Реактивные сопла.

Реактивное сопло – это устройство, предназначенное для ускорения газового потока, поступающего в канал. Рассмотрим конструкцию реактивных сопел на примере реактивных сопел двигателя АЛ31 – Ф и двигателя Р11Ф-300.

Корпус реактивного сопла изготавливается в виде трубы с постепенно уменьшающимся диаметром. На передней части корпуса удлинительной трубы 1 имеется фланец, при помощи которого он соединяется с диффузором форсажной камеры. На задней части корпуса к фланцу приварены кронштейны крепления створок сопла и приклепаны кронштейны для установки силовых цилиндров, которые при помощи специальных фланцев укреплены на силовом кольце. К силовому кольцу, внутри которого размещены коллекторы гидросистемы управления створками, крепятся три гидроцилиндра. Усилия от гидроцилиндров передаются через тяги на задний фланец трубы, а силовое кольцо испытывает усилие на разрыв. Для защиты заднего фланца трубы от воздействия высокой температуры к трубе приварен козырек из жаростойкого сплава. Створка своими внутренними и наружными стенками образует коробку, усиленную внутри ребром. С одной стороны коробка образует крыло, а с другой стороны – паз. Крыло одной створки входит в паз другой створки. Для предохранения от газовой эрозии, внутренняя сторона стенки покрыта эмалью, поверхность наружной стенки в месте соприкосновения покрыта медью для уменьшения трения. Удлинительная труба и створки сопла охлаждаются при помощи воздуха, который проходя через межкапотное пространство и внутренние поверхности створок смешивается с газами, выходящими из сопла. Кольцо створок и три силовых гидроцилиндра синхронизирующими клапанами и электрогидрокраном образуют исполнительный механизм в системе управления створками выходного сопла. Раскрытие створок определяется положением кольца, которое перемещается тремя силовыми. При движении кольца назад в направлении потока, створки расходятся под действием газовых сил, увеличивая проходное сечение сопла, а при движении вперед наоборот, кольцо уменьшает проходное сечение сопла. Синхронизация перемещения поршня силового гидроцилиндра осуществляется при помощи синхронизирующего клапана, который поддерживает постоянный заданный расход рабочей жидкости на выходе из гидроцилиндра. В эксплуатации скорость движения поршня гидроцилиндра контролируется по времени перекладки створок из одного крайнего положения в другое. Также контролируется не синхронность хода штоков гидроцилиндров. Если время перекладки створок или не синхронность хода штоков не соответствует техническим нормам, то подбором жиклеров на синхронизирующих клапанах достигается требуемое значение. Трубки и коллекторы гидросистемы с целью их защиты от перегрева обматывают теплоизоляционной лентой. С этой же целью гидроцилиндры, а также коллекторы и трубки охлаждают воздухом, поступающим из воздухозаборника. Для более эффективного использования воздуха каждый гидроцилиндр и присоединенная к нему трубка заключены в кожух, который передней частью плотно соединен с силовым кольцом. Подводимый во внутреннюю полость кожуха воздух разделяется на два потока:

• охлаждает цилиндр, выходит через канал в конце кожуха;

• охлаждает трубки и коллектор, выходит наружу через отверстия в кольце.

Для прохода воздуха из кожуха в силовое кольцо в стыке между ними сделано отверстие.

Конструктивная схема сопла двигателя АЛ31-Ф.

Реактивное сопло двигателя АЛ31-Ф является регулируемым, сверхзвуковым, всережимным с внешними створками. В состав реактивного сопла входит дозвуковое сужающееся сопло с приводом и синхронизирующими механизмами регулировки площади критического сечения. Сверхзвуковая часть реактивного сопла с механизмами привода синхронизации и регулировки площади среза осуществляемый через внешние створки и дозвуковое сопло. Внешние створки с упругим элементом являются подвижной частью корпуса самолета. Дозвуковое сопло состоит из шестнадцати створок с уплотняющими их шестнадцатью проставками. Все это вместе образует сужающееся дозвуковое сопло. Каждая створка двумя проушинами подвижно закреплена в корпусе шарнира на заднем фланце корпуса форсажной камеры, а корпус шарнира неподвижно закреплен на заднем фланце корпуса форсажной камеры. Каждая проставка подвижно закреплена на двух соседних створках. Для изменения геометрии дозвуковой части сопла применяется шестнадцать гидроцилиндров с шестнадцатью рычагами и тридцатью двумя тягами. Все это вместе представляет собой синхронизирующий привод створок. Рабочим телом гидроцилиндра является топливо двигателя. Гидроцилиндры и рычаги подвижно закреплены на траверсах, а сами траверсы неподвижно установлены с одной стороны на заднем фланце корпуса форсажной камеры и подвижно – на шпангоуте корпуса форсажной камеры. Штоки гидроцилиндров подвижно закреплены на рычагах, а каждый рычаг подвижно связан с двумя соседними створками. Это обеспечивает синхронное перемещение створок.

Сверхзвуковая часть реактивного сопла с внешними створками и упругими элементами.

