Реверсер тяги турбореактивного двигателя, имеющий кромку изменения направления с изменяющейся кривизной

 

Использование: в авиационном двигателестроении, в частности, при изготовлении реверсеров тяги двухконтурного турбореактивного двигателя. Сущность изобретения: труба инверсии прохождения потока, реверсируемого реверсером тяги турбореактивного двигателя, ограничена с одной стороны кромкой изменения направления, выполненной заодно с неподвижной частью. Продольные сечения (А, В, С) кромки изменения направления имеют изменяющуюся кривизну от одной боковой кромки к другой у трубы инверсии для улучшения управления потоками инвертированного течения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к реверсеру тяги двухконтурного турбореактивного двигателя.

В этом типе турбореактивного двигателя, имеющего первичный канал циркуляции так называемых газов горячего потока, образующих основной поток выпуска, и кольцевой канал, коаксиальный первому каналу, в котором циркулируют так называемые газы холодного потока, например, на выходе из нагнетателя, расположенного на входе турбореактивного двигателя, и образующий вторичный поток выпуска, в особенности при высокой степени отношения массы вторичного воздуха к массе сгоревших газов, реверсирование тяги приводит в основном или исключительно к отклонению холодного вторичного потока.

На фиг. 1 показан известный пример осуществления реверсера тяги этого типа, состоящего из трех основных частей, неподвижной части 1, расположенной выше по потоку, в продолжение наружной стенки канала вторичного потока, который внутри ограничен оболочкой центральной конструкции турбореактивного двигателя, подвижной части 2 и неподвижной задней обечайки 3. Указанная передняя неподвижная часть 1 содержит наружную панель 4 кабины, внутреннюю панель 5, ограничивающую снаружи поток вторичного воздуха, и передний каркас 6, который обеспечивает соединение указанных панелей 4 и 5. Указанный передний каркас 6 служит также опорой для устройства управления перемещениями подвижной части 2, которая в основном состоит из некоторого числа перемещаемых элементов или препятствий, обычно называемых створками 7, причем это число может изменяться в зависимости от конкретных случаев применения, например, двух, трех или четырех створок 7, образующих кольцевой блок, возможно во взаимодействии с неподвижной частью, согласно варианту установки блока тяги, образованного турбореактивным двигателем на самолете.

На фиг. 2 показан, в соответствии с частичным схематичным видом в перспективе, пример выполнения такого реверсера тяги двухконтурного реактивного двигателя, пpи этом реверсор содержит в этом случае четыре створки 7, две из которых видны на фиг. 2 и показаны раскрытыми, что соответствует работе в режиме реверсирования тяги. Каждая створка 7 связана со средством управления перемещениями, таким как силовой цилиндр 7а.

Ниже по потоку неподвижная часть 1, при этом верхняя и нижняя части по потоку определяются по отношению к нормальному направлению циркуляции газов при прямой тяге, при этом данная конструкция продолжена кромкой изменения направления 8, закрепленной под передним каркасом 6 и предназначенной для обеспечения соответствующего ориентирования потока, в положении реверсирования тяги. Каждая створка 7 состоит из наружной панели 9, устанавливаемой в положении прямой струи в продолжение наружной панели 4 неподвижной части 1, находящейся выше по потоку, для образования сплошной аэродинамической стенки, ограничивающей поток, являющийся внешним по отношению к двигателю, изображенный стрелкой 10, внутренней панели 11 и внутренней конструкции, выполненной из ребер жесткости 12, обеспечивающих связь между панелями 9 и 11. Створка 7 дополнена набором отражателей, предназначенных для придания направления реверсированному потоку, когда реверсирующее устройство находится в положении реверсирования тяги, а створка 7 в раскрытом или развернутом положении. Этот узел содержит, в частности, выше по потоку от створки 7 отражатель 13, состоящий из лобовой части, соединенной или не соединенной с боковыми частями. Для того, чтобы створка 7 в открытом положении реверсирования тяги обеспечивала достаточные характеристики, обычно требуется, как в известном примере, изображенном на фиг. 1, чтобы передняя часть внутренней панели 11 отходила в наружном радиальном направлении от теоретической оболочки совершенного непрерывного аэродинамического ограничения вторичного потока газов, обозначенного стрелкой 15. В результате с внутренней стороны створки 7 оказывается образованной полость 16, когда она находится в закрытом положении, соответствующем прямой тяге, эта полость ограничена спереди отражателем 13 створки и кромкой изменения направления 8 неподвижной части 1 выше по потоку с наружной стороны, частью выше по потоку внутренней панели 11 створки, и с внутренней по радиусу стороны указанной теоретической поверхностью 14. Часть потока загоняется кромкой изменения направления 8 в указанную полость 16, создавая в результате искажение потока и завихрения в вытекающих струях. Отсюда следуют аэродинамические потери, которые вредны для работы в режиме прямой тяги.

