TOBERA DE ESCAPE DE BLOQUEO DEL FLUJO.

Una tobera de escape (10) para un motor de aeronave que comprende:

un soporte (20) para la fijación de la tobera de escape (10) a un extremo corriente abajo del motor;

unas primera y segunda aletas corriente arriba opuestas (30) conectadas de manera amovible al soporte (20) que presentan unas superficies internas (34) que definen una trayectoria de flujo del gas de escape, extendiéndose cada aleta corriente arriba (30) entre un extremo corriente arriba y un extremo corriente abajo y siendo amovible con respecto al soporte (20) entre una posición abierta en la cual los extremos corriente abajo de las aletas corriente arriba (30) están separadas por una primera distancia, y una posición cerrada en la cual dichos extremos corriente abajo se tocan para sustancialmente bloquear el flujo a través de dicha trayectoria del flujo del gas de escape; y

unas primera y segunda aletas corriente abajo opuestas (50) conectadas de manera amovible a dichas primera y segunda aletas corriente arriba (30) y que presentan una superficies internas (52) que delimitan una trayectoria del flujo del gas de escape corriente abajo;

en la que unas aletas corriente arriba y corriente abajo (30, 50) están conectadas en una unión (60), presentando dichas primera y segunda aletas corriente arriba opuestas (30) unos salientes (40) sobre ellas en dicha unión (60), teniendo dichos salientes (40) el tamaño preciso y estando situados para tocarse cuando dichas aletas corriente arriba (30) están en dicha posición cerrada para sustancialmente bloquear el flujo a través de dichas trayectorias del flujo de gas de escape corriente arriba y corriente abajo,

caracterizada porque los salientes (40) tienen el tamaño preciso y están situados para que estén en el exterior de la trayectoria de flujo del gas de escape corriente arriba y de la trayectoria de flujo del gas de escape corriente abajo cuando las aletas corriente arriba (30) están en la posición abierta

Tobera de escape de bloqueo del flujo.

La presente invención se refiere, en general, al campo de los sistemas de escape de motores de aeronaves de turbina a gas y, en particular, a una tobera de escape capaz de bloquear completamente el flujo del gas de escape.

Las modernas aeronaves capaces de despegue y aterrizaje en terrenos cortos (STOVL) deben operar eficazmente en una amplia gama de condiciones de vuelo, incluyendo el vuelo hacia delante y el vuelo vertical o estacionario. Esas condiciones imponen unas exigencias especiales sobre las toberas de escape. En el vuelo hacia delante, la tobera debe eficazmente acelerar el gas de escape de alta presión en dirección genéricamente horizontal para generar un empuje hacia delante cuando el gas sale desde un extremo trasero de la aeronave. En el vuelo vertical, la tobera debe impedir que el gas de escape salga horizontalmente, en lugar de dirigirlo verticalmente hacia abajo para generar la elevación.

La tobera típicamente incluye unas aletas que delimitan un conducto corriente arriba convergente que comunica con un área de flujo mínimo conocida como garganta, y un conducto corriente abajo divergente que se extiende desde la garganta hasta una salida. La tobera incluye, así mismo, un mecanismo para desplazar las aletas de manera que la garganta y la salida puedan ser modificadas de tamaño para conseguir un funcionamiento eficaz del motor en todos los reglajes de potencia del motor, velocidades de vuelo y altitudes. Las aletas están construidas para resistir la exposición al gas de escape de alta presión y alta temperatura en un entorno altamente vibratorio. La mayoría de las aletas de las toberas incorporan una camisa, una placa metálica delgada diseñada para tolerar altas temperaturas que se extiende en paralelo sobre y adyacente a la aleta. Una capa de aire refrigerante se dispone típicamente entre la camisa y la aleta. La camisa puede incluir uno o más revestimientos de un material que reduzca la visibilidad por radar o infrarrojos o potencie la protección térmica de la camisa.

El documento US 4 196 856 divulga la materia objeto del preámbulo de la reivindicación 1 y, en particular una tobera de escape para motores de turbina a gas de geometría variable en la que la superficie interna de la carcasa de la tobera y la superficie del obturador de cola están definidas mediante dos conjuntos de elementos que se extienden axialmente engoznados y la superficie exterior de la carcasa de la tobera está delimitada mediante un solo conjunto de elementos que se extienden axialmente. Los elementos presentan una geometría anular con unos elementos adyacentes que se superponen circularmente entre sí para definir un conducto de escape anular.

