Tobera de escape con garganta de área variable con desplazamiento lateral vectorizable del flujo de escape.

Una tobera vectorizable en dos dimensiones (12) para un motor de turbina de gas de una aeronave,

comprendiendola tobera:

una pared superior (14) de la tobera que se extiende longitudinalmente y está dividida longitudinalmenteseparada hacia arriba y hacia atrás de una pared inferior (16) de la tobera que se extiende longitudinalmenteuna rampa (18) de tobera barrida hacia atrás dividida hacia los lados y que se extiende entre la paredessuperior e inferior (14 y 16) de la tobera,

las paredes superior e inferior (14 y 16) de la tobera y la rampa (18) de la tobera se extiende transversalmente entre las paredes laterales primera y segunda (20 y 22) de la tobera,

una pared exterior (23) de la tobera separada de las paredes superior e inferior (14 y 16) de la tobera, seextiende transversalmente entre las paredes laterales primera y segunda (20 y 22), de la tobera,

un trayecto de flujo (40) de la tobera definido entre las paredes superior e inferior (14 y 16) de la tobera y lapared exterior (23) de la tobera y las paredes laterales primera y segunda (20 y 22) de la tobera,

una garganta de área variable (28) que se extiende sustancialmente hacia abajo a través del trayecto de flujo(40) de la tobera desde la pared exterior (23) de la tobera a la pared superior (14) de la tobera,

secciones superiores derecha e izquierda (96 y 98) de rampa de la rampa barrida hacia atrás (18) de la toberaconectadas a las secciones superiores derecha e izquierda (100 y 102) de la pared de la tobera respectivamente,de la pared superior (14) de la tobera, y

las secciones superiores derecha e izquierda (100 y 102) de la pared de la tobera están conectadas pivotantementehacia arriba y hacia abajo a un extremo trasero (104) de la tobera (12) y son operables para variarel área de garganta (A8) de la garganta (28) , que se caracteriza porque:

una estructura (24) de rampa pivotante hacia los lados conectada pivotantemente a la pared inferior(16) de la tobera y pivotante entre las paredes laterales (20 y 22),

la estructura (24) de rampa pivotante hacia los lados incluye una pared superior (34) pivotante quese extiende longitudinalmente separada hacia arriba y hacia atrás de la pared inferior pivotante(36) que se extiende longitudinalmente y una rampa pivotante (38) barrida hacia atrás que se extiendeentre las paredes superior e inferior pivotantes (34 y 36), y

la garganta de área variable (28) se extiende, además, sustancialmente hacia abajo a través del30 trayecto de flujo (40) de la tobera desde la pared exterior (23) de la tobera a la pared superior pivotante(34).

Tobera de escape con garganta de área variable con desplazamiento lateral vectorizable del flujo de escape La invención se refiere a toberas vectorizables en dos dimensiones de motores de turbina de gas de aeronaves y, más en particular, a toberas de este tipo diseñadas para desplazar hacia los lados el centro del flujo de escape de la 5 tobera para efectuar la vectorización.

Los diseñadores de aeronaves y, en particular, aquellos que diseñan aeronaves militares de alta velocidad altamente maniobrables están buscando constantemente mejores formas para controlar la aeronave e incrementar su maniobrabilidad en vuelo. Estos son necesarios para evitar los misiles antiaéreos y realizar otras maniobras de combate. Además, los diseñadores de aeronaves están tratando de mejorar las capacidades de despegue y aterrizaje cortos de las aeronaves. Los sistemas de escape, en particular para aeronaves militares modernas de alta velocidad, han sido adaptados para proporcionar un alto grado de maniobrabilidad en una amplia variedad de condiciones de vuelo, incluyendo altitud, velocidad y número de Mach, al mismo tiempo que se mantiene la eficiencia de crucero y durante la postcombustión.