Другие примеры осуществления типа реверсирования тяги турбореактивного двигателя с опрокидывающимися створками описаны, в частности, во французских патентах А-2 486 153, А-2 506 843 и А-2 559 838. Также были предложены решения для улучшения профиля потока, соответствующего правильной аэродинамической оболочке потока при работе в режиме прямой тяги.

В частности, во французском патенте А-2 621 082 описана створка реверсивного устройства, имеющая внутреннюю подвижную часть, приспособленную к профилю потока при работе в режиме прямой тяги, закрывая таким образом указанную полость 16, убираясь при этом при работе в режиме реверсирования тяги, для получения требуемых характеристик.

Другая проблема заключается в контроле за реверсированной струей при работе в режиме реверсирования тяги. В вышеуказанном французском патенте А-2 559 838, в частности, исследовалось решение в различных усовеpшенствованиях, введенных в форму кромок канала реверсирования, образованного в обтекателе при раскрывании створок реверсивного устройства. Известно также использование с этой целью блока отражателей, связанного с каждой створкой, такого как фронтальный отражатель 13, изображенный на фиг. 1. Однако, в некоторых случаях применения эти ранее известные усовершенствования могут оказаться недостаточными для обеспечения требуемых параметров. В самом деле, поток должен быть направлен вперед в целях создания тяги, направленной противоположно к скорости продвижения самолета (либо реверсирование тяги), а также в боковом направлении, во избежание ударов со смежными частями самолета (крыло или фюзеляж.), предотвращая при этом направление вторичного потока ко входным воздухозаборникам различных двигателей, приводя к возникновению явлений повторного впрыска. С учетом этих требований технология этого контроля отклонений струи в боковом направлении и вперед будет называться "управление поверхностями текучих слоев".

Далее цель изобретения состоит в нахождении решения для этих разных проблем, обеспечивая улучшение указанного процесса управления поверхностями реверсированного потока и учитывая требования, связанным с предусмотренным применением в авиационных двигателях, в частности, имеющих минимальные вес и габариты.

Изобретение применимо, в частности, для вышеописанного типа реверсивного устройства тяги со ссылками на фиг. 1 и 2, но оно применяется также к любому типу устройства реверсирования тяги, в котором подвижный блок открывает, при работе в режиме реверсирования тяги, канал, называемый "каналом реверсирования", через который проходит вторичный поток после его блокирования либо створками, либо препятствиями или любой формой закрылков либо обшивки в случае с реверсором решетчатого типа. Во всех случаях канал реверсирования ограничен спереди соответствующим отведением, выполненным в неподвижной структуре реверсора и заканчивающимся обтекателем, называемым "кромкой изменения направления", а затем, по бокам, боковыми сторонами, и, наконец, сзади створками или дверцами.

Эти цели достигаются согласно изобретению с помощью реверсера тяги вышеуказанного типа, в котором канал реверсирования ограничен, по крайней мере, со стороны вверх по потоку неподвижной кромкой изменения направления, выполненной заодно с неподвижной конструкцией вверх по потоку реверсора, отличающегося тем, что сечения кромки изменения направления, полученные в продольных плоскостях, перемещающихся от одной боковой кромки канала реверсирования к другой, имеют переменную изменяющуюся кривизну.

