Осесимметричная направляющая сопловая приводная система, имеющая множественные силовые управляющие контуры

 

Система предназначена для осесимметричного направляющего выхлопного сопла газотурбинного двигателя летательного аппарата. Система имеет направляющее кольцо, связанное в рабочем состоянии с множеством поворотных заслонок, которые расположены по окружности вокруг осевой линии сопла и ограничивают путь выхлопного потока газов в сопле. Отказоустойчивая сопловая приводная система имеет, по меньшей мере, две независимо действующих в рабочем состоянии первую и вторую направляющие приводные системы. Приводные системы содержат первую и вторую группы исполнительных механизмов, связанных в рабочем состоянии с направляющим кольцом (86), и первые и вторые отказоустойчивые управляющие средства для управления энергией к первой и второй группам исполнительных механизмов, соответственно. Первая группа направляющих исполнительных механизмов взаимно сблокирована подобно переплетенным пальцам со второй группой направляющих исполнительных механизмов вокруг сопла. Такая система позволяет обеспечить способность приведения направляющего сопла с реактивной тягой к отказоустойчивому режиму в ответ на повреждение или сбой сигнала в гидравлической приводной системе сопла без полной потери направляющей способности реактивной тягой, а также минимизирует нагрузку на направляющее кольцо. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Область использования изобретения Настоящее изобретение касается в основном осесимметричных направляющих выхлопных сопел газотурбинных двигателей и более конкретно приводных систем таких двигателей, имеющих множественные силовые контуры, чтобы управлять направляющим кольцом.

Обсуждение предшествующего уровня техники Конструкторы военных летательных аппаратов и инженеры постоянно стараются увеличить маневренность летательного аппарата, как для военных программ полета воздух-воздух, так и для усложненных земных наступательных программ. Они усовершенствовали реактивные направляющие сопла, которые обеспечивают поворот или направление выхлопного потока и реактивную тягу газотурбинного двигателя, приводя в движение летательный аппарат, заменив или увеличив использование обычных аэродинамических поверхностей, например, заслонок или элеронов.

Одно вновь усовершенствованное реактивное направляющее сопло является осесимметричным направляющим выхлопным соплом, раскрытым в патенте США N 4994660 (Hauer), который включен здесь для ссылки. Осесимметричное направляющее выхлопное сопло содержит средства для направления реактивной тяги осесимметричного сужающегося/расширяющегося сопла посредством общего поворота расширяющихся заслонок сопла в асимметричном режиме или, другими словами, поворота расширяющихся заслонок в радиальном и тангенциальном направлениях относительно неизменяемой по направлению сопловой осевой линии. Заслонки поворачиваются управляющим кольцом, которое аксиально перемещается и шарнирно устанавливается или поворачивается вокруг его горизонтальной и вертикальной осей (по существу, имеет свое регулируемое пространственное положение) в ограниченных пределах.

Осесимметричное направляющее выхлопное сопло так же, как и обычные выхлопные сопла, включают первичные и вторичные выхлопные заслонки, смонтированные для определения переменной площади сужающегося/расширяющегося выхлопного сопла. Выхлопное сопло является по существу осесимметричным или кольцевым и выхлопной поток, который ограничивается первичными или сужающимися заслонками вплоть до критического сечения сопла и затем вторичными или расширяющимися заслонками. Расширяющиеся заслонки, например, имеют передний конец, определяющий критическое сечение минимальной площади потока, и задний конец, имеющий большую выходную площадь потока, для определения расширяющегося сопла, проходящего ниже по потоку, от критического сечения сопла. Расширяющиеся заслонки являются регулируемыми, что обозначает, что пространство между расширяющимися заслонками по мере того, как они движутся от положения с меньшим радиусом к положению с большим радиусом, должно безусловно увеличиваться. Соответственно, уплотнения выхлопного сопла соответствующим образом расположены между смежными расширяющимися заслонками, чтобы ограничить выхлопной поток и предохранить от утечки выхлопного потока между расширяющимися заслонками.

Направляющие сопла и, в частности, осесимметричные направляющие выхлопные сопла типа, раскрытого в патенте Hauer, предусматривают установленные в заданном положении расширяющиеся заслонки. Эти расширяющиеся заслонки установлены в заданном положении не только симметрично относительно продольной осевой линии выхлопного сопла, но могут также быть установлены в заданном положении асимметрично к этой линии для получения шага и угла рыскания управления. Осесимметричное управляющее выхлопное сопло, раскрытое в патенте США N 49994660 (Hauer), включает три направляющих исполнительных механизма для перемещения и поворота управляющего кольца, которое в свою очередь приводит расширяющиеся заслонки в заданные положения. Угол поворота направляющего кольца и направление поворота создают курсовой угол и курсовое направление сопла, соответственно. Осевое перемещение управляющего сопла создает площадь выхлопа (часто упоминаемую как A9) для данной площади критического сечения сопла (часто упоминаемого, как A8).

