Регулируемое сверхзвуковое сопло газотурбинного двигателя

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, в частности к конструкции сопла газотурбинного двигателя, преимущественно для высокоманевренных самолетов. В регулируемом сверхзвуковом сопле газотурбинного двигателя на дозвуковых и сверхзвуковых створках 2 и 4 установлены теплозащитные экраны 12 и 13, причем экраны 13 установлены со стороны межстворочного пространства 23, а экраны 12 - со стороны, противоположной межстворочному пространству, с образованием относительно створок 2 каналов, газодинамически связанных с охлаждающим трактом 19 корпуса 1 сопла, при этом экраны 12 одним своим концом жестко закреплены на дозвуковых створках 2, а другим - закреплены на них с возможностью осевого перемещения. Экраны 13 выполнены, по меньшей мере, из двух соединенных между собой слоев тонкостенных гофр, причем направление гофр в каждом последующем слое перпендикулярно направлению гофр предыдущего слоя. Полезная модель позволяет повысить надежность работы сопла, за счет снижения температуры его дозвуковых, сверхзвуковых и внешних створок, а также кинематических элементов сопла, расположенных в межстворочном пространстве.

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, в частности к конструкции сопла газотурбинного двигателя, преимущественно для высокоманевренных самолетов.

Известно регулируемое сверхзвуковое сопло газотурбинного двигателя, содержащее корпус с охлаждающим трактом и шарнирно закрепленные на нем дозвуковые створки и внешние створки, соединенные со сверхзвуковыми створками с образованием межстворочного пространства (1).

Недостатком известного сопла является то, что внешние створки приходится выполнять из стали, значительно утяжеляя вес конструкции. При выполнении же этих створок из титановых сплавов из-за теплового потока, излучаемого сверхзвуковыми створками существенно снижается надежность их работы и ресурс. Кроме того, нагрев кинематических элементов сопла, расположенных в межстворочном пространстве также приводит к снижению надежности работы сопла.

Задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является повышение надежности работы сопла, за счет снижения температуры его дозвуковых, сверхзвуковых и внешних створок створок, а также кинематических элементов сопла.

Задача решается тем, что регулируемое сверхзвуковое сопло газотурбинного двигателя, содержащее корпус с охлаждающим трактом и шарнирно закрепленные на нем дозвуковые створки и внешние створки, соединенные со сверхзвуковыми створками с образованием межстворочного пространства, дополнительно содержит теплозащитные экраны, установленные на дозвуковых и сверхзвуковых створках, причем на сверхзвуковых створках теплозащитные экраны установлены со стороны межстворочного пространства, а на дозвуковых створках - со стороны, противоположной межстворочному пространству, с образованием относительно створок каналов, газодинамически связанных с охлаждающим трактом корпуса, при этом теплозащитные экраны, расположенные на дозвуковых створках, одним своим концом жестко закреплены на этих створках, а другим - закреплены на них с возможностью осевого перемещения.

Кроме того, теплозащитные экраны, установленные на сверхзвуковых створках, могут быть выполнены, по меньшей мере, из двух соединенных между собой слоев тонкостенных гофр, причем направление гофр в каждом последующем слое перпендикулярно направлению гофр предыдущего слоя, при этом сверхзвуковые створки могут быть выполнены с продольным силовым элементом, а теплоозащитные экраны,

расположенные на сверхзвуковых створках, могут быть жестко закреплены на продольных силовых элементах.

Установка на дозвуковых и сверхзвуковых створках теплозащитных экранов позволяет уменьшить величину теплового потока, излучаемого через межстворочное пространство от сверхзвуковых створок к внешним створкам, а также температуру нагрева самих сверхзвуковых и дозвуковых створок и кинематических элементов с шарнирами, расположенных в межстворочном пространстве.

Установка на дозвуковых створках теплозащитных экранов со стороны, противоположной межстворочному пространству, то есть со стороны горячих газов, с образованием относительно створок каналов, газодинамически связанных с охлаждающим трактом корпуса, обеспечивает охлаждение дозвуковой створки и кинематических элементов, а также создание охлажденного пристеночного слоя, обеспечивающего снижение температуры сверхзвуковой части сопла.

Крепление теплозащитных экранов, расположенных на дозвуковых створках, одним концом жестко на створках, а другим - с возможностью осевого перемещения, позволяет обеспечить термокомпенсацию при разнице температур экранов и створок, а также, при жестком креплении на створке переднего конца экрана, устранить возможность колебаний передней кромки экранов от набегающего потока, из-за образования продольного зазора между экранами створок и экраном корпуса.