La maniobrabilidad de las aeronaves puede ser proporcionada por las superficies de control de las aeronaves, tales como los flaps de las alas o alerones o aletas verticales o timones. Sin embargo, las superficies de control de las aeronaves están limitadas de alguna manera en su eficacia a causa de las grandes diferencias en las condiciones operativas de vuelo, tales como la velocidad del aire. Las superficies de control de las aeronaves también aumentan la firma de radar de la aeronave, lo que la hace más vulnerable al fuego antiaéreo y a los misiles. Las toberas de empuje vectorizable, aunque a menudo son más complicadas, son más efectivas puesto que permiten que se apli

quen rápidamente grandes cargas de empuje axial en la dirección de cabeceo y guiñada de la aeronave, y de ese modo proporcionan a la aeronave una maniobrabilidad mejorada que es relativamente independiente de la velocidad del aire. Las toberas de vectorización de empuje de postcombustión son complejas, pesadas y caras. Otros procedimientos de vectorización de empuje incluyen el uso de inyección de fluidos internos en la tobera y / o dispositivos mecánicos de desvío del flujo, para desviar el empuje. Las toberas de postcombustión requieren áreas de garganta variables, a menudo denominadas como A8, para abrir y aceptar el flujo de masa incrementado del escape durante la postcombustión. Estos procedimientos de vectorización del empuje son efectivos, pero pueden ser complejos, pesados, costosos y / o eficaces marginalmente.

Toberas de garganta variable se describen, por ejemplo, en los documentos US-A-2.625.008, US-A-5.186.390, EPA-0.748.932, US-A-3.387.788, GB-A-2.393.941 y US-A-5.431.344.

Por lo tanto, es altamente deseable proporcionar un motor de turbina de gas de aeronave con una tobera de vectorización de empuje de área de garganta variable que no sea compleja, ni pesada, ni cara, y, sin embargo, que sea muy efectiva para vectorizar el empuje.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona una tobera vectorizable en dos dimensiones para un motor de turbina de gas de aeronave, comprendiendo la tobera:

una pared superior de la tobera que se extiende longitudinalmente y que está dividida longitudinalmente, separada hacia arriba y hacia atrás de una pared inferior de la tobera que se extiende longitudinalmente,

una rampa de tobera dividida hacia los lados y barrida hacia atrás que se extiende entre las paredes laterales superior e inferior de la tobera,

las paredes superior e inferior de la tobera y la rampa de la tobera se extienden transversalmente entre las 40 paredes laterales primera y segunda de la tobera,

una pared exterior de la tobera separada de las paredes superior e inferior de la tobera se extiende transversalmente entre las paredes laterales primera y segunda de la tobera,

un trayecto de flujo de la tobera definido entre las paredes superior e inferior de la tobera y la pared exterior de la tobera y las paredes laterales primera y segunda de la tobera,

una garganta de área variable que se extiende sustancialmente hacia abajo a través del trayecto de flujo de la tobera, desde la pared exterior de la tobera a la pared superior de la tobera,

secciones superiores derecha e izquierda de rampa de la rampa de la tobera barrida hacia atrás conectadas a las secciones superiores derecha e izquierda de pared de tobera, respectivamente, de la pared superior de la tobera, y

las secciones superiores derecha e izquierda de pared de la tobera se encuentran conectadas pivotantemente hacia arriba y hacia abajo, a un extremo trasero de la tobera y son operativas para variar un área de garganta de la garganta, que se caracteriza por:

una estructura de rampa pivotante hacia los lados conectada pivotantemente a la pared inferior de la tobera y pivotante entre las paredes laterales,

la estructura de rampa pivotante incluye una pared superior pivotante que se extiende longitudinalmente separada hacia arriba y hacia atrás de una pared inferior pivotante que se extiende longi5 tudinalmente y una rampa pivotante barrida hacia atrás que se extiende entre las paredes superior e inferior pivotantes, y

la garganta de área variable se extiende, además, sustancialmente hacia abajo a través del trayecto de flujo de la tobera desde la pared exterior de la tobera a la pared superior pivotante.

En una realización ejemplar de la tobera vectorizable, la pared superior pivotante incluye una sección convergente hacia atrás en el sentido de la anchura que puede tener un área con forma en planta triangular isósceles, incluyendo bordes laterales que se extienden con ángulos iguales hacia atrás desde una línea de base entre la sección convergente y una sección no convergente de la pared superior pivotante. Los ángulos de convergencia entre los bordes laterales y la línea de base pueden ser dimensionados para permitir que los bordes laterales se apoyen sustancialmente a tope contra las paredes laterales respectivos cuando la estructura de rampa pivotante es pivotada hacia los lados.