Прикладные программы современных многоцелевых летательных средств используют двигатели, например, двигатель GE F 110, с сужающимися/расширяющимися соплами, чтобы соответствовать эксплуатационным требованиям. Сужающиеся/расширяющиеся сопла имеют, по ходу потока, сужающуюся секцию, критическое сечение сопла и расширяющуюся секцию. Характерно, эти сопла используют средства регулировки площади как критического сечения сопла, так и выхлопа сопла. Это включает средства для сохранения желаемого отношения площади выхлопа к площади критического сечения, которое, в свою очередь, обеспечивает эффективное управление работой сопла. Работа сопла рассчитана так, чтобы обеспечить график отношения площади соплового выхлопа к площади критического сечения сопла (A9/A8), который оптимизирован для расчетного цикла двигателя и идеально должен обеспечить эффективное управление как низкими дозвуковыми, так и высокими сверхзвуковыми условиями полетов. Такие типы сопел обычно используют пневматические и гидравлические исполнительные механизмы для обеспечения регулируемой работы. Обычно площади выхлопа и критического сечения сопла механически связаны попарно одна с другой таким образом, чтобы создать график отношения площадей (A9/A8), который является функцией площади критического сечения сопла (A8). Реактивные направляющие сопла обычно обеспечивают независимое управление площадью выхлопа сопла и площадью критического сечения сопла, что позволяет двигателю достигнуть высокого уровня функционирования в широких пределах эксплуатационных условий двигателя.

В процессе работы двигателя и летательного средства возможно для гидравлической приводной системы для сопла возникновение нарушения в каком-либо одном или более из нескольких режимов, обусловленные сбоем составной части или разрушением, например, во время сражения. Отказ может быть обусловлен сбоем механической или управляющей системы, который обычно обнаруживают посредством управляющего полетом компьютера и/или векторного электронного управления, используемого для реактивных направляющих сопел. Такая сопловая приводная система снабжена гидравлическим отказоустойчивым положением, использующим направляющие кольцевые исполнительные механизмы, чтобы полностью возвратить и в случае направляющего кольца установить сопло в фиксированном невекторном положении так, чтобы реактивная тяга двигателя была невекторной. Эти направляющие исполнительные механизмы используются, чтобы управлять A9. Тем не менее, результирующая сопловая геометрия имеет очень большое отношение площадей (A9/A8), которое препятствует внутреннему габариту A8 и, следовательно, расширительному режиму и является аэродинамически неоптимальным. Такая отказоустойчивая система непригодна в сражении. Большое отношение площадей также может вызвать поточное разделение факела выхлопных газов внутри расширяющейся секции сопла. Прерывистое разделение и восстановление сплошности потока, в частности, в асимметричном режиме относительно осевой линии двигателя, могут привести к непредвиденной векторной силе. Полностью раскрытая расширяющаяся часть сопла приводит к различным сопловым кинематикам и раскрытие критического сечения сопла при таком высоком отношении площадей может сильно повредить сопло. Неспособность раскрыть критическое сечение сопла препятствует номинальной работе двигателя в режиме холостого хода на земле и в режиме форсажа, что может привести к отклонению от нормы в работе летательного аппарата.

К этим недостаткам обращена заявка США номер 08/314124, поданная 29 сентября 1994, которая раскрывает отказоустойчивый механизм, который может быстро задать расположение сопла в безопасном режиме работы в случае определенных типов повреждения гидравлической системы так, что отказоустойчивая система может работать с минимальным отрицательным эффектом при полной работоспособности летательного средства и его двигателя, в частности, во время сражения. Однако сопло не может длительно направлять реактивную тягу, что является существенным недостатком во время военных сражений.

Присущим и существенным недостатком конструкции с тремя исполнительными механизмами является наличие большого промежутка между какими-нибудь двумя исполнительными механизмами для данного вторичного кольцевого размера. Теория проектирования балок говорит о том, что прогиб просто нагруженной балки пропорционален нагрузке, возведенной в первую степень, и промежутку между опорами, возведенному в третью степень, и обратно пропорционален жесткости. Другими словами, для данной нагрузки и жесткости прогиб будет увеличиваться с коэффициентом восемь (двойка, возведенная в третью степень), если промежуток между опорами является удвоенным. Конструкция с тремя исполнительными механизмами для направляющего сопла приводит к самому длинному возможному промежутку между двумя исполнительными механизмами и, следовательно, требует самой высокой возможной жесткости и получающегося в результате тяжелого вторичного приводного кольца, для того чтобы обеспечить данную минимальную приемлемую величину прогиба во время режима наведения.

Прогиб приводного кольца нежелателен, потому что он дает возможность расширяющейся системе направляющего сопла разгружаться относительно невекторного состояния и, следовательно, уменьшает эффективность управления. Прогиб может быть уменьшен увеличением поперечного сечения и управлением расходящимся нагрузочным путем с внутренними ребрами, как описано в PCT WO 98/20245, опубликованной 14 мая 1998. Другим присущим конструкции с тремя исполнительными механизмами для управляющей сопловой системы недостатком является негативный эффект, при котором может иметь место сбой приводной системы при работе летательного аппарата. Три исполнительных механизма это минимум, необходимый, чтобы поддержать вторичное кольцо в фиксированном положении и повернутым на угол. Если один исполнительный механизм дает сбой (например, из-за отказа гидравлики), тогда поворот кольца не может дольше удерживаться и возникает бескомандное направление выхлопных газов. Такое явление крайне нежелательно.

