Поворотное сопло с управляемым вектором тяги реактивного двигателя с использованием нескольких разнесенных по окружности эластичных устройств
Поворотное сопло реактивного двигателя содержит неподвижную часть, предназначенную для соединения с двигателем, подвижную часть, шарнирно укрепленную на неподвижной части, средства управления для управления подвижной частью и одно или несколько эластичных устройств, расположенных между неподвижной частью и подвижной частью. Каждое эластичное устройство содержит по меньшей мере один неподвижный эластичный блок, первый конец которого жестко соединен с неподвижной частью, а второй конец, противоположный первому концу, жестко соединен с жесткой деталью и по меньшей мере один подвижный эластичный блок, первый конец которого жестко соединен с подвижной частью, а второй конец, противоположный первому концу, жестко соединен с указанной жесткой деталью. Указанные по меньшей мере один неподвижный эластичный блок и по меньшей мере один подвижный эластичный блок смещены один по отношению к другому в окружном направлении сопла. Изобретение обеспечит большую величину отклонения поворотной части сопла. 17 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к поворотному соплу реактивного двигателя, то есть к соплу, которое способно ориентировать реактивную струю реактивного двигателя.
Будучи смонтированным на самолете, такое сопло позволяет пилоту быстро управлять полетом, изменяя тангаж самолета и его поворот относительно вертикальной оси (боковой наклон для двухмоторных аппаратов).
Уровень техники
Из патентного документа Франции №А-2470253 известно поворотное сопло, содержащее жестко соединенную с двигателем неподвижную часть и поворотную часть, шарнирно укрепленную на неподвижной части и управляемую силовыми домкратами. Узлы эластичных элементов, которые равномерно разнесены по окружности сопла и в которых эластичные элементы расположены параллельно продольной оси неподвижной части, обеспечивают центрирование и установку поворотной части относительно неподвижной части. Каждый узел образован неподвижным эластичным элементом, основание которого жестко прикреплено к неподвижной части, а противоположный конец жестко соединен с промежуточным кольцом, и подвижным эластичным элементом, основание которого жестко соединено с поворотной частью, а противоположный конец жестко соединен с промежуточным кольцом.
Когда поворотная часть занимает позицию, отличную от нейтральной, то есть когда выбрасываемая двигателем реактивная струя отклоняется на выходе сопла относительно продольной оси неподвижной части, каждый узел эластичных элементов подвергается деформации, которая вызывает либо удаление оснований эластичных элементов друг от друга, либо их приближение друг к другу. В крайней позиции основание подвижного эластичного элемента упирается в основание неподвижного эластичного элемента, что ограничивает отклонение подвижной части.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании поворотного сопла, которое при таком же конструктивном пространстве, занимаемом эластичными средствами центрирования и удержания поворотной части, обеспечивает получение большей величины отклонения поворотной части.
Для решения поставленной задачи в соответствии с изобретением создано поворотное сопло реактивного двигателя, содержащее неподвижную часть, предназначенную для соединения с двигателем, подвижную часть, шарнирно укрепленную на неподвижной части, средства управления для управления подвижной частью и одно или несколько эластичных устройств, расположенных между неподвижной частью и подвижной частью, характеризующееся тем, что каждое эластичное устройство содержит:
по меньшей мере, один неподвижный эластичный блок, первый конец которого жестко соединен с неподвижной частью, а второй конец, противоположный первому концу, жестко соединен с жесткой деталью, и
по меньшей мере, один подвижный эластичный блок, первый конец которого жестко соединен с подвижной частью, а второй конец, противоположный первому концу, жестко соединен с указанной жесткой деталью,
при этом указанные, по меньшей мере, один неподвижный эластичный блок и, по меньшей мере, один подвижный эластичный блок смещены один по отношению к другому в окружном направлении сопла.