Una aleta puede estar unida a la estructura de rampa pivotante a lo largo de al menos porciones primera y segunda que se extienden longitudinalmente de la pared inferior pivotante y la rampa pivotante, respectivamente, y se puede extender longitudinalmente sobre un punto de pivote en el que la estructura de rampa está conectada pivotantemente a la pared inferior fija.

Una realización más particular de la tobera vectorizable incluye una sección convergente hacia atrás en el sentido de la anchura de la pared superior pivotante y una línea de base entre la sección convergente y una sección no convergente de la pared superior pivotante. La garganta de área variable se extiende sustancialmente hacia abajo a través del trayecto de flujo de la tobera desde la pared exterior de la tobera a la estructura de rampa, y las secciones convergente y no convergente están contorneadas de manera que la garganta se extiende en el sentido de la anchura sustancialmente a lo largo de la línea de base durante la operación vectorizada y no vectorizada de la tobera.

Otra realización más particular de la tobera vectorizable incluye una superficie superior triangular de la pared superior fija que delimita el trayecto de flujo de la tobera y al menos una porción de la superficie superior triangular que se extiende hacia atrás de las paredes laterales fijas primera y segunda a un vértice de la superficie triangular.

La invención se describirá a continuación con mayor detalle, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los 30 que:

La figura 1 es una ilustración de la vista en perspectiva parcialmente seccionada, de una sección de escape de motor de turbina de gas de aeronave con un sistema de postcombustión y una tobera vectorizable de área de garganta variable con una rampa pivotante hacia los lados.

La figura 2 es una ilustración de la vista superior mirando hacia abajo en sección transversal de la tobera 35 vectorizable en la figura 1.

La figura 3 es una ilustración de la vista superior mirando hacia abajo en sección transversal de la tobera vectorizable en la figura 1 con localizaciones de garganta ilustras en la misma.

La figura 4 es una ilustración de la vista trasera mirando hacia adelante en sección transversal de la tobera vectorizable de la figura 1 con la rampa pivotante no pivotada.

La figura 5 es una ilustración de la vista trasera mirando hacia adelante en sección transversal delantera de la tobera vectorizable... [Seguir leyendo]

1. Una tobera vectorizable en dos dimensiones (12) para un motor de turbina de gas de una aeronave, comprendiendo la tobera:

una pared superior (14) de la tobera que se extiende longitudinalmente y está dividida longitudinalmente 5 separada hacia arriba y hacia atrás de una pared inferior (16) de la tobera que se extiende longitudinalmente una rampa (18) de tobera barrida hacia atrás dividida hacia los lados y que se extiende entre la paredes superior e inferior (14 y 16) de la tobera,

las paredes superior e inferior (14 y 16) de la tobera y la rampa (18) de la tobera se extiende transversal10 mente entre las paredes laterales primera y segunda (20 y 22) de la tobera,

una pared exterior (23) de la tobera separada de las paredes superior e inferior (14 y 16) de la tobera, se extiende transversalmente entre las paredes laterales primera y segunda (20 y 22) , de la tobera,

un trayecto de flujo (40) de la tobera definido entre las paredes superior e inferior (14 y 16) de la tobera y la pared exterior (23) de la tobera y las paredes laterales primera y segunda (20 y 22) de la tobera,

una garganta de área variable (28) que se extiende sustancialmente hacia abajo a través del trayecto de flujo (40) de la tobera desde la pared exterior (23) de la tobera a la pared superior (14) de la tobera,

secciones superiores derecha e izquierda (96 y 98) de rampa de la rampa barrida hacia atrás (18) de la tobera conectadas a las secciones superiores derecha e izquierda (100 y 102) de la pared de la tobera respectivamente, de la pared superior (14) de la tobera, y

las secciones superiores derecha e izquierda (100 y 102) de la pared de la tobera están conectadas pivotantemente hacia arriba y hacia abajo a un extremo trasero (104) de la tobera (12) y son operables para variar el área de garganta (A8) de la garganta (28) , que se caracteriza porque:

una estructura (24) de rampa pivotante hacia los lados conectada pivotantemente a la pared inferior (16) de la tobera y pivotante entre las paredes laterales (20 y 22) ,

la estructura (24) de rampa pivotante hacia los lados incluye una pared superior (34) pivotante que se extiende longitudinalmente separada hacia arriba y hacia atrás de la pared inferior pivotante (36) que se extiende longitudinalmente y una rampa pivotante (38) barrida hacia atrás que se extiende entre las paredes superior e inferior pivotantes (34 y 36) , y

la garganta de área variable (28) se extiende, además, sustancialmente hacia abajo a través del 30 trayecto de flujo (40) de la tobera desde la pared exterior (23) de la tobera a la pared superior pivotante (34) .

2. Una tobera vectorizable (12) como se reivindica en la reivindicación 1, que comprende, además, la pared superior pivotante (34) que incluye una sección convergente (44) hacia atrás en el sentido de la anchura.

3. Una tobera vectorizable (12) como se reivindica en la reivindicación 2, que comprende, además, la sección 35 convergente (44) que tiene un área con forma en planta triangular isósceles (46) , incluyendo bordes laterales (48) que se extienden con ángulos iguales hacia atrás desde una línea de base (50) entre la sección convergente (44) y una sección no convergente (54) de la pared superior pivotante (34) .

4. Una tobera vectorizable (12) como se reivindica en la reivindicación 3, que comprende, además, ángulos de conicidad (58) entre los bordes laterales (48) y la línea de base (50) , estando dimensionados los ángulos de co

nicidad (58) para permitir que los bordes laterales (48) se apoyen sustancialmente contra las paredes laterales respectivas (20 y 22) cuando la estructura de rampa pivotante (24) es pivotada hacia los lados.

5. Una tobera vectorizable (12) como se reivindica en la reivindicación 4, que comprende, además, una aleta (62) unida a la estructura de rampa pivotante (24) a lo largo de por lo menos las porciones primera y segunda (68 y 70) que se extienden longitudinalmente de la pared inferior pivotante (36) y de la rampa pivotante (38) , respecti

vamente, y extendiéndose longitudinalmente la aleta (62) sobre un punto de pivote (72) , en el que la estructura de rampa (24) está conectada de manera pivotante a la pared inferior (16) de la tobera.

6. Una tobera vectorizable (12) como se reivindica en la reivindicación 2, que comprende, además:

una superficie superior triangular (80) de la pared superior (14) de la tobera que limita el trayecto de flujo (40) de la tobera, extendiéndose al menos una porción de la superficie superior triangular (80) hacia atrás de las paredes laterales primera y segunda (20 y 22) de la tobera hasta un vértice (82) de la superficie triangular (80) ,

teniendo la sección convergente (44) un área con forma en planta triangular isósceles (46) incluyendo bordes laterales (48) que se extienden con ángulos iguales hacia atrás desde una línea de base (50) entre la 5 sección convergente (44) y una sección no convergente (54) de la pared superior pivotante (34) hasta el vértice (82) , y

estando conectadas pivotantemente las secciones de pared superior derecha e izquierda (100 y 102) de la tobera hacia arriba y hacia abajo a lo largo de los lados triangulares derecho e izquierdo (148 y 149) , respectivamente, de las secciones superiores derecha e izquierda (100 y 102) de la pared de la tobera a las paredes laterales triangulares derecha e izquierda (158 y 159) de un extremo trasero (104) de la tobera (12) y operable para variar un área de garganta (A8) de la garganta (28) .

7. Una tobera vectorizable (12) como se reivindica en la reivindicación 6, que comprende, además, ángulos de conicidad (58) entre los bordes laterales (48) y la línea de base (50) y estando dimensionados los ángulos de conicidad (58) para permitir que los bordes laterales (48) se apoyen sustancialmente contra unas respectivas de las paredes laterales (20 y 22) cuando la estructura de rampa pivotante (24) es pivotada hacia los lados.

8. Un motor de turbina de gas de una aeronave que incluye una sección de escape (8) y una cámara de postcombustión, comprendiendo la sección de escape:

una tobera vectorizable (12) separada axialmente aguas abajo de la cámara de postcombustión (6) , siendo conforme la tobera (12) con la reivindicación 1.