一種實現(xiàn)喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量的噴管結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量的噴管結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要包括噴管前部固定段，噴管后部固定段和活動件。利用動力驅(qū)動裝置調(diào)節(jié)活動件，可實現(xiàn)噴管的喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量。當(dāng)活動件實現(xiàn)同步對稱變化時，實現(xiàn)噴管喉道面積的調(diào)節(jié)；當(dāng)活動件實現(xiàn)非對稱變化時，則可提供矢量推力。該結(jié)構(gòu)簡單合理，對噴管改動較小，效益明顯。
【專利說明】
一種實現(xiàn)喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量的噴管結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，尤其是一種應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)的新型結(jié)構(gòu)，具體地說是一種實現(xiàn)喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量的噴管結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]推力矢量噴管是實現(xiàn)推力矢量控制的核心部件，推力矢量噴管的優(yōu)劣已成為衡量航空發(fā)動機(jī)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。近年來，固定幾何氣動矢量噴管因其具有不變的幾何結(jié)構(gòu)和巧妙的流體控制方式已經(jīng)成為航空發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點。目前，在固定幾何氣動矢量噴管的研究中，噴管喉道面積的調(diào)節(jié)主要通過在噴管喉道截面附近注入對稱的二次流，通過二次流與主流的沖擊作用，完成噴管有效喉道面積的控制。一般來說，使用1%的二次流相對流量可實現(xiàn)3 %的當(dāng)量喉道面積變化。然而，對于要求喉道面積變化達(dá)到50 %甚至100%的帶加力燃燒室的航空發(fā)動機(jī)來說，超過15%的二次流相對流量是難以接受的。此外，在同時需要實現(xiàn)喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量的情況下，所需要的二次流相對流量則會更多，而且，喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量之間可能存在的耦合現(xiàn)象對發(fā)動機(jī)的控制技術(shù)提出了更高的要求。因此，開發(fā)一種對于噴管幾何結(jié)構(gòu)改變不大，而且既能實現(xiàn)噴管喉道面積調(diào)節(jié)，又能實現(xiàn)推力矢量的噴管具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提出一種實現(xiàn)喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量的噴管結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)僅需通過簡單改變噴管喉道附近的幾何結(jié)構(gòu)，即可實現(xiàn)噴管的喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量。
[0004]為實現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案:
[0005]一種實現(xiàn)喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量的噴管結(jié)構(gòu)，所述噴管為收斂-擴(kuò)張噴管或者雙喉道噴管，且均為二元或軸對稱式，所述噴管包括前部固定段和后部固定段以及二者之間的活動件。即將常規(guī)的噴管喉道附近的原固定幾何結(jié)構(gòu)更換為活動件，并根據(jù)面積調(diào)節(jié)和推力矢量的需要確定活動件的大小和調(diào)節(jié)范圍。
[0006]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述前部固定段和后部固定段之間的活動件通過動力驅(qū)動裝置進(jìn)行變化。
[0007]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述前部固定段以及后部固定段均與活動件分別固定連接。
[0008]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，當(dāng)僅需要進(jìn)行喉道面積調(diào)節(jié)時，活動件為同步對稱變化；當(dāng)需要提供矢量推力時，活動件為非對稱變化。上述對稱和非對稱變化，若針對二元噴管，則相對于二元噴管的中心面而言，若針對軸對稱式噴管，則相對于軸對稱式噴管的中心軸線而言。
[0009]有益效果:
[0010]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單合理，對固定幾何噴管改動較小，可以獲得明顯的效果，實用性強(qiáng)，易于大規(guī)模推廣使用。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明應(yīng)用于雙喉道噴管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中:1、噴管進(jìn)口；2、噴管前部固定段;3A、噴管幾何喉道截面A;3B、噴管幾何喉道截面B;3C、雙喉道噴管一喉道A;3D、雙喉道噴管一喉道B;4A、噴管可調(diào)部件1;4B、噴管可調(diào)部件2;4C、噴管可調(diào)部件3;4D、噴管可調(diào)部件4;5、噴管后部固定段;6A、噴管出口；6B、雙喉道噴管二喉道;7、噴管外罩;8、連接點
