Прямоточный реактивный двигатель летательного аппарата

 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к прямоточным реактивным двигателям летательного аппарата. Прямоточный реактивный двигатель установлен в мотогондоле 1, расположенной под крылом 2 летательного аппарата, и содержит корпус 3 прямоугольного поперечного сечения с наружными панелями 4 сжатия, панелями 5 расширения газа, панелью 6 камеры сгорания, боковыми вертикальными стенками и подвижной обечайкой 8. 17 ил.

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к двигателям сверхзвуковых летательных аппаратов.

Известен прямоточный реактивный двигатель летательного аппарата, содержащий корпус прямоугольного сечения, наружная поверхность которого образована панелями сжатия и расширения газа, панелью камеры сгорания и боковыми стенками (патент США N 3250071, кл. 60-270, 1966).

Конструктивные особенности известного двигателя не позволяют повышать давление в газовоздушном тракте двигателя, что является одним из основных условий повышения экономичности теплового двигателя, в частности прямоточного двигателя.

Задачей изобретения является повышение экономичности прямоточного реактивного двигателя.

Задача решается тем, что прямоточный реактивный двигатель летательного аппарата содержит корпус прямоугольного сечения, наружная поверхность которого образована панелями сжатия и расширения газа, панелью камеры сгорания и боковыми вертикальными стенками, и подвижную обечайку прямоугольного поперечного сечения с вертикальными стенками, установленными в продольных пазах панели камеры сгорания и панелях сжатия и расширения газа с возможностью плоскопараллельного перемещения обечайки относительно корпуса двигателя с образованием между корпусом и подвижной обечайкой замкнутого в поперечных сечениях газовоздушного тракта двигателя прямоугольной формы, механизм перемещения обечайки, причем механизм перемещения обечайки содержит не менее трех спаренных винтовых подъемников с приводом, одни концы которых шарнирно соединены с верхними частями вертикальных стенок подвижной обечайки, снабженных перемычками, а другие - с панелью камеры сгорания и герметизации корпуса двигателя, включающей в себя систему уплотнений подвижной обечайки, служащей для разделения внутренней полости корпуса двигателя и его газовоздушного тракта и механизм для закрытия вырезов в корпусе на панелях сжатия и расширения газа, содержащий ползуны с коническими уплотнительными поверхностями контакта с передними и задними кромками подвижной обечайки, дифференциальный разгрузочный механизм кинематической связи между ползунами, содержащий равноплечее коромысло и направляющий механизм с рычагом связи с осью равноплечего коромысла для поддержания оси на прямой, параллельной передней и задней кромкам подвижной обечайки, двигатель снабжен перемычками, выполненными в виде панелей, размещенных по всей длине обечайки, каждая из панелей снабжена уплотнительными створками, шарнирно закрепленными на концах их продольных сторон и контактирующих своими торцевыми частями через уплонительные элементы с панелью камеры сгорания и панелью сжатия газа, и вертикальными стенками подвижной обечайки с образованием переменного замкнутого разгрузочного объема, который через отверстие, выполненное в панели камеры сгорания, сообщен с газовоздушным трактом двигателя, при этом винтовые подъемники размещены между вертикальными боковыми и вертикальными стенками корпуса и подвижной обечайки, привод винтовых подъемников закреплен на перемычках подвижной обечайки, кинематическая связь дифференциального разгрузочного механизма содержит ползун с обоймами и тягами, установленный на оси равноплечего коромысла соосно с рычагом связи направляющего механизма, а обоймы тягами шарнирно соединены с концами равноплечего коромысла, при этом другие их концы шарнирно соединены с ползунами механизма закрытия вырезов в корпусе двигателя, оси шарниров тяг и коромысла расположены на прямых, проходящих через точку пересечения прямой, параллельной передней и задней кромкам подвижной обечайки и прямой, соединяющей вершины конических уплотнительных поверхностей ползунов, при этом ось равноплечего коромысла проходит через точку пересечения упомянутых прямых, а отрезки, соединяющие вершины конических уплотнительных поверхностей с осями шарниров ползунов, параллельны между собой и пропорциональны расстояниям от вершин конических уплотнительных поверхностей до оси коромысла.

