Крепление конструктивного элемента гондолы турбореактивного двигателя посредством усиленного сочленения "ножевая опора-паз"
Изобретение относится к области авиации, более конкретно к креплению элемента гондолы турбореактивного двигателя. Гондола (1) турбореактивного двигателя (4), содержащая переднюю воздухозаборную секцию (5), среднюю секцию (6), охватывающую собой вентилятор турбореактивного двигателя, и заднюю секцию (9), при этом часть задней секции соединена со средней секцией посредством частично периферической радиальной ножевой опоры (31). Опора выполнена с возможностью взаимодействия с соответствующим пазом (32) комплементарной формы, предусмотренным в части (6а) средней секции, и содержит усиленный сегмент (35, 36), размещенный в зоне действия высоких нагрузок. Усиленный сегмент выполнен из более прочного материала, чем материал остальной части ножевой опоры, и способен выдерживать нагрузки, действующие на него в этой зоне. Технический результат заключается в повышении прочности устройства крепления без увеличения его веса. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к гондоле турбореактивного двигателя.
Летательный аппарат приводится в движение посредством группы турбореактивных двигателей, каждый из которых размещен в соответствующей гондоле.
Гондола имеет, как правило, трубчатую структуру. Она содержит воздухозаборник, расположенный перед турбореактивным двигателем, среднюю секцию, охватывающую собой вентилятор турбореактивного двигателя, и заднюю секцию, в которую могут быть помещены средства реверса тяги и которая охватывает камеру сгорания турбореактивного двигателя, при этом задняя секция оканчивается обычно соплом, выпускное отверстие которого находится ниже по потоку от турбореактивного двигателя.
Современные гондолы рассчитаны на размещение в них двухконтурного турбореактивного двигателя, способного генерировать, во-первых, поток горячего воздуха (его также называют первичным потоком), выходящий из камеры сгорания турбореактивного двигателя, и, во-вторых, поток холодного воздуха (вторичный поток или поток второго контура), идущий от вентилятора и проходящий снаружи турбореактивного двигателя по кольцевому каналу (его также называют трактом), ограниченному между внутренним конструктивным элементом, образующим обтекатель турбореактивного двигателя, и внутренней стенкой гондолы. Оба эти воздушных потока выпускаются из турбореактивного двигателя через заднюю часть гондолы.
Части задней секции, удерживаемые во время полета в фиксированном положении, а именно внутренний конструктивный элемент и внешний конструктивный элемент задней секции, соединяются со средней секцией обычно посредством сочленяющей системы типа «ножевая опора-паз».
Подобное сочленение фиксирует заднюю секцию и способно воспринимать продольные нагрузки. При этом оно выполнено с возможностью выхода из состояния зацепления в радиальном направлении с обеспечением раскрытия внутреннего и внешнего конструктивных элементов вокруг шарнирной оси, находящейся в положении, соответствующем положению «12 часов» часовой стрелки, что позволяет проводить работы по техобслуживанию внутри гондолы или прямо на турбореактивном двигателе. Закрытое состояние, используемое во время полета, обеспечивается посредством защелок, находящихся в положении «6 часов» часовой стрелки.
Реверсоры и обтекатели исполнены, как правило, в виде отдельных конструктивных элементов, например продольных брусьев и силовых цилиндров, функция которых заключается в удержании и/или приведении в действие различных сплошных неконструктивных элементов, таких как звукоизоляционные панели обтекателя двигателя, подвижные панели реверсора тяги и пр. Однако при таком исполнении в некоторых зонах фиксаторов «паз-ножевая опора» возникают концентрированные механические напряжения, в частности, в зонах, находящихся вблизи брусьев и прочих конструктивных элементов.
Было обнаружено, что периферические фиксаторы «паз-ножевая опора» известного уровня техники плохо применимы в отношении конструктивных элементов, характеризующихся особыми траекториями действия нагрузок. Причина в том, что такие фиксаторы снижают стойкость системы к повреждениям. Кроме того, подобные фиксаторы выполнены обычно из алюминия и спроектированы лишь с учетом требований к усталостной прочности, но не к устойчивости к повреждениям.
Вдобавок следует заметить, что фиксаторы, находящиеся на размыкающихся элементах, не могут должным образом воспринимать тангенциальные нагрузки, поскольку они не являются осесимметричными.
