5. Выходное устройство.

5.1. Общая характеристика выходного устройства.

Выходное устройство осесимметричное, регулируемое, всережимное, сверхзвуковое, створчатой конструкции. Выходное устройство крепится к задней части корпуса форсажной камеры.

Общее управление критическим сечением (суживающаяся часть ВУ) и сечением среза сопла (расширяющаяся часть ВУ) осуществляется с помощью 16-ти гидроцилиндров. Рабочим телом служит топливо. Оптимизация площади среза сопла осуществляется автоматически под действием газовых и сжимающих сил от 16-ти пневмоцилиндров, расположенных вокруг створок и проставок сверхзвуковой части сопла и действующих на них. При этом учитываются аэродинамические силы, действующие на внешние створки ВУ. Пневмоцилиндры одностороннего действия, постоянно работающие на уменьшение площади среза сверхзвуковой части сопла. Воздух в пневмоцилиндры поступает из-за компрессора высокого давления через воздушный редуктор. Оптимизация площади среза сопла возможна в пределах его крайних положений.

Основные параметры выходного устройства приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1.

№ п/п		Основные данные ВУ (для стендовых условий)		Величина на режиме
				«максимал»		«ПФ»
1.		Расход газа через ВУ, кг/с		109		115
2.		Степень расширения газа в ВУ		3,1		2,96
3.		Скорость истечения газа из ВУ, м/с		660		1000
4.		Площадь критического сечения ВУ, м2		0,2600		0,52
№ п/п	Конструктивные параметры		Внешние створки		Дозвуковая часть ВУ		Сверхзвуковая часть ВУ
1.	Количество створок		16		16		16
2.	Количество проставок		16		16		16
3.	Количество гидроцилиндров		-		16		-
4.	Количество пневмоцилиндров		16		-		-

5.2. Конструкция выходного устройства.

В конструкцию выходного устройства входят:

- три ряда створок и проставок: первый ряд (дозвуковая суживающаяся часть ВУ), второй ряд (сверхзвуковая расширяющаяся часть ВУ), третий ряд (внешняя часть ВУ);

- гидроцилиндр с ложементом;

- качалки (2 шт.);

- механический упор, тяги (2 шт.);

- пневмоцилиндр (крепится на створке);

- силовое кольцо с закрепленными на нем упругими элементами в форме пластин, которое с помощью вильчатых тяг соединяется с ложементом в узле;

- задняя часть корпуса форсажной камеры (выполняет роль корпуса ВУ) с силовыми элементами.

Суживающаяся дозвуковая часть ВУсостоит из 16-ти створок и проставок, механизма их синхронизации и управления.Створкаотлита в форме равнобедренной трапеции, имеет на внешней поверхности два высоких продольных и ряд мелких поперечных ребер жесткости. Два крайних силовых продольных ребра переходят в проушины на передней и задней кромках створки. На силовых ребрах створки выполнены литые бобышки с отверстиями под болты.

Тепловой экран крепится к створке заклепками. Тепловой экран защищает створки от высокой температуры газа в критическом сечении сопла. Охлаждающий воздух в пространство между тепловым экраном и створкой поступает из-под теплового экрана форсажной камеры через специальные вкладыши.

Вкладышивыполнены литыми и предназначены для подвода охлаждающего воздуха из-под теплового экрана форсажной камеры через семь каналов в пространство между створкой и ее тепловым экраном. Жесткая конструкция вкладыша обеспечивает на различных режимах работы двигателя постоянное сечение каналов.

Проставка суживающейся (дозвуковой) части сопла выполнена литьем(рис. 7.6). Имеет форму трапеции и на наружной поверхности ребра жесткости. Основное ребро жесткости проходит по середине проставки и заканчивается впереди проставки проушиной. В проушине с помощью небольшого штифта закреплен опорный штифт. В задней части проставки ребро переходит в крюк для соединения с проставкой сверхзвуковой части сопла. Здесь же на ребре выполнены проушины для крепления к нему коромысла с помощью штифта, шайб и контровки.

Гидроцилиндр(рис. 7.7.) состоит из оребренного корпуса 3, поршня со штоком 2, задней крышки 5. Внутренняя поверхность корпуса и наружная штока и поршня полируется и покрыта слоем хрома. Поршень 2, крышка 5 и втулка 7 имеют уплотнительные кольца и манжеты по типу 17 и 21.