На фиг. 1 показано расположение прямоточного двигателя на крыле летательного аппарата при виде снизу; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - общий вид прямоточного реактивного двигателя в плане; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - сечение на В-В фиг. 3; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 3; на фиг. 7 - сечение Д-Д на фиг. 3; на фиг. 8 - сечение Е-Е на фиг. 3; на фиг. 9 - выносной элемент 1 на фиг. 8; на фиг. 10 - сечение Ж-Ж фиг. на 9; на фиг. 11 - сечение З-З на фиг. 9; на фиг. 12 - сечение И-И фиг. 3; на фиг. 13 - сечение К-К фиг. 3; на фиг. 14 - сечение Л-Л фиг. 7; на фиг. 15 - два обращенных положения ползунов по отношению к неподвижной обечайке; на фиг. 16 - кинематическая схема управления подвижной обечайкой, вид в плане; на фиг. 17 - то же, вид сбоку.

Прямоточный реактивный двигатель является частью мотогондолы 1, расположенной под крылом 2 летательного аппарата. Он содержит корпус 3 прямоугольного поперечного сечения с наружными панелями сжатия 4, расширения газа 5, панель. 6 камеры сгорания и боковыми вертикальными стенками 7 и подвижной обечайки 8 с вертикальными стенками 9, расположенными в продольных пазах 10 корпуса 3 с возможностью плоскопараллельного перемещения обечайки 8 относительно корпуса 3 и образованием с панелями 4, 5 и 6 прямоугольного и замкнутого в поперечных сечениях двухсекционного газовоздушного тракта 11 прямоточного двигателя.

Верхние части вертикальных стенок 9 подвижной обечайки 8 соединены между собой перемычками 12, выполненными в виде сплошных панелей, размещенных по всей длине подвижной обечайки 8. Каждая перемычка 12 снабжена уплотнительными створками 13, шарнирно закрепленными на концах продольных сторон перемычек и контактирующих своими торцевыми частями через уплотнительные элементы 14 с образованием переменного замкнутого разгрузочного объема 15, сообщенного с газовоздушным трактом 11 двигателя отверстием 16, выполненным в панели 6 камеры сгорания.

Двигатель снабжен механизмом перемещения подвижной обечайки 8, состоящий из трех спаренных шариковинтовых подъемников 17, которые размещены между стенок 7 и 9, шарнирно установлены по краям перемычек 12 и ходовыми винтами 18 шарнирно соединены с панелью камеры сгорания 6. Привод каждой пары подъемников 17 содержит пару карданных валиков 19, редуктор 20 и электродвигатель.

Корпус 3 двигателя герметизирован уплотнительными элементами 14, выполненными в виде подпружиненных вкладышей, расположенных по обе стороны каждого из пазов 10 и контактирующих с боковыми поверхностями вертикальных стенок 9 и ползунов 21, закрывающих открытые участки пазов 10, образованных продольным движением подвижной обечайки 8. Одними концами ползуны расположены в глухих каналах 22, являющихся продолжением пазов 10, а другими концами с помощью направляющих буртиков находятся контакте со скошенными плоскостями 23 острых передних 24 и задних 25 кромок вертикальных стенок 9 своими сопрягаемыми частями, выполненными в виде секторных вилок 26 с внутренними поверхностями в виде обращенных друг к другу конусов 27 и 28 с вершиной в точке D и образующие со скошенными плоскостями 23 постоянную линию контакта 29, проходящую через точку "D" и меняющую свое угловое положение при изменении углового положения передней или задней кромок 24, 25.

Ползуны 21, расположенные по боковым пазам 10, связаны между собой и подвижной обечайкой 8 дифференциальным разгрузочным механизмом, расположенным между стенками 7 и 9. Разгрузочный механизм содержит ползун 30, равноплечее коромысло 31, обоймы 32 и 33 и направляющий механизм с рычагом связи 34, поворотным подкосом 35 и ползуном 36, установленным на перемычках 12 таким образом, чтобы обеспечить прямолинейное движение конца рычага связи параллельно передним и задним кромкам 24 и 25.

Равноплечее коромысло 31 шарнирно и соосно с концом рычага связи 34 установлено в средней части ползуна 30, на оси 37 с возможностью перемещения этой оси, как было выше указано, по прямой, параллельной передним и задним кромкам 24 и 25, обоймы 32 и 33 установлены по концам ползуна 30 с возможностью поступательного перемещения относительно последнего, причем одни концы обойм шарнирно соединены с ползунами 21 по осям 38, а другие соединены равными шарнирными тягами 39 с концами коромысла 31. Для поджатия ползунов 36 к передним и задним кромкам 24 и 25 вертикальных стенок 9, между одним из плеч коромысла 31 и обоймой 3 установлена пружина 40 растяжения.