Выполнение же всего фиксатора из какого-либо более прочного материала довольно проблематично реализовать на практике, поскольку это приведет к увеличению веса силовой установки, а также к ее удорожанию.
Принимая во внимание вышеупомянутые недостатки известного уровня техники, задачу данного изобретения можно сформулировать как создание гондолы, содержащей заднюю секцию, соединенную со средней секцией посредством фиксатора типа «ножевая опора-канавка», которая обладала бы повышенной прочностью, но не за счет увеличения веса и/или себестоимости всей установки.
В рамках решения поставленной задачи предложена гондола турбореактивного двигателя, содержащая переднюю воздухозаборную секцию, среднюю секцию, охватывающую собой вентилятор турбореактивного двигателя, и заднюю секцию, причем по меньшей мере часть задней секции соединена со средней секцией посредством по меньшей мере частично периферической радиальной ножевой опоры, выполненной с возможностью взаимодействия с соответствующим пазом комплементарной формы, предусмотренным в части средней секции. Предложенная гондола характеризуется тем, что указанная ножевая опора содержит по меньшей мере один усиленный сегмент, размещенный в зоне действия высоких нагрузок, причем этот усиленный сегмент выполнен из более прочного материала, чем материал остальной части ножевой опоры, и рассчитан таким образом, что способен выдерживать нагрузки, действующие на него в этой зоне.
Таким образом, согласно изобретению ножевая опора содержит усиленные сегменты, обеспечивающие усиление только в тех зонах, которые подвергаются более значительным нагрузкам.
Благодаря тому, что лишь указанные сегменты ножевой опоры являются усиленными, не происходит чрезмерного увеличение веса всего фиксатора и его себестоимости, при этом применение более прочных, а значит, зачастую и более тяжелых и дорогостоящих материалов ограничено только теми местами, где это действительно необходимо вследствие наличия нагрузок, которые требуется выдерживать.
В предпочтительном случае указанный усиленный сегмент состоит из группы подсегментов. Такое деление на подсегменты выбрано исходя из принципа, подразумевающего разделение траекторий действия нагрузок и поломок. Это значит, что подсегменты сконструированы таким образом, что могут выдержать действующие на них нагрузки даже в случае поломки одного из них вследствие удара, коррозии или усталости, обусловленной распространением трещин.
В предпочтительном случае ножевая опора выполнена в основном из алюминия. Алюминий отвечает требованиям веса и себестоимости в отношении большей части ножевой опоры, используемой в заявленной гондоле.
В предпочтительном случае усиленные сегменты выполнены из титана. Сплавы на основе титана характеризуются хорошим отношением прочность/вес для рассматриваемой области применения.
В предпочтительном случае усиленный сегмент расположен по существу в месте стыка с продольным брусом, относящимся к конструкции задней секции.
В предпочтительном случае один усиленный сегмент находится по существу в положении «двенадцать часов» часовой стрелки, а другой усиленный сегмент находится по существу в положении «шесть часов» часовой стрелки. Здесь речь идет, главным образом, о зоне стыка с пилоном или же с брусом, находящимся рядом с пилоном и, следовательно, подвергающимся действию значительных нагрузок, а также о зоне стыка с нижним продольным брусом, к которому прикреплены конструктивные элементы задней секции.
В предпочтительном случае заявленная гондола предназначена для двухконтурного турбореактивного двигателя, и ее задняя секция снабжена для этой цели внутренним конструктивным элементом, который действует в качестве кожуха задней части турбореактивного двигателя и ограничивает вместе с внешним конструктивным элементом тракт, обеспечивающий протекание холодного потока.
В соответствии с одним вариантом изобретения внутренний конструктивный элемент соединен со средней секцией посредством указанного сочленения на ножевой опоре.
В порядке альтернативного или дополнительного решения, внешний конструктивный элемент соединен со средней секцией посредством указанного сочленения на ножевой опоре.
Согласно одному из вариантов изобретения задняя секция содержит средства реверса тяги.
В предпочтительном случае часть задней секции, соединенная со средней секцией посредством указанного сочленения на ножевой опоре, установлена с возможностью смещения таким образом, что ее можно открывать вбок в направлении, обеспечивающем расцепление ножевой опоры и паза.
