Шумоглушащее сопло воздушно-реактивного двигателя

 

Изобретение относится к авиации, в частности к соплам двигателей летательных аппаратов. Сущность: сопло содержит обечайку 1 и центральное тело 2, между которыми расположены полые пилоны, разделяющие основной канал сопла на ряд каналов, а также эжектор. Каждый пилон снабжен двумя панелями 6, подвижно соединенными с пилоном вдоль кромок, и механизмом поворота панелей 6. 6 ил.

Изобретение относится к авиации, в частности к соплам летательных аппаратов с устройствами для снижения шума.

Одним из основных требований к двигателям гражданских самолетов является низкий уровень шума на взлете и посадке. Снижение шума в особенности актуально для сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС), для которых шум на местности определяется шумом струй двигателей.

Известно сопло для СПС со сниженным уровнем шума за счет протока внешнего воздуха на режиме взлета через полые пилоны. При этом сверхзвуковая часть сопла выполняет роль эжектора. На режиме крейсерского сверхзвукового полета пилоны убираются, сверхзвуковая часть сопла формируется створками, расположенными на внутренней поверхности эжектора (см. AIAA Paper N 80-0165. Flight and wind tunnel test results of a mechanical jet noise supressor nozzle. R. D. FitzSimmons, R. A. McKinnon and E.S.Johnson. Douglas Aircraft Company McDonnel Douglas Corporation and J.R.Brooks Rolls-Royce, Limited). Исследования этого сопла показали, что при снижении шума на взлете и посадке на 16 EPNdB потери тяги составляют 5-6% При этом конструкция сопла получается сложной с тремя группами подвижных элементов (дозвуковые створки, регулирующие критическое сечение, убираемые пилоны, сверхзвуковые створки) и, как следствие, большого веса.

Известно сопло для СПС, содержащее осесимметричное суживающееся сопло и эжектор (патент Великобритании 1,207,194 United Aircraft Corp. 1967 г.). При высоких тяговых характеристиках этого сопла снижение шума незначительно, т. к. в коротком эжекторе без разбиения одной струи на ряд мелких невозможно обеспечить коэффициент эжекции достаточным для существенного снижения скорости истекающей струи и соответственно шума.

Известно сопло со сниженным уровнем шума, содержащее обечайку, центральное тело с расположенными вокруг него полыми пилонами, через которые проходит внешний воздух (см. Thrust performance of isolated plug nozzles with two tipes of 40-spoke noise supressor at mach numbers from 0 t0 0.45. by D. E. Harrington and J.J.Scbloemer, NASA TM X-2951, 1974). Недостатками этого сопла являются большие потери тяги сопла на режимах полета с шумоглушением, которые составляют около 16% идеальной тяги сопла.

За прототип изобретения выбрано сопло со сниженным уровнем шума, содержащее обечайку и центральное тело, между которыми расположены полые пилоны, разделяющие основной канал сопла на ряд каналов, а также эжектор, причем каждый пилон снабжен двумя панелями, подвижно соединенными с пилоном вдоль кромок, и механизмом поворота панелей (см. патент США 2940252, F 02 K 1/26, 1960).

Недостатком прототипа является то, что крепление панелей к кромкам пилонов удлиняет внутренний канал сопла на длину панелей вдоль оси сопла, что уменьшает длину смешения внутреннего потока и внешнего воздуха в эжекторе и соответственно уменьшает уровень снижения шума. Кроме того сверхзвуковая часть сопла формируется одной панелью, что не позволяет оптимальным образом регулировать сопло в диапазоне режимов полета и приводит к дополнительным потерям тяги.

Задачей изобретения является создание сопла со сниженным уровнем шума на взлетном режиме и низкими потерями тяги на режиме крейсерской сверхзвуковой скорости.

