Выходное устройство плоского реактивного сопла
Владельцы патента RU 2758875:
Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") (RU)
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к устройствам авиационного газотурбинного двигателя, а именно к нерегулируемым выходным устройствам плоских реактивных сопел. Выходное устройство плоского реактивного сопла содержит две боковые стенки, донную часть, верхнюю часть и центральное тело, образующие каналы проточной части, согласно изобретению выходное устройство выполнено симметрично относительно вертикальной продольной плоскости, центральное тело выполнено вертикальным и в сечении этой плоскостью асимметричным, площадь сечения центрального тела горизонтальной продольной плоскостью, а также плоскостью, параллельной ей и пересекающей выходную кромку, имеет в выходной части клиновидную форму, при этом со стороны каналов проточной части поверхности боковых стенок выполнены поверхностями второго порядка, а поверхности верхней части, центрального тела и донной части сформированы плоскими гранями с переходами между последними, при этом выходные кромки верхней части и донной части реализованы стреловидными или выполнены клиновидной формы, угол при вершине которых является тупым, а сами вершины смещены вдоль проточной части соответствующим порядком, притом данные вершины соединены выходной кромкой центрального тела, при этом каналы проточной части вдоль центрального тела выполнены сужающимися по вертикали и расширяющимися в горизонтальном направлении. Изобретение обеспечивает уменьшение потерь потока при обтекании центрального тела и повышение КПД узла в целом. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к устройствам авиационного газотурбинного двигателя, а именно, к нерегулируемым выходным устройствам плоских реактивных сопел.
Известно выходное устройство плоского реактивного сопла авиационного газотурбинного двигателя, содержащее донную часть, верхнюю часть, две боковые стенки и центральное тело, образующие каналы проточной части (RU №2042852 МПК F02K1/12 Опубликовано 27.08.1995).
Недостатками известного устройства является значительные потери потока из-за его отрывов от поверхностей, образующих каналы проточной части на выходе из плоского реактивного сопла, то есть большее сопротивление потоку и большие потери.
Техническим результатом, достигаемом при использовании заявленного изобретения, является устранение недостатков известного устройства, то есть конструктивное снижение возможности отрыва потока от поверхностей каналов проточной части за счет грамотного газодинамического проектирования и оптимизации формы их обводов, что приводит к уменьшению потерь потока в каналах проточной части и повышению КПД узла в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном выходном устройстве плоского реактивного сопла, содержащем две боковые стенки, донную часть, верхнюю часть и центральное тело, образующие каналы проточной части, согласно изобретению выходное устройство выполнено симметрично относительно вертикальной продольной плоскости, центральное тело выполнено вертикальным и в сечении этой плоскостью асимметричным, а также с целью снижения потерь в каналах проточной части площадь сечения центрального тела горизонтальной продольной плоскостью, а также любой другой параллельной ей и пересекающей выходную кромку, имеет в выходной части клиновидную форму, при этом со стороны каналов проточной части поверхности боковых стенок выполнены поверхностями второго порядка, а поверхности верхней части, центрального тела и донной части сформированы плоскими гранями с переходами между последними, при этом выходные кромки верхней части и донной части реализованы стреловидными, угол при вершине которых является тупым, а сами вершины смещены вдоль проточной части соответствующим порядком, при том данные вершины соединены выходной кромкой центрального тела, при этом каналы проточной части вдоль центрального тела выполнены сужающимися по вертикали и расширяющимися в горизонтальном направлении.
Кроме того, выходная кромка центрального тела выполнена скругленной.
Кроме того, выходные кромки донной части и верхней части выполнены клиновидной формы.
Кроме того, углы стреловидности выходных кромок верхней части и донной части выполнены равными.
Снижение потерь потока в каналах проточной части, ограниченных поверхностями, описанной выше формы, вокруг центрального тела выходного устройства плоского реактивного сопла подтверждаются газодинамическими расчетами в современных программных комплексах, в частности в ANSYS CFD, а также при испытаниях при продувке масштабированных моделей каналов описанной формы.
