ES2230036T3 - Tobera de escape de turborreactor axisimetrico y de orientacion global. - Google Patents
Tobera de escape de turborreactor axisimetrico y de orientacion global.Info
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Abstract
Tobera de escape de turborreactor, con simetría axial y orientación global, del tipo que comprende, aguas abajo de un conducto (1) de escape de eje X cuyo extremo de aguas abajo soporta una pared esférica (5) de eje X, una corona exterior de álabes fríos (11) y una corona interior de álabes calientes, comprendiendo la corona interior de álabes calientes dos grupos de álabes, unos en prolongación de otros y articulados en su unión, siendo álabes convergentes (7) los álabes del grupo de aguas arriba y siendo álabes divergentes (10) los álabes del grupo de aguas abajo, cuyos extremos de aguas abajo están articulados en los extremos de aguas abajo correspondientes de los álabes fríos, comprendiendo dicha corona exterior de álabes, y cada uno de dichos grupos de álabes, una serie de álabes controlados y una serie de álabes seguidores, intercalados.
Description
Tobera de escape de turborreactor axisimétrico y
de orientación global.
La invención se refiere a una tobera de escape de
turborreactor, con simetría axial y orientación global, del tipo
que comprende, aguas abajo de un conducto de escape de eje X, una
corona exterior de álabes fríos y una corona interior de álabes
calientes, comprendiendo la corona interior de álabes calientes dos
grupos de álabes, unos en prolongación de otros y articulados en su
unión, siendo álabes convergentes los álabes del grupo de aguas
arriba álabes y siendo álabes divergentes los álabes del grupo de
aguas abajo, comprendiendo dicha corona exterior de álabes, y cada
uno de dichos grupos de álabes, una serie de álabes controlados y
una serie de álabes seguidores, intercalados.
Las toberas orientables ofrecen a los aviones de
combate una agilidad adicional y una mejor maniobrabilidad en
cabeceo y en guiñada.
En general, la tobera de escape orientable se
monta en el extremo del conducto de escape por medio de una rótula
en la que un elemento exterior puede pivotar en torno a una esfera
fijada en el conducto de escape con primeros medios de control, y
los álabes convergentes montados en el elemento exterior son
accionados al unísono por segundos medios de control anclados en el
elemento exterior de la rótula, a fin de regular la sección de
escape de los
gases.
gases.
El documento US 4 984 741 muestra una tobera de
este tipo, en la que los álabes convergentes tienen una sección
longitudinal arqueada y deslizan en guías del elemento exterior.
Cuando los álabes divergentes están articulados en los álabes
convergentes, tal como se muestra en la figura 11, hay previsto,
además, un anillo 61 de control accionado por cilindros 62 anclados
en el elemento exterior de la rótula y conectado con los álabes
divergentes mediante vástagos 61. Los álabes fríos son impulsados
por los álabes divergentes, mediante bieletas.
El documento
US-A-5 351 888 muestra, además, una
tobera de escape de turborreactor, vectorial, con álabes fríos
exteriores y con álabes calientes interiores, que comprende un
grupo de álabes convergentes y un grupo de álabes divergentes. El
conducto de escape está provisto de una pared esférica y, desde el
punto de vista cinemático, comprende tres grupos de cilindros
independientes.
Partiendo de este estado de la técnica, la
invención se ha fijado como objetivo proponer una tobera de escape
con simetría axial y orientación global, en la que un solo mando
realice la función de orientación de la tobera y la función de
regulación de la sección de la tobera dependiendo de las
condiciones de vuelo, permitiendo así simplificar la construcción y
disminuir el peso.
De acuerdo con la invención la tobera se
caracteriza porque:
- el extremo de aguas abajo del conducto de
escape comprende una pared esférica de eje X, en la que se apoyan
los extremos de aguas arriba de los álabes convergentes,
- un anillo de control rodea la pared esférica y
es desplazado paralelamente al eje X por medios de control y
bascula con respecto al eje X merced a dichos medios de
control,
- los álabes fríos están articulados en el anillo
de control,
- el extremo de aguas abajo de cada álabe
controlado convergente está conectado con el extremo de aguas abajo
de una palanca de control articulada en el anillo de control y cuyo
extremo de aguas arriba se apoya en la superficie exterior de la
pared esférica, y
- los extremos de aguas arriba de las palancas de
control están conectados con el anillo de control mediante un
dispositivo de sincronización que asegura un autocentrado del anillo
de control, y de las dos coronas de álabes, con respecto a la pared
esférica.