Решение задачи достигается тем, что за каждым пилоном, разделяющим реактивную струю на ряд струй меньшего размера, установлено не менее двух панелей, подвижно соединенных между собой, снабженных механизмом перемещения, позволяющим изменять форму каналов между панелями, расположенными за соседними пилонами.

На фиг. 1 показан продольный разрез шумоглушащего сопла; на фиг. 2 - поперечный разрез шумоглушащего сопла; на фиг. 3 вид Г на фиг. 2, с механизмами перемещения панелей; на фиг. 4 вид В на фиг. 2 с механизмами перемещения панелей; на фиг. 5 сечение Б-Б на фиг. 2, с положением подвижных панелей на режиме взлета; на фиг. 6 то же, но с положением подвижных панелей на режиме крейсерского сверхзвукового полета.

Шумоглушащее сопло (см. фиг. 1, 2) состоит из обечайки 1, центрального тела 2, воздухозаборников 3, эжектора 4 и полых пилонов, каждый из которых образован передней неподвижной частью 5 и двумя поворотными панелями 6 с осями вращения 7, проходящими вдоль задней кромки неподвижной части 5. Поворот панелей 6 осуществляется силовой системой, состоящей из гидравлических цилиндров 8 и систем рычагов 9, устанавливающих панели в необходимое положение (см. фиг. 3). За каждым пилоном расположены подвижные панели 10 с осями вращения 11, проходящими вдоль задних кромок панелей 10, и неподвижная панель 12. Поворот панелей 10 осуществляется силовой системой, состоящей из гидравлических цилиндров 13 и систем рычагов 14, устанавливающих панели в необходимое положение (см. фиг. 4). На фиг. 5 показано положение панелей 10 в режиме взлета. На фиг. 6 показано положение панелей 10 в режиме крейсерского сверхзвукового полета.

Сопло работает следующим образом. Неподвижные части пилонов 5, соединяющих обечайку 1 и центральное тело 2, разделяют струю от двигателя на ряд струй меньшего размера. На режиме взлета регулируемые части пилонов принимают конфигурацию, обеспечивающую проток внешнего воздуха через воздухозаборники 3 и неподвижные части пилонов 5 (см. фиг. 1, 2, 5). При этом образуется чередование струй газа от двигателя и внешнего воздуха. Смешение газа струи от двигателя и внешнего воздуха происходит в эжекторе 4, что приводит к уменьшению скорости потока на выходе из сопла и соответственно к снижению шума. Для дополнительного снижения шума внутренняя поверхность эжектора 4 может быть облицована звукопоглощающими конструкциями. На сверхзвуковом режиме полета панели 10 перекрывают поток внешнего воздуха через воздухозаборники 3 и неподвижные части пилонов 5 и образуют расширяющиеся сверхзвуковые части с низкими потерями тяги для каждой струи газа от двигателя, протекающей между неподвижными частями пилонов 5 (см. фиг. 6). Для уменьшения внешнего сопротивления сопла каналы воздухозаборников 3 могут быть закрыты с помощью какого-либо из известных устройств (сдвижные панели, жалюзи и т.д.). На переходных режимах полета подвижные части панелей занимают промежуточные положения между положением на режиме взлета (см. фиг. 5) и положением на режиме крейсерского сверхзвукового полета (см. фиг. 6). Оптимальные конфигурации проточных частей на переходных режимах определяются для конкретной компоновки сопла на основе экспериментальных исследований. Механизмы поворота и перемещения панелей аналогичны известным механизмам регулирования сопл и других створчатых конструкций современных летательных аппаратов.

Формула изобретения

Шумоглушащее сопло воздушно-реактивного двигателя, содержащее эжектор, обечайку и центральное тело, между которыми расположены полые пилоны, разделяющие основной канал сопла на ряд секторов и пары панелей, подвижно соединенных с пилоном вдоль кромок и механизмами поворота, предназначенными для изменения формы секторов между пилонами, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительно не менее, чем двумя панелями, подвижно соединенными между собой и установленными за каждым пилоном.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6