В предпочтительном случае усиленные сегменты ножевой опоры имеют по меньшей мере один торцевой скос. Благодаря наличию таких скосов появляется возможность перенаправления нагрузок, плотно сосредотачивающихся на таком усиленном сегменте. В результате достигается более эффективное распределение нагрузок по всей толщине и/или длине усиленного сегмента.
В предпочтительном случае указанные скосы предусмотрены в зоне стыка усиленного сегмента и/или подсегмента с остальной частью ножевой опоры или со смежным подсегментом.
Другие особенности и преимущества изобретения вытекают из последующего описания, приведенного со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
фиг.1 схематически изображает в продольном разрезе гондолу двухконтурного турбореактивного двигателя;
фиг.2 схематически изображает в поперечном разрезе гондолу, показанную на фиг.1;
фиг.3 и 4 схематически изображают систему «ножевая опора-паз», соответственно, в положениях зацепления и расцепления;
фиг.5 схематически изображает ножевую опору, расположенную в одной из половин задней секции;
фиг.6 в увеличенном масштабе изображает нижнюю часть ножевой опоры, показанной на фиг.5.
Как следует из фиг.1 и 2, заявленная гондола 1 выполнена с возможностью размещения под крылом 2 летательного аппарата (не показан) посредством наклонного пилона 3, направленного в сторону передней части летательного аппарата.
Гондола 1 образует трубчатую оболочку для турбореактивного двигателя 4 и обеспечивает направленное протекание воздушных потоков, создаваемых этим двигателем. Также гондола удерживает в себе различные компоненты, необходимые для функционирования турбореактивного двигателя 4.
Если говорить подробнее, гондола 1 имеет внешнюю структуру, содержащую переднюю секцию, образующую воздухозаборник 5, среднюю секцию 6, охватывающую вентилятор 7 турбореактивного двигателя, и заднюю секцию 9, которая охватывает двигатель и в которой при необходимости размещают систему реверса тяги (не показана).
Средняя секция 6 включает в себя внутренний кожух 6а, охватывающий вентилятор 7 турбореактивного двигателя, и внешний конструктивный элемент 6b, придающий кожуху аэродинамические свойства обтекателя и образующий продолжение внешней поверхности 5b воздухозаборной секции 5. Кожух 6а прикреплен к воздухозаборной секции 5, которую он удерживает, и является продолжением ее внутренней поверхности 5а. Внешний обтекаемый конструктивный элемент 6b выполнен, как правило, в виде подвижных капотов, расположенных по обеим сторонам гондолы 1 относительно оси пилона 3 и соединяющихся друг с другом под гондолой.
Задняя секция 9 является продолжением средней секции 6 и включает в себя внешний конструктивный элемент, внутренняя поверхность 9а которого продолжает кожух 6а, а внешняя поверхность 9b продолжает внешний конструктивный элемент 6b средней секции 6. Она также содержит внутренний конструктивный элемент 10 обтекателя двигателя, ограничивающий вместе с внутренней поверхностью 9а тракт 11, обеспечивающий пропускание потока холодного воздуха в случае использования двухконтурного турбореактивного двигателя рассматриваемого здесь типа.
Задняя секция 9 выполнена в виде двух боковых половин 9', 9”, которые расположены по обеим сторонам гондолы 1 и могут раскрываться с обеспечением доступа к турбореактивному двигателю 4.
Каждая половина 9', 9” имеет верхнюю кромку 12, которая снабжена средствами крепления к пилону 3 (не показаны), выполненными в виде защелок (для открывания вбок) или шарниров (для радиального открывания), и нижнюю кромку 14, которая снабжена средствами 15 защелкивания, обеспечивающими скрепление двух сомкнутых половин.
Весь узел из внешнего конструктивного элемента задней секции 9 и внутреннего конструктивного элемента 10 каждой половины 9', 9” удерживается передней рамой 16, которую, в свою очередь, удерживает кожух 6а.
Для обеспечения механической целостности всей гондолы, а также для передачи нагрузок на пилон 3, половины 9', 9” снабжены связанной с ними через переднюю раму 16 системой защелкивания, выполненной с возможностью взаимодействия с ответными средствами защелкивания, прикрепленными к кожуху 6а средней секции.
Эта система защелкивания реализована в виде фиксатора «ножевая опора-паз», причем ножевая опора закреплена на передней раме 16, а периферический паз предусмотрен в кожухе 6а.