Целесообразно, чтобы на боковой кромке канала реверсирования указанная кривизна была положительной, при этом кромка изменения направления имеет форму, закругленную наружу, соответствует максимальному проходному сечению, затем, перемещаясь в направлении к другой боковой кромке, вдоль кромки изменения направления, кривизна уменьшается, становится эллиптической, а затем пропадает, при этом сечение в этом месте является плоским или прямолинейным, и наконец, на другой боковой кромке кривизна является отрицательной, при этом кромка изменения направления имеет пластину, обращенную к потоку, соответствующему минимальному проходному потоку.

Согласно предусмотренным в целесообразном варианте случаям применения, указанные решения изменяющейся кривизны кромки изменения направления применимы, либо когда отведение выше по потоку кромки изменения направления является постоянным, либо когда отведение выше по потоку кромки изменения направления является наклонным.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут лучше поняты при ознакомлении с нижеследующим описанием вариантов осуществления изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: фиг. 1 представляет собой схематичный половинный вид в продольном разрезе через плоскость, проходящую через ось вращения турбореактивного двигателя, реверсора тяги с поворотными створками в закрытом положении, относящегося к известному типу и который ранее был описан; фиг. 2 представляет собой частичный вид в перспективе реверсера тяги, изображенного на фиг. 1, в развернутом положении; фиг. 3 представляет собой в частичном виде в перспективе, аналогичном виду с фиг. 2, изображение реверсера тяги, канал реверсирования которого имеет кромку изменения направления с постоянным отведением, выполненного согласно изобретению; на фиг. 3А, 3В, 3С, 3D изображено соответственно сечение кромки изменения направления реверсера тяги, изображенного на фиг. 3, по продольной плоскости, проходящей соответственно по линиям А-А, В-В, С-С и D-D c фиг. 3; на фиг. 4 изображен в частичном виде в перспективе, аналогичном виду с фиг. 2 и 3, реверсер тяги, канал реверсирования которого имеет кромку изменения направления с наклонным отведением, выполненный согласно изобретению; на фиг. 4А, 4В, 4С и 4D изображено соответственно сечение кромки изменения направления реверсера тяги, изображенного на фиг. 4, по продольной плоскости, проходящей соответственно через линии А-А, В-В, С-С и D-D c фиг. 4.

Как отмечено ранее, изобретение применимо для реверсера тяги любого известного типа, так называемого с решетками профилей реверсера тяги, с поворотными створками или с задними створками реверсера, но содержащего во всех случаях канал реверсирования, выполненный в канале циркуляции потока текучих газов. На фиг. 3 показан пример выполнения реверсера тяги с поворотными створками, который содержит вышеописанные со ссылкой на фиг. 1 и 2 узлы и детали в известном примере осуществления. Те же самые ссылочные номера этих элементов будут сохранены ниже в описании, когда они идентичны или соответствуют друг другу. Таким образом реверсер тяги имеет неподвижную часть 1 выше по потоку, держатель силового цилиндра 7а, а затем подвижную часть 2, образованную створками 7 и неподвижным хвостовым конусом 3.