Las toberas de escape actuales no han sido capaces de impedir completamente que todo el flujo de escape salga a través de la tobera. Las aletas convencionales no pueden cerrar la tobera sin provocar daños debido a que las camisas, los revestimientos y las estructuras de las aletas son típicamente frágiles y se rompen con facilidad. Cualquier fuga del gas de escape a través de la tobera reduce la elevación potencial y degrada el rendimiento de la aeronave y la carga útil. Por consiguiente, es fundamental que todo el gas de escape quede bloqueado. En consecuencia, algunas aeronaves presentan un dispositivo bloqueador separado, como por ejemplo un concha de almeja desplegable, en el sistema de escape para bloquear completamente el flujo. Estos dispositivos añaden un peso y una complejidad sustanciales al sistema de escape.

La presente invención se define en la reivindicación 1.

A continuación se describirá la invención con mayor detalle, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los cuales:

La Fig. 1 es una sección en alzado lateral esquemática de una tobera de escape de acuerdo con la presente invención, en posición abierta;

la Fig. 2 es una sección en alzado lateral esquemática de tamaño ampliado de una porción de la tobera en posición de vectorización de empuje hacia arriba;

la Fig. 3 es una vista de tamaño ampliado de una junta articulada de la tobera en la posición abierta;

la Fig. 4 es una sección en alzado lateral esquemático de la tobera de escape en posición cerrada;

la Fig. 5 es un detalle de una porción de la Fig. 4, que muestra los salientes de las aletas trabados de forma estanca;

la Fig. 6 es un detalle de una segunda forma de realización de la presente invención; y

la Fig. 7 es un detalle de una tercera forma de realización de la presente invención

Los caracteres de referencia correspondientes indican partes correspondientes a lo largo de las diferentes vistas de los dibujos.

Con referencia ahora a los dibujos y, en particular, a la Fig. 1, una tobera de escape para un motor de aeronave de turbina a gas se designa globalmente mediante la referencia numeral 10. La tobera 10 delimita una trayectoria de flujo del gas de escape del motor el cual sale genéricamente en sentido horizontal desde un extremo trasero de una aeronave (no mostrada). La presente invención está particularmente adaptada para toberas que presentan una trayectoria de flujo genéricamente de forma rectangular y unas secciones genéricamente uniformes a través de una anchura de la tobera. Dichas toberas son conocidas como "toberas convergentes - divergentes bidimensionales (2-D C-D)". La descripción se referirá básicamente a esta aplicación. Sin embargo, debe entenderse que la invención puede ser utilizada con otros tipos de toberas que tengan una diversidad de formas en sección sin apartarse del alcance de la presente invención.

La tobera 10 incluye un conducto convergente indicado genéricamente con la referencia numeral 12 que define una frontera corriente arriba del flujo de gas de escape. La tobera 10 incluye también un conducto divergente indicado genéricamente con la referencia numeral 14 que delimita una frontera corriente abajo del flujo de gas de escape. El conducto divergente 14 está situado corriente abajo respecto del conducto convergente 12. Cuando el gas se desplaza corriente abajo a través de la tobera 10, un área en sección transversal disponible para el flujo del gas generalmente disminuye en el conducto convergente 12 y aumenta en el conducto divergente 14. Un plano de un área en sección transversal mínima, conocida como "garganta" 16, está situado entre el conducto convergente 12 y el conducto divergente 14. Para el funcionamiento normal de la tobera 10 (esto es, en condiciones de cerrada y de flujo total), el gas de escape se acelera a través del conducto convergente 12 hasta conseguir una velocidad sónica (Mach 1,0) en la garganta 16 y continúa acelerándose a través del conducto divergente 14 hasta alcanzar una velocidad supersónica (mayor de Mach 1,0) en una salida 18 de la tobera. Las propiedades del flujo variarán dependiendo de las áreas en sección transversal de la garganta 16 y de la salida 18 y de la presión, la temperatura y la cantidad del gas de escape inicial.

La tobera de escape 10 incluye un soporte 20 para fijar la tobera a un extremo corriente abajo del motor (no mostrado). De modo preferente, el soporte 20 comprende un conducto de transición que se extiende desde la corriente abajo del motor hasta un extremo corriente arriba del conducto convergente 12. El conducto de transición altera una forma en sección transversal de la trayectoria del flujo genéricamente circular en el motor hasta genéricamente rectangular en el conducto convergente 12. Una línea central de referencia 22 se muestra en el centro de la tobera 10.