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0015]本發(fā)明是一種實現(xiàn)喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量的噴管結(jié)構(gòu)，包括前部固定段2、后部固定段5、活動件和噴管外罩7。活動件與前部固定段2、后部固定段5之間通過連接點8實現(xiàn)連接，連接方式可采用搭接或鉸接。
[0016]如圖1所示，以常規(guī)的二元收斂-擴(kuò)張噴管(軸對稱噴管實施方式類似，不再贅述)為例，本發(fā)明通過活動件的對稱和非對稱變化，可實現(xiàn)噴管的喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量。上述對稱和非對稱變化，若針對二元噴管，則相對于二元噴管的中心面而言，若針對軸對稱式噴管，則相對于軸對稱式噴管的中心軸線而言。如圖1所示，活動件在喉道附近包括與前部固定段2以及后部固定段5分別連接的活動件4A以及活動件4C，活動件4A以及活動件4C分別位于噴管喉道位置的上下兩側(cè)。圖中活動件4A可以在動力驅(qū)動裝置下變化為活動件4B，在另一側(cè)噴管壁不變化的情況下，活動件4B相對活動件4A能夠使得喉道面積更大，同理，活動件4C可以在動力驅(qū)動裝置下變化為活動件4D，在另一側(cè)噴管壁不變化的情況下，活動件4D相對活動件4C能夠使得喉道面積更大。
[0017]活動件4A與活動件4C在動力驅(qū)動裝置的動力輸出作用下做同步對稱變化分別變化為活動件4B與4D時，則噴管喉道面積增大，反之則減小，這樣就實現(xiàn)了噴管喉道面積的調(diào)
-K-
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[0018]當(dāng)活動件4A不變，活動件4C在動力驅(qū)動裝置的動力輸出作用下變?yōu)榛顒蛹?D時，噴管幾何喉道截面3A發(fā)生偏移，變化到噴管幾何喉道截面3B，使得噴管進(jìn)口流進(jìn)的氣流經(jīng)過該處時發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而為噴管提供了一定的矢量推力。當(dāng)活動件4C不變，活動件4A在動力驅(qū)動裝置的動力輸出作用下變?yōu)榛顒蛹?B時也可達(dá)到同樣的效果。這種實現(xiàn)推力矢量的方式與在噴管喉部注入二次流改變喉道聲速面實現(xiàn)推力矢量的原理類似，區(qū)別在于采用了機(jī)械式的方法實現(xiàn)噴管幾何喉道截面的偏移，使得噴管喉道聲速面偏轉(zhuǎn)，從而達(dá)到推力矢量的目的。
[0019]圖2是本發(fā)明應(yīng)用于雙喉道噴管的結(jié)構(gòu)示意圖，其實施方式與圖1所示實例一樣，區(qū)別僅在于:若要實現(xiàn)噴管喉道面積的調(diào)節(jié)，則要求雙喉道噴管二喉道6B的面積不小于喉道面積調(diào)節(jié)所要求達(dá)到的最大喉道面積，以保證雙喉道噴管一喉道3C始終為噴管的幾何喉道。此外，由于雙喉道噴管中凹腔對噴管主流偏轉(zhuǎn)的“放大”作用，使得其通過改變喉道來實現(xiàn)推力矢量的效果比常規(guī)的收斂-擴(kuò)張噴管更佳。
[0020]本發(fā)明未經(jīng)描述的技術(shù)特征可以通過現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，在此不再贅述。當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種實現(xiàn)喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量的噴管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述噴管為收斂-擴(kuò)張噴管或者雙喉道噴管，且均為二元或軸對稱式，所述噴管包括前部固定段和后部固定段以及二者之間的活動件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量的噴管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述前部固定段和后部固定段之間的活動件通過動力驅(qū)動裝置進(jìn)行變化。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實現(xiàn)喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量的噴管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述前部固定段以及后部固定段均與活動件分別固定連接。4.一種權(quán)利要求1所述的喉道面積調(diào)節(jié)和推力矢量的噴管結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)方法，其特征在于:當(dāng)僅需要進(jìn)行喉道面積調(diào)節(jié)時，活動件為同步對稱變化；當(dāng)需要提供矢量推力時，活動件為非對稱變化;上述對稱和非對稱變化，若針對二元噴管，則相對于二元噴管的中心面而言，若針對軸對稱式噴管，則相對于軸對稱式噴管的中心軸線而言。
【文檔編號】F02K1/09GK106050469SQ201610515489
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】徐驚雷, 汪陽生, 黃帥, 顧瑞, 俞凱凱, 呂鄭
【申請人】南京航空航天大學(xué)