Силовая установка с воздушным винтом или пропеллером (варианты)

 

Изобретение относится к реактивным двигательным установкам летательных аппаратов. Сущность: установка содержит оболочку 2, передняя неподвижная часть которой расположена вокруг винта 1, имеющего поворотные лопасти 3 для реверсирования направления движения потока воздуха. Задняя хвостовая часть, образующая сопло 4, выполнена подвижной таким образом, что может быть размещена в полости 8 оболочки 2. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к устройству для реверсирования тяги силовой реактивной двигательной установки воздушным винтом или пропеллером) у которой, оболочка, окружающая воздушный винт или пропеллер, имеет изменяемую геометрическую форму, причем, для реверса тяги направление потока внутри кольцевого канала можно реверсировать с помощью регулируемых лопастей воздушного винта или пропеллера.

В частности, данное изобретение касается так называемой силовой установки UHB (ультра-хай-вайпасс) со сверхмощным обводным каналом для летательного аппарата, Силовая установка обладает очень высокой степенью двухконтурности (10: 1). Типичная силовая установка такой категории содержит два туннельных несущих винта со встречным вращением. С целью сохранения или поддержания оптимального режима эксплуатации во время различных этапов полета летательного аппарата несущий винт выполнен с регулируемым шагом. Кроме того, благодаря соответствующему регулированию лопастей несущего винта отпадает необходимость в использовании напора компрессора.

Для того, чтобы по возможности, сократить длину пробега летательного аппарата, в настоящее время рекомендуют использовать устройства для реверсирования тяги.

Известна силовая установка с воздушным винтом, содержащая лопасти компрессора или соответственного воздушного винта, переводимые в положение реверса (заявка ФРГ N 2446548, кл. F 02 K 1/12, 1975).

При этом, воздух, необходимый для осуществления реверсирования тяги, засасывается по периметру позади оболочки и внутри кольцевого канала выбрасывается вперед в направлении траектории полета летательного аппарата.

Решающее значение для оказания тормозного действия при реверсировании тяги имеет качество обтекания струи задней кромки оболочки. При заостренной конструкции задней кромки оболочки двигателя, обычно используемой для лучшего обтекания потока в нормальном режиме полета, обтекание при реверсировании направления потока ведет к отрыву этого потока, следствием чего являются значительные потери давления. В результате этого, снижается максимально развиваемое реверсирование тяги.

В силовой установке, известной из заявки ФРГ N 2446548, в режиме реверсирования тяги, отклоняющиеся на выходе из диффузора створки раскрываются таким образом, что они принимают колоколообразную форму входного отверстия. В результате этого, увеличение площади входного отверстия должно способствовать улучшению прохождения потока через компрессор и тем самым повышению реверса тяги. Однако, невозможно предотвратить или ограничить отрыв потока при обтекании острых задних кромок регулируемых створок, не оказывая отрицательного воздействия на связанное с этим реверсирование тяги. Турбулентное обтекание лопаток несущих винтов, наблюдающееся в результате отрыва потока, может привести последние в состояние опасной вибрации.

Известна силовая установка с воздушным винтом или пропеллером, содержащая оболочку, передняя неподвижная часть которой расположена вокруг воздушного винта или пропеллера, имеющего поворотные лопасти для реверсирования направления движения потока воздуха, создаваемого воздушным винтом или пропеллером, образованным оболочкой, задняя хвостовая часть которой выполнена подвижной (патент Великобритании N 1565212, кл. F 02 K 11/00, 1980).

Исходя из этого, задача данного изобретения состоит в том, чтобы создать такую конструкцию силовой установки нового типа, которая уменьшила бы аэродинамические потери при обтекании потоком обратного конца оболочки двигателя в режиме реверсирования тяги и благодаря этому соответственно повысила бы тормозной эффект.

Согласно изобретению, решение задачи достигается благодаря тому, что в данном типе силовой установки на конце корпуса или стационарной оболочки установлено отдельно передвигающееся кольцевое сопло, которое может перемещаться в осевом направлении, причем его задняя кромка совместно с концом стационарной оболочки образует затупленную хвостовую часть, обеспечивающую хорошее обтекание потока.

В соответствии с изобретением, реализуемая с помощью простых механических средств, различная форма оболочки обладает тем преимуществом, что благодаря благоприятному аэродинамическому обтеканию затупленного обратного конца оболочки улучшается качество потока в кольцевом канале и тем самым снижается опасность возникновения вибрации лопастей несущего винта. К тому же одновременно гарантируется достаточное снабжение воздухом ядра силовой установки.

Другой вариант конструкции, отличается тем, что подвижное кольцевое сопло для регулирования положения реверсирования тяги расположено так, что перемещаясь в осевом направлении входит в кольцеобразный карман оболочки. Такой вариант выдвижения отличается легкой и простой конструкцией. Благодаря тому, что кольцевое сопло выполнено в виде одной детали, расходы на техническое обслуживание ожидаются незначительными. Вместе с тем, гарантируется высокая надежность.