Случаи сбоев направляющей кольцевой приводной системы могут быть уменьшены до уровня, применяемого на практике посредством добавления предохранительных средств, которые включают дублирующие составные части, установленные по такой схеме расположения, что повреждение какой-либо одной составной части не приведет к повреждению всей приводной системы. Эти предохранительные средства увеличивают стоимость, сложность и вес системы. Альтернативным подходом к сбою направляющей кольцевой приводной системы является управление эффектом сбоя посредством реактивных средств, которые могут включать дополнительные элементы для обнаружения сбоя и последующего размещения кольца в отказоустойчивое положение. Все эти схемы увеличивают цену, сложность и вес системы и, что очень важно, все они центрируют поворот вторичного кольца в нейтральное положение, таким образом, исключив все возможности наведения направляющей выхлопной сопловой системы. Исключение возможности способности наведения является, в частности, большим ущербом, если система летательного аппарата будет использовать управление реактивной тягой для коротких взлетов или посадок, как может требоваться для поврежденных в битвах взлетных полос или шасси летных средств в работе или в условиях сражений. Поэтому, весьма желательно иметь осесимметричное направляющее выхлопное сопло, которое имеет гидравлическую отказоустойчивую систему, минимизирует нагрузки на направляющем кольце, обеспечивает управление отношением площадей соплового выхлопа и критического сечения сопла (A9/A8) в отказоустойчивом режиме, и в одном варианте обеспечивается возможность для сопла придавать направление реактивной тяге, когда имеет место повреждение в составной части приводной системы и не заканчивается повреждением всей приводной системы.

Сущность изобретения Настоящее изобретение касается отказоустойчивой сопловой приводной системы для осесимметричного направляющего выхлопного сопла газотурбинного двигателя летательного аппарата, имеющей направляющее кольцо, связанное с множеством поворотных заслонок, которые расположены по окружности вокруг осевой линии сопла и ограничивают путь выхлопного газового потока. Отказоустойчивая сопловая приводная система имеет первую направляющую приводную систему, имеющую первую группу исполнительных механизмов, связанных с направляющим кольцом и первые отказоустойчивые управляющие средства для управления источником энергии к первой группе исполнительных механизмов. Вторая направляющая приводная система, имеющая вторую группу исполнительных механизмов, кинематически связанных с направляющим кольцом, и вторые отказоустойчивые управляющие средства, предусмотрена для управления источником энергии к второй группе исполнительных механизмов. Исполнительные механизмы первой группы взаимно сблокированы подобно переплетенным пальцам с исполнительными механизмами второй группы вокруг сопла.

Предпочтительный вариант предусматривает две группы исполнительных механизмов и две соответствующих направляющих приводных системы, каждая из которых имеет группу из трех отказоустойчивых исполнительных механизмов. Однако изобретение включает использование двух или более исполнительных механизмов и наличие двух или более соответствующих направляющих приводных систем. Предпочтительным вариантом отказоустойчивой сопловой приводной системы является система с гидравлическим приводом.

Более подробно, вариант предусматривает единственный источник гидравлической энергии в виде двигателя, смонтированного и приводимого в действие гидравлическим насосом, действующим в рабочем состоянии через коммуникацию источника гидравлической энергии с каждой из первой и второй групп исполнительных механизмов и соответствующими отказоустойчивыми управляющими средствами. Альтернативно, два двигателя, смонтированные и приводимые в действие гидравлическими насосами, используются как первый и второй источники гидравлической энергии, каждый из которых находится в соответствующей коммуникации источника гидравлической энергии только с одной из первой и второй групп исполнительных механизмов и соответствующими отказоустойчивыми управляющими средствами, соответственно. Один из двух насосов может также быть гидравлическим насосом летательного аппарата, который также используется для того, чтобы питать энергией гидравлические системы летательного аппарата. Альтернативно, два гидравлических насоса летательного аппарата могут быть использованы как первый и второй источники гидравлической энергии, каждый из которых находится в соответствующей коммуникации источника гидравлической энергии только с одной из первой и второй групп исполнительных механизмов и с соответствующими отказоустойчивыми управляющими средствами, соответственно.

Альтернативный вариант настоящего изобретения предусматривает две группы исполнительных механизмов и две соответствующих направляющих приводных системы, каждая из которых имеет группу из двух отказоустойчивых исполнительных механизмов. Однако этот вариант не предусматривает управление реактивной тягой сопла в отказоустойчивом режиме, но предусматривает управление отношением площадей выхлопа/критического сечения сопла (A9/A8) в отказоустойчивом режиме.

Более подробно, вариант предусматривает управляющую систему, которая контролирует сигналы гидравлического давления различных элементов в приводной системе, включающей управляющую систему, и содержит приводные средства с отказоустойчивым режимом, чтобы инициировать отказоустойчивый режим, когда управляющая система обнаруживает потерю сигнала (существенное заданное падение гидравлического давления) от этих элементов. Генерирующее сигнал средство может быть одним или более или следующими: бортовой управляющий компьютер, векторное электронное управление и приводимый в действие пилотом выключатель.

Преимущества настоящего изобретения.

Настоящее изобретение имеет преимущества по сравнению с предшествующими сопловыми конструкциями, заключающиеся в обеспечении способности приведения направляющего сопла с реактивной тягой к отказоустойчивому режиму в ответ на повреждение или сбой сигнала в гидравлической приводной системе сопла без полной потери направляющей способности реактивной тягой, что особенно важно, в частности, в военных условиях, и также минимизирует нагрузку на направляющее кольцо. Настоящее изобретение также обеспечивает управление отношением площадей выхлопа/критического сечения сопла (A9/A8), когда направляющее сопло с реактивной тягой установлено в отказоустойчивом режиме.

Краткое описание чертежей.