Говоря подробнее, передняя рама 16 каждой половины 9', 9” имеет продольное продолжение 30, оканчивающееся загибом, образующим ножевую опору 31, ориентированную в радиальном направлении в сторону кожуха 6а.
Указанная ножевая опора 31 предназначена для взаимодействия с радиальным пазом 32 ответной формы, выполненным в кожухе 6а и имеющим внешнюю кромку 34 и внутреннюю кромку 33.
Как правило, и паз 32, и ножевая опора 31 имеют комплементарные V-образные профили (подобные пазы известны под английским названием V-groove).
Преимущество такой системы «ножевая опора-паз» состоит в том, что, находясь в положении зацепления, она придает всему узлу высокую механическую целостность, позволяющую противостоять продольным нагрузкам. При этом система может быть легко выведена из состояния зацепления путем смещения в радиальном направлении, что обеспечивает возможность быстрого беспрепятственного размыкания половин 9', 9”.
Согласно известному уровню техники ножевую опору и паз выполняют из сплава алюминия, что обеспечивает приемлемый компромисс между прочностью и весом.
Однако, как было пояснено выше, наиболее значительные нагрузки, принимаемые и передаваемые указанным фиксатором, являются локализованными.
Дело в том, что внешний конструктивный элемент задней секции обычно имеет каркас, который включает в себя один или несколько продольных брусьев и к которому прикреплены внутренняя звукоизоляционная обшивка и внешняя аэродинамическая обшивка.
В результате передаваемые на фиксатор нагрузки естественным образом сосредотачиваются в зоне стыка продольных брусьев и передней рамы 16. Как правило, имеются по меньшей мере две основные траектории действия нагрузок, а именно в положении «12 часов», в зоне соединения брусьев с пилоном 3, и в положении «6 часов», в зоне нижнего продольного бруса 37, к которому прикреплены средства, фиксирующие две сведенные друг с другом половины 9', 9”.
Следует также отметить, что вдоль каждого привода, входящего в состав системы реверса тяги, проходит линия действия высоких нагрузок.
В соответствии с настоящим изобретением ножевая опора, предусмотренная на передней раме 16 каждой половины, выполнена не в виде цельной детали из одного сплава, а состоит из группы усиленных сегментов, выполненных из материала, рассчитанного на восприятие нагрузок, возникающих в месте расположения этих сегментов.
Такая ножевая опора показана на фиг.5. Она по существу описывает полукруг, за исключением верхней зоны, соответствующей месту размещения пилона 3. Как говорилось ранее, ножевую опору изготавливают в основном из алюминиевого сплава.
Тем не менее, ножевая опора содержит верхний усиленный сегмент 35, находящийся на верхнем конце ножевой опоры, возле пилона 3, и нижний усиленный сегмент 36, находящийся на ее нижнем конце, в зоне расположения нижнего продольного фиксирующего бруса 37.
Каждый из указанных усиленных сегментов 35, 36 выполнен из сплава на основе титана, обладающего более высокой стойкостью к нагрузкам, что позволяет лучше противостоять нагрузкам, передаваемым в эту зону передней рамы 16.
Каждый усиленный сегмент 35, 36 состоит из трех подсегментов (не показаны), обеспечивающих оптимальную надежность, при этом каждый подсегмент спроектирован таким образом, что может выдерживать действующие в этом месте усилия в случае поломки по меньшей мере одного из остальных подсегментов. Здесь применен подход, подразумевающий надежное разделение траекторий действия нагрузок и поломок. Кроме того, благодаря делению одного усиленного сегмента на несколько подсегментов удается ограничить распространение возможных трещин, имеющих место в данном подсегменте, например вследствие ударов.
Фиг.6 в увеличенном масштабе изображает нижний усиленный сегмент 36. Следует иметь в виду, что этот сегмент имеет скошенный профиль.
Необходимость в таком скосе объясняется тем, что он обеспечивает лучшее распределение продольных нагрузок, действующих на ножевую опору 31. Как было установлено, данный скос позволяет ограничить пики нагрузок, локально действующих на усиленный сегмент, и добиться более эффективного распределения нагрузок по всей толщине ножевой опоры и по всей длине усиленных сегментов. Можно также выполнить скосы между каждой парой соседних подсегментов, с тем чтобы предотвратить возникновение пиков нагрузок в зоне стыка подсегментов с остальной частью ножевой опоры и направить нагрузку к центру усиленного подсегмента или сегмента.
