Турбореактивный двигатель с большой степенью двухконтурности
Турбореактивный двигатель содержит, по меньшей мере, один компрессор, камеру сгорания, турбину и вентилятор, установленный выше по потоку от компрессора и вращаемый турбиной, и средства ниже по потоку от вентилятора, определяющие кольцевое пространство для обводного потока, который обтекает корпуса компрессора, камеры сгорания и турбины. Указанные средства содержат неподвижный по существу цилиндрический кожух, окружающий корпуса компрессора, камеры сгорания и турбины и определяющий по существу цилиндрическую внутреннюю поверхность для направления обводного потока. Кожух выполнен как единая жесткая деталь и присоединен «передним» по потоку концом к конструкционному корпусу, например, к промежуточному корпусу, а «задним» по потоку концом, к корпусу выхлопного сопла, таким образом, выполняя функцию распределения нагрузок между промежуточным корпусом и корпусом выхлопного сопла. Кожух в его части, расположенной ниже по потоку, включает в себя шарнирные створки и средства для передвижения створок между положением покоя, в котором они лежат на одной линии с кожухом, и рабочим положением, когда они выступают из кожуха и создают препятствие для обводного потока. Изобретение направлено на снижение деформаций корпуса турбореактивного двигателя от изгибающих нагрузок и погашения силы тяги вторичного потока во время снижения самолета. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Данное изобретение относится к турбореактивному двигателю, в частности к турбореактивному двигателю, имеющему большую степень двухконтурности, к турбореактивному двигателю, включающему в себя по меньшей мере один компрессор, камеру сгорания, турбину и вентилятор, установленный выше по потоку от компрессора и вращаемого турбиной, а также средства ниже по потоку от вентилятора, определяющие кольцевое пространство для обводного потока, который обтекает корпуса компрессора, камеры сгорания и турбины, причем обводной поток добавляет к газообразным продуктам сгорания основного потока с целью увеличения тяги двигателя.
Турбореактивные двигатели современных гражданских самолетов характеризуются большой степенью двухконтурности, т.е. степень двухконтурности потока, разделяемого основным потоком, больше чем 5 и может достигать значений 9 или 10. Это приводит к уменьшению поперечных размеров корпуса турбореактивного двигателя между вентилятором и турбиной (эффект «талии осы»), и это уменьшение поперечных размеров приводит к уменьшению предела прочности корпуса при изгибе.
Деформация корпуса турбореактивного двигателя от изгибающих нагрузок, в свою очередь, приводит к деформации корпуса вокруг ротора, с корпусом, приобретающим форму овала, что в некоторых местах уменьшает зазор между корпусом и ротором, в то же время увеличивая этот зазор в других местах (эффект «искривления» корпуса).
Конкретной задачей настоящего изобретения является обеспечение простого, эффективного и недорого способа решения вышеуказанных проблем эффекта «талии осы» и эффекта «искривления» корпуса в турбореактивных двигателях и особенно в двигателях, имеющих большую степень двухконтурности.
С этой целью изобретение предусматривает турбореактивный двигатель, включающий в себя по меньшей мере один компрессор, камеру сгорания, турбину и вентилятор, установленный выше по потоку от компрессора и вращаемый турбиной, и средства ниже по потоку от вентилятора, определяющие кольцевое пространство для обводного потока, который обтекает корпуса компрессора, камеры сгорания и турбины, причем указанные средства содержат неподвижный по существу цилиндрический кожух, окружающий корпусы компрессора, камеры сгорания и турбины, и определяющий по существу цилиндрическую внутреннюю поверхность для направления обводного потока, причем кожух изготовлен как единая жесткая конструкция и присоединен своим концом, находящимся выше по потоку к конструкционному корпусу, например, к промежуточному корпусу, и своим концом, находящимся ниже по потоку к корпусу выхлопного сопла, таким образом выполняя функцию распределения нагрузок между промежуточным корпусом и корпусом выхлопного сопла.
Этот кожух, который окружает корпус турбореактивного двигателя на некотором расстоянии и который придает корпусу жесткость, препятствует деформации при изгибе корпуса турбореактивного двигателя и создает конструкцию для распределения нагрузок между передней и задней частями корпуса турбореактивного двигателя.
Выполнение кожуха как единого целого увеличивает его жесткость, таким образом снижая деформацию корпуса турбореактивного двигателя от изгибающих нагрузок.
Предпочтительно конец кожуха, находящийся ниже по потоку, присоединен к корпусу выхлопного сопла таким образом, чтобы оставалась по меньшей мере одна степень свободы, соответствующая термическому расширению корпуса двигателя при его работе.
В конкретном простом примере воплощения изобретения концы кожуха прикреплены при помощи болтов к промежуточному корпусу и корпусу выхлопного сопла.
Такой способ присоединения является простым и недорогим и позволяет снимать кожух, если возникает такая необходимость.