При этом желательно, чтобы эластичное устройство содержало, по меньшей мере, два неподвижных эластичных блока и/или, по меньшей мере, два подвижных эластичных блока. Таким образом, согласно изобретению один или каждый из нескольких подвижных эластичных блоков смещен по отношению к одному, или каждому неподвижному эластичному блоку в окружном направлении, то есть ни один из подвижных эластичных блоков не находится напротив неподвижного эластичного блока в осевом направлении сопла. В крайней позиции первый конец каждого подвижного эластичного блока смещается в осевом направлении, по меньшей мере, до уровня первого конца одного или нескольких неподвижных эластичных блоков. В том случае, когда предусмотрено несколько неподвижных эластичных блоков и несколько подвижных эластичных блоков, соответствующие первые концы подвижных эластичных блоков входят в промежутки между соответствующими первыми концами неподвижных эластичных блоков. За счет этого для одного и того же конструктивного пространства, занимаемого эластичным устройством, ход одного или нескольких подвижных эластичных блоков увеличивается, и таким образом соответственно увеличивается отклонение подвижной части сопла.
Согласно конкретному примеру осуществления каждое эластичное устройство содержит два неподвижных эластичных блока и один подвижный эластичный блок, размещенный в окружном направлении сопла между двумя неподвижными эластичными блоками. Жесткая деталь выполнена V-образной по конфигурации, причем вершина V-образной конфигурации жестко прикреплена к подвижному эластичному блоку, а два других конца V-образной конфигурации жестко прикреплены соответственно к неподвижным эластичным блокам.
Согласно другому примеру выполнения каждое эластичное устройство содержит два подвижных эластичных блока и один неподвижный эластичный блок, размещенный в окружном направлении сопла между двумя подвижными эластичными блоками. В этом случае жесткая деталь выполнена V-образной по конфигурации, причем вершина V-образной конфигурации жестко прикреплена к неподвижному эластичному блоку, а два других конца V-образной конфигурации жестко прикреплены соответственно к подвижным эластичным блокам.
В общем случае подвижная часть шарнирно укреплена на неподвижной части с помощью средств, определяющих центр поворота, т.е. образующих сферический шарнир. Эти средства содержат неподвижную сферическую опору и подвижную сферическую опору, установленную с возможностью скольжения на неподвижной сферической опоре. Подвижная сферическая опора связана со средствами управления. Далее, первый конец, по меньшей мере, одного неподвижного эластичного блока (т.е. одного или каждого из нескольких неподвижных эластичных блоков) жестко укреплен на неподвижной сферической опоре. В частности, один или каждый из нескольких подвижных эластичных блоков жестко укреплен на выступе подвижной сферической опоры, причем указанный выступ выполнен по форме и размерам таким, что может входить между двумя неподвижными эластичными блоками. При этом первый конец, по меньшей мере, одного подвижного эластичного блока жестко укреплен на подвижной сферической опоре.
Средства управления, используемые для управления смещением подвижной части относительно неподвижной части, предпочтительно содержат домкраты, равномерно разнесенные по окружности сопла.
В предпочтительном выполнении один или несколько неподвижных и подвижных эластичных блоков изготовлены из слоистого материала, способного выдерживать высокие температуры, которые создаются внутри сопла. Слоистый материал образован комплектом чередующихся слоев эластомера и металла, комплектом чередующихся слоев эластомера и органического композитного материала или комплектом чередующихся слоев эластомера и термоконструкционного материала. Эластомер выбирают из эластомеров, способных выдерживать температуры выше 150°С. Так например, используют материал, выбранный из группы фторуглеродов и фторосиликонов, а также гидрированные эластомеры, такие как HNBR (“гидрированный бутадиен-акрилонитрильный каучук”).
Поворотное сопло по изобретению может, кроме того, содержать управляемые створки, соединенные с подвижной частью. Управляемые створки образованы, например, комплектом сходящихся и расходящихся створок. В этом случае изменение ориентации створок используется для изменения диаметра критического сечения сопла, то есть диаметра поперечного сечения, образуемого между сходящимися и расходящимися створками комплекта.