В открытом положении створок 7, как изображено на фиг. 3, соответствующем работе в реверсировании тяги реверсера тяги, вторичный поток турбореактивного двигателя, как это было известно и ранее было отмечено, заблокирован в канале реверсера задней частью поворотных створок 7. Таким образом, указанный реверсированный поток направляется через канал реверсирования 17, соответствующий отверстию, выполненному в наружной стенке кольцевого канала реверсера, и ограниченному, со стороны ниже по потоку, внутренней стенкой и кромкой створки 7, на боках, боковыми поверхностями и, в частности, кромкой неподвижной балки 18, и наконец, со стороны выше по потоку, концевой кромкой внутренней стенки неподвижной части 1 выше по потоку реверсера, образующей наружную стенку кольцевого канала циркуляции потока текучих газов. На стороне ниже по потоку внесены, в частности, усовершенствования, как это известно, в кромку канала реверсирования 17, с помощью усовершенствований внутренней стенки створки 7 и с помощью отражателей, добавленных к кромкам створки, в частности, переднего отражателя 13, на концевой кромке выше по потоку створки 7, как изображено на фиг. 3. Аналогичным образом, со стороны вверх по потоку кромка канала реверсирования 17 снабжена обтекателем, выполненным заодно с неподвижной частью выше по потоку 1 реверсера, продолжая указанную стенку, ограничивающую поток газов. Изобретение касается конкретных усовершенствований, внесенных в этот обтекатель, называемый кромкой изменения направления 108, в целях улучшения управления потоков реверсированной струи. В расположении кромки изменения направления 108 первой искомой задачей является получение максимального расхода текучей среды, в целях обеспечения общих характеристик реверсера, в частности, при работе в режиме реверсирования тяги. Влияние кромки изменения направления 108 теперь вызвано коэффициентом формы, соответствующему форме внутренней стенки обтекателя, испытывающей воздействие давления потока, и определяемой кривой, отмечаемой на разрезе кромки изменения направления 108 через продольную плоскость, проходящую через геометрическую ось реверсера или ось вращения связанного турбореактивного двигателя. Коэффициенты расхода получают максимальные, когда кромка является закругленной, при этом указанная кривая сечения имеет положительную кривизну, при этом конец кромки изменения направления 108 обращен наружу по отношению к геометрической продольной оси реверсера. Часто однако бывает, независимо от типа реверсера тяги, что установочные напряжения, с учетом других требований, таких как масса и габариты, предъявляемых к определению канала реверсирования и, в частности, к установке кромки изменения направления, не позволяют получать оптимальный закругленный теоретический профиль кромки изменения направления 108. Одна из целей изобретения заключается в поиске оптимального компромисса между этими различными напряжениями.

Далее, как изображено на фиг. 3А-3D, кромка изменения направления 108 согласно изобретению, один пример установки и применения которой в реверсере тяги с поворотными створками показан на фиг. 3, имеет переменный профиль, такой, что кривизна последовательных линий или кривых, получаемых при сечении продольными плоскостями, проходящими через продольную геометрическую ось реверсера и перемещающимися азимутально от одной боковой кромки к другой от кромки изменения направления 108, и обозначенных соответственно 108А, 108В, 108С, 108D на фиг. 3А, 3В, 3С, 3D, является переменной и изменяющейся. Таким образом, стенка 108А имеет отрицательную кривизну и показывает зарождение носика 19А на краю 19 кромки изменения направления 108, расположенной на боковой стороне. Стенка 108В, расположенная в середине канала реверсирования 17, вблизи от силового цилиндра 7а привода створки 7, имеет нулевую кривизну, при этом стенка сечения является плоской и линия 108В является прямой. Стенка 108С принимает положительную кривизну, которая усиливается в месте 108D, переходя в эллипсоидальную и имея значительную кривизну и сильное закругление вблизи у другой боковой кромки, которая, в частности, отделена от любой опасности помехи между реверированным потоком и соседними зонами самолета и которая будет соответствовать каналу с максимальным расходом. Выбранная эволюция величин кривизны от одной боковой кромки к другой на кромке изменения направления 108 определяется с учетом требований непрерывности поверхностей и поиска оптимизированного управления потоками реверсированной текучей среды, а также достижения общих технических параметров. В примере, изображенном на фиг. 3 и на фиг. 3А-3D, в результате отмечается увеличение коэффициента расхода сечения кромки изменения направления 108 при переходе от одной боковой кромки вблизи от 108А до другой боковой кромки вблизи от 108D. Также отмечают, что в примере, изображенном на фиг. 3, конец ниже по потоку 19 кромки изменения направления 108 имеет постоянное изменение направления, расположенное в поперечной плоскости, перпендикулярной к продольной геометрической оси реверсера. Напротив, боковой обтекатель, такой как 20, был присоединен к кромке изменения направления 108, и этот элемент способствует, обычным образом, улучшению коэффициента расхода истечения реверсированного потока, а также снижению потерь напора истечения прямой струи. Другие усовершенствования, известные сами по себе, могут потребоваться для учета либо близости земли, либо близости несущих поверхностей самолета, и они сообщают, в частности, конкретную обработку по заданному профилю углов створки, так называемых ломаных, который встречается также в форме кромок неподвижной части, ограничивающей канал реверсирования.