El conducto convergente 12 incluye unas primera y segunda aletas convergentes opuestas corriente arriba 30 conectadas de manera amovible al soporte 20. De modo preferente, las aletas convergentes 30 están fijadas a los pivotes 32 a un extremo corriente abajo del soporte 20. Las aletas 30 son desplazadas hasta unas posiciones seleccionadas mediante un sistema de control convencional que incluye unos accionadores hidráulicos o eléctricos (no mostrados). Cada aleta 30 se extiende entre un extremo corriente arriba situado en el pivote 32 y un extremo corriente abajo situado cerca de la garganta 16 de la tobera. Las superficies internas 34 de las aletas 30 delimitan una trayectoria del flujo del gas de escape. Las superficies internas 34 son genéricamente planas y están contorneadas en los extremos de las aletas 30 donde coinciden con una estructura adyacente situada en el soporte 20 y en el conducto divergente 14. Los extremos contorneados de las aletas 30 proporcionan una trayectoria de flujo lisa...

1. Una tobera de escape (10) para un motor de aeronave que comprende:

un soporte (20) para la fijación de la tobera de escape (10) a un extremo corriente abajo del motor;

unas primera y segunda aletas corriente arriba opuestas (30) conectadas de manera amovible al soporte (20) que presentan unas superficies internas (34) que definen una trayectoria de flujo del gas de escape, extendiéndose cada aleta corriente arriba (30) entre un extremo corriente arriba y un extremo corriente abajo y siendo amovible con respecto al soporte (20) entre una posición abierta en la cual los extremos corriente abajo de las aletas corriente arriba (30) están separadas por una primera distancia, y una posición cerrada en la cual dichos extremos corriente abajo se tocan para sustancialmente bloquear el flujo a través de dicha trayectoria del flujo del gas de escape; y

unas primera y segunda aletas corriente abajo opuestas (50) conectadas de manera amovible a dichas primera y segunda aletas corriente arriba (30) y que presentan una superficies internas (52) que delimitan una trayectoria del flujo del gas de escape corriente abajo;

en la que unas aletas corriente arriba y corriente abajo (30, 50) están conectadas en una unión (60), presentando dichas primera y segunda aletas corriente arriba opuestas (30) unos salientes (40) sobre ellas en dicha unión (60), teniendo dichos salientes (40) el tamaño preciso y estando situados para tocarse cuando dichas aletas corriente arriba (30) están en dicha posición cerrada para sustancialmente bloquear el flujo a través de dichas trayectorias del flujo de gas de escape corriente arriba y corriente abajo,

caracterizada porque los salientes (40) tienen el tamaño preciso y están situados para que estén en el exterior de la trayectoria de flujo del gas de escape corriente arriba y de la trayectoria de flujo del gas de escape corriente abajo cuando las aletas corriente arriba (30) están en la posición abierta.

2. Una tobera de escape (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que las primera y segunda aletas corriente arriba (30) son susceptibles de traba sobre dichos salientes (40) cuando las aletas corriente arriba (30) están en la posición cerrada.

3. Una tobera de escape (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dichos salientes (40) se extienden desde los extremos corriente abajo de cada una de las aletas corriente arriba (30).

4. Una tobera de escape (10) de acuerdo con la reivindicación 3, en la cada una de las aletas corriente abajo (50) presenta una guía en su extremo corriente arriba para recibir dicho saliente (40) que se extiende desde la correspondiente aleta corriente arriba (30) cuando las aletas corriente arriba (30) están en la posición abierta.

5. Una tobera de escape (10) de acuerdo con la reivindicación 4, en la que dicha guía es arqueada.

6. Una tobera de escape (10) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende así mismo un cierre hermético (80) dispuesto entre dichas aletas corriente arriba (30) y dichas aletas corriente abajo (50) para impedir que el gas de escape se fugue por entre dichas aletas corriente arriba (30) y dichas aletas corriente abajo (50).

7. Una tobera de escape (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dichas aletas corriente arriba (30) están fijadas mediante pivote a dicho soporte (20) y dichas aletas corriente abajo (50) están fijadas mediante pivote a dichas aletas corriente arriba (30).