Регулируемые дозвуковые выхлопные устройства

 

Регулируемые сопла дают возможность регулировать работу двигателя. Так при увеличении площади проходного сечения вы­ходного сопла давление газов за турбиной уменьшается, вследст­вие чего перепад давления у тур­бины возрастает. При уменьше­нии же площади проходного се­чения давление газов за турби­ной увеличивается, вследствие чего перепад давления у турбины уменьшается. При неизменном расходе топлива в первом случае происходит увеличение мощности турбины, а следовательно, и обо­ротов двигателя, а во - втором случае — их уменьшение.

Одновременным регулирова­нием площади проходного сече­ния выходного сопла и подачи топлива могут быть улучшена характеристики ТРД, облегчен запуск и улучшена приемистость двигателя. Однако у ТРД, пред­назначенных для сравнительно узкого диапазона скоростей по­лета, регулирование за счет вы­ходного сопла оказывается мало­эффективным. Поэтому в целях упрощения конструкции выход­ные сопла у ТРД часто применяют нерегулируемые. Регулируемые сопла широко применяют на ТРД с форсажными камерами, у которых на нефорсированных и форси­рованных режимах работы за счет изменения проходного сечения сопла параметры газов перед турбиной сохраняются неизменными. Рассмотрим основание схемы регулируемых дозвуковых выходных устройств.

 

Рис.18. Регулируемое сопло с подвижной цент­ральной иглой.

 

Сопло с подвижной центральной иглой (рис 18). При вы­движении центральной иглы в двигателе меняется площадь выход­ного сечения сопла (при выдвижении уменьшается, при вдвижении—увеличивается). Управление иглой производится механиче­ским путем или с помощью гидравлического сервомотора. Применение данного доста­точно простого способа изменения выходного сечения соп­ла ограничено, так как связано с решением трудной проблемы охлаждения самой иглы и механизма управления ею. Кроме того, для получения значи­тельного изменения площади сечения сопла в такой конструкции требуется большое пере­мещение иглы, что влечет за собой увеличение размеров и утяже­ление сопла. Конструктивное решение выполнения регулируемого сопла с подвижной иглой на двигателе РД-10 приведено на (рис.19).

 

Рис.19. Выходное сопло двигателя РД – 10.

Двухстворчатое сопло может иметь различные формы ство­рок в прикрытом положении (Рис.20): плоские, овальные или круг­лые. Преимуществом таких устройств является простота самого сопла и управляющего механизма, а недостат­ком — несколько повышенные гид­равлические потери, определяемые формой поперечного сечения сопла, и неравномерный нагрев, вызываю­щий коробление створок и затрудня­ющий их уплотнение, что ведет к бес­полезной утечке газа.

 

 

Рис. 20. Регулируемое двухстворчатое сопло.

Многостворчатое сопло (Рис.21) создает форму по­перечного сечения струи, близкую к кругу во всех положениях. Малые размеры створок позволяют сделать их достаточно жесткими, что предохраняет от коробления. Силы, действующие на каждую створ­ку, меньше, чем при двухстворчатом сопле. Упрощается конструкция шарниров крепления. Нагрузки от створок более равномерно распре­деляются по периметру заднего фланца. Недостатком такого сопла является необходимость большого числа створок, что увеличивает число стыков и ведет к усложнению механизма управления.

Рис. 21. Многостворчатое сопло.

Створки 4 (Рис.22) шарнирно закреплены на фланце выпускной трубы и под действием перепада давлений прижаты к кольцу 3 управления створками. При перемещении кольца назад выходное сечение сопла увеличивается, при обратном его движении уменьшается.

Основная трудность при создании многостворчатого сопла заклю­чается в обеспечении надежного газового уплотнения стыков между створками. Уплотнение можно осуществить заполнением мест стыков стеклянной ватой, заключенной в эластичный кожух, который при­варен к соседним створкам сопла.

 

 

 

Рис. 22. Регулируемое реактивное сопло:

/- створкизакрыты; //-створки открыты; 1-кожух выпускной трубы;

2-гидро-цилиндр; 3-кольцо управления створками; 4 –створки.

 

Более простым способом уплотнения стыков является такой, при котором полка одной створки входит в продольный паз другой. Надеж­ность уплотнения зависит от величины максимального А_х и минимального А₂ перекрытий сечения сопла. Увеличение А_х и А₂ при заданной толщине материала уменьшает жесткость полок, что способствует лучшему уплотнению стыка, но с увеличением перекрытия ухудшается теплоотвод от створок и вследствие их деформации могут возникнуть щели в местах стыка створок. Обычно створкам придают коробчатое сечение, что обеспечивает надежное охлаждение створок эжектируемым воздухом и достаточную их жесткость.

На (рис.23) приведена схема и конструктивное выполнение створок такого сопла.

Рис. 23. Створчатое кольцо с эжектором:

а – в положении максимального прикрытия; б – в положении максимального открытия;

в – вид сверху без эжекторных створок; 1 – силовое кольцо; 2, 5 – створки сопла;

3 – створки эжектора; 4 – кольцо; 6 – проушины; 7 – полки.

 

Перемещение кольца управления створками осуществляется при помощи двух или трех силовых гидроцилиндров, поршни которых пе­редвигаются под воздействием гидравлической жидкости. Гидравли­ческая жидкость подается кранами управления через штуцер 5 (Рис. 24) в одну из полостей стакана 8, образованных поршнем 7, при этом один из штуцеров служит для слива смеси из уменьшающейся полости ци­линдра.

Рис. 24. Силовой гидроцилиндр управления створками:

1 - передняя вилка; 2, 10 — контровочные гайки; 3 — гайка; 4— заглушка; 5— шту­цера;

6—резиновые сальники поршня и заглушки; 7—поршень со штоком; 8 — ста­кан;

9 — резиновый сальник штока; 11 — задняя вилка; 12 —резиновые сальники передней вилки.

 

К задней вилке 11крепится кольцо управления створками. Работа гидроцилиндров должна быть тщательно синхронизирована во избежание перекосов кольца управления. Рассмотренный гидроци­линдр обеспечивает только максимальное или минимальное открытие сопла, такие сопла называются двухпозиционными.

 

 

Рис. 25. Силовой гидроцилиндр для трехпозиционного сопла

В настоящее время вместо двухпозиционных сопел применяют соп­ла с несколькими фиксированными положениями и с непрерывным регулированием выходного сечения. В гидроцилиндре для трехпози­ционного сопла, кроме основного поршня 1(рис. 25), установлен пор­шень-упор 2.

Для максимального открытия сопла нужно подать гидравлическую жидкость по каналам 3и 4в полость В, а по каналам 5 и 6слить ее из полостей А и Б. Минимальное прикрытие сопла достигается подачей гидравлической жидкости по каналу 6в полость Би сливом ее из по­лостей А и В.

Промежуточное положение створок обеспечивается подачей жидкос­ти в полости А и Б по

каналам 5 и 6.Полость Вв этом случае сообщает­ся со сливом. У поршня 2диаметр штока меньше, чем у поршня 1. Вследствие разности эффективных площадей поршень 2удерживается в крайнем правом положении при постановке на упор поршня 1. Диа­метр раскрытия сопла для этих трех положений регулируют узлами 7, 5 и 9(соответственно для максимального, промежуточного и мини­мального сечений).

Cопло с аэродинамическим регулированием. В кольцевую полость 4 из одной ступени компрессора подводится сжатый воздух, который на срезе сопла направляется перпендикулярно по­току газов, обжимая последний и уменьшая его живое сечение.

Рис.26. Схема с аэродинамическим регулированием