Новые признаки, которыми характеризуется настоящее изобретение изложены и дифференцированы в формуле изобретения. Изобретение вместе с дополнительными задачами и преимуществами более подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: На фиг. 1 изображен перспективный вид осесимметричного направляющего выхлопного сопла, имеющего отказоустойчивую сопловую приводную систему в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 2 изображен перспективный схематический вид, показывающий положения исполнительных механизмов и направляющего кольца отказоустойчивой сопловой приводной системы на фиг. 1.

На фиг. 3 изображен схематический вид приводной системы в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 4 изображен схематический вид приводной системы в соответствии с альтернативным вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 5 изображен вид поперечного сечения летательного аппарата, имеющего двигатель и направляющее сопло с отказоустойчивой приводной системой в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

Подробное описание Вариант настоящего изобретения показан на фиг. 1, на которой отказоустойчивая сопловая приводная система указана ссылочной позицией 2 для осесимметричного направляющего сопла 14 с реактивной тягой в выхлопной секции 10 газотурбинного двигателя летательного аппарата (не показан в его полном виде). Выхлопная секция 10, содержащая горячий выхлопной поток 4 на выхлопном поточном пути, расположена в основном по окружности вокруг осевой линии 8 двигателя и включает по ходу потока канал с постоянной площадью или корпус 11 двигателя, включающий облицовку 12 форсажной камеры и расположенную по потоку секцию 13 с изменяемой площадью осесимметричного направляющего сопла 14 с реактивной тягой сужающегося/расширяющегося типа, аналогично одному из указанных ранее в патенте Hauer. Со ссылкой на фиг. 1, сопло 14 содержит по ходу потока сужающуюся секцию 34, критическое сечение 40 и расширяющуюся секцию 48. Сужающаяся секция 34 включает множество сужающихся или первичных заслонок 50, расположенных по окружности вокруг осевой линии 8 двигателя, с соединенными внахлестку первичными уплотнениями 51, расположенными между и в уплотненном соединении с радиально внутренней лицевой поверхностью смежных по окружности первичных заслонок 50. Каждая первичная заслонка 50 шарнирно прикреплена на ее переднем конце к корпусу 11 посредством первого поворотного или в виде серьги шарнира 52. Каждая расширяющаяся заслонка 54 шарнирно прикреплена на ее переднем конце 53 к заднему концу первичной заслонки 50, примыкающей к ней ниже по потоку, посредством универсальных с двумя степенями свободы (2 CC) соединительных средств 56, по существу в осевом положении в сопле 14, которое совпадает с критическим сечением 40.

Расширяющиеся заслонки 54, по существу, расположены по окружности вокруг осевой линии 8 двигателя с соединенными внахлестку вторичными или расширяющимися уплотнениями 55, расположенными между и в уплотненном соединении с радиально внутренней лицевой поверхностью смежных по окружности расширяющихся заслонок 54. Расширяющиеся уплотнения 55 выполнены для обеспечения уплотнения относительно расширяющихся заслонок 54 в процессе работы сопла, когда давление сопла, давление, направленное радиально внутрь заслонок и уплотнений, обычно больше, чем давление снаружи сопла, обычное давление атмосферного воздуха или сопловое секционное давление. Критическое сечение 40 имеет ассоциированную с ним площадь критического сечения, обычно обозначенную как A8, а выхлоп сопла 44 по существу находится на конце расширяющихся заслонок 54 и имеет ассоциированную с ним площадь выхлопа, обычно обозначенную как A9.

Множество кулачковых роликов 62 расположено в первичном кольце 66, которое в свою очередь перемещается вперед и назад множеством первых сопловых исполнительных механизмов 70, из которых число четыре является предпочтительным вариантом. Изменяемое критическое сечение A8 управляется действием кулачкового ролика 62 на кулачковую поверхность 60, которая выполнена на задней поверхности первичной заслонки 50. В процессе работы высокое давление выхлопных газов внутри сопла воздействует на первичные заслонки 50 и расширяющиеся заслонки 54 радиально наружу, таким образом удерживая кулачковую поверхность 60 в контакте с одним из кулачковых роликов 62. Коническая кольцевая опора 76 исполнительных механизмов прикреплена на ее узком переднем конце к корпусу 11 двигателя и первый сопловый исполнительный механизм 70 шарнирно присоединен к широкому заднему концу опоры 76 исполнительных механизмов сферическим шарниром 74. Первый сопловый исполнительный механизм 70 имеет приводной рычаг 73, который в свою очередь присоединен к первому кольцу 66 сферическим шарниром 68.

