Осесимметричное поворотное сверхзвуковое реактивное сопло

 

В осесимметричном поворотном сверхзвуковом реактивном сопле турбореактивного двигателя сходящиеся створки приводятся в действие с помощью подвижного в осевом направлении кольца управления. Расходящиеся створки связаны с поворотным кольцом через рычаги. Поворотное кольцо монтируется с использованием шарового шарнира, закрепленного на внешней стенке сферической части конструкции. Система блокировки вращения препятствует вращению сферической части вокруг оси турбореактивного двигателя. 7 з.п.ф-лы, 8 ил.

Настоящее изобретение относится к осесимметричному сверхзвуковому реактивному соплу турбореактивного двигателя, у которого расширяющаяся часть является поворотной.

В частности, в изобретении речь идет о сверхзвуковом реактивном осесимметричном сопле, содержащем в задней части канала эжекции газов по оси Х первый венец сходящихся створок, шарнирно закрепленных на заднем конце канала эжекции газов и приводимых в движение с помощью первых средств привода, и по потоку позади первого венца створок, второй венец расходящихся створок, передние концы которых связаны шарнирно с задними концами соответствующих сходящихся створок, и задние концы которых при помощи рычагов связаны с кольцом поворота, взаимодействующим со сферической частью, закрепленной на неподвижной конструкции, причем это кольцо поворота приводится в движение с помощью вторых средств привода с тем, чтобы обеспечить возможность отклонения выбрасываемой газовой струи.

Такие осесимметричные поворотные реактивные сопла обеспечивают боевым самолетам дополнительную маневренность и наилучшую управляемость по углам тангажа и рыскания.

В патентах US 5 150 839 и US 5 511 376 описаны реактивные сопла, где стенки сферической формы являются неподвижными по отношению к каналу эжекции газов.

В патенте US 5 150 839 кольцо поворота расположено внутри сферической стенки и оно удерживается в состоянии опоры на внутреннюю сферическую поверхность с использованием роликов за счет сил давления, воздействующих на расходящиеся створки со стороны эжектируемой газовой струи.

В патенте US 5 511 376 кольцо поворота охватывает сферическую часть и имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность, что допускает осевое поступательное перемещение кольца или его поворот под воздействием силовых приводов.

Реактивное сопло согласно настоящему изобретению отличается тем, что кольцо поворота смонтировано в виде шарового шарнира на внешней стороне сферической части с тем, чтобы обеспечить центрирование этого кольца по отношению к этой сферической части.

Кроме того, в конструкции предусмотрена система, препятствующая вращению кольца поворота вокруг оси X. Эта система блокировки вращения предпочтительно содержит по меньшей мере один ролик с направленной по радиусу осью, расположенный на этом кольце поворота и связанный с боковыми стенками выреза, выполненного в сферической части и имеющего плоскость симметрии, содержащую ось X.

Для того чтобы выходную площадь поперечного сечения венца расходящихся створок можно было изменять, сферическая часть предпочтительно монтируется на неподвижной конструкции так, чтобы была обеспечена возможность ее скольжения вдоль оси Х в результате осевого перемещения кольца поворота под действием вторых средств привода. Сферическая часть предпочтительно удерживается с помощью ряда лапок, закрепленных на неподвижной конструкции и направленных параллельно оси X. Сферическая часть охватывает лапки и содержит ряд направляющих роликов, связанных с вырезами, выполненными в лапках.

Другие преимущества и характеристики изобретения вытекают из представленного ниже описания, даваемого в качестве примера и со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых: - фиг.1 изображает разрез задней части корпуса турбореактивного двигателя по плоскости, включающей ось вращения турбины, причем эта задняя часть корпуса оборудована осесимметричным сверхзвуковым поворотным реактивным соплом согласно изобретению; - фиг.2 подобна фиг.1 и показывает реактивное сопло в раскрытом положении с его ориентацией вверх; - фиг.3 подобна фиг.1 и показывает реактивное сопло в закрытом положении с его ориентацией вверх; - фиг.4 изображает разрез в плоскости, включающей ось вращения турбины, варианта реализации осесимметричного сверхзвукового поворотного реактивного сопла согласно изобретению; - фиг.5 подобна фиг.4 и показывает реактивное сопло в закрытом положении с его ориентацией вверх; - фиг. 6 показывает разрез в плоскости, содержащей ось турбины реактивного сопла, изображенного на фиг.1-3, где показана в большем масштабе система, блокирующая вращение кольца поворота; - фиг. 7 показывает разрез в плоскости, включающей ось турбины реактивного сопла, изображенного на фиг.1-3, где показана в большем масштабе система центрирования и качения кольца поворота по сферической части; фиг. 8 показывает разрез по плоскости, содержащей ось турбины, реактивного сопла согласно фиг.4 и 5, где изображена в большем масштабе направляющая поверхность сферической части, скользящая по направляющей лапке.