В альтернативном исполнении конструкция кольцевого сопла состоит из нескольких колец. Тем самым представляется возможность с помощью поворотных рычагов перемещать в осевом направлении вперед и в радиальном направлении наружу кольцевые элементы относительно неподвижной оболочки настолько, чтобы задние кромки кольцевых элементов образовывали бы с задней кромкой стационарной оболочки затупленную хвостовую часть, обеспечивающую хорошую обтекаемость потока. При этом, в качестве преимущества, отмечается повышенная аэродинамическая сопротивляемость оболочки при выпущенных кольцевых элементах, причем существенно не увеличивается максимальный диаметр, который уменьшил бы просвет при монтаже лопастей силовых установок.

Реверсирование тяги и аэродинамическое торможение достигается с помощью иного альтернативного исполнения, при котором задняя концевая часть оболочки выполнена в виде отдельных кольцевых элементов разделенного на части подвижного кольцевого сопла и отдельные кольцевые элементы с помощью поворотных рычагов, которые выдвигаются вперед в осевом направлении и наружу в радиальном направлении, а также могут поворачиваться вокруг своей связанной с корпусом вертикально направленной к переводимой плоскости движения оси, таким образом, что в выдвинутое концевом положении они смещены от задней концевой части неподвижной оболочки по отношению к наружному воздушному потоку.

Благодаря этому, в выдвинутом состоянии внутренние части кольцевого элемента вместе с наружными частями оболочки образуют каналы для истечения потока, которые аэродинамически благоприятным образом направляют воздушный поток вокруг заднего конца оболочки.

В другом усовершенствованном варианте осуществления данного изобретения предусмотрено расположение створок по периметру оболочки, на некотором расстоянии друг от друга, причем в выдвинутом состоянии створки не только обеспечивают благоприятное обтекание задней концевой части оболочки, но и увеличивают лобовую поверхность силовой установки и тем самым способствуют лучшему торможению. Причиной благоприятного обтекания служит вихревой отрыв, образующийся у задней кромки створки, который, закругляясь, воздействует на заднюю концевую часть оболочки.

В еще одном варианте осуществления изобретения эти створки таким образом соединены с кольцевым соплом, что их движение осуществляется одновременно, что обеспечивает оптимальное качество течения потока.

Для того, чтобы при нормальном полете сопротивление не оказывало негативного влияния, наружный контур прикрытых створок точно соответствует наружному контуру оболочки.

В предпочтительном варианте осуществления кольцевой канал, который образуется между центральной частью корпуса, с одной стороны, и внутренней частью оболочки с кольцевым соплом с другой, проходит при реверсировании тяги в направлении потока, т.е. дивергентно вперед. Благодаря втягиванию кольцевого сопла увеличивается площадь поперечного сечения на входе и тем самым уменьшаются потери потока, которые зависят от коэффициента расширения сопла и числа M потока на входе.

В другом варианте конструкции эффективное действие реверсирования тяги осуществляется при одновременном регулировании лопаток с перемещением кольцевого сопла.

На фиг. 1 дан продольный разрез силовой установки с воздушным винтом с цельным кольцевым соплом (в состоянии полета); на фиг. 2 силовая установка с воздушным винтом в соответствии с фиг. 1 в режиме реверсирования тяги; на фиг. 3 общий вид силовой установки с воздушным винтом в состоянии полета согласно фиг. 1; на фиг. 4 силовая установка с воздушным винтом согласно фиг. 3 в режиме реверсирования тяги; на фиг. 5 продольный разрез задней части оболочки с кольцевым соплом и створками в состоянии полета; на фиг. 6 туннельное сопло (оболочки) согласно фиг. 5 с кольцевым соплом, находящемся в состоянии реверсирования тяги, и створками; на фиг. 7 общий вид оболочки (корпуса) согласно фиг. 6; на фиг. 8 продольный разрез силовой установки с воздушным винтом и кольцевым соплом, состоящим из кольцевых элементов, в состоянии полета; на фиг. 9 силовая установка с воздушным винтом в соответствии с фиг. 8 и кольцевыми элементами, находящиеся в состоянии полета; на фиг.10 силовая установка с воздушным винтом согласно фиг. 8 в альтернативном варианте исполнения; на фиг. 11 силовая установка с воздушным винтом согласно фиг. 9 и кольцевыми элементами, отведенными в сторону для управления потоком воздуха.

На фиг. 1 показан разрез по оси силовой установки с воздушным винтом, предназначенной для привода самолета. Силовая установка с воздушным винтом, в основном, содержит обе находящихся внутри оболочки 2 или корпуса несущих винта 1 вместе со своими лопастями 3, одной не показанной на рисунке и расположенной внутри газовой турбины, а также одного кольцевого сопла 4, замыкающего оболочку 2. При полете на крейсерском режиме, например, кольцевой канал M, как показано на фиг. 1, промывается струей, в направлении спереди назад. При этом, кольцевое сопло 4 находится в выдвинутом положении.

