Глава 9 - Выходные устройства ГТД

Рисунок 9.3.1.1_10 - Регулируемая часть сопла 1-ферма; 2-звено створок; 3-демпфер; 4-звено проставок; 5-привод; 6- гидроуправление

	низкой удельной массой. На подвижные детали для	повысить боевую эффективность самолетов сформу-
	повышения износостойкости наносится методом	лировали основные принципы ее осуществления: 1
	плазменного напыления твердое покрытие на ос-	– повышение маневренности как на дозвуковых, так
	нове карбидов вольфрама и твердая смазка на ос-	и сверхзвуковых скоростях и 2 – снижение радиоло-
	нове графита. Детали проточной части: створки,	кационной и инфракрасной заметности. Реализация
	проставки первого, второго и третьего рядов про-	второй части этих принципов для самолетов в США
	ходят при изготовлении операцию термофиксации,	проходила в рамках программы «Stealth». В значи-
	что уменьшает коробления в работе при высокой	тельной степени и тот и другой принципы, как по-
	температуре и способствует сохранению герметич-	казали исследования, достаточно просто могли
	ности.	быть реализованы в конструкции ВУ: повышение
		маневренности – управлением вектора тяги (УВТ),
	9.3.2 - Плоские сопла	включая применение реверсивного устройства
		(РУ), а снижение заметности – заменой круглого
	Примерно в середине семидесятых годов про-	выходного сечения прямоугольным с соотношени-
	шлого века авиационные конструкторы в стремлении	ем высоты к ширине 1:2…1:3 и более, исключени-

556

Глава 9 - Выходные устройства ГТД

Рисунок 9.3.1.1_11 – Балки с механизмом синхронизации 1 – кронштейны; 2 – балки; 3 и 4 – шарниры; 5 – сфера; 6 и 7 - проушины

557

Глава 9 - Выходные устройства ГТД

Рисунок 9.3.1.1_12 – Флюгерная часть сопла 1 - створка третьего ряда; 2 - кронштейн; 3 - подвеска; 4 - наружная створка;

5 - створка четв¸ртого ряда; 6 - наружная проставка; 7 - проставка третьего ряда

	ем прямой видимости наиболее нагретых частей	3 для изменения площади критического сечения и по
	двигателя (лопаток турбины) и снижением темпе-
		два гидроцилиндра 4 – для привода сверхзвуковых
	ратуры выхлопа. Такие ВУ получили название
		створок 5. Верхняя и нижняя створки дозвуковой
	«плоских сопел». Появилось множество схем, одна
		части сопла синхронизируются двумя симметрич-
	из которых приведена на Рис. 9.3.2_1.
		ными рычагами 6 и приводятся двумя гидроцилин-
	Конструктивно узел состоит из неподвижной
		драми, по одному с каждой стороны. Сопло позво-
	рамы 1, к которой крепятся все остальные подвиж-
		ляет осуществлять отклонение вектора тяги на угол
	ные и неподвижные элементы. Механизм управле-
		±20° при угловой скорости 30 град/сек.
	ния створками состоит из рычажного устройства
	и гидравлических приводов. На обеих боковых стен-
	ках 2 сопла установлено по одному гидроцилиндру

558

Глава 9 - Выходные устройства ГТД

Рисунок 9.3.2_1 – Схема плоского сопла с УВТ и РУ 1 – рама; 2 – стенка; 3– гидроцилиндр управления створками дозвуковой части сопла и

РУ;4 – гидроцилиндр управления створками сверхзвуковой части сопла; 5 – створка сверхзвуковая; 6 – рычаг; 7 – створка дозвуковая; 8 – «щелевые» каналы РУ

Рисунок 9.3.2_2 – Двигатель F119-PW-100

1 – переходный участок; 2 – стенка; 3 – створка

Изменение площади критического сечения	Скорость отклонения вектора тяги на полном
осуществляется поворотом дозвуковых створок 7.	форсированном режиме вверх и вниз – до 20 град/сек.
Реверсирование тяги обеспечивается дальнейшим	Створки сопла могут занимать согласованное с дру-
вращением створок дозвуковой части сопла, кото-	гими кромками самолета положение с целью
рые открывают «щелевые» каналы 8 для реверси-	уменьшения радиолокационной заметности и фор-
руемого потока газов и закрывают критическое	мируют выхлоп таким образом, чтобы уменьшить
сечение сопла. Изменение направления вектора	его температуру.
тяги осуществляется асимметричным отклонени-	Плоские сопла установлены также на двига-
ем сверхзвуковых створок.	телях General Electric F404-GE-F102 (тактический
По подобной схеме фирмой Pratt&Whitney	ударный самолет F117A), F118-GE-100 (бомбарди-
было создано ВУ для двигателя F100 самолета F15,	ровщик В-2).
а в дальнейшем - для двигателя F119-PW-100 (см.	В СССР также проводились эксперименталь-
Рис. 9.3.2._2, 9.3.2_3) самолета F22.	но-исследовательские и опытные работы по плос-