Краткое описание чертежей
Варианты выполнения настоящего изобретения, его особенности и преимущества будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - это схематичный вид в разрезе половины поворотного сопла согласно первому примеру выполнения;
фиг.2 изображает часть сопла, показанного на фиг.1, на виде сверху;
фиг.3 и 4 - это схематичные виды в разрезе половины подвижной части сопла, в двух различных направлениях ее ориентации;
фиг.5 изображает, на виде сверху, часть сопла в соответствии со вторым примером выполнения.
Осуществление изобретения
На фиг.1 схематично представлено поворотное сопло в соответствии с изобретением. Сопло содержит неподвижную часть 1, которая на своем входном по направлению реактивной струи конце 10 жестко соединена с реактивным двигателем (не показан), и подвижную часть 2 шарнирно укрепленную на выходном по направлению реактивной струи конце 11 неподвижной части 1.
Неподвижная часть 1 содержит выхлопной канал 12, который принимает генерируемые двигателем газы и выбрасывает их через поворотную часть 2, как показано стрелками 13 и 14 на фиг.1. Выхлопной канал 12 ограничен внутренней футеровкой 15, образованной волнистой цилиндрической частью 150, которая на выходе продолжается сферической опорой 151. Внешняя стенка 16 такой же формы, как и внутренняя футеровка 15, образует с последней пространство 17 охлаждения, в котором циркулирует соответствующая охлаждающая среда. Внешняя стенка 16 неподвижной части 1 состоит из цилиндрической части 160 и сферической части 161, которые расположены соответственно напротив цилиндрической части 150 и сферической части 151.
Подвижная часть 2 сопла содержит внутреннюю футеровку 20, которая образована сферической опорой 200, продолженной на выходе волнистой цилиндрической частью 201, и расположена как повторение соответствующей внешней стенки 21, образованной сферической опорой 210 и цилиндрической частью 211. Внутренняя футеровка 20 и внешняя стенка 21 жестко соединены друг с другом. Пространство, образованное между внутренней футеровкой 20 и внешней стенкой 21, продолжает указанное пространство 17 охлаждения. Подвижная часть 2 содержит также кольцевой комплект 22 поворотных створок, которые будут подробно описаны далее.
Сферические опоры 151, 161, 200 и 210 имеют общий центр, представленный точкой О на фиг.1. Эти сферические опоры скомпонованы таким образом, что образуют сферический шарнир поворотной опоры подвижной части 2 на неподвижной части 1 сопла. В частности, подвижные сферические опоры 200 и 210 скользят соответственно на неподвижных сферических опорах 151 и 161 под действием средств управления в форме одного или нескольких домкратов 3 (которые могут быть электрическими или гидравлическими), что обеспечивает ориентацию подвижной части 2 относительно неподвижной части 1. Домкраты 3 равномерно разнесены по окружности сопла. В практическом исполнении предпочтительно используются по меньшей мере три домкрата, расположенные по окружности сопла с угловым шагом 120°. Каждый домкрат 3 имеет шток 30, свободный конец которого прикреплен к кронштейну 212 на подвижной внешней сферической части 210. Каждый домкрат 3 шарнирно прикреплен на своем переднем конце 31 к неподвижной части 1. Совместное действие различных домкратов синхронизировано известным для специалиста в данной области образом.
Эластичные устройства 4 расположены равномерно по окружности сопла между неподвижной частью 1 и подвижной частью 2. Согласно первому примеру выполнения по фиг.1 и 2 каждое эластичное устройство 4 содержит два неподвижных эластичных блока 40, подвижный эластичный блок 41 и жесткую деталь 42. Каждый неподвижный эластичный блок 40 имеет первую поверхность, называемую “основанием”, которая жестко прикреплена к неподвижной части 1 сопла, в частности, на неподвижной внешней опоре 161, и противоположную ей вторую поверхность, жестко прикрепленную к жесткой детали 42. Подвижный эластичный блок 41 имеет первую поверхность, которая жестко прикреплена к подвижной части 2 сопла, в частности, к выступу 213, на конце которого предусмотрен крепежный кронштейн 212, и противоположную ей вторую поверхность, жестко прикрепленную к жесткой детали 42. Крепление указанных поверхностей к подвижной и неподвижной частям 1, 2 и к жесткой детали 42 в стандартном случае осуществляется приклеиванием или соединением встык.