Ползуны 21, расположенные по среднему пазу 10, соединены шарнирно с крайними ползунами 21 с помощью траверс 41.

Взаимное положение осей 37 и 38 по отношению к вершинам D уплотнительных поверхностей ползунов 21 выбрано таким образом, чтобы исключить влияние углового поворота подвижной обечайки 8 на положение ползунов 21 по отношению к передним и задним кромкам 24 и 25, т.е. появлению между ними зазора. Для достижения этой цели ось 37 коромысла расположена на пересечении прямой 42, соединяющей вершины D уплотнительных поверхностей ползунов 21 и выбранной упомянутой прямой 43, параллельной передней и задней кромкам 24 и 25 подвижной обечайки, задаваемой движением рычага связи 34 направляющего механизма.

Кроме того, оси 38 и 37 должны лежать на одной прямой 44, причем оси 38 находятся по отношению к вершинам D на расстояниях, пропорциональных расстояниям упомянутых вершин до оси 37, а отрезки, соединяющие вершины D и оси 38, параллельны между собой.

На фиг. 15 показано два обращенных положения ползунов 21 по отношению к подвижной обечайке 8, обозначенных соответственными вершинами конических уплотнительных поверхностей ползунов как D₁ и D₂ и относительно оси 37 - точки O. Возможное размещение осей 38 в трех вариантах, обозначенное соответственными точками A₁B₁C₁ и A₂B₂C₂, относительно точки O, при котором исключается точка O при повороте подвижной обечайки, должно находиться на окружностях с центрами в точках D₁ и D₂, , радиусы которых R₁ и R₂, обозначенные соответственными отрезками D₁A₁ и D₂A₂, , D₁C₁ и D₂C₂ и т.д., пропорциональны длинам отрезков OD₁ и OD₂ и параллельны между собой на основании подобия треугольников OD₁A₁ и OD₂A₂, OB₁D₁ и OB₂D₂, и т.д.

Для подачи топлива в камеру сгорания двигатель снабжен форсунками 45, подача топлива, к которым осуществляется с помощью трубопроводов, расположенных в панели 6 камеры сгорания.

Передняя часть мотогондолы 1, обращенная к набегающему потоку, снабжена каналом слива 46 пограничного слоя и воздухозаборным устройством с наклонными поверхностями сжатия 47 воздушного потока, примыкающими к панели 4 сжатия двигателя для образования системы скачков 48 уплотнения, фокусирующихся на передней кромке 49 подвижной обечайки. Кормовая часть мотогондолы 1 является соплом 50, интегрированным с панелью 5 расширения газа прямоточного двигателя.

Устройство работает следующим образом.

После запуска двигателя при изменении скорости полета летательного аппарата происходит непрерывное регулирование работы прямоточного двигателя изменением положения подвижной обечайки 8 с помощью трех пар винтовых подъемников 17, приводимых в действие через карданные валики 19 и редукторы 20 тремя электродвигателями, управляемыми бортовой ЭВМ. При этом давление из газовоздушного тракта двигателя через отверстие 16 попадает в полость разгрузочного объема 15 и, прижимая уплотнительные створки 13 к панелям 6 камеры сгорания и панелям 4 сжатия газа, создает противодавление, которое существенно уменьшает потребление нагрузки для перемещения подвижной обечайки 8. Нагрузки на подъемники 17 в этом случае будут включать в себя сопротивление сил трения, конструктивно неуравновешенные усилия между полостями 11 и 15 и нагрузки от перепада давления между ними на нестационарных режимах работы двигателя.

При работе двигателя система его герметизации, состоящая из ползунов 21, уплотнительных элементов 14 и уплотнительных створок 13, предотвращает проникновение высокотемпературного газа и давление газовоздушного тракта в полость корпуса 3, при этом часть газа, попавшая в эту полость, удаляется в атмосферу.