Ventajosamente, el dispositivo de sincronización
comprende, para cada par de palancas de control adyacentes, una
pieza articulada en el anillo de control de modo que pueda pivotar
en torno a un eje perpendicular al eje del anillo, y dos bieletas
articuladas respectivamente, por una parte, en dicha pieza y, por
otra, en el extremo de aguas arriba de una palanca de control de
dicho par de palancas.
De acuerdo con un primer modo de realización de
la invención, los extremos de aguas arriba de los álabes
convergentes deslizan en el interior de la pared esférica por medio
de dos rodillos.
El extremo de aguas abajo de cada palanca de
control está articulado en el extremo de aguas abajo del álabe
controlado convergente correspondiente. El extremo de aguas arriba
de cada palanca de control rueda en la superficie externa de la
pared esférica por medio de un rodillo o de un patín de bolas.
De acuerdo con un segundo modo de realización de
la invención, el extremo de aguas arriba de cada palanca de control
está articulado en el extremo de aguas arriba del álabe controlado
convergente correspondiente.
El extremo de aguas abajo de cada palanca de
control está articulado en el extremo de aguas abajo del álabe
controlado convergente correspondiente. El extremo de aguas arriba
del álabe convergente rueda en la superficie externa de la pared
esférica por medio de dos rodillos o de patines de bolas.
De acuerdo con una variante del segundo modo de
realización, cada palanca de control es reemplazada por dos
bieletas articuladas en el anillo de control.
De acuerdo con un tercer modo de realización de
la invención, el extremo de aguas arriba de cada palanca de control
está articulado en el extremo de aguas arriba del álabe controlado
convergente correspondiente. El extremo de aguas arriba del álabe
convergente rueda en la superficie exterior de la pared esférica por
medio de dos rodillos o de patines de bolas. El extremo de aguas
abajo de cada palanca de control está conectado con el álabe
controlado convergente correspondiente mediante una primera bieleta
articulada en una palanca, estando articulada esta última en dicho
álabe y estando, además, conectada, mediante una segunda bieleta,
con un segundo anillo situado aguas abajo del anillo de control y
solidarizada con este último mediante tirantes, estando destinado
este segundo anillo a recibir, al menos, parte de las fuerzas de
presión ejercidas por los gases de escape sobre la corona interior
de álabes.
Otras ventajas y características de la invención
se pondrán de manifiesto a partir de la lectura de la descripción
que sigue hecha a título de ejemplo y con referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
la figura 1 es un corte, por un plano vertical
que pase por el eje de la turbomáquina, de la parte trasera de un
turborreactor equipado con una tobera, con simetría axial y
orientación global, de acuerdo con un primer modo de realización de
la invención;
la figura 2 es una vista recortada parcialmente,
en perspectiva, de la tobera de la figura 1;
la figura 3 muestra el circuito de ventilación de
la tobera de la figura 1;
la figura 4 es una vista lateral del extremo de
aguas arriba de una palanca de control equipada con un patín de
bolas;
la figura 5 es una vista radial del patín de
bolas de la figura 4;
las figuras 6 y 7 son similares a las figuras 4 y
5, y muestran una variante de patín de bolas;
las figuras 8 a 11 muestran, respectivamente, la
tobera de la figura 1 en la posición no orientada y cerrada, la
posición no orientada y abierta, la posición orientada hacia la
parte inferior y cerrada, y la posición orientada hacia la parte
superior y abierta;
la figura 12 es similar a la figura 2 y muestra,
en perspectiva, la tobera de la figura 1 en una posición orientada
y abierta;
la figura 13 es una semivista, en sección por un
plano vertical que pase por el eje de la turbomáquina, de una
tobera con simetría axial y orientación global en conformidad con
un segundo modo de realización de la invención;
la figura 14 muestra, en desarrollo, la
configuración de los cilindros de control del anillo de
control;
la figura 15 muestra un cilindro con dos cámaras,
que permite separar las funciones de sección de tobera y de
orientación de tobera; y
la figura 16 es un corte, por un plano vertical
que pase por el eje de la turbomáquina, de una tobera, con simetría
axial y con orientación global, de acuerdo con un tercer modo de
realización de la invención.