Жесткая конструкция кожуха, который присоединен к промежуточному корпусу и корпусу выхлопного сопла, позволяет исключить натяжные стержни для оправки, которые обычно монтируются на турбореактивных двигателях.
Кроме того, на кожухе предусмотрены дверцы, чтобы обеспечить доступ к оборудованию, расположенному внутри кожуха, такому как, в частности, топливные инжекторы, кольца управления углом наклона лопаток турбины и вспомогательная коробка передач.
В соответствии с другой характеристикой изобретения на части кожуха, находящейся ниже по потоку, предусмотрены шарнирные створки и средства для перемещения створок между положением покоя, в котором они лежат на одной линии с кожухом, и рабочим положением, в котором они выступают из кожуха, образуя препятствие для обводного потока, средства для обеспечения движения створок, включающие в себя исполнительные механизмы, установленные на кожухе и воздействующие на створки или на кольца управления для створок.
Эта характеристика изобретения представляет особенное преимущество, когда работоспособность турбореактивного двигателя требует увеличить число оборотов на режиме малого газа в воздухе при снижении и заходах на посадку самолета. Это увеличение числа оборотов увеличивает реактивную силу, которая становится слишком высокой. Створки, предусмотренные на кожухе, служат для погашения силы тяги вторичного потока во время снижения самолета и захода на посадку, таким образом, снижая общую силу тяги до надлежащего уровня.
И тогда становится возможным в турбореактивном двигателе с высокой степенью двухконтурности потока предусмотреть исключение обычной системы реверса тяги.
Другие преимущества и характеристики изобретения станут понятными при чтении последующего описания, данного путем неограничивающего примера и со ссылкой на сопутствующие чертежи, в которых:
- Фиг.1 представляет очень схематичный вид осевого сечения турбореактивного двигателя с большой степенью двухконтурности согласно изобретению;
- Фиг.1а и 1в представляют увеличенные виды частей 1а и 1в на Фиг.1;
- Фиг.2 представляет схематичный перспективный вид кожуха турбореактивного двигателя;
- Фиг.3 представляет схематичный перспективный вид части кожуха, изображенного на Фиг.2, которая находится ниже по потоку, и где показаны средства для перемещения шарнирных створок; и
- Фиг.4 представляет увеличенный схематичный вид средств, показанных на Фигуре 3, для перемещения створок.
Фиг.1 является очень схематичным видом двухконтурного турбореактивного двигателя 1, имеющего на его переднем конце вентилятор 2, включающий в себя колесо 3, которое вращается внутри бандажа 4. Поток воздуха, всасываемый вентилятором 2, разделяется ниже по потоку от вентилятора на основной поток, который проходит через двигатель, содержащий компрессор 5, кольцевую камеру сгорания 6 и турбину 7, и на обводной поток, который протекает вокруг двигателя, как показано стрелками 8, и который обеспечивает дополнительную тягу, сверх тяги, обеспечиваемой газообразными продуктами сгорания, выбрасываемыми из турбины 7.
Путь для обводного потока 8 определен в его наружной части внутренней стенкой 9 бандажа, а в его внутренней части - кожухом 10 по существу цилиндрической формы, который окружает двигатель и проходит от конструктивного корпуса, такого как промежуточный корпус 11, к корпусу 12 выхлопного сопла на выходе турбины. Промежуточный корпус 11 жестко связан при помощи радиальных рычагов с бандажом вентилятора.
В соответствии с изобретением кожух 10 является жестким и присоединен своими «передним» и «задним» по потоку концами к корпусу двигателя с целью придания ему жесткости и исключения деформации от изгибающих усилий и эффекта «искривления» корпуса.
Увеличение степени двухконтурности двигателя, т.е. увеличение отношения обводного потока, деленного на основной поток, ведет к уменьшению поперечного сечения двигателя между компрессором и турбиной (эффект «талии осы»), что приводит к искривлению корпуса, как упоминалось выше. Присоединение «жесткого» кожуха 10 его концами к корпусу двигателя позволяет устранить деформацию корпуса при изгибающих нагрузках, даже когда степень двухконтурности валика, например, когда она находится в пределах от 5 до 10.
Кожух 10 сделан как единое целое. Как более ясно можно видеть на Фиг.1а и 1в, кожух 10 присоединен своим «передним» по потоку концом посредством кольцевого фланца 13 к промежуточному корпусу 11 и своим «задним» по потоку концом при помощи части 14 суппорта к корпусу 12 выхлопного сопла на уровне крепления двигателя к пилону (опоре) для установки его под крылом самолета. Соединения предпочтительно выполняются при помощи болтов 15, 16, 17, 18. Соединение между «задним» по потоку концом кожуха 10 и корпусом 12 выхлопного сопла выполняется таким образом, чтобы оставить по меньшей мере одну степень свободы с учетом соответствующего расширения двигателя при работе. Для обеспечения кожуху 10 одной степени свободы в осевом направлении предусмотрена специальная конфигурация части 14 суппорта, которая позволяет ему эластично деформироваться в осевом направлении.