Выполнение выходного устройства симметричным относительно вертикальной продольной плоскости позволяет снизить поперечную неравномерность потока, что снижает вероятность отрыва потока от образующих каналы проточной части поверхностей, приводит к уменьшению потерь потока в каналах проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение центрального тела вертикальным позволяет делить проточную часть на две зеркальные части, что упрощает процесс газодинамического расчета и процесс выбора оптимальных форм поверхностей каналов проточной части вокруг центрального тела для снижения сопротивления потоку газа и его возможных отрывов от формирующих каналы поверхностей, что приводит к уменьшению потерь потока в каналах проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение сечения центрального тела вертикальной продольной плоскостью асимметричным позволяет обеспечить оптимальные условия натекания потока на центральное тело и стекания с него для снижения сопротивления потоку газа и краевого эффекта, что приводит к уменьшению потерь потока в каналах и на выходе из проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение центрального тела таким образом, что площадь его сечения горизонтальной продольной плоскостью, а также любой другой параллельной ей и пересекающей выходную кромку, имеет в выходной части клиновидную форму, что позволяет потоку плавно обтекать выходную часть центрального тела и сливаться по его окончании с минимальным краевым эффектом, что приводит к уменьшению потерь потока на выходе из каналов проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение поверхностей каналов проточной части боковых стенок поверхностями второго порядка, а формирование поверхностей верхней части, центрального тела и донной части плоскими гранями с переходами между последними позволяет минимизировать потери потока за счет наличия переходов между смежными поверхностями различной формы, а также за счет обеспечения требуемой формы каналов проточной части вдоль центрального тела для минимизации излишнего торможения и вероятности отрыва потока, что приводит к уменьшению потерь потока в каналах проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение каналов проточной части вдоль центрального тела сужающимися по вертикали и расширяющимися в направлении по горизонтали позволяет физически прижимать поток к поверхностям, в том числе и в направлении боковых стенок, а также центрального тела, за счет оптимального сочетания, сужения по вертикали, расширения по горизонтали и незапирания потока из-за недостаточной пропускной способности каждого последующего поперечного сечения каналов проточной части, при этом поток начинает плавно менять направление течения в сторону боковых стенок, без отрывов от них, что приводит к уменьшению потерь потока в каналах проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение выходных кромок верхней части и донной части со стреловидностью обусловлено изменением направления и скорости потока в сторону боковых стенок, то есть выравниванию и оптимизации параметров потока к выходным кромкам и, как следствие, к снижению краевого эффекта, что приводит к уменьшению потерь потока на выходе из каналов проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение углов при вершинах стреловидных выходных кромок верхней части и донной части тупыми физически минимизирует длину кромок и снижает краевой эффект, а сами вершины смещены вдоль проточной части соответствующим порядком, при том данные вершины соединены выходной кромкой центрального тела для обеспечения оптимальных параметров потока на выходе из каналов проточной части для снижения краевого эффекта, что приводит к уменьшению потерь потока на выходе из каналов проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение выходной кромки центрального тела скругленной снижает краевой эффект, что приводит к уменьшению потерь потока на выходе из каналов проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение выходных кромок донной части и верхней части клиновидной формы снижает краевой эффект, что приводит к уменьшению потерь потока на выходе из каналов проточной части и повышению КПД узла в целом.
Выполнение углов стреловидности выходных кромок верхней части и донной части равными позволяет выравнивать параметры потока при выходе из каналов проточной части, что приводит к уменьшению потерь потока на выходе из каналов проточной части и повышению КПД узла в целом.
На фиг. 1 представлен эскиз продольного разреза выходного устройства.
На фиг. 2 представлено сечение центрального тела горизонтальной продольной плоскостью.
На фиг. 3 представлен вид сверху на выходное устройство.
В частном случае реализации (фиг. 1) выходное устройство плоского реактивного сопла выполнено симметричным относительно вертикальной продольной плоскости, содержит верхнюю часть 1, донную часть 2, две боковые стенки 3 и вертикальное центральное тело 4, закрепленное на верхней части 1 и донной части 2, при этом его выходная часть выполнена клиновидной. Выходные кромки верхней части 1 и донной части 2 выполнены клиновидными (фиг. 1). Выходные кромки верхней части 1 и донной части 2 выполнены со стреловидностью, углы при вершинах которых выполнены тупыми и равными. При этом сами вершины разнесены вдоль потока таким образом, что вершина выходной кромки донной части 2 является самой удаленной точкой от входа выходного устройства. Каналы проточной части вдоль центрального тела 4 выполнены сужающимися по вертикали и расширяющимися по горизонтали (фиг. 1, 2). Поверхности в каналах проточной части верхней части 1, центрального тела 4 и донной части 2 сформированы плоскими гранями, а поверхности боковых стенок 3 выполнены криволинейными.
По всем каналам проточной части за счет наличия переходов обеспечиваются требуемые параметры потока между смежными поверхностями, что обеспечивает минимизацию потерь при работе выходного устройства в составе плоского реактивного сопла. Поток, обтекая центральное тело 4, поджимается по вертикали и начинает менять свое направление в части ближе к боковым стенкам 3 и в их сторону, а также в сторону центрального тела 4 из-за расширения каналов проточной части в горизонтальном направлении, что обеспечивается формой поверхностей боковых стенок 3 и формой клина выходной части центрального тела 4. Также из-за клиновидной формы выходных кромок верхней части 1 и донной части 2, а также того, что выходная кромка центрального тела 4 соединяет вершины стреловидных кромок верхней части 1 и донной части 2, снижается краевой эффект при выходе потока из каналов проточной части.
Реализация каналов проточной части выходного устройства плоского реактивного сопла описанным выше поверхностным формированием позволит уменьшить потери потока при обтекании центрального тела и соответственно приведет к повышению КПД узла в целом.
1. Выходное устройство плоского реактивного сопла, содержащее две боковые стенки, донную часть, верхнюю часть и центральное тело, образующие каналы проточной части, отличающееся тем, что выходное устройство выполнено симметричным относительно вертикальной продольной плоскости, центральное тело выполнено вертикальным и в сечении этой плоскостью асимметричным, площадь сечения центрального тела горизонтальной продольной плоскостью, а также плоскостью, параллельной ей и пересекающей выходную кромку, имеет в выходной части клиновидную форму, при этом со стороны каналов проточной части поверхности боковых стенок выполнены поверхностями второго порядка, а поверхности верхней части, центрального тела и донной части сформированы плоскими гранями с переходами между последними, при этом выходные кромки верхней части и донной части реализованы стреловидными или выполнены клиновидной формы, угол при вершине которых является тупым, а сами вершины смещены вдоль проточной части, притом данные вершины соединены выходной кромкой центрального тела, при этом каналы проточной части вдоль центрального тела выполнены сужающимися по вертикали и расширяющимися в горизонтальном направлении.
2. Выходное устройство плоского реактивного сопла по п. 1, отличающееся тем, что выходная кромка центрального тела выполнена скругленной.
3. Выходное устройство плоского реактивного сопла по п. 1, отличающееся тем, что углы стреловидности выходных кромок верхней части и донной части выполнены равными.