En las figuras 1, 13 y 18 se ha representado la
parte trasera de una turbomáquina de aviación que comprende, aguas
abajo de la turbina, un conducto 1 de escape de gas, de revolución
en torno al eje X y dispuesto dentro de un cárter exterior 2. El
conducto 1 de escape y el cárter 2 delimitan, entre sí, un canal
anular 3 por el que circula aire de refrigeración del conducto 1 de
escape. El conducto 1 de escape puede ser la pared externa de una
cámara de poscombustión.
El conducto 1 de escape está dotado, en su
extremo de aguas abajo, de una parte de pared esférica 5, dispuesta
en el canal tubular 3. Esta parte de pared esférica, de centro O,
se denominará en la continuación de la presente memoria, de manera
indiferente, pared esférica o esfera.
Los extremos 6 de aguas arriba de los álabes
controlados convergentes 7 se apoyan en la superficie lisa de la
esfera 5. En los extremos de aguas abajo 8 de los álabes
controlados convergentes 7 se articulan los extremos 9 de aguas
arriba de los álabes controlados divergentes 10.
Entre los álabes controlados convergentes 7 y los
álabes controlados divergentes 10 hay intercalados, de manera en sí
conocida, álabes seguidores divergentes y álabes seguidores
convergentes.
De ese modo, los álabes convergentes 7 y los
álabes divergentes 10 forman dos grupos de álabes, unos en
prolongación de otros y articulados en su unión, que constituyen una
corona interior de álabes calientes de una tobera convergente
divergente.
Esta tobera convergente divergente está rodeada
por una corona de álabes fríos 11 constituida, alternadamente, por
álabes controlados fríos y álabes seguidores. Los álabes
controlados fríos 11 están articulados, aguas abajo, en los álabes
controlados divergentes 10 y, aguas arriba, en un anillo 12 de
control que rodea la esfera 5.
La unión de los álabes divergentes 10 con los
álabes fríos 11 constituye la sección A9 de salida de la tobera,
mientras que la unión de los álabes convergentes 7 con los álabes
divergentes 10 constituye la sección A8, o cuello, de la tobera.
La parte externa de los álabes fríos 11
constituye la continuidad del perfil del avión aguas abajo del
carenado que protege el cárter 2.
El número de álabes controlados convergentes 7 es
igual al número de álabes controlados divergentes 10 y al número de
álabes controlados fríos 11.
Los álabes controlados convergentes 7 están
soportados, cada uno, por el anillo 12 de control, por medio de una
palanca 13 de control articulada en el punto 14 del anillo 12 de
control, y cuyo extremo 15 de aguas arriba se apoya, a
deslizamiento, en la superficie exterior 16 de la esfera 5.
De acuerdo con los modos de realización mostrados
en las figuras 1 y 13, el extremo 17 de aguas abajo de cada palanca
13 de control está articulado en una horquilla 18 solidaria del
extremo 8 de aguas abajo del álabe controlado convergente 7.
Los extremos 15 de aguas arriba de las palancas
13 de control están conectados, además, con el anillo 12 de control
mediante un dispositivo de sincronización que asegura un
autocentrado del anillo 12 de control, y de las coronas de álabes,
en relación con la esfera 5.
Tal como puede verse en las figuras 2 y 12, el
dispositivo de sincronización comprende, para cada par de palancas
13 de control adyacentes, una pieza 20 articulada en el anillo 12
de control de modo que pueda pivotar en torno a un eje tangencial
perpendicular al eje Y del anillo 12, y dos bieletas 21a, 21b
articuladas respectivamente, por una parte, en la pieza 20 y, por
otra, en el extremo 15 de aguas arriba de una de las palancas 13 de
control.