На приведенных фигурах позицией 1 обозначен канал форсажной камеры турбореактивного двигателя, ось Х которого совпадает с осью вращения турбины. Этот канал форсажной камеры 1 кольцевой формы охватывает рубашку тепловой защиты 2 и образует часть неподвижной конструкции задней части корпуса турбореактивного двигателя.

Первый венец сходящихся створок 3, образованный множеством сходящихся управляемых створок и множеством ведомых сходящихся створок, вставленных между сходящимися управляемыми створками, находится на продолжении канала форсажной камеры 1. Сходящиеся створки 3 на своих передних по потоку концах 4 шарнирно связаны с задним концом 5 канала форсажной камеры 1. Поперечное сечение выхода А8 венца сходящихся створок 3 регулируется с помощью первых средств управления, составленных из системы подъемников, кольца управления и штока. Система подъемников 6 закреплена передней частью на внешней стороне канала форсажной камеры 1 и связана с кольцом управления 7 с помощью шарового шарнира 8. На кольце управления 7 при помощи осей 9 закреплены ролики 10, опирающиеся соответственно на кулачки 11, выполненные на внешних сторонах сходящихся управляемых створок 3. Между цилиндрами подъемников 6 и неподвижной конструкцией 13, охватывающей заднюю часть 5 канала форсажной камеры 1, вставлены рычаги 12, служащие для частичной компенсации толкающего усилия, создаваемого штоками 14 подъемников.

Выдвижение и втягивание штоков 14 подъемников 6 приводит к поступательному перемещению кольца управления 7 параллельно оси Х и к изменению площади поперечного сечения А8.

Второй венец расходящихся створок 15 расположен позади сечения А8. Этот второй венец створок содержит ряд управляемых расходящихся створок, расположенных в продолжении управляемых сходящихся створок, и ряд пассивных расходящихся створок, вставленных между управляемыми расходящимися створками. Каждая расходящаяся створка 15 своим передним концом 16 шарнирно связана с задним концом 17 соответствующей сходящейся створки 3 таким образом, чтобы иметь возможность поворачиваться вокруг оси 18, а своим задним концом 19 шарнирно связана с задним концом рычага 20, причем этот рычаг в свою очередь соединен с поворотным кольцом 21, охватывающим неподвижную конструкцию 13. Рычаги 20 могут быть интегрированы в холодные створки 22, образующие внешний аэродинамический контур реактивного сопла.

Подъемники 24 составляют вторые средства управления.

Поворотное кольцо 21 связано со штоками 23 нескольких подъемников 24, прикрепленных передними концами к внешней стороне канала форсажной камеры 1 с использованием связей типа шарового шарнира 25. Соединения 26 между штоками 23 подъемников 24 и поворотным кольцом также представляют собой шаровые шарниры.

На неподвижной конструкции 13, соединенной с каналом форсажной камеры 1, закреплена кольцевая сферическая часть 30 с осью X, которая охватывает сходящиеся створки 3 и кольцо управления 9, и на которой через шаровой шарнир с использованием соответствующей системы качения или скольжения 31, например ползунов с шариками, смонтировано поворотное кольцо 21, что обеспечивает центрирование поворотного кольца 21 по отношению к центру О сферической части 30.

Согласно первому варианту реализации, изображенному на фиг.1-3, сферическая часть 30 закрепляется на фланце 32 неподвижной конструкции 13.

Для того чтобы поворотное кольцо 21 не вращалось вокруг оси X, в конструкции предусмотрена система блокировки вращения 33, одновременно позволяющая поворотному кольцу 21 скользить по углам тангажа и рыскания вокруг сферической части 30. Для этого, как это показано на фиг.6, поворотное кольцо 21 содержит по меньшей мере один ролик 34 с радиально расположенной осью, который способен перемещаться в прорези 35, выполненной в стенке сферической части 30 и расположенной симметрично по отношению к плоскости, включающей ось X. Поворотное кольцо 21 предпочтительно оборудуется двумя роликами 34, расположенными по диаметру друг против друга.

Подъемники 24, вызывающие поворот кольца поворота 21 вокруг центра О сферической части 30, расположены так, чтобы обеспечить перемещение этого поворотного кольца относительно сферической части 30. Таких подъемников 24 может быть два, сдвинутых на 90^o один от другого относительно оси X. Одинаковое или различное по величине перемещение обоих подъемников вызывает качение поворотного кольца 21 вокруг центра О вследствие того, что кольцо 21 смонтировано с использованием шарового шарнира на сферической части 30. Система блокировки вращения 33 при этом не позволяет поворотному кольцу вращаться вокруг оси X.

