Разрезное регулируемое сопло для прямоточного воздушно-реактивного двигателя
Владельцы патента RU 2684362:
Государственный научный центр Российской Федерации-федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (RU)
Изобретение относится к двигательному машиностроению, а именно к регулируемым разрезным соплам прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Разрезное регулируемое сопло содержит шарнирно закрепленные на корпусе двумя кольцевыми рядами дозвуковые ведущие и ведомые створки и сверхзвуковые ведущие и ведомые створки, формирующие проточный тракт, систему синхронизации створок и систему регулирования площади критического сечения сопла, включающую приводы, связанные с рычагами, закрепленными на ведущих дозвуковых створках. Система регулирования площади критического сечения сопла дополнительно содержит установленные под углом к центральной продольной оси сопла пиротолкатели, штоки которых упираются в ведущие дозвуковые створки. Каждый рычаг выполнен из двух шарнирно соединенных частей и содержит устройство для жесткой линейной фиксации этих частей в рабочем положении. Изобретение позволяет снизить объем, необходимый для размещения в стартовом положении системы регулирования площади критического сечения сопла. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно, к регулируемым разрезным соплам прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД).
Разрезные регулируемые сопла состоят из набора створок (ведущих и ведомых), обеспечивающих изменение размеров критического сечения и соответственно геометрической степени расширения (по отношению площадей выходного и критического сечений сопла). Необходимость использования таких устройств связано с многорежимностью работы ПВРД (по высоте и скорости полета) и возможностью изменения потребного расхода топлива для обеспечения оптимального соотношения расходов воздуха и топлива. Регулируемое сопло позволяет снизить на 15…20% запас топлива на борту и соответственно объем бака.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип является патент Франции №2277238, опубл. 24.12.1976. В указанном источнике представлено регулируемое сопло, в котором изменение размеров критического сечения осуществляется с помощью цепи управления и синхронизации. Общая длина цепи, измеренная по ее окружности изменяется в процессе работы. Цепь формируется одинаковыми по величине ромбами, которые расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси сопла и состоят из шарнирно соединенных элементов. Изменение диагонали ромба, осуществляется с резьбовой парой, что изменяет длину цепи управления и синхронизации. Ромбы монтируются на ведущих створках сопла. Недостатком рассматриваемого сопла, является большая высота ромба, ограничивающая изменение длины цепи управления и синхронизации, что позволяет экономить топливо и увеличивает величину противопомпажного запаса.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение запаса твердого топлива стартово-разгонной ступени и увеличение дальности полета летательного аппарата на 10…15%.
Технический результат изобретения заключается в увеличении диаметра критического сечения сопла в стартовом положении за счет уменьшения высоты системы регулирования площади критического сечения сопла.
Для решения задачи и обеспечения технического результата предложено разрезное регулируемое сопло для прямоточного воздушно-реактивного двигателя, содержащее шарнирно закрепленные на корпусе двумя кольцевыми рядами дозвуковые ведущие и ведомые створки и сверхзвуковые ведущие и ведомые створки, формирующие проточный тракт, систему синхронизации створок и систему регулирования площади критического сечения сопла, включающую приводы, связанные с рычагами, закрепленными на ведущих дозвуковых створках. Причем система регулирования площади критического сечения сопла дополнительно содержит установленные под углом к центральной продольной оси сопла пиротолкатели, штоки которых упираются в ведущие дозвуковые створки, при этом каждый рычаг выполнен из двух шарнирно соединенных частей и содержит устройство для жесткой линейной фиксации этих частей в рабочем положении.
Устройство для жесткой линейной фиксации частей рычага в рабочем положении может содержать пружину и фиксатор, расположенные во внутренней полости одной из частей.
В качестве приводов могут использоваться пневмоцилиндры, неподвижно установленные на корпусе и расположенные параллельно центральной продольной оси сопла.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показано разрезное регулируемое сопло.
На фиг. 2 приведено разрезное регулируемое сопло в стартовом положении в разрезе.
На фиг. 3 приведено разрезное регулируемое сопло в рабочем положении в разрезе.