При работе двигателя через гидроцилиндр постоянно циркулирует топливо, охлаждая его детали. Путь циркуляции топлива показан на рис 7.7 стрелками. Расход охлаждающего топлива зависит от перепада давления топлива на поршне (при ΔР=5±0.1.10⁵Па расход 0,029 м³/мин, при ΔР=5±0.2.10⁵Па расход 0,0915 м³/мин). Частичное наружное охлаждение корпуса цилиндра осуществляется топливом, которое поступает внутрь цилиндра через штуцер с ресивером 4 и отверстия 18. Внутреннее охлаждение штока организовано с помощью распределительной втулки 19, сетчатых жиклеров постоянного сечения 22, уплотнительного кольца с центральным отверстием 20. Регулировочные кольца 1 и стопорное кольцо 23 определяют фиксированное положение всех деталей внутри штока.

Механизм синхронизации и управления створками и проставками дозвуковой части соплапредназначен для одновременного и синхронного поворота всех створок, проставок дозвуковой суживающейся части сопла при перемещении хвостовиков штоков гидроцилиндров. Механизм синхронизации и управления состоит из: качалок, тяг, створок и гидроцилиндров.

Расширяющаяся (сверхзвуковая) и внешняя части ВУ состоят из: створок и проставок сверхзвуковой (внутренней) части ВУ, створок и проставок внешней части ВУ, силовой фермы с упругими элементами, механизма синхронизации внешних и внутренних створок и проставок ВУ, пневмоцилиндров.

Створка сверхзвуковой части ВУлитой конструкции имеет мелкий набор поперечных ребер жесткости и очень мощный по середине створки двутаврового сечения профиль с отверстиями. Спереди створка имеет сдвоенные проушины для крепления со створкой дозвуковой части сопла.

Проставка сверхзвуковой части ВУлитая, прямоугольной формы с поперечными мелкими ребрами жесткости. В передней части она заодно целое выполнена с проушинами. В отверстие проушины запрессована ось для соединения с «крюком» проставки дозвуковой части сопла.

Внешняя створкакоробчатой конструкции, выполнена из листового материала, сваренного между собой. К створке с помощью заклепок крепится: в передней части – литая проушина со сферическими подшипниками; в средней части – кронштейн для крепления «кольца» пневмоцилиндров и тяг; в задней части – силовой профиль для соединения со створкой сверхзвуковой части ВУ.

Внешняя проставкавыполнена штамповкой из листового материала. В передней части у нее имеются проушины с овальными отверстиями. Крепление проставки к створке обеспечивается болтовым соединением через отверстия в проушинах и створке. В задней части проставки выполнены выступы. Овальные отверстия в проушинах проставки позволяет ей обеспечивать свободу взаимных перемещений со створкой при изменении площади среза сопла и при их нагреве. Для повышения жесткости задней части проставки ее края отогнуты.

Механизм синхронизации створок и проставок внешней и сверхзвуковой частей ВУсостоит из системы качалок, тяг, механических упоров, кольца из пневмоцилиндров, направляющих элементов и предназначен для одновременного и синхронного поворота створок, проставок как внешней, так и внутренней сверхзвуковой частей ВУ под действием сил со стороны внешнего потока воздуха, газа, проходящего через сопло двигателя и пневмоцилиндров с целью обеспечения полного расширения газа на срезе сопла.

На режимах от «максимала»и ниже усилия пневмоцилиндров больше усилия со стороны газа и воздуха на створках сверхзвуковой и внешней частей сопла, поэтому площадь среза сопла минимальная. Площадь среза сопла ограничивается максимальной длиной штока телескопического регулируемого упора (шток максимально выдвинут из цилиндра упора).

На «полном форсаже»и на числах Маха больше 1,5 усилия со стороны газа и воздуха больше усилия со стороны пневмоцилиндров и внешние створки образуют максимальную площадь среза сопла, которая при этом ограничивается упором торцевой поверхности штока в дно цилиндра упора.

На режимах частичного форсирования двигателяпоршень штока находится между крайними упорами в гильзе цилиндра.

При управлении площадью критического сечения сопла,когда, например, от усилия штоков гидроцилиндров синхронно относительно своих осей вращения перемещаются по часовой стрелке качалки и через тяги створки, одновременно и синхронно по часовой стрелке перемещаются оси качалок и относительно своих осей вращения поворачиваются внешние и внутренние створки, уменьшая при этом площадь среза сопла.

Кольцо пневмоцилиндровпредназначено для регулировки оптимальной площади среза сопла и состоит из 16-ти пневмоцилиндров, попарно соединенных. Кольцо пневмоцилиндров шарнирно крепится с внутренней стороны внешних створок на кронштейнах.

Силовая ферма с упругими элементамипредназначена для обеспечения плавного перехода фюзеляжа самолета к внешним створкам сопла с проставками. При повороте внешних створок упругие элементы постоянно деформируются. Упругие элементы состоят из штампованных пластин, попарно, со смещением сваренных между собой. С помощью винтов они крепятся к резьбовым втулкам, закрепленным на силовом кольце.