El anillo 12 de control es accionado por un
conjunto de tres cilindros 30 anclados en la estructura fija de la
parte trasera y repartidos regularmente en el canal anular 3 en
torno al eje X del conducto 1 de escape. Un desplazamiento idéntico
de los tres cilindros provoca una traslación del anillo 12 de
control, asegurando así el pilotaje de las secciones A8 y A9 de la
tobera convergente divergente. Pero un desplazamiento diferente de
los cilindros 30 proporciona una oscilación del anillo 12 de control
en torno al centro O de la esfera 5. El eje Y del anillo 12 de
control corta al eje X en el centro O de la esfera 5 y puede formar
un ángulo á con el eje X que puede alcanzar un valor de,
aproximadamente, 20º.
Debido a la presencia del dispositivo de
sincronización descrito en lo que antecede, las secciones A8 y A9
son perfectamente circulares cualquiera que sea la orientación
requerida, de lo que resulta un comportamiento de los álabes 7, 10 y
11 idéntico al de una tobera no vectorial asimétrica. La ausencia
de desplazamiento relativo entre los álabes controlados, en caso de
vectorización solamente, permite una perfecta impulsión de los
álabes seguidores y garantiza una buena estanqueidad de la
tobera.
De acuerdo con un primer modo de realización
mostrado en las figuras 1 a 12, los extremos 6 de aguas arriba de
los álabes convergentes 7 están dotados de dos rodillos 40 que
ruedan en la superficie interior de la esfera 5, mientras que los
extremos 15 de aguas arriba de las palancas 13 de control cuentan
con rodillos 41 que ruedan en la superficie exterior 16 de la
esfera 5. Hay una segunda esfera 42, que forma un escudo de
protección térmica, dispuesta dentro de la esfera 5.
Tal como se muestra en la figura 3, la esfera 5
comprende orificios 43 de purgado de aire a fin de ventilar el
espacio que separa las dos esferas 5 y 42. Parte de este aire
purgado permite ventilar el interior de los álabes convergentes 7 y
divergentes 10. La estanqueidad se logra mediante una junta 45 de
cepillo entre la esfera 5 y los álabes convergentes 7.
Las fuerzas de presión ejercidas por los gases de
escape sobre la superficie interna de los álabes convergentes 7 y
divergentes 10, tienden a hacer bascular los álabes convergentes 7
hacia el exterior, en torno al eje de los rodillos 40. La
resultante de estas presiones ejerce, sobre los extremos 17 de aguas
abajo de las palancas 13 de control, una fuerza dirigida hacia el
exterior. Para compensar esta fuerza, la esfera 5 ejerce, sobre los
rodillos 41, una fuerza dirigida hacia el exterior, en el extremo
15 de aguas arriba de las palancas 13.
A fin de repartir mejor la presión de contacto
sobre los rodillos 41 y asegurar un mejor deslizamiento de los
extremos 15 de aguas arriba de las palancas 13 de control en la
pared esférica 5, los rodillos 41 pueden ser reemplazados por
patines 44 de bolas, tal como se muestra en las figuras 4 a 7.
Debe notarse que las fuerzas de presión aplicadas
sobre los álabes convergentes 7 pasan, a través de las palancas 13
de control, al anillo 12 de control y a los rodillos 41 o los
patines 44 de bolas. Al ser radial la resultante de las fuerzas
sobre el anillo 12 de control, en los puntos 14, y al recibir la
esfera 5 las fuerzas sobre los rodillos 41 o los patines 44 de
bolas, el anillo 12 de control solamente recibe fuerzas axiales
localizadas en la articulación de los álabes fríos 11. El empuje
exigido a los cilindros 30 de accionamiento es, por tanto, muy
reducido.
Las figuras 8 a 11 muestran diferentes posiciones
de la tobera de acuerdo con el primer modo de realización descrito
en lo que antecede.