Секция кожуха 10 увеличивается от его «переднего» по потоку конца до средней части, которая расположена на одном уровне с задним концом бандажа 4, и затем уменьшается к его «заднему» по потоку концу с образованием общей двухконусной формы кожуха.
Как показано на Фиг.2, часть 19 кожуха 10, находящаяся выше по потоку, имеет отверстия, дающие доступ к оборудованию, которое должно находиться внутри кожуха, в частности, отверстия 10 дают доступ к кольцам управления углом наклона лопаток, которые могут находиться на корпусе компрессора 5, отверстие 21 предоставляет доступ к управлению вспомогательной коробкой передач, и отверстия 22 предоставляют доступ к топливным инжекторам камеры сгорания.
Отверстия 20, 21 и 22 для доступа закрываются соответствующими смещаемыми дверцами или панелями 23, 24 и 25, которые крепятся к кожуху 10 любыми подходящими средствами, например, при помощи винтов.
«Задняя» по потоку часть 26 кожуха 10, т.е. часть ниже по потоку от критического (минимального) сечения сопла 8 обводного потока, имеет шарнирные створки или панели 27, расположенные по окружности и способные поворачиваться вокруг поперечных осей, которые тангенциальны окружности кожуха 10 между положением, показанным на Фиг.2, где они выступают наружу из кожуха 10, и отведенным или положением покоя, при котором они лежат на поверхности кожуха 10, как показано на Фиг.3.
В выдвинутом положении створки или панели 27 препятствуют движению вниз обводного потока 8 и гасят тягу, получаемую от вентилятора 2. Это является преимуществом, когда работоспособность турбореактивного двигателя не позволяет значительно уменьшить число оборотов двигателя при снижении и заходе на посадку самолета. Также это позволяет сохранять значительную скорость двигателя при уменьшении его тяги.
С целью снижения шума створки или панели 27 могут иметь пилообразную или зубчатую форму.
Они приводятся в движение при помощи малых исполнительных механизмов 28 или напрямую, или через кольцо управления 29, как показано на Фиг.3 и 4.
На этих фигурах кольцо 29 для управления створками или панелями 27 расположено внутри «задней» по потоку части 26 кожуха 10, и оно перемещается при помощи исполнительного механизма 28, чей цилиндр опирается на кожух 10 и чей шток плунжера воздействует на кольцо 29, которое связано через перемычки 30 со створками или панелями 27.
Эта система створок или панелей 27 позволяет в двигателе с высокой степенью двухконтурности исключить средства реверса тяги, которыми обычно обеспечиваются двигатели этого типа. В результате уменьшается количество элементов и его стоимость.
1. Турбореактивный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один компрессор, камеру сгорания, турбину и вентилятор, установленный выше по потоку от компрессора и вращаемый турбиной, и средства ниже по потоку от вентилятора, определяющие кольцевое пространство для обводного потока, который обтекает корпуса компрессора, камеры сгорания и турбины, причем указанные средства содержат неподвижный, по существу, цилиндрический кожух, окружающий корпуса компрессора, камеры сгорания и турбины и определяющий, по существу, цилиндрическую внутреннюю поверхность для направления обводного потока, причем этот указанный кожух выполнен как единая жесткая деталь и присоединен «передним» по потоку концом к конструкционному корпусу, например, к промежуточному корпусу, а «задним» по потоку концом к корпусу выхлопного сопла, таким образом выполняя функцию распределения нагрузок между промежуточным корпусом и корпусом выхлопного сопла, при этом кожух в его части, расположенной ниже по потоку, включает в себя шарнирные створки и средства для передвижения створок между положением покоя, в котором они лежат на одной линии с кожухом и рабочим положением, когда они выступают из кожуха и создают препятствие для обводного потока.
2. Турбореактивный двигатель по п.1, в котором конец кожуха, находящийся ниже по потоку, присоединен к корпусу выхлопного сопла таким образом, чтобы оставалась одна степень свободы, соответствующая термическому расширению двигателя при работе.
3. Турбореактивный двигатель по п.1, в котором концы кожуха присоединены к промежуточному корпусу и к корпусу выхлопного сопла при помощи болтов.
4. Турбореактивный двигатель по п.1, в котором кожух включает дверцы доступа, предоставляющие доступ к оборудованию, расположенному внутри кожуха, такому как топливные инжекторы, кольца управления углом наклона лопаток, коробка передач для вспомогательного управления.
5. Турбореактивный двигатель по п.1, в котором средства для передвижения створок включают в себя исполнительные механизмы, установленные на кожухе и действующие на створки или на кольцо управления створками.