Эти различные параметры влияния также должны учитываться в оптимальном определении потоков обратного потока.

Среди средств, которые возможно могут использоваться для воздействия на управление потоками обратного потока, в вышеуказанном французском патенте А-2 559 838 приведен, в частности, конкретный вырез неподвижной кромки канала реверсера на уровне трубы реверсирования и показан пример выполнения, когда неподвижная кромка имеет общий вырез, наклонный по отношению к поперечной плоскости, перпендикулярной к продольной геометрической оси реверсера, в результате чего труба реверсирования шире с одной стороны, чем с другой. Эта техника часто встречает пределы применения в напряжениях установки кромки изменения направления, упомянутые ранее. Однако, всякий раз, когда эти решения возможны, а выбор их применения был сделан, усовершенствования кромки изменения направления, согласно изобретению, также дают дополнительные преимущества, которые были выявлены в вышеописанном примере выполнения применительно к фиг. 3 и 3А-3D. На фиг. 4 и 4А-4D таким образом показан пример выполнения реверсера тяги турбореактивного двигателя с поворотными створками, относящегося к типу, аналогичному изображенному на фиг. 3, и в котором кромка изменения направления 208 имеет концевую закраину 219, ограничивающую трубу реверсирования 217, выполненную согласно описанию патента Франции А-2 559 838 и имеющую, следовательно, наклонный обвод. Напротив, согласно изобретению, имеет место эволюция по азимуту кривизны различных сечений кромки изменения направления 208 по продольным плоскостям, проходящим через геометрическую ось реверсера. В изображенном примере встречается, как ранее в примере, изображенном на фиг. 3, зона уменьшенного расхода, сечение 208А которой имеет отрицательную кривизну и концевой носок 219А, а затем плоское сечение с прямой линией 208В, за которым следует зона возрастающего расхода, сечения которой имеют положительную кривизну, в точках 208С и 208D, при этом линия переходит от эллиптической формы к сильному закруглению, вблизи от боковой кромки, где расход достигает своего максимального значения.

Формула изобретения

1. Реверсер тяги турбореактивного двигателя, имеющий кромку изменения направления с изменяющейся кривизной, содержащий трубу инверсии, образующую канал для реверсируемого потока в режиме реверсирования тяги, ограниченную по крайней мере со стороны выше по потоку неподвижной кромки изменения направления, выполненной заодно с неподвижной конструкцией выше по потоку реверсера, отличающийся тем, что сечения кромки изменения направления продольными плоскостями, проходящими через геометрическую ось реверсера, перемещающимися от одной боковой кромки трубы инверсии к другой, имеют изменяющуюся кривизну.

2. Реверсер по п. 1, отличающийся тем, что кривизна сечения кромки изменения направления, выполненная на боковой кромке трубы инверсии, положительна и соответствует форме, закругленной наружу от кромки изменения направления, и максимальной пропускной способности, по мере перемещения сечений вдоль кромки изменения направления кривизны уменьшается от эллиптической до нулевой, при этом сечение в этом месте является плоским или прямолинейным, на другой боковой кромке кривизна отрицательна, а соответствующее сечение имеет носок, обращенный к потоку с обеспечением минимальной пропускной способности.

3. Реверсер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит поворотные створки, приводимые в движение силовым цилиндром, в котором кромка изменения направления имеет конец ниже по потоку с постоянным изгибом в поперечной плоскости, перпендикулярной геометрической оси реверсера.

4. Реверсер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что поворотные створки, приводимые в действие силовым цилиндром, в котором указанная кромка изменения направления имеет конец ниже по потоку, изгиб которого является наклонным по крайней мере локально.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4