Несмотря на то, что изобретение описано на примере конкретных вариантов его осуществления, специалисту данной области техники понятно, что оно никоим образом не ограничивается только этими вариантами. Напротив, данное изобретение охватывает все возможные эквиваленты рассмотренных в заявке средств и их различные комбинации, при условии, что они не выходят за рамки правовой охраны изобретения, установленной приложенной формулой.
В частности укажем, что хотя изобретение раскрыто на примере системы «ножевая опора-паз», предусмотренной между внешним конструктивным элементом 9а, 9b и кожухом 6а вентилятора, совершенно очевидно, что заявленное сочленение «ножевая опора-паз» можно в порядке альтернативы или дополнения применять и в отношении внутреннего конструктивного элемента 10 или для крепления сопла холодного потока в случае длинной гондолы, механически связанной с кожухом турбореактивного двигателя, находящимся возле вентилятора. Данные сочленения относятся к разным видам сочленений, широко известных под английскими названиями inner V-groove и outer V-groove (внутренний V-образный паз и внешний V-образный паз).
1. Гондола (1) турбореактивного двигателя (4), содержащая переднюю воздухозаборную секцию (5), среднюю секцию (6), охватывающую собой вентилятор турбореактивного двигателя, и заднюю секцию (9), причем по меньшей мере часть задней секции соединена со средней секцией посредством по меньшей мере частично периферической радиальной ножевой опоры (31), выполненной с возможностью взаимодействия с соответствующим пазом (32) комплементарной формы, предусмотренным в части (6а) средней секции, отличающаяся тем, что указанная ножевая опора содержит по меньшей мере один усиленный сегмент (35, 36), размещенный в зоне действия высоких нагрузок, причем этот усиленный сегмент выполнен из более прочного материала, чем материал остальной части ножевой опоры, и рассчитан таким образом, что способен выдерживать нагрузки, действующие на него в этой зоне.
2. Гондола по п.1, отличающаяся тем, что указанный усиленный сегмент (35, 36) состоит из группы подсегментов.
3. Гондола по п.1 или 2, отличающаяся тем, что ножевая опора (31) выполнена в основном из алюминия.
4. Гондола по п.1 или 2, отличающаяся тем, что усиленные сегменты (35, 36) выполнены из титана.
5. Гондола по п.1 или 2, отличающаяся тем, что усиленный сегмент (35, 36) расположен, по существу, в месте стыка с продольным брусом (37), относящимся к конструкции задней секции (9).
6. Гондола по п.1 или 2, отличающаяся тем, что ножевая опора (31) включает в себя усиленный сегмент (35), находящийся, по существу, в положении «двенадцать часов» часовой стрелки, и усиленный сегмент (36), находящийся, по существу, в положении «шесть часов» часовой стрелки.
7. Гондола по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она предназначена для двухконтурного турбореактивного двигателя (4), и ее задняя секция (9) снабжена для этой цели внутренним конструктивным элементом (10), который действует в качестве кожуха задней части турбореактивного двигателя и ограничивает вместе с внешним конструктивным элементом тракт (11), обеспечивающий протекание холодного потока.
8. Гондола по п.7, отличающаяся тем, что внутренний конструктивный элемент (10) соединен со средней секцией (6) посредством указанного сочленения на ножевой опоре.
9. Гондола по п.7, отличающаяся тем, что внешний конструктивный элемент (9) соединен со средней секцией (6) посредством указанного сочленения на ножевой опоре.
10. Гондола по любому из пп.1, 2, 8, 9, отличающаяся тем, что задняя секция (9) содержит средства реверса тяги.
11. Гондола по любому из пп.1, 2, 8, 9, отличающаяся тем, что часть задней секции (9), соединенная со средней секцией (6) посредством указанного сочленения на ножевой опоре, установлена с возможностью смещения таким образом, что ее можно открывать вбок в направлении, обеспечивающем расцепление ножевой опоры (31) и паза (32).
12. Гондола по любому из пп.1, 2, 8, 9, отличающаяся тем, что по меньшей мере усиленные сегменты (35, 36) ножевой опоры (31) имеют по меньшей мере один торцевой скос.
13. Гондола по п.12, отличающаяся тем, что указанные скосы предусмотрены в зоне стыка усиленного сегмента (35, 36) и/или подсегмента с остальной частью ножевой опоры (31) или со смежным подсегментом.