Поворот кольца 21 приводит к отклонению направления истечения газовой струи и изменению площади поперечного сечения на выходе А9 расходящейся части реактивного сопла.

Комбинация осевого смещения кольца управления 7 и поворота кольца поворота 21 обеспечивает изменение конфигурации сверхзвукового реактивного сопла. Фиг. 1 изображает описанное выше реактивное сопло в раскрытом, но не изменившем ориентацию варианте; на фиг.2 показано это сопло в раскрытой и изменившей ориентацию конфигурации, а на фиг.3 сопло изображено в закрытой конфигурации с изменением ориентации.

Согласно показанному на фиг. 4, 5 и 8 варианту реализации сферическая часть 30 крепится на неподвижной конструкции 13 таким образом, что она способна скользить по отношению к неподвижной конструкции 13 параллельно оси Х вследствие осевого перемещения поворотного кольца 21 под действием смещения в том же направлении штоков 23 управляющих подъемников 24. В этом варианте реализации число управляющих подъемников 24 составляет по меньшей мере три и расположены они по окружности относительно оси Х на угловом расстоянии в 120^o друг относительно друга.

Неподвижная конструкция 13 снабжена достаточным количеством лапок 4, расположенных параллельно оси X, распределенных вокруг оси Х и закрепленных передними концами на фланце 32. Каждая лапка 40 снабжается одной или несколькими прорезями 41, расположенными в плоскостях, параллельных оси Х и при необходимости включающих эту ось X, причем в этих прорезях могут двигаться ролики 42, связанные со сферической частью 30. На фиг.8 показан пример скользящей связи между сферической частью 30 и одной из опорных лапок 40.

Такое специальное расположение позволяет в определенных рамках изменять величину поперечного сечения А9 расходящейся части реактивного сопла при заданном значении А8 независимо от его ориентации.

Система блокировки вращения 33 сферической части 30 вокруг оси X, изображенная на фиг.6, также может быть установлена на сферической части 30, укрепленной со скольжением на лапках 40.

Формула изобретения

1. Осесимметричное сверхзвуковое реактивное сопло турбореактивного двигателя, содержащее позади канала выброса газов (1) с осью Х первый венец сходящихся створок (3), шарнирно закрепленных на заднем конце канала выброса газов (1) и приводимых в действие с помощью первых средств управления (6, 7, 14), и, позади первого венца створок, содержащее второй венец расходящихся створок (15), передние концы которых (16) шарнирно закрепляются на задних концах (17) соответствующих сходящихся створок (3), и задние концы которых (19) соединены с помощью рычагов (20) с поворотным кольцом (21), взаимодействующим со сферической частью (30), закрепленной на неподвижной конструкции (13), причем это поворотное кольцо (21) приводится в действие вторыми средствами управления (24) с тем, чтобы обеспечить возможность отклонения истекающей газовой струи, отличающееся тем, что поворотное кольцо (21) монтируется с использованием сферического шарнира на внешней стенке сферической части (30), что гарантирует центрирование этого кольца относительно этой сферической части.

2. Реактивное сопло по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно предусмотрена система блокировки вращения (33), препятствующая вращению поворотного кольца (21) вокруг оси X.

3. Реактивное сопло по п. 2, отличающееся тем, что система блокировки вращения (33) содержит по меньшей мере один ролик (34) с радиально расположенной осью, закрепленный на поворотном кольце (21) и взаимодействующий с боковыми стенками прорези (35), выполненной в сферической части (30) и имеющей радиальную плоскость симметрии, проходящую через ось X.

4. Реактивное сопло по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что сферическая часть (30) монтируется на неподвижной конструкции (13) таким образом, чтобы иметь возможность скользить параллельно оси Х в результате осевого перемещения поворотного кольца (21) под действием вторых средств управления (24).

5. Реактивное сопло по п. 4, отличающееся тем, что сферическая часть (30) монтируется при помощи множества лапок (40), закрепленных на неподвижной конструкции (13) и расположенных параллельно оси X.

6. Реактивное сопло по п. 5, отличающееся тем, что сферическая часть (30) охватывает лапки (40) и содержит несколько направляющих роликов (42), взаимодействующих с прорезями (41), выполненными в лапках (40).

7. Реактивное сопло по одному из пп. 1-6, отличающееся тем, что вторые средства управления (24) содержат, по меньшей мере, три подъемника.

8. Реактивное сопло по одному из пп. 1-7, отличающееся тем, что первые средства управления содержат кольцо управления (7) с осью X, расположенное внутри сферической части (30), и ряд роликов (10), опирающихся на кулачки (11), соответственно связанные со сходящимися створками (3).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8