Partiendo de la posición no orientada y cerrada
de la tobera mostrada en la figura 8, en la que los tres cilindros
30 se extienden de la misma manera, una retracción idéntica de los
tres cilindros 30 permite pasar a la posición no orientada y abierta
mostrada en la figura 9. Inversamente, una extensión idéntica de
los cilindros 30 permite pasar de la posición no orientada y
abierta de la figura 9 a la posición no orientada y cerrada de la
figura 8. Durante estos movimientos de extensión y de retracción
idénticos de los cilindros 3, los álabes seguidores deslizan de
manera conocida con respecto a los álabes controlados.
En cambio, un desplazamiento diferente de los
cilindros 30 asegura una oscilación del plano del anillo 12 de
control en torno al centro O de la esfera, asegurando así un
pivotamiento del conjunto de los álabes de la tobera. De ese modo,
se puede pasar de la posición no orientada, abierta o cerrada, a
una posición orientada, abierta o cerrada, mostradas en las figuras
10 y 11, sin modificar la posición de los álabes seguidores con
respecto a los álabes controlados.
Una vez orientada la tobera, se puede modificar
la sección del cuello A8 accionando, de manera idéntica, los tres
cilindros 30.
La figura 13 muestra un segundo modo de
realización de la tobera de acuerdo con la invención.
Este segundo modo de realización difiere del
primer modo de realización descrito en lo que antecede,
esencialmente, por el hecho que los extremos 6 de aguas arriba de
los álabes controlados convergentes 7 ruedan en la superficie
exterior 16 de la esfera 5 por medio de dos rodillos 40. El extremo
15 de aguas arriba de una palanca 13 de control está articulado en
el extremo 6 de aguas arriba del álabe controlado convergente
correspondiente.
Las bieletas 21a y 21b del dispositivo de
sincronización están articuladas, también, en los extremos 6 de
aguas arriba de los álabes controlados convergentes 7. En este
caso, las juntas 45 de cepillo están situadas bajo los álabes
convergentes 7.
El aire de ventilación circula bajo la esfera 5
con objeto de purgar la cavidad situada entre la esfera 5 y la
esfera interior 42, y para ventilar el interior de los álabes
convergentes 7 y divergentes 10, después de pasar por orificios 50
dispuestos en la esfera 5.
Asimismo, los rodillos 40 pueden ser reemplazadas
por patines 44 de bolas, tales como los mostrados en las figuras 4
a 7.
El funcionamiento de la tobera según el segundo
modo de realización de la invención es idéntico al funcionamiento de
la tobera según el primer modo de realización. Debe notarse que las
palancas 13 de control pueden ser reemplazadas por dos bielas
articuladas en el anillo 12 de control y, respectivamente, en los
extremos de aguas arriba y aguas abajo de los álabes controlados
convergentes 7.
La figura 16 muestra un tercer modo de
realización de la invención, que difiere del segundo modo de
realización por el hecho de que hay previstos medios para disminuir
la fuerza aplicada por los rodillos 40 sobre la cara externa 16 de
la esfera 5, recibiendo estos medios, al menos, parte de las
fuerzas ejercidas por los gases de escape sobre los álabes
convergentes 7.
Con este fin, hay previsto un segundo anillo 60
aguas abajo del anillo 12 de control. Este segundo anillo 60 está
solidarizado con el anillo de control mediante tirantes 61. Hay una
palanca 62 en forma de L articulada por uno de sus extremos en la
parte de aguas abajo de cada uno de los álabes controlados
convergentes 7. Esta palanca 62 está conectada, por su zona
central, con el segundo anillo 60 por medio de una primera bieleta
63 y está conectada, por su segundo extremo, con el extremo 17 de
aguas abajo de la palanca 13 de control correspondiente por medio
de una segunda bieleta 64.
Las fuerzas de presión aplicadas sobre los álabes
convergentes 7 pasan, a través de la palanca 62, a las bieletas 63
y 64.
La figura 14 muestra una configuración particular
de cilindros de control del anillo 12. Cada cilindro es reemplazado
por un par de cilindros triangulados. En cada par puede verse un
cilindro maestro 30a y un cilindro esclavo 30b. Se hace notar que
los cilindros maestros 30a se alternan en los pares a fin de
impedir que la tobera gire sobre sí misma en torno al eje Y.