559

Глава 9 - Выходные устройства ГТД

Рисунок 9.3.2_3 – ВУ двигателя F119-PW-100

ким соплам. Экспериментальное плоское сопло	Летающая лаборатория выполнила «… 20 по-
было изготовлено в уфимском НПО «Мотор». Сопло	летов, в ходе которых были получены данные по
прошло стендовые испытания и было установлено	значительному (в несколько раз) снижению ИК-за-
на левый двигатель АЛ-31Ф самолета СУ-27УБ, пе-	метности двигателя с плоским соплом» [9.12.9].
ределанного в летающую лабораторию Т10-26 (см.	Однако развитие средств поражения сегодня опе-
Рис. 9.3.2_4). Хорошо видна разница с установлен-	режает возможности «самолетчиков» и «двигате-
ным на правом двигателе серийным осесимметрич-	листов» в дальнейшем уменьшении заметности
ным соплом.	и вряд ли это состояние изменится.

560

Глава 9 - Выходные устройства ГТД

Рисунок 9.3.2_4 – Плоское сопло двигателя АЛ-31Ф на летающей лаборатории Т10-26

Кроме того, обеспечение необходимой проч-	- механическим способом, когда отклоняется
ности и жесткости конструкции плоского сопла	непосредственно сопло или его часть.
неизбежно сопровождается увеличением массы ВУ.	В настоящее время наибольшее распростра-
Так двигатель F100 (P&W) с плоским соплом име-	нение получил механический способ отклонения
ет массу на 180 кг больше, чем с осесимметрич-	вектора тяги. Отклонение вектора тяги осуществ-
ным. Эта проблема частично может быть решена	ляется либо с помощью поворота всего осесиммет-
применением композитных материалов типа «уг-	ричного сопла на шарнирной подвеске или только
лерод – углерод», но проблема пререходного учас-	его сверхзвуковой части.
тка от круглого сечения за турбиной (никто еще не	К системам УВТ предъявляются следующие
сделал квадратной турбины!) к прямоугольному на	основные требования:
входе в сопло остается… Так при испытании со-	- система УВТ должна функционировать на
пла НПО «Мотор» потери тяги в плоском сопле за	всех режимах работы двигателя;
счет трансформации потока достигли 14…17%	- площадь критического сечения сопла регу-
…[9.12.9]. Остается управление вектором тяги	лируется независимо от системы УВТ и не долж-
(УВТ). Но и это достоинство плоских сопел «пе-	на меняться при изменении вектора тяги;
рехвачено» и реализовано с осесимметричными со-	- частота отклонения вектора тяги может со-
плами (и иногда даже с большей эффективностью).	ставлять до 50 движений в минуту при маневрах
	самолета в вертикальной и до 25 – при маневрах
9.3.3 - Осесимметричные сопла	в горизонтальной плоскостях;
с управляемым вектором тяги	- скорость изменения углов – до 30 град/с, по-
Управление вектором тяги может произво-	грешность установки угла ~ ± 0,1°;
	- давление газа за турбиной и расход газа че-
диться разными способами:	рез сопло на режиме УВТ должны быть такими же,
- пневматическим способом, с использовани-	как при прямом выходе потока и с той же степе-
ем эффекта Коанда;	нью понижения давления в сопле πñ*;
- при помощи дефлекторов, установленных	- при отказе системы УВТ сопло должно авто-
в районе выходного сечения сопла;	матически устанавливаться в положение прямой тяги.

561

Глава 9 - Выходные устройства ГТД

	9.3.3.1 - Осесимметричное сопло	Поворотный узел состоит из неподвижного 1
	с поворотным узлом	и подвижного 2 корпусов с экранами. Неподвиж-
		ный корпус шарнирно связан в горизонтальной
	Наиболее понятной с точки зрения конструк-
		плоскости с подвижным корпусом при помощи
	ции системы УВТ является схема изменения векто-	двух осей 3, закрепленных в неподвижном корпу-
	ра тяги с помощью поворотного узла, размещенно-	се. На подвижном корпусе закреплено сферичес-
	го между форсажной камерой и соплом. При этом	кое кольцо 4, по которому осуществляется стыков-
	поворот потока осуществляется в его дозвуковой	ка с мотогондолой.
	части сопла. Такая конструкция позволяет модер-	К переднему фланцу подвижного корпуса
	низировать существующие конструкции РС введе-	крепится уплотнительное кольцо 5 с подвижны-
	нием поворотного узла. Примером такого сопла яв-	ми в радиальном направлении графитовыми вкла-
	ляется ВУ двигателя АЛ-31ФП (НПО «Сатурн»).	дышами. Уплотнительное кольцо герметизирует
	Осесимметричное сопло с поворотным уз-	тракт охлаждения поворотного узла. К заднему
	лом позволяет обеспечить отклонение вектора	фланцу подвижного корпуса крепится корпус 6 РС.
	тяги в одной плоскости (см. Рис. 9.3.3.1_1). Оно	Гидроцилиндры 7 управления вектором тяги шар-
	состоит из двух модулей: поворотного узла и ре-	нирно закреплены на неподвижном корпусе, а што-
	активного сопла. Поворотный узел позволяет из-	ки гидроцилиндров – на кронштейнах подвижно-
	менить направление вектора тяги на различных	го корпуса. Верхние и нижние гидроцилиндры
	режимах работы двигателя. Поворот осуществ-	работают в противофазе и управляются агрегатом
	ляется на угол ±15 градусов в одной плоскости.	управления вектором тяги.
	Реактивное сопло – осесимметричное, сверхзву-	Осесимметричное сопло состоит из корпуса
	ковое, всережимное, с непрерывным контуром.	и привода створок. На корпусе 6 шарнирно зак-
	Схема осесимметричного сопла с поворотным	реплены дозвуковые створки 8. Сверхзвуковые
	узлом представлена на Рис. 9.3.3.1_2.	створки 9 шарнирно закреплены на концах дозву-