Эластичные блоки предпочтительно изготовлены из слоистого материала, то есть из материала, образованного комплектом слоев эластомера, заключенных между армирующими слоями. В соответствии с изобретением эластомер выбирают из эластомеров, способных выдерживать температуры выше 150°С. Так например, можно использовать материал, выбранный из группы фторуглеродов и фторосиликонов, а также гидрированные эластомеры, такие как HNBR (гидрированный бутадиен-акрилонитрильный каучук). Армирующие слои предпочтительно выполняются из металла, из органического композитного материала или из термоконструкционного материала, такого как композитный материал углерод-углерод или композитный материал с керамической матрицей.
Как показано на фиг.1 и 2, жесткая деталь 42 имеет, по существу, сферический профиль и выполнена V-образной по конфигурации, при этом вершина детали жестко прикреплена к подвижному эластичному блоку 41, а два других конца жестко прикреплены к неподвижным эластичным блокам 40. Неподвижные эластичные блоки 40 расположены на одной линии в направлении окружности, которое представлено на фиг.2 стрелкой 400, и перпендикулярно продольной оси 401 неподвижной части 1 сопла. В частности, выступ 213 и связанный с ним подвижный эластичный блок 41 расположены по окружному направлению 400 между неподвижными эластичными блоками 40, а по направлению, параллельному продольной оси 401, ниже неподвижных эластичных блоков 40 по ходу реактивной струи.
Фиг.3 и 4 изображают конфигурацию сопла при ориентации подвижной части 1 сопла кверху или книзу. В частности, на фиг.3 и 4 показаны две крайние конфигурации эластичного устройства 4.
На фиг.3, когда домкрат 3 приводится в действие на втягивание штока 30, выступ 213 подвижной сферической опоры 210 оттягивается к неподвижным эластичным блокам 40. В крайней позиции выступ 213 и основание подвижного эластичного блока 41 находятся, по существу, на одной линии с основаниями соответствующих неподвижных эластичных блоков 40 и расположены между ними. Неподвижные и подвижный эластичные блоки 40 и 41 подвергаются деформации, как показано на фиг.3. Таким образом, то обстоятельство, что подвижный эластичный блок 41 смещен относительно каждого неподвижного эластичного блока 40 в окружном направлении 400, позволяет перевести основание подвижного эластичного блока 41 по меньшей мере до уровня оснований неподвижных эластичных блоков 40 и при этом избежать упорного контакта основания подвижного эластичного блока 41 с основанием одного или другого неподвижного эластичного блока 40. По сравнению с известной из уровня техники системой, в которой используются два подвижных эластичных блока, упирающихся друг в друга в крайней позиции, эластичное устройство 4 по данному изобретению позволяет получить больший угол 
отклонения подвижной части 2 или же при равном угле отклонения оно занимает меньше места в осевом направлении. Кроме того, V-образная конфигурация эластичного устройства 4 позволяет более надежно центрировать и удерживать подвижную часть 2 относительно неподвижной части 1.
Когда домкрат 3 приводится в действие на выдвижение штока 30, выступ 213 подвижной сферической опоры 210 и подвижный эластичный блок 41 удаляются от неподвижных эластичных блоков 40, как это показано на фиг.4.