Первая группа первых направляющих исполнительных механизмов 90A, из которых число три является предпочтительным вариантом, равноугольно расположена по окружности вокруг корпуса 11 и присоединена к опоре исполнительных механизмов 76 сферическими шарнирами 94 аналогичным образом, как первые сопловые исполнительные механизмы 70. Вторая группа вторых направляющих исполнительных механизмов 90B, из которых число три является предпочтительным вариантом, равноугольно расположены по окружности вокруг корпуса 11, взаимно сблокированы (подобно переплетенным пальцам с первой группой первых направляющих исполнительных механизмов 90A и присоединены к опоре исполнительных механизмов сферическими шарнирами 94 аналогичным образом, как первые сопловые исполнительные механизмы 70. Первая и вторая группы управляющих исполнительных механизмов 90A и 90B взаимно сблокированы подобно переплетенным пальцам друг с другом так, что они разделяются углом А между всеми смежными первыми и вторыми направляющими исполнительными механизмами 90A и 90B, соответственно. В иллюстративном варианте настоящего изобретения, показанном на фигурах, имеются три первых направляющих исполнительных механизма 90A и три вторых направляющих исполнительных механизма 90B, а угол А равен 60 градусам. Направляющее кольцо 86 присоединено к первым и вторым направляющим исполнительным механизмам 90A и 90B, соответственно, на заднем конце направляющих приводных рычагов 93 каждого из направляющих исполнительных механизмов сферическим шарниром 96. Это обеспечивает для направляющего кольца 86 осевое перемещение и поворот вокруг осевой линии 8, чтобы управлять его положением так же, как и осевым смещением вдоль осевой линии 8 двигателя. Направляющее кольцо 86 управляет позиционированием или поворотом расширяющихся заслонок 54. Расширяющаяся заслонка 54 шарнирно присоединена к первой заслонке 50 посредством 2 CC универсальных шарнирных средств 56 и шарнирно управляется в режиме многих степеней свободы посредством множества соответствующих Y-образных шпангоутов 59, имеющих управляющие консоли 58a и 58b, которые кинематически присоединяют направляющее кольцо 86 к расширяющейся заслонке 54. Наружные заслонки 64, по меньшей мере, частично поддерживаются Y-образными шпангоутами 59 и обеспечивают обтекаемую и гладкую аэродинамическую форму вдоль внешней стороны сопла.

Управляющие консоли 58a и 58b присоединены к направляющему кольцу 86 посредством 3 CC сферических шарниров 82 и к заднему концу расширяющейся заслонки 54 посредством сферического шарнира 84. Этот рычажный механизм необходим, чтобы преобразовывать изменение пространственного положения направляющего кольца 86 в изменение поворота со многими степенями свободы или орбитальное движение расширяющейся заслонки 54, благодаря чему каждая расширяющаяся заслонка может быть повернута на различный угол. Использование сферических шарниров 82 для закрепления управляющих консолей 58a и 58b обеспечивает поворот типа серьги Y-образного шпангоута 59, наряду с тем, чтобы предотвратить любые изгибающие нагрузки, которые могут быть переданы либо к управляющей консоли 58a, либо к 58b от перемещенного назад направляющего кольца 86. Опора 92 обеспечивает крепление для расширяющейся заслонки 54 и опору для шарниров 84 и 56 на ее обоих концах.

Управляющие сопла с реактивной тягой направляют тягу посредством позиционирования расширяющихся заслонок 54 и уплотнений 55 осесимметрично относительно осевой линии 8, т.е. посредством радиальных и круговых положений и пространственного положения расширяющихся заслонок и уплотнений. Управляющее кольцо 86 смещается и шарнирно поворачивается вокруг осевой линии 8 сопла посредством трех первых направляющих исполнительных механизмов 90A и трех вторых направляющих исполнительных механизмов 90B, действующих согласованно, чтобы направлять реактивную тягу и перемещать направляющее кольцо, чтобы привести в соответствие и/или регулировать изменяемую площадь выхлопа A9 и устанавливать отношение площади выхлопа к площади критического сечения A9/AA8. Изменяемая площадь критического сечения A8 может быть независимо установлена перемещением первичного кольца 66 первыми исполнительными механизмами 70, чтобы установить отношение площади выхлопа к площади критического сечения A9/A8.

Альтернативно, оба комплекта исполнительных механизмов и колец могут быть использованы в комбинации, чтобы регулировать отношение площади выхлопа к площади критического сечения сопла A9/A8. При аварии, когда приводная система 2 выведена на отказоустойчивый режим, только первая группа первых направляющих исполнительных механизмов 90A или вторая группа вторых направляющих исполнительных механизмов 90B могут быть приведены в действие, а остальные будут отказоустойчивы, один из двух комплектов может быть использован, чтобы привести в движение кольцо 86 перемещением и поворотом его вокруг осевой линии 8. Приводная система 2 включает электронный управляющий компьютер, который может быть отдельным узлом или частью векторного электронного управления VEC. Настоящее изобретение предусматривает отказоустойчивую сопловую приводную систему 2 с двумя отдельно управляемыми первой и второй направляющими приводными системами 2A и 2B, соответственно. Первая направляющая приводная система 2A управляет только первой группой первых направляющих исполнительных механизмов 90A и вторая направляющая приводная система 2B управляет только второй группой вторых направляющих исполнительных механизмов 90B.

На фиг. 2 показана компоновка первых направляющих исполнительных механизмов 90A, взаимно сблокированных подобно переплетенным пальцам со второй группой вторых направляющих исполнительных механизмов 90B вокруг сопла, показывающая, что любая группа может быть приведена в действие, в то время как другая группа является отказоустойчивой, чтобы приводить в движение кольцо 86 перемещением его вдоль и шарнирным поворотом его вокруг осевой линии 8. Также показано преимущество обеспечения короткого кольцевого промежутка S вдоль кольца 86 между точками крепления P первых направляющих исполнительных механизмов 90A и второй группы вторых направляющих исполнительных механизмов 90B к направляющему кольцу. Это дает возможность иметь менее мощное кольцо 86 и меньший вес направляющего кольца. Шесть исполнительных механизмов имеют меньшие размеры, чем требовалось бы, если были бы использованы только три, так что вес в целом направляющей сопловой системы удерживается на минимуме. Вес в целом для системы с шестью исполнительными механизмами может даже быть ниже, чем вес системы с тремя исполнительными механизмами так же, как и часть отказоустойчивой системы, которая обеспечивает, по меньшей мере, частичную реактивную тягу, если одна группа из трех исполнительных механизмов повреждается во время сражения.