Рисунок 9.3.3.1_1 - Осесимметричное сопло с поворотным узлом (НПО «Сатурн»)

562

Глава 9 - Выходные устройства ГТД

ковых створок. Наружные створки 10 шарнирно закреплены на кронштейнах корпуса сопла, а их концы через ролики подвижно закреплены в направляющих 11 сверхзвуковых створок на выходе сопла. Механизм коррекции площади выходного сечения выполнен в виде «браслета» из пневмоцилиндров 12.

Дозвуковые створки и проставки образуют критическое сечение сопла. Управление створками осуществляется гидроцилиндрами 13. Изменение площади критического сечения происходит за счет возвратно-поступательного движения штоков гидроцилиндров, обеспечивающих поворот створок через систему рычагов и тяг относительно заднего фланца корпуса сопла.

9.3.3.2 - Осесимметричные сопла

ñуправляемым вектором тяги

âсверхзвуковой части

Отклонение вектора тяги также может быть осуществлено поворотом потока в сверхзвуковой части сопла за критическим сечением.

Для этого в осесимметричном сопле (см. Рис. 9.3.3.2_1) поворотный узел размещается между венцами створок первого и второго рядов. Управление поворотом сверхзвуковой части сопла позволяет обеспечить меньшее усилие управляющей системы, чем при отклонении потока в дозвуковой части (осесимметричное сопло с поворотным узлом).

Однако, потери тяги, связанные с поворотом потока, могут значительно возрасти по сравнению с потерями отклоненного осесимметричного сопла.

Рисунок 9.3.3.1_2 – Осесимметричное сопло с поворотным узлом 1 – неподвижный корпус; 2 – подвижный корпус; 3 – оси; 4 – сферическое кольцо; 5 – уп-

лотнительное кольцо; 6 – корпус РС; 7 – гидроцилиндры управления вектором тяги; 8 – дозвуковые створки; 9 – сверхзвуковые створки; 10 – наружные створки; 11 – направляющие сверхзвуковых створок; 12 – пневмоцилиндры «управления» Fâûõ; 13 – гидроцилиндры управления Fêð

563

Глава 9 - Выходные устройства ГТД

Рисунок 9.3.3.2_1 – Схема регулируемого сопла с отклонением сверхзвуковой части (General Electric Company)

Рисунок 9.3.3.2_2 – Сопло «КЛИВТ» (ГУНПП «Завод имени В.Я. Климова»)

1 – сверхзвуковые створки; 2 – наружные створки; 3 – обтекатели привода управления вектором тяги

564

Глава 9 - Выходные устройства ГТД

Рисунок 9.3.3.2_3 – Схема сопла «КЛИВТ»

1 – дозвуковые створки; 2 – гидроцилиндры регулирования Fêð; 3 – управляющее кольцо; 4 – гидроцилиндры управления вектором тяги; 5 – сверхзвуковые створки; 6 – тяги привода сверхзвуковой части

В рассматриваемой схеме (см. Рис. 9.3.3.2_1) поворот потока осуществляется после критического сечения сопла воздействием на сверхзвуковые створки. Сопло обеспечивает всеракурсное отклонение вектора тяги (360°). Управление дозвуковыми створками производится с помощью приводов 1, которые перемещают установочное кольцо 2 вдоль оси сопла. Ролики 3 на кольце перемещаются по профилированной поверхности створок 4 и изменяют их угол наклона, а следовательно, и п- лощадь критического сечения. Поворот сверхзвуковых створок 5 и поворот потока осуществляются за счет изменения угла наклона a кольца 6 управления сверхзвуковыми створками. Угол наклона кольца меняется за счет установки различ- ной длины гидроцилиндров привода 7.

Другим примером сопла с УВТ за счет поворота сверхзвуковой части является сопло «КЛИВТ».

Сопло с УВТ (см. Рис. 9.3.3.2_2) разработано на базе серийного регулируемого сопла двигателя РД-33 (ТМКБ «Союз»).

Схема (см. Рис. 9.3.3.2_3) осесимметричного РС с поворотом сверхзвуковой части обеспечивает как и сопло GE всеракурсное (360°) отклонение вектора тяги.

Площадь критического сечения регулируется изменением угла наклона дозвуковых створок 1 относительно оси сопла с помощью двенадцати гидроцилиндров 2, объединенных в гирлянду типа «браслет», охватывающую сопло в районе крити- ческого сечения.

565