В состав сверхзвуковой части сопла входит шестнадцать надстворок с уплотняющими их шестнадцатью проставками. Все это образует расширяющуюся сверхзвуковую часть сопла. Каждая надстворка подвижно соединена со створкой дозвуковой части сопла, а проставки надстворок подвижно соединены с проставками дозвуковой части. Каждая проставка подвижно закреплена на двух соседних надстворках. Т.о. обеспечивается перекрытие боковых кромок надстворок проставками при максимальной площади среза сопла. Шестнадцать внешних створок с уплотняющими их шестнадцатью проставками является продолжением подвижной части корпуса самолета. Внешние створки передней частью подвижно закреплены на траверсах, а задней частью – кронштейнами с двумя роликами вводятся в направляющие пазы надстворок. Каждая проставка передней частью подвижно закреплена на двух соседних внешних створках, а задней частью опирается на соседние внешние створки. Шестнадцать кронштейнов с тридцатью двумя тягами образуют синхронизирующий механизм сверхзвуковой части реактивного сопла и внешних створок. Шестнадцать пневмоцилиндров образуют механизм регулировки площади среза реактивного сопла. Пневмоцилиндры попарно крышка с крышкой, шток со штоком подвижно закреплены в окружном направлении с внутренней стороны в средней части на кронштейнах каждой внешней створки и образуют браслет вокруг сверхзвуковой части реактивного сопла. Тридцать два упругих элемента обеспечивают плавный переход от внешних створок с проставками реактивного сопла к корпусу самолета. Упругие элементы закреплены на кольце, которое шестнадцатью тягами подвижно закрепляется на траверсах. Каждый упругий элемент крепится двумя винтами. Работа реактивного сопла заключается в изменении площадей критического сечения и среза сопла в зависимости от режима работы двигателя. Критическое сечение определяется положением створок дозвуковой части. Площадь среза определяется положением надстворок сверхзвуковой части. Оптимизация площади среза сопла при постоянной площади критического сечения обеспечивается автоматически под воздействием газовых и аэродинамических сил, действующих на надстворки и внешние створки, а также под воздействием пневмоцилиндров. Пневмоцилиндры одностороннего действия постоянно работают на сжатие сверхзвуковой части реактивного сопла под действием давления воздуха. При прекращении воздействия воздухом сверхзвуковая часть реактивного сопла автоматически расширяется под действием газовых сил.

Рассмотрим возможные неисправности форсажной камеры и регулируемого сопла. Наиболее часто в форсажной камере и корпусе реактивного сопла возникают такие неисправности как деформация, корабления, трещины, наклеп, выработка и разрушение деталей. Высокая температура в форсажной камере и значительное время непрерывной работы двигателя на форсажных режимах при больших скоростях и высоте полета создают очень напряженные условия для работы деталей форсажной камеры и реактивного сопла. Эти условия в значительной мере усложняются резкими изменениями температуры газов при включении и выключении форсажа при запуске и остановке двигателя и работе в режиме авторотации. Прогары чаще всего происходят на внутренних деталях, таких как форкамеры, стабилизаторы и др. элементы. Причиной прогара стенок форкамеры и обгорания кромок стабилизатора может явиться поступление топливо – воздушной смеси при отключенной системе розжига с последующим внезапным розжигом. Кроме этого обгорание кромок стабилизатора происходит из-за плохого распыла топлива форсунками форсажной камеры вследствие их засорения, не герметичности и разрушения. Деформация и коробление створок, фланцев, стенок корпуса форсажной камеры и реактивного сопла, стабилизаторов, топливных коллекторов происходит из-за неравномерного нагрева и охлаждения. Значительное коробление створок сопла может привести к нарушению уплотнения их по стыкам, а иногда и к выходу створок из зацепления. В результате этого возможен прорыв горячих газов, гидроцилиндра и обшивки самолета. Вследствие этого на самолете может возникнуть пожар. Опасно даже незначительное коробление створок, проставок, т.к. происходит изменение геометрии проточной части сопла, т.е. нарушается режим работы двигателя, происходит увеличение усилия необходимых для сдвигания и раздвигания створок, возможно даже изменение скорости регулирования, а иногда и разрушение штоков гидроцилиндра. Наиболее часто встречаются трещины на деталях форсажной камеры и регулируемого сопла, на внутренней стенке, на стабилизаторах, на антивибрационном экране и деталях крепления. Трещины появляются и развиваются вследствие больших вибрационных и термических напряжений. Чаще всего трещины возникают в местах резкого изменения формы детали и вблизи сварочных швов. Наклеп и выработка медных накладок кольца створок, проушин и осей подвески стабилизаторов связаны с появлением повышенного уровня вибраций. В эксплуатации наблюдались случаи разрушения кронштейнов подвески регулируемого сопла, кронштейна крепления створок, топливных коллекторов, внешних трубопроводов топливной и гидравлической систем. Данные разрушения возникают из-за недостаточной конструктивной прочности или некачественного изготовления деталей, кроме этого наблюдались случаи нарушения синхронности перемещения штоков гидроцилиндров вследствие отказов синхронизирующих клапанов и засорении жиклеров. Поэтому при проведении осмотра двигательной установки после посадки самолета необходимо обратить внимание на вышеперечисленные недостатки, неисправности и в случае обнаружения принять меры по устранению или отправки двигателя на ремонт, чтобы не допустить появления летных происшествий.