сопла в процессе работы ВРД вследствие нестабильности фиксации створок в крайних положениях из-за особенностей работы пневмопривода, и, во - вторых, существенное повышение энергетических затрат ВРД с таким приводом.
Регулируемое сопло ВРД (3) взято авторами в качестве прототипа предложенной конструкции как наиболее близкое по технической сути и достигаемому техническому эффекту.
Задачей, которую авторы решали, разрабатывая предлагаемую конструкцию, являлось повышение стабильности удержания размеров критического сечения сопла в рабочих режимах, с одновременным упрощением конструкции и энергозатрат ВРД.
Эта задача решена в предлагаемой конструкции сопла ВРД с дискретно регулируемой площадью критического сечения, содержащего корпус, в котором закреплено сопло с дозвуковой и сверхзвуковой частями с синхронно изменяемым углом конусности, выполненными, из набора створок, шарнирно и с возможностью ограниченного окружного перемещения скрепленных внутренними концами между собой, при этом наружные концы створок дозвуковой части шарнирно соединены с корпусом, а наружные концы створок сверхзвуковой части установлены в продольных направляющих корпуса для компенсации удлинения сопла при прокачке створок в продольной плоскости, при этом газовый привод синхронного изменения конусности дозвуковой и сверхзвуковой частей сопла, выполнен в виде, набора отверстий в створках дозвуковой части сопла для отвода части газового потока двигателя в полость, образованную наружной поверхностью сопла и корпусом двигателя, а для стравливания газа в атмосферу в корпусе выполнено отверстие с, например, поворотной от управляемого привода заслонкой.
Новыми существенными признаками предложенной конструкции сопла являются:
- установка наружных концов створок сверхзвуковой части в продольных направляющих корпуса для компенсации удлинения сопла при прокачке створок в продольной плоскости;
- выполнение газового привода синхронного изменения конусности дозвуковой и сверхзвуковой частей сопла в виде набора отверстий в створках дозвуковой части сопла для отвода части газового потока двигателя в полость, образованную наружной поверхностью сопла и корпусом двигателя, и отверстия в корпусе с, например, поворотной от управляемого привода заслонкой для стравливания газа в атмосферу.
По мнению авторов, несмотря на известность перепускных отверстий и заслонок в газовых магистралях технических систем, а также крепления подвижных элементов в направляющих, в предложенной совокупности выполнение газового привода синхронного изменения конусности дозвуковой и сверхзвуковой частей сопла с использованием вышеуказанных отличительных признаков позволило кроме упрощения конструкции и снижения энергозатрат ВРД повысить стабильность удержания размеров критического сечения сопла в рабочих режимах, что позволяет говорить о существенности новых признаков в совокупности.
Конструктивная схема предлагаемого сопла ВРД представлена на фиг.1, на фиг 2 представлена возможное конструктивное оформление шарнирного узла крепления внутренних концов створок с ограничителем их окружного перемещения.
Сопло содержит корпус 1, в котором установлены дозвуковая и сверхзвуковая части, конструктивно выполненные в виде соответствующих наборов створок 2 и 3, установленных в каждой части по типу «внахлест» и скрепленных между собой внутренними концами посредством, например, шарниров 4 (см. фиг.2), обеспечивающих как продольную прокачку створок 2 и 3, так и ограниченное окружное перемещение створок 2 из положения А в положение В, соответствующие минимальному и максимальному размерам критического сечения сопла при переключениях за счет соответствующих выступов на створках 2 и 3.
При этом наружные концы створок 2 дозвуковой части скреплены с корпусом 1 посредством шарниров 5, а наружные концы створок 3 сверхзвуковой части сопла установлены в продольных направляющих 6 корпуса 1 для компенсации удлинения рабочей части сопла при прокачке створок 2 и 3.
Газовый привод синхронного изменения углов конусности частей сопла выполнен в виде набора отверстий 7 в створках 2 дозвуковой части сопла для перепуска части газового потока ВРД в полость 8, образованную наружной поверхностью сопла и внутренней поверхностью корпуса 1 ВРД.
Для выпуска газа в атмосферу при регулировке площади критического сечения сопла в корпусе 1 выполнено отверстие 9 с, например, поворотной от привода 10 заслонкой 11, входы которого подсоединены к блоку управления 12.
Работа предложенной конструкции сопла ВРД в режимах переключения увеличенной и уменьшенной площадей критического сечения заключается в следующем.
При работе ВРД часть газа постоянно отводится через набор отверстий 7 в створках 2 дозвуковой части сопла в полость 8.
При открытой приводом 10 по сигналу от блока управления 12 заслонке 11 отводимый от ВРД в полость 8 газ стравливается через отверстие 9 в атмосферу.
При этом давление газа внутри сопла больше, чем в полости 8, и поэтому наборы створок 2 и 3, синхронно прокачиваясь на шарнирах 4, 5 и перемещаясь по направляющим 6, раздвигаются в шарнире 4 до упора выступов створок 2 в выступы створок 3 и занимают положение А, обеспечивая максимальный размер площади критического сечения сопла.
Для установки минимального размера площади критического сечения сопла по сигналу с блока управления 12 подается команда на привод 10 и заслонка 11 перекрывает отверстие 9, сообщающее полость 8 с атмосферой.
В полости 8 от газа, поступающего от работающего ВРД через отверстия 7 в створках 2 дозвуковой части сопла, повышается давление, вследствие чего створки 2 и 3, синхронно прокачиваясь на шарнирах 4,5 и перемещаясь в направляющей 6, сдвигаются в шарнире 4 и занимают положение В, обеспечивая минимальный размер площади критического сечения.
Предложенная конструкция сопла изготавливается по известным технологиям с использованием стандартных для авиации конструктивных комплектующих.
В настоящее время на предприятии подтвержден технический эффект при испытании регулируемого сопла ВРД предложенной конструкции и проводится работа по промышленной его реализации.
Литература.
1. Патент Великобритании 
11000099 МПК: F02K, 1/12 1968 г.
2. Патент Великобритании 1116999 МПК: F02K, 1/12 1969 г.
3. Патент Великобритании 100656 МПК: F02K, 1/12 1968 г. (прототип).
Сопло воздушно-реактивного двигателя с дискретно регулируемой площадью критического сечения, содержащее установленные в корпусе дозвуковую и сверхзвуковую части с синхронно изменяемым углом конусности, выполненные, например, из набора перекрывающих друг друга продольно сориентированных створок, шарнирно и с возможностью ограниченного окружного перемещения скрепленных внутренними концами между собой, а внешними - с корпусом, газовый привод изменения конусности дозвуковой и сверхзвуковой частей сопла на основе воздействия на наружную поверхность сопла, отличающееся тем, что наружные концы створок сверхзвуковой части установлены в продольных направляющих корпуса для компенсации удлинения рабочей части сопла при прокачке створок, а газовый привод изменения конусности частей сопла выполнен в виде набора отверстий в створках дозвуковой части сопла для отвода части газового потока двигателя в полость, образованную наружной поверхностью сопла и корпусом двигателя, а для стравливания газа из полости в атмосферу в корпусе выполнено отверстие с, например, поворотной от управляемого привода заслонкой.