При продольном перемещении подвижной обечайки 8 происходит принудительное перемещение ползунов 21 в направляющих пазах 10 как под действием скошенных плоскостей 23 вертикальных стенок 9, так и под воздействием направляющего механизма, поддерживающего положение оси 37 на прямой 43, параллельной передним и задним кромкам подвижной обечайки 8, что позволяет снизить контактные нагрузки между поверхностями секторных вилок 26 ползунов 21 и скошенными плоскостями 23, т.е. нежелательное сопротивление трения. Пружина 40 обеспечивает постоянный контакт ползунов 21 с вертикальными стенками 9 и рассчитывается на преодоление разности усилий трения между ползунами.

При повороте подвижной обечайки 8 потребное расстояние между ползунами увеличивается, что компенсируется поворотом коромысла 31 вокруг оси 37, положение которой при этом, обусловленное соответствующим выбором осей 38 по отношению к вершинам "D", остается неизменным на прямой 43, что не приводит к появлению зазоров между ползунами 21 по отношению к передним 24 и задним 25 кромкам подвижной обечайки.

Перемещение ползунов 21, контактирующих со средней вертикальной стенкой 9 подвижной обечайки и кинематически не связанных между собой, осуществляется как за счет их непосредственного взаимодействия со стенкой, так и за счет передачи усилий от крайних ползунов 21 к средним с помощью траверс 41.

Формула изобретения

Прямоточный реактивный двигатель летательного аппарата, содержащий корпус прямоугольного сечения, наружная поверхность которого образована панелями сжатия и расширения газа, панелью камеры сгорания и боковыми вертикальными стенками, и подвижную обечейку прямоугольного поперечного сечения с вертикальными стенками, установленными в продольных пазах панели камеры сгорания и панелях сжатия и расширения газа с возможностью плоскопараллельного перемещения обечайки относительно корпуса двигателя с образованием между корпусом и подвижной обечайкой замкнутого в поперечных сечениях газовоздушного тракта двигателя прямоугольной формы, механизм перемещения обечайки, отличающийся тем, что механизм перемещения обечайки содержит не менее трех спаренных винтовых подъемников с приводом, одни концы которых шарнирно соединены с верхними частями вертикальных стенок подвижной обечайки, снабженных перемычками, а другие с панелью камеры сгорания и герметизации корпуса двигателя, включающей в себя систему уплотнений подвижной обечайки, служащей для разделения внутренней полости корпуса двигателя и его газовоздушного тракта, и механизм для закрытия вырезов в корпусе на панелях сжатия и расширения газа, содержащий ползуны с коническими уплотнительными поверхностями контакта с передними и задними кромками подвижной обечайки, дифференциальный разгрузочный механизм кинематической связи между ползунами, содержащий равноплечее коромысло и направляющий механизм с рычагом связи с осью равноплечего коромысла для поддержания оси на прямой, параллельной передней и задней кромкам подвижной обечайки, двигатель снабжен перемычками, выполненными в виде панелей, размещенных по всей длине обечайки, каждая из панелей снабжена уплотнительными створками, шарнирно закрепленными на концах их продольных сторон и контактирующими своими торцевыми частями через уплотнительные элементы с панелью камеры сгорания и панелью сжатия газа и вертикальными стенками подвижной обечайки с образованием переменного замкнутого разгрузочного объема, который через отверстие, выполненное в панели камеры сгорания, сообщен с газовоздушным трактом двигателя, при этом винтовые подъемники размещены между вертикальными боковыми и вертикальными стенками корпуса и подвижной обечайки, привод винтовых подъемников закреплен на перемычках подвижной обечайки, кинематическая связь дифференциального разгрузочного механизма содержит ползун с обоймами и тягами, установленный на оси равноплечего коромысла соосно с рычагом связи направляющего механизма, а обоймы тягами шарнирно соединены с концами равноплечего коромысла, при этом другие их концы шарнирно соединены с ползунами механизма закрытия вырезов в корпусе двигателя, оси шариниров тяг и коромысла расположены на прямых, проходящих через точку пересечения прямой, параллельной передней и задней кромкам подвижной обечайки и прямой, соединяющей вершины конических уплотнительных поверхностей ползунов, при этом ось равноплечего коромысла проходит через точку пересечения упомянутых прямых, а отрезки, соединяющие вершины конических уплотнительных поверхностей с осями шарниров ползунов, параллельны между собой и пропорциональны расстояниям от вершин конических уплотнительных поверхностей до оси коромысла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17