Разрезное регулируемое сопло (фиг. 1-3) содержит корпус 1, на передний торец которого шарнирно установлены дозвуковые ведущие 2 и ведомые 3 створки, на задний торец корпуса шарнирно установлены сверхзвуковые ведущие 4 и ведомые 5 створки, торцы корпуса соединены спицами 6. Система регулирования площади критического сечения сопла дополнительно содержит установленные под углом, например, под углом 90 градусов, к центральной продольной оси сопла пиротолкатели 8, штоки 7 которых упираются в ведущие дозвуковые створки 2, связанные с приводом, например, пневмоцилиндром 9 рычагом 10. Каждый рычаг 10 выполнен из двух шарнирно соединенных частей и содержит устройство для жесткой линейной фиксации этих частей в рабочем положении, при этом каждая часть выполнена полой. Устройство для жесткой линейной фиксации частей рычага 10 в рабочем положении содержит фиксатор 11 и пружину 12, расположенные во внутренней полости одной из частей. Все створки связаны между собой посредством балок 13 и коромысел 14, образующих систему синхронизации створок. Пневмоцилиндры 9 неподвижно установлены на корпусе 1 и расположены параллельно центральной продольной оси сопла. Все створки, а также рычаги кинематической цепи, включающей в себя систему синхронизации и систему регулирования площади критического сечения сопла, могут быть изготовлены из металла или сплава, или из композиционных материалов. Минимизация вертикальных размеров (высоты) системы регулирования площади критического сечения сопла ведет к возможности обеспечения максимального диаметра канала, сформированного сложенными створками сопла в стартовом положении, что позволяет увеличить диаметр части стартово-разгонной ступени, размещенной в камере сгорания ПВРД.
Работает разрезное регулируемое сопло следующим образом. После окончания работы стартово-разгонной ступени летательного аппарата и его удаления подается сигнал на пиротолкатели 8, из которых выдвигаются штоки 7, перемещая ведущие дозвуковые створки 2 сопла, при этом пружина 12 в рычаге 10 перемещает фиксатор 11, что обеспечивает соединение двух частей рычага 10 в единую деталь, передающую усилия от пневмоцилиндров 9 на ведущие дозвуковые створки 2 и далее через балки 13 и коромысла 14 на сверхзвуковые створки 4 и 5, газ из пиротолкателей 8 стравливается и система регулирования площади критического сечения сопла переводится в рабочее положение, позволяющее в дальнейшем регулировать размеры критического сечения сопла.
Предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить минимум в два раза «строительную» высоту сопла с системой регулирования площади его критического сечения в исходном положении и снизить потребный объем, необходимый для размещения системы регулирования, минимум на 30%, что позволит увеличить диаметр критического сечения сопла в стартовом положении и увеличить диаметр части стартово-разгонной ступени, размещенной в камере сгорания ПВРД. При этом увеличивается запас твердого топлива стартово-разгонной ступени и увеличивается дальность полета летательного аппарата на 10…15%.
1. Разрезное регулируемое сопло для прямоточного воздушно-реактивного двигателя, содержащее шарнирно закрепленные на корпусе двумя кольцевыми рядами дозвуковые ведущие и ведомые створки и сверхзвуковые ведущие и ведомые створки, формирующие проточный тракт, систему синхронизации створок и систему регулирования площади критического сечения сопла, включающую приводы, связанные с рычагами, закрепленными на ведущих дозвуковых створках, отличающееся тем, что система регулирования площади критического сечения сопла дополнительно содержит установленные под углом к центральной продольной оси сопла пиротолкатели, штоки которых упираются в ведущие дозвуковые створки, при этом каждый рычаг выполнен из двух шарнирно соединенных частей и содержит устройство для жесткой линейной фиксации этих частей в рабочем положении.
2. Разрезное регулируемое сопло по п. 1, отличающееся тем, что устройство для жесткой линейной фиксации частей рычага в рабочем положении содержит пружину и фиксатор, расположенные во внутренней полости одной из частей.
3. Разрезное регулируемое сопло по п. 1, отличающееся тем, что в качестве приводов используются пневмоцилиндры, неподвижно установленные на корпусе и расположенные параллельно центральной продольной оси сопла.