La figura 15 muestra un cilindro 30 que tiene dos
cámaras separadas, lo que permite separar la función de pilotaje de
las secciones A8 y A9 y la función de orientación de la tobera.
Claims (5)
1. Tobera de escape de turborreactor, con
simetría axial y orientación global, del tipo que comprende, aguas
abajo de un conducto (1) de escape de eje X cuyo extremo de aguas
abajo soporta una pared esférica (5) de eje X, una corona exterior
de álabes fríos (11) y una corona interior de álabes calientes,
comprendiendo la corona interior de álabes calientes dos grupos de
álabes, unos en prolongación de otros y articulados en su unión,
siendo álabes convergentes (7) los álabes del grupo de aguas arriba
y siendo álabes divergentes (10) los álabes del grupo de aguas
abajo, cuyos extremos de aguas abajo están articulados en los
extremos de aguas abajo correspondientes de los álabes fríos,
comprendiendo dicha corona exterior de álabes, y cada uno de dichos
grupos de álabes, una serie de álabes controlados y una serie de
álabes seguidores, intercalados,
caracterizada porque
- los extremos (6) de aguas arriba de los álabes
convergentes (7) se apoyan en la pared esférica (5) del conducto
(1) de escape,
- un anillo (12) de control rodea la pared
esférica (5) y es desplazado por medios (30) de control
paralelamente al eje X y bascula con respecto al eje X merced a
dichos medios (30) de control,
- los álabes fríos (11) están articulados en el
anillo (12) de control,
- el extremo (8) de aguas abajo de cada álabe
controlado convergente (7) está conectado con el extremo (17) de
aguas abajo de una palanca (13) de control articulada en el anillo
(12) de control y cuyo extremo (15) de aguas arriba se apoya en la
superficie externa (16) de la pared esférica (5), y
- los extremos (15) de aguas arriba de las
palancas (13) de control están conectados con el anillo (12) de
control mediante un dispositivo de sincronización que asegura un
autocentrado del anillo (12) de control y de las dos coronas de
álabes con respecto a la pared esférica (5).
2. Tobera de escape según la reivindicación 1,
caracterizada porque el dispositivo de sincronización
comprende, para cada par de palancas (13) de control adyacentes,
una pieza (20) articulada en el anillo (12) de control de modo que
pueda pivotar en torno a un eje perpendicular al eje (Y) del anillo
(12), y dos bieletas (21a, 21b) articuladas respectivamente, por
una parte, en dicha pieza (20) y, por otra, en el extremo (15) de
aguas arriba de una palanca (13) de control de dicho par de
palancas.
3. Tobera de escape según cualquiera de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque el extremo (15)
de aguas arriba de cada palanca (13) de control está articulado en
el extremo (6) de aguas arriba del álabe controlado convergente (7)
correspondiente.
4. Tobera de escape según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el extremo (17)
de aguas abajo de cada palanca (13) de control está articulado en
el extremo (8) de aguas abajo del álabe controlado convergente (7)
correspondiente.
5. Tobera de escape según la reivindicación 3,
caracterizada porque el extremo (17) de aguas abajo de cada
palanca (13) de control está conectado con el álabe controlado
convergente (7) correspondiente mediante una primera bieleta (64)
articulada en una palanca (62), estando esta última articulada en
dicho álabe (7) y, además, conectada, mediante una segunda bieleta
(63), con un segundo anillo (60) situado aguas abajo del anillo
(12) de control y solidarizada con este último mediante tirantes
(61), estando destinado éste segundo anillo (60) a recibir, al
menos, parte de las fuerzas de presión ejercidas por los gases de
escape sobre la corona interior de álabes.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9902934A FR2790791B1 (fr) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | Tuyere d'ejection de turboreacteur axisymetrique et a orientation globale |
| FR9902934 | 1999-03-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2230036T3 true ES2230036T3 (es) | 2005-05-01 |
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ID=9543004
Family Applications (1)
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