Выполнение теплозащитных экранов, установленных на сверхзвуковых створках, по меньшей мере, из двух соединенных между собой слоев тонкостенных гофр, причем направление гофр в каждом последующем слое перпендикулярно направлению гофр предыдущего слоя, обеспечивает возможность получения жесткой конструкции экрана с минимальным весом и высокой теплофизической активностью.

Жесткое крепление теплозащитных экранов на продольных силовых элементах сверхзвуковых створок позволяет повысить прочность сверхзвуковой створки и уменьшить ее коробление от тепловых нагрузок. Полезная модель поясняется графически, где:

- на фиг.1 показан продольный разрез сопла (штрих пунктирной линией показано положение в дроссельном режиме);

- на фиг.2 - разрез А-А фиг.1 (повернуто);

- на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.1 (повернуто);

- на фиг.4 - разрез В-В фиг.1.

Регулируемое сверхзвуковое сопло газотурбинного двигателя содержит корпус 1, шарнирно закрепленные на нем дозвуковые 2 и внешние створки 3, соединенные со

сверхзвуковыми створками 4, привод 5 створок и механизм синхронизации 6, выполненный в виде основных 7 и шарнирно связанных с ними дополнительных рычагов 8, соединенных шарнирно с дозвуковыми створками 2, причем каждый дополнительный рычаг 8 одним плечом 9 шарнирно связан с внешней створкой 3, а другим плечом 10 при помощи телескопической тяги 11 с корпусом 1.

Дополнительно на дозвуковых и сверхзвуковых створках 2 и 4 установлены теплозащитные экраны 12 и 13. Теплозащитные экраны 12 установлены со стороны потока внутри полости 14 сопла на полотне 15 створок 2 с образованием каналов 16, газодинамически связанных своими входами 17 с выходом 18 из охлаждающего тракта 19 корпуса 1. Экраны 12 одним своим концом 20 неподвижно закреплены на створках 2 в районе шарнира 21 ее подвески, а другим своим концом 22 закреплены на створках 2 с возможностью осевого перемещения. Экраны 13 установлены внутри межстворочного пространства 23 над сверхзвуковыми створками 4 и закреплены на полках 24 продольного силового элемента 25. Экраны 13 выполнены многослойными, например из двух соединенных между собой слоев тонкостенных гофр 26, причем направление гофр в каждом из слоев перпендикулярно направлению гофр в соединенном с ним слое. То есть, если гофры в одном из слоев, закрепленном на полках 24, направлены вдоль продольной оси створки 4, то в другом слое - поперек этой же оси.

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя часть воздуха второго его контура отбирается на охлаждение корпуса форсажной камеры и сопла. Этот воздух проходит в полость между экранами 12 и створками 2 и, образуя охлажденный пограничный слой, выходит из щели за экранами 12 далее на сверхзвуковую часть сопла. Это создает конвективно-заградительное охлаждение дозвуковых створок 2 и понижает их температуру.

Экраны 13, установленные на створках 4, позволяют уменьшить тепловые потоки от сверхзвуковых створок 4 на створки 3, позволяя выполнить конструкцию внешних створок 3 из титановых сплавов и, таким образом, уменьшить массу сопла. Кроме того, экраны 12 и 13 охлаждают кинематические элементы с шарнирами, расположенными в межстворочном пространстве 23, повышая надежность работы сопла.

1. Регулируемое сверхзвуковое сопло газотурбинного двигателя, содержащее корпус с охлаждающим трактом и шарнирно закрепленные на нем дозвуковые створки и внешние створки, соединенные со сверхзвуковыми створками с образованием межстворочного пространства, отличающееся тем, что оно содержит теплозащитные экраны, установленные на дозвуковых и сверхзвуковых створках, причем на сверхзвуковых створках теплозащитные экраны установлены со стороны межстворочного пространства, а на дозвуковых створках - со стороны, противоположной межстворочному пространству, с образованием относительно створок каналов, газодинамически связанных с охлаждающим трактом корпуса, при этом теплозащитные экраны, расположенные на дозвуковых створках, одним своим концом жестко закреплены на этих створках, а другим - закреплены на них с возможностью осевого перемещения.

2. Сопло по п.1, отличающееся тем, что теплозащитные экраны, установленные на сверхзвуковых створках, выполнены, по меньшей мере, из двух соединенных между собой слоев тонкостенных гофр, причем направление гофр в каждом последующем слое перпендикулярно направлению гофр предыдущего слоя.

3. Сопло по п.1 или 2, отличающееся тем, что сверхзвуковые створки выполнены с продольным силовым элементом, причем теплозащитные экраны, расположенные на сверхзвуковых створках, жестко закреплены на продольных силовых элементах.