Настоящее изобретение предусматривает отказоустойчивую сопловую приводную систему 2, имеющую две раздельно управляемых первую и вторую направляющие приводные системы 2A и 2B, соответственно, которые показаны в основных деталях на фиг. 3. Первая направляющая приводная система 2A управляет действием первого направляющего исполнительного механизма 90A1, второго направляющего исполнительного механизма 90A2 и третьего направляющего исполнительного механизма 90A3, используя первый сервоклапанный комплект исполнительного механизма, содержащий сервоклапан 16A1 первого исполнительного механизма, сервоклапан 16A2 второго исполнительного механизма и сервоклапан 16A3 третьего исполнительного механизма, каждый из которых управляет только соответствующим одним из направляющих исполнительных механизмов 90A1-90A3. Аналогично, вторая направляющая приводная система 2B управляет действием второго комплекта четвертого, пятого и шестого направляющих исполнительных механизмов 90B1-90B3, соответственно, используя второй сервоклапанный комплект исполнительного механизма, содержащий сервоклапан 16B1 четвертого исполнительного механизма, сервоклапан 16B2 пятого исполнительного механизма и сервоклапан 16B3 шестого исполнительного механизма, каждый из которых управляет только соответствующим одним из четвертого, пятого и шестого направляющих исполнительных механизмов 90B1-90B3. Каждый комплект и каждый из трех сервоклапанов в каждом комплекте могут независимо управляться. Предпочтительно, чтобы сервоклапаны в обоих системах были сгруппированы в один управляющий клапан 3, чтобы минимизировать количество дополнительных элементов. Альтернативно каждый комплект из трех сервоклапанов может быть объединен в отдельные управляющие клапаны или включен в соответствующие исполнительные механизмы.

Первая и вторая направляющие приводные системы 2A и 2B имеют первый и второй отключающие источник питания клапаны 18A и 18B, расположенные во включенном состоянии в первом и втором подающих трубопроводах 19A и 19B, соответственно, которые ведут к первой и второй передним частям 20A и 20B подающих трубопроводов, соответственно, от источника гидравлической энергии Н. Первая и вторая направляющие приводные системы 2A и 2B имеют первый и второй возвратные отключающие клапаны 22A и 22B, расположенные во включенном состоянии в первом и втором возвратных трубопроводах 23A и 23B, соответственно, которые отходят от первой и второй передних частей возвратных трубопроводов 24A и 24B, соответственно, к источнику гидравлической энергии Н. Это позволяет отказоустойчивой сопловой приводной системе 2 отключать включенную в рабочее состояние направляющую приводную систему 2A или 2B от другой системы, если в отказоустойчивой системе были обнаружены утечка или повреждение. Первый рециркуляционный клапан 26A расположен во включенном состоянии между первой передней частью 20A подающего трубопровода и первой передней частью 24A возвратного трубопровода и предусматривает средства, обеспечивающие прохождение гидравлического жидкостного потока непосредственно между передней 28 и штоковой 30 камерами отказоустойчивой группы исполнительных механизмов.

Отказоустойчивость первой управляющей приводной системы 2A выполняется посредством отказоустойчивой сопловой приводной системы 2, закрывающей первый отключающий клапан 18A первого источника питания и первый возвратный отключающий клапан 22A. Первая направляющая приводная система 2A устанавливает первый комплект из трех сервоклапанов 16A1-16A3 в положения, которые обеспечивают прохождение гидравлической жидкости от передних частей 20A первых подающих трубопроводов через первую группу передних частей трубопроводов 102H к передним камерам 28 и между передней частью 24A первого возвратного трубопровода через штоковые трубопроводы 102R к штоковым камерам 30 первых трех направляющих исполнительных механизмов 90A1-90A3, соответственно, и предусматривает средства для обеспечения возможности прохождения гидравлического жидкостного потока непосредственно между передними камерами 28 и штоковыми камерами 30 отказоустойчивой группы исполнительных механизмов. Первая направляющая приводная система 2A также открывает первый рециркуляционный клапан 26A, чтобы обеспечить прохождение гидравлической жидкости между передней частью 20A первого подающего трубопровода и передней частью 24A первого возвратного трубопровода.

Аналогично, если имеются вторые три управляющих исполнительных механизма 90B1-90B3, чтобы быть отказоустойчивыми вместо первых, отказоустойчивая сопловая приводная система 2 закрывает второй отключающий клапан 18B источника питания и второй возвратный отключающий клапан 22B. Вторая направляющая приводная система 2B устанавливает второй комплект из трех сервоклапанов 16B1-16B3 в положения, которые обеспечивают прохождение гидравлической жидкости между передними частями 20B вторых подающих трубопроводов и передними камерами 28 и между передней частью 24B второго возвратного трубопровода и штоковыми камерами 30 вторых трех направляющих исполнительных механизмов 90B1-90B3, соответственно. Вторая направляющая приводная система 2B также открывает второй рециркуляционный клапан 26B, чтобы обеспечить прохождение гидравлической жидкости между передней частью 20B второго подающего трубопровода и передней частью 24B второго возвратного трубопровода.