Для реверсирования тяги, с целью обеспечения торможения самолета, лопасти 3 несущих винтов 1 одновременно, как показано на фиг. 2, переводятся в положение реверсирования тяги, При этом, воздушный поток S обтекает задние кромки оболочки 2, прежде чем потечет по кольцевому каналу M вперед.

На фиг. 3 и 4 дано изображение в перспективе кольцевого сопла 4 в крейсерском полете и соответственно в режиме реверсирования тяги.

В альтернативном варианте исполнения как показано на фиг.6 и 7, с целью улучшения обтекания воздушного потока в режиме реверсирования тяги, одновременно с кольцевым соплом 4 начинают функционировать створки 5, При этом, створки 5 отводятся наружу, поворачиваясь вокруг оси 9. Функционирование осуществляется посредством находящейся внутри створок 5 кулисы, по которой перекатывается ролик 9а, опирающийся на подшипниковую опору, закрепленную на кольцевом элементе 8, в результате чего, происходит открытие створок 5 или их закрытие. На фиг. 5 и 6 показаны продольные разрезы силовой установки (фрагменты), находящиеся в режиме крейсерского полета и соответственно реверсирования тяги. На фиг. 7 дано изображение в перспективе силовой установки с воздушным винтом, находящейся в режиме реверсирования тяги.

Иной усовершенствованный вариант исполнения приведен в виде продольных разрезов силовой установки с воздушным винтом на фиг. 8 и 9. Кольцевые элементы 6, которые согласно фиг. 8 в режиме крейсерского полета образуют кольцевое сопло, при реверсировании тяги отводятся на наружную сторону концевой части оболочки 2 с помощью качающихся рычагов 11. При этом, кольцевые элементы 6 в отведенном состоянии строго по контуру облегают оболочку 2. В этом случае, воздушный поток S обтекает наружные поверхности кольцевых элементов 6 и неподвижную концевую часть оболочки 2, как показано на фиг.9.

В отличие от положения кольцевых элементов 6, показанных на фиг. 8 и 9, кольцевые элементы 6 при реверсировании тяги переводятся в положение, изображенное на фиг. 11, при котором между концевой частью оболочки 2 и внутренней стороной кольцевого элемента 6 образуется проточный канал, проводящий воздушный поток S.

На фиг. 10 наоборот показано положение кольцевого элемента 6 во время полета на крейсерском режиме.

Формула изобретения

1. Силовая установка с воздушным винтом или пропеллером, содержащая оболочку, передняя неподвижная часть которой расположена вокруг воздушного винта или пропеллера, имеющего поворотные лопасти для реверсирования направления движения потока воздуха, создаваемого воздушным винтом или пропеллером в канале, образованным оболочкой, задняя хвостовая часть которой выполнена подвижной, отличающаяся тем, что передняя неподвижная часть со стороны задней хвостовой части имеет открытый кольцевой формы карман для кольцевого сопла, образующего в выдвинутом положении заднюю хвостовую часть оболочки.

2. Силовая установка с воздушным винтом или пропеллером, содержащая оболочку, передняя неподвижная часть которой расположена вокруг воздушного винта или пропеллера, имеющего поворотные лопасти для реверсирования направления движения потока воздуха, создаваемого воздушным винтом или пропеллером в канале, образованном оболочкой, задняя хвостовая часть которой выполнена подвижной, отличающаяся тем, что задняя хвостовая часть оболочки выполнена в виде отдельных кольцевых элементов разделенного на части подвижного кольцевого сопла, причем отдельные кольцевые элементы с помощью качающихся рычагов установлены с возможностью перемещения вперед в осевом направлении и наружу в радиальном направлении, а также при повороте - перемещения вокруг своей связанной с корпусом вертикально направленной к переводимой плоскости движения оси так, что в выдвинутом концевом положении они смещены по отношению к задней хвостовой части неподвижной оболочки к наружному воздушному потоку, причем задняя кромка соответствующего кольцевого элемента направлена к центральной части корпуса.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что открывающиеся наружу створки расположены на некотором расстоянии одна от другой по периметру оболочки, причем их поворотные оси направлены в поперечном направлении к продольной оси силовой установки на некотором удалении от задней хвостовой части неподвижной оболочки и повторяют контур оболочки.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что кольцевое сопло функционально соединено со створками так, что в режиме реверсирования тяги кольцевое сопло находится во вдвинутом положении, а створки в раскрытом состоянии.

5. Установка по п.3 или 4, отличающаяся тем, что наружные поверхности очертания створок в закрытом состоянии повторяют наружный контур оболочки.

6. Установка по одному из пп.1 5, отличающаяся тем, что кольцевой канал, образующийся в пространстве между центральной частью с одной стороны и внутренней поверхностью оболочки вместе с кольцевым соплом с другой стороны проходит дивергентно в направлении полета.

7. Установка по одному из пп.1 8, отличающаяся тем, что процесс регулирования лопастей несущих винтов при реверсировании тяги связан с процессом перемещения кольцевого сопла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11