Фиг.5 изображает второй пример выполнения изобретения, в котором каждое эластичное устройство содержит два подвижных эластичных блока и один неподвижный эластичный блок. На фиг.5 представлены два эластичных устройства, 40а-41а-42а и 40b-41b-42b. Устройство 40а-41а-42а содержит два подвижных эластичных блока 41а, жестко укрепленных на двух соответствующих выступах 213а подвижной сферической опоры, и неподвижный эластичный блок 40а, жестко укрепленный на неподвижной сферической опоре, при этом блоки 41 а и 40а связаны между собой деталью 42а V-образной конфигурации. Устройство 40b-41b-42b содержит два подвижных эластичных блока 41b, жестко укрепленных на двух соответствующих выступах 213b подвижной сферической опоры, и неподвижный эластичный блок 40b, жестко укрепленный на неподвижной сферической опоре, при этом блоки 41b и 40b связаны между собой деталью 42b V-образной конфигурации. Система домкратов, таких как домкрат 3а, расположенный между двумя эластичными устройствами, обеспечивает смещение подвижных эластичных блоков таким же образом, как в первом примере выполнения.
В обоих описанных примерах выполнения используется по меньшей мере три эластичных устройства, равномерно расположенных по окружности сопла.
Как уже указывалось, сопло в соответствии с изобретением может содержать кольцевой комплект 22 створок (см. фиг.1). Кольцевой комплект 22 створок соединен в один узел со сферическими опорами 210 и 200. Такая конструкция известна специалистам в данной области. В общем случае комплект 22 содержит несколько смежных устройств, смонтированных по окружности на выходном конце цилиндрической стенки 211. Каждое устройство содержит сходящуюся створку 220, расходящуюся створку 221 и вспомогательную створку 222, называемую также “холодной створкой”. Конструкция такого типа описана в патентной заявке Франции № А-2561313. Система привода содержит домкраты 23 (из которых один представлен на фиг.1), равномерно разнесенные по окружности сопла, кольцо 24, которое имеет ось симметрии на продольной оси 401 сопла и в котором расположены ролики 25, и кулачковые поверхности 26, по которым следуют ролики 25. Эта система привода позволяет изменять ориентацию сходящихся створок 220 и расходящихся створок 221 с тем, чтобы изменять критическое сечение сопла и взаимосвязанным образом изменять выходной диаметр расходящегося раструба сопла.
Описанное выше изобретение не ограничивается конкретным числом эластичных блоков, используемых в каждом эластичном устройстве в соответствии с приведенными примерами выполнения. Для специалистов в данной области понятно, что может быть предусмотрено различное число неподвижных и подвижных эластичных блоков. Необходимым является условие, что в нейтральной позиции подвижной части каждый подвижный эластичный блок смещен от каждого неподвижного эластичного блока в направлении окружности сопла, так что в крайней позиции основание каждого подвижного эластичного блока может быть смещено в осевом направлении трубы по меньшей мере до того же уровня, на котором находится основание неподвижного эластичного блока. Кроме того, хотя использование нескольких неподвижных эластичных блоков и/или нескольких подвижных эластичных блоков улучшает устойчивость, для образования каждого эластичного устройства можно также использовать всего один неподвижный эластичный блок и один подвижный эластичный блок.
Формула изобретения
1. Поворотное сопло реактивного двигателя, содержащее неподвижную часть (1), предназначенную для соединения с двигателем, подвижную часть (2), шарнирно укрепленную на неподвижной части, средства управления для управления подвижной частью и одно или несколько эластичных устройств (4), расположенных между неподвижной частью и подвижной частью, отличающееся тем, что каждое эластичное устройство содержит по меньшей мере, один неподвижный эластичный блок (40), первый конец которого жестко соединен с неподвижной частью, а второй конец, противоположный первому концу, жестко соединен с жесткой деталью (42), и, по меньшей мере, один подвижный эластичный блок (41), первый конец которого жестко соединен с подвижной частью, а второй конец, противоположный первому концу, жестко соединен с указанной жесткой деталью, при этом указанные, по меньшей мере, один неподвижный эластичный блок и, по меньшей мере, один подвижный эластичный блок смещены один по отношению к другому в окружном направлении (400) сопла.