Альтернативный вариант настоящего изобретения с четырьмя исполнительными механизмами показан на фиг. 4 и предусматривает отказоустойчивую сопловую приводную систему 2, имеющую только две отдельно управляемые первую и вторую направляющие приводные системы 2A и 2B, соответственно, каждая только с двумя направляющими исполнительными механизмами. Первая направляющая приводная система 2A управляет действием первого направляющего исполнительного механизма 90A1 и второго направляющего исполнительного механизма 90A2, используя первый комплект сервоклапанов исполнительного механизма, содержащий сервоклапан 16A1 первого исполнительного механизма и сервоклапан 16A2 второго исполнительного механизма, каждый из которых управляет только соответствующим одним из управляющих исполнительных механизмов 90A1 и 90A2. Аналогично, вторая направляющая приводная система 2B управляет действием третьего и четвертого направляющих исполнительных механизмов 90B1 и 90B2, соответственно, используя второй комплект сервоклапанов исполнительных механизмов, содержащий сервоклапан 16B1 третьего исполнительного механизма и сервоклапан 16B2 четвертого исполнительного механизма, каждый из которых управляет только соответствующим одним третьим и четвертым направляющими исполнительными механизмами 90B1 и 90B2. Каждый комплект и каждый из двух сервоклапанов в каждом комплекте являются независимо управляемыми. Предпочтительно, чтобы сервоклапаны в обеих системах были собраны в один управляющий клапан 3, чтобы минимизировать количество дополнительных элементов. Альтернативно каждый комплект из двух сервоклапанов может быть собран в отдельные управляющие клапаны или включен в состав их соответствующих исполнительных механизмов. Хотя этот вариант не обеспечивает управление реактивной тягой сопла в отказоустойчивом режиме, он обеспечивает управление отношением площадей выхлопа/критического сечения сопла (A9/A8) в отказоустойчивом режиме и для конфигурации и конструкции легкой по весу отказоустойчивой сопловой приводной системы для осесимметричного направляющего сопла 14 с реактивной тягой.

На фиг. 5 изображены различные компоновки и размещения гидравлических насосов, которые могут быть использованы, чтобы подавать гидравлическую энергию к первой и второй направляющим приводным системам 2A и 2B, через передние части 20A и 20B первого и второго подающих трубопроводов и к передним частям 24A и 24B первого и второго возвратных трубопроводов, соответственно. Двигатель 130 имеет выхлопную секцию 10 и направляющее сопло 14, установленное на летательном аппарате 132 военного типа. Первый и второй исполнительные механизмы 90A и 90B также показаны на чертежах, чтобы пояснить выхлопную секцию 10 и направляющее сопло 14. Приводной вал 134, ведомый ротором 138 двигателя, проходит вниз от ротора к коробке передач 140 двигателя, которая имеет прямоугольную передачу для приведения в движение вала отбора мощности 142 (ВОМ), проходящего вперед к передней части двигателя 130. Имеются прикрепленные к и ниже двигателя 130 первый и второй собранные с двигателем гидравлические насосы 146 и 148, соответственно, которые размещены сзади от и приводятся коробкой передач 140 двигателя. Двигатель, собранный с первым и вторым гидравлическими насосами 146 и 148, используется для подачи гидравлической энергии для двигателя и вспомогательного оборудования двигателя. Вал 134 проходит вперед, чтобы приводить в движение вспомогательную приводную коробку передач 150, которая в свою очередь имеет соответствующий привод, чтобы приводить в движение различное вспомогательное оборудование для летательного аппарата 132. Вспомогательная приводная коробка передач 150 прикреплена к летательному аппарату 132 посредством соответствующих несущих опор 152 и присоединена к валу отбора мощности посредством муфты скольжения 154.

Фиг. 5 служит как путеводитель, чтобы показать различные источники гидравлической энергии H для первой и второй направляющих приводных систем 2A и 2B. Один вариант настоящего изобретения использует первый и второй собранные с двигателем насосы 146 и 148, чтобы обеспечить источник гидравлической энергии H для первой и второй направляющих приводных систем 2A и 2B, соответственно. Альтернативно, только один из собранных с двигателем гидравлических насосов может быть использован как источник гидравлической энергии H, имеющий первый и второй подающие трубопроводы 19A и 19B, объединенные в один трубопровод, ведущий к одному гидравлическому насосу в точке между отключающими клапанами 18A и 18B и источником H на фиг. 3. Аналогично, либо один, либо оба первый и второй установленные на летательном аппарате гидравлических насоса 156 и 158, соответственно, которые закреплены на и приведены в движение вспомогательной приводной коробкой передач 150 могут быть использованы, чтобы питать первую и вторую направляющие приводные системы 2A и 2B. Альтернативно, один из собранных с двигателем гидравлических насосов и один из установленных на летательном аппарате гидравлических насосов может каждый быть использован, чтобы питать только одну из направляющих приводных систем 2A и 2B. Преимущество от этих альтернативных месторасположений для источников гидравлической энергии, питающих и приводящих в действие направляющее сопло, совершенно очевидно. Повреждение, нанесенное части летательного аппарата, может повредить один из насосов, обеспечивая при этом возможность насосу в другой части летательного аппарата сохранить рабочее состояние, чтобы питать энергией направляющее сопло.

