Типы выходных устройств и их основные элементы

Выходное устройство служит для преобразования теплоперепада, оставшегося за турбиной, в кинетическую энергию, а также для отво­да газа в атмосферу с наименьшими тепловыми и гидравлическими по­терями и для защиты элементов конструкции самолета от нагрева.

Выходное устройство состоит из выпускной трубы с наружным 2 (рис. 39) и внутренним 3 конусами и стойками 1, удлинительной тру­бы 4 и реактивного насадка 5.

Выпускная труба, внутри которой размещен конус-обтекатель служит для уменьшения гидравлических потерь при переходе газа от кольцевого сечения за турбиной к круговому.

В зависимости от параметров двигателя, скорости и высоты полета реактивные сопла могут быть нерегулируемые и регулируемые. В свою очередь нерегулируемые и ре­гулируемые реактивные сопла могут быть дозвуковые и сверхзвуковые.

Рис. 39. Выходное устройство

Конструкция выходного устройства должна обеспечивать минималь­ное гидравлическое сопротивление; элементы должны иметь достаточ­ную жесткость, прочность, надежность, жаростойкость и малый вес, а для уменьшения потерь тепла через стенки и защиты элементов кон­струкции самолета от нагрева — достаточную теплоизоляцию.

Выпускная труба 5 (рис. 40) представляет собой сварную конструкцию из листовой жаропрочной стали. При помощи фланца и болтов она крепится к корпусу турбины.

Выпускная труба снабжается теплоизоляцией, которая уменьшает потери тепла и предохраняет детали самолета от нагрева. Теплоизолирующими материалами являются асбестовая ткань и алюминиевая фольга.

Внутренний конус 8служит для предотвращения рез­кого расширения газа за турбиной и осуществления плавного пере­хода кольцевого потока за турбиной в сплошной за конусом. Угол внутреннего конуса у вершины составляет 35—50°. Соединение конуса с выпускной трубой производится радиальными стойками 3 или стерж­нями, закрытыми обтекателями, при помощи которых спрямляется поток газов, закрученный в турбине.

Вследствие того, что температуры нагрева наружной стенки вы­пускной трубы и внутреннего конуса различны, неодинаковы и их тепловые удлинения. Поэтому для устранения температурных напря­жений в некоторых конструкциях радиальные связи приварены толь­ко к наружной стенке выпускной трубы, а в прорези конуса они вставляются свободно (телескопически).

Рис.40. Выходное устройство ТРД:

1—штифт; 2 — фиксатор; 3 — стойка; 4 — кожух выпускной трубы; S— выпускная труба; 6— реактивное сопло; 7 —наконечник; 8 — внутренний конус; 9 — экран

Для повышения жесткости конуса к его внутренней поверхности приваривают бандажи. В передней части конуса крепится специальный экран 9, уменьшающий нагрев диска турбины теплом, излучаемым де­талями внутреннего конуса.

Удлинительные трубы состоят из одной или несколь­ких секций, сваренных из листовой жаропрочной стали. Диаметр тру­бы выбирают таким, чтобы скорость в ней не превышала 150— 200м/сек. Крепление удлинительной трубы к выпускной должно позволять перемещаться как в продольном, так и в угловом направлении (рис.41). В задней части удлинительную трубу подвешивают при помощи роликов, которые вращаются на осях, прикрепленных к трубе, и могут перемещаться при тепловых удлинениях вдоль направляю­щих швеллеров, укрепленных в гондоле двигателя на самолете. Тепло­изоляция удлинительной трубы осуществляется так же, как и выпуск­ной.

Нерегулируемые реактивные сопла чаще всего выполняют в виде конической оболочки (см. рис.40), приваренной к точеному фланцу, при помощи которого сопло крепится к выпускной или удлинительной трубе.

Рис. 41. Крепежные фланцы:

а- со сферическим фланцем; б- со сферическим кольцом; 1-кожух двигателя; 2 -сферический фланец; 3- соединительная планка; 4- сферическое кольцо;

5- удлинительная труба

Диаметр выходного сечения D₅ определяют на основании газоди­намического расчета, длину сопла L_c берут равной (0, 2—0, 4) D₅. Ми­нимальные гидравлические потери в сопле получаются при угле конус­ности =10-12°. При > 12° целесообразно профилировать сопло так, чтобы на его срезе угол равнялся нулю.

Сопло охлаждается воздухом, проходящим через кольцевую щель между выпускной трубой 5 и кожухом 4. Движение воздуха через ще­ли происходит за счет скоростного напора или под действием эжекции газа, выходящего из сопла.

Выходное устройство ТВД является наиболее простым по конструкции. Это объясняется тем, что в многоступенчатых турби­нах срабатывается почти весь теплоперепад, поэтому выходное устрой­ство служит в основном для отвода газа из двигателя. Наружный 9 (рис.42) и внутренний 7 кожухи соединены между собой шестью пусто­телыми стойками. К фланцу 8 крепится стекатель. Вместе с газоотводящей трубой самолета эти детали образуют выходную часть газового тракта двигателя. Стойки 2 внутренним концом приварены к манжетам кожуха 7, а другим свободно входят в манжеты 5 кожуха 9, что обеспе­чивает свободу тепловых расширений деталей.

К наружному кожуху приварены передний фланец 3 для крепления выходного устройства к сопловому аппарату турбины и задний 6 для крепления газоотводящей трубы, являющейся элементом самолета, наружный кожух имеет восемь штуцеров для установки термопар, замкнутая полость внутреннего кожуха суфлируется с атмосферой че­рез срез вершины конуса стекателя.

Регулируемые дозвуковые реактив­ные сопла подразделяют по способу регулирования выходного сечения.

Сопло с подвижным центральным телом (рис.43, а). Центральное тело спрофили­ровано таким образом, что при пе­ремещении его из сопла площадь вы­ходного сечения уменьшается, при пе­ремещении внутрь сопла увеличивает­ся. Перемещение этого тела (иглы) осуществляется специальным меха­низмом с гидравлическим или элек­трическим приводом. Недостатком та­кого сопла является сложность кон­струкции, перегрев механизма пере­мещения иглы и сравнительно боль­шой вес.

Двухстворчатое сопло может иметь различные формы ство­рок в прикрытом положении (рис. 43, б): 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.

Многостворчатое сопло (рис. 43, б) 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. 42. Выходное устройство ТВД

1-стенка внутреннего кожуха; 2-стойка; 3, 6, 8 -фланцы; 4-горловина; 5 —усилительная манжета; 7 — внутренний кожух; 9- наружный ко­жух; 10 — штуцер для термопары

Рис. 43. Схемы регулируемых сопел