2. Поворотное сопло по п.1, отличающееся тем, что указанное устройство содержит, по меньшей мере, два неподвижных эластичных блока (40), а указанный, по меньшей мере, один подвижный эластичный блок (41) размещен в окружном направлении (400) сопла между двумя неподвижными эластичными блоками.
3. Поворотное сопло по п.2, отличающееся тем, что жесткая деталь (42) выполнена V-образной по конфигурации, причем вершина V-образной конфигурации жестко прикреплена к подвижному эластичному блоку (41), а два других конца V-образной конфигурации жестко прикреплены соответственно к неподвижным эластичным блокам (40).
4. Поворотное сопло по п.1, отличающееся тем, что указанное устройство содержит, по меньшей мере, два подвижных эластичных блока (41а), а указанный неподвижный эластичный блок (40а) размещен в окружном направлении (400) сопла между двумя подвижными эластичными блоками.
5. Поворотное сопло по п.4, отличающееся тем, что жесткая деталь (42а) выполнена V-образной по конфигурации, причем вершина V-образной конфигурации жестко прикреплена к неподвижному эластичному блоку (40а), а два других конца V-образной конфигурации жестко прикреплены соответственно к подвижным эластичным блокам (41а).
6. Поворотное сопло по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что указанный, по меньшей мере, один неподвижный эластичный блок (40) и указанный, по меньшей мере, один подвижный эластичный блок (41) изготовлены из слоистого материала.
7. Поворотное сопло по п.6, отличающееся тем, что слоистый материал представляет собой комплект чередующихся слоев из эластомера и из металла.
8. Поворотное сопло по п.6, отличающееся тем, что слоистый материал представляет собой комплект чередующихся слоев из эластомера и из органического композитного материала.
9. Поворотное сопло по п.6, отличающееся тем, что слоистый материал представляет собой комплект чередующихся слоев из эластомера и из термоконструкционного материала.
10. Поворотное сопло по любому из пп.7-9, отличающееся тем, что эластомер выбран из эластомеров, способных выдерживать температуры выше 150°С.
11. Поворотное сопло по п.10, отличающееся тем, что эластомер выбран из фторуглеродных и фторосиликоновых материалов и гидрированных эластомеров.
12. Поворотное сопло по любому из пп.7-11, отличающееся тем, что подвижная часть (2) шарнирно укреплена на неподвижной части (1) с помощью средств (161, 210, 151, 200), определяющих центр поворота.
13. Поворотное сопло по п.12, отличающееся тем, что средства, определяющие центр поворота, содержат неподвижную сферическую опору (161) и подвижную сферическую опору (210), установленную с возможностью скольжения на неподвижной сферической опоре, при этом подвижная сферическая опора связана со средствами управления.
14. Поворотное сопло по п.13, отличающееся тем, что первый конец указанного, по меньшей мере, одного неподвижного эластичного блока (40) жестко укреплен на неподвижной сферической опоре (161), а первый конец указанного, по меньшей мере, одного подвижного эластичного блока (41) жестко укреплен на подвижной сферической опоре (210).
15. Поворотное сопло по п.14, отличающееся тем, что один или каждый из нескольких подвижных эластичных блоков (41) жестко укреплен на выступе (213) подвижной сферической опоры (210), причем указанный выступ выполнен по форме и размерам таким, что может входить между двумя неподвижными эластичными блоками (40).
16. Поворотное сопло по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что средства управления содержат домкраты (3), которые предпочтительно равномерно разнесены по окружности сопла.
17. Поворотное сопло по любому из пп.1-16, отличающееся тем, что указанные эластичные устройства (4) равномерно разнесены по окружности сопла.
18. Поворотное сопло по любому из пп.1-17, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит управляемые створки, жестко соединенные в одно целое с подвижной частью (2).
РИСУНКИ