Со ссылкой вновь на фиг. 1, направляющее кольцо 86 поддерживается тремя аксиально регулируемыми опорными средствами 100 направляющего кольца, равноугольно расположенными по окружности вокруг корпуса 11, которые обеспечивают управляющему кольцу 86 аксиальное перемещение и шарнирный поворот посредством направляющих исполнительных механизмов 90A и 90B. Аксиально перемещающийся A-образный шпангоут 210 поддерживает направляющее кольцо 86 посредством 3 CC сферического шарнира 206. A-образный шпангоут 210 шарнирно присоединен к ползуну 220 с шарнирными средствами 208 типа серьги в виде сферических шарниров на концах консолей 211a и 211b. Использование сферических шарниров на концах консолей 211a и 211b предусматривает шарнир типа серьги для A-образного шпангоута 210 и также устраняет передачу изгибающих нагрузок, которые могут быть переданы к консолям. Ползун 220 скользит вдоль полого стержня скольжения 226, который прикреплен к корпусу 11 двигателя посредством переднего кронштейна 236 и заднего кронштейна 230. Опорные средства 100 направляющего кольца обеспечивают управляющему кольцу 86 возможность перемещаться аксиально вперед и назад и поворачиваться так, чтобы изменять его пространственное положение. Более подробное описание опорных средств 100 направляющего кольца может быть найдено в патенте США N 5174502 Lippmeier et al., озаглавленном "Опора для перемещения направляющего соплового кольца", который включен здесь для ссылки.

В то время, как предпочтительный вариант настоящего изобретения описан полностью, для того чтобы объяснить его принципы, понятно, что различные модификации или изменения могут быть выполнены в предпочтительном варианте без отклонения от объема изобретения, как оно заявлено в приложенной формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Отказоустойчивая сопловая приводная система (2) для осесимметричного направляющего выхлопного сопла (14) газотурбинного двигателя летательного аппарата, имеющая направляющее кольцо (86), соединенное с множеством поворотных заслонок (50), которые расположены по окружности вокруг осевой линии (8) сопла и ограничивают путь выхлопного потока (4) газов в сопле, содержащая первую направляющую приводную систему (2A), имеющую первую группу исполнительных механизмов (90A), соединенную в рабочем состоянии с направляющим кольцом (86) и первые отказоустойчивые управляющие средства, для управления энергией к первой группе исполнительных механизмов, вторую направляющую приводную систему (2B), имеющую вторую группу исполнительных механизмов (90B), соединенную в рабочем состоянии с направляющим кольцом (86) и вторые отказоустойчивые управляющие средства для управления энергией к второй группе исполнительных механизмов, при этом исполнительные механизмы первой группы взаимно сблокированы подобно переплетенным пальцам с исполнительными механизмами второй группы вокруг сопла (14).

2. Отказоустойчивая сопловая приводная система (2) по п.1, отличающаяся тем, что отказоустойчивая сопловая приводная система (2) приводится в действие гидравлически.

3. Отказоустойчивая сопловая приводная система (2) по п.2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит единственный источник гидравлической энергии (H), который находится в подающей гидравлическую энергию коммуникации с каждым из первого и второго отказоустойчивых управляющих средств.

4. Отказоустойчивая сопловая приводная система (2) по п.2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит первый и второй источники гидравлической энергии (H), соответственно, которые находятся в соответствующей подающей гидравлическую энергию коммуникации только с одним из первого и второго отказоустойчивого управляющего средства, соответственно.

5. Отказоустойчивая сопловая приводная система (2) по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит первые и вторые отказоустойчивые управляющие средства, обеспечивающие сохранение работоспособности соответствующей одной из первой и второй групп исполнительных механизмов (90A), для обеспечения возможности отказоустойчивой группе исполнительных механизмов занимать положения, соответствующие любой позиции и пространственному положению направляющего кольца (86), установленного посредством неотказоустойчивой другой одной из первой и второй групп исполнительных механизмов (90A и 90B).

6. Отказоустойчивая сопловая приводная система (2) по п.5, отличающаяся тем, что имеет только две группы исполнительных механизмов, при этом каждая из первой и второй групп исполнительных механизмов (90A1, 90A2, 90A3) (90B1, 90B2, 90B3) содержит только три исполнительных механизма.

7. Отказоустойчивая сопловая приводная система (2) по п.5, отличающаяся тем, что имеет только две группы исполнительных механизмов, при этом каждая из первой и второй групп исполнительных механизмов (90A1, 90A2) (90B1, 90B2) содержит только два исполнительных механизма.

8. Отказоустойчивая сопловая приводная система (2) по п.5, отличающаяся тем, что каждые из первых и вторых отказоустойчивых управляющих средств содержит рециркуляционный клапан (26A, 26B), расположенный в рабочем состоянии между передними камерами (28) и штоковыми камерами (30) исполнительных механизмов, и причем первые и вторые отказоустойчивые управляющие средства и рециркуляционный клапан находятся в рабочем состоянии, для обеспечения возможности прохождения гидравлической жидкости непосредственно между передними камерами (28) и штоковыми камерами (30) отказоустойчивой группы исполнительных механизмов, когда одна из групп исполнительных механизмов является отказоустойчивой.

9. Отказоустойчивая сопловая приводная система (2) по п.8, отличающаяся тем, что первый и второй источники (H) гидравлической энергии представляют два смонтированных с двигателем и приводимых в действие гидравликой насоса (146, 148), при этом каждый из насосов выполнен с возможностью подачи гидравлической энергии (H) к только одной из групп исполнительных механизмов и соответствующим отказоустойчивым управляющим средствам.

10. Отказоустойчивая сопловая приводная система (2) по п.8, отличающаяся тем, что первый и второй источники гидравлической энергии (H) являются гидравлическими насосами, в которых, по меньшей мере, один из насосов является гидравлическим насосом (156) летательного аппарата, используемым для питания энергией гидравлических систем летательного аппарата.

РИСУНКИ

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