CN1012384B - 推力导向的排气喷管装置 - Google Patents

Abstract

一个二元推力导向喷管10包括由一个连杆部件(38)定位的后边扩张挡板(26，28)，该部件(38)包括一个可绕横向轴44转动的条形导轨(42)以将剪形连杆交点(52)定位，实现有选择地改变喷管(10)的扩张角和竖直面内的推力导向。

Description

本发明涉及一个堆力导向的排气喷管，它带有可动的部件以使排气流导向。

众所周知的是推力导向排气喷管应用于飞机的推进系统或类似地方。这种喷管典型地用于改变航空燃气涡轮发动机的一部分排气流向以增强飞机的机动性或起飞推力。一种特殊类型的推力导向喷管是由两个侧边分置的固定侧壁和两个竖直方向分置的可动壁面组成的一个大致矩形的排气流道，所在称为“二元”推力导向喷管，只要操作可动壁面就能根据需要引导排气流，以在竖直平面内产生可变方向的推力。

如同任何的飞机相关元件或结构，该喷管的重量及其复杂性设计者是尤为关心的。已经证明，依赖于许多单独调节机构和相对可动结构的现有喷管在实现推力导向方面是有效的，但通过这种效果的取得是以增加重量和复杂化为代价的。

由于高达4000F（2200C）的温度和流体对壁面施加的压力，使这种设计更加复杂化，即要求高强度，简单的喷管装置和调节机构，以能用最少的调节机构和总重量得到所需的定位面积。

因此，本发明目的是提供一个设计简单、重量较轻的燃气涡轮发动机或类似装置的二元流推力换向的排气喷管。

这种收敛一扩张式排气喷管，其推力换向是通过在喷管扩张部分把壁面定位以有选择地导向排气来实现的。

其驱动连杆机构，以把喷管扩张壁面定位从而独立地实现一个变化的扩张排气流道和一个可选择变化度的定向推力。

而连杆机构能对扩张喷管挡板作定位调节，其中，由扩张挡板的 前缘间的位移所确定的喷管喉道随发动机的输出功率而变化。

按照本发明，一个用于燃气涡轮发动机的二元推力导向喷管包括：

第一、第二侧向分置的平行侧壁，用以限定喷管中气流的侧面边界;

上、下扩张挡板，各有一个前缘和一个后缘，并且横跨喷管侧壁之间伸展，每个挡板还在其前缘被可转动地支承着和由第一、第二连杆部件有选择地在其后缘处定位，每个连杆部件包括，

第一、第二剪形连杆，每个剪形连杆可转动地安装在相应的上或下扩张挡板上，

一个第一和一个第二条形导轨，每条导轨分别安装在第一和第二侧壁上，和

第一和第二滑块、各分别与第一、第二驱动导轨相应配合，并且可有选择地沿导轨定位，每个滑块安装到第一、第二剪形连杆以便有选择地将剪形连杆定位，

其特征在于：

每个剪形连杆含有延伸的、等长度的上和下拉杆，每个拉杆的一端可转动地安装在相应的上或下后部挡板的后缘跨接端附近，每个上、下接杆的另一端可转动地安装在剪形件的支点上，每个滑块安装到第一和第二剪形连杆的相应剪形件的支点上，每根导轨在基本平行于相应第一或第二侧壁的平面内是可转动的。

在工作过程中，由扩张挡板所限定的扩张角是由滑块沿着条形导轨的位移控制的，而推力换向的程度取决于导轨对共同旋转轴的角位移量。本发明连杆机构提供有比现有调节机构优越的性能，而现有调节器为得到推力导向和变化的扩张角要依赖于许多单独的调节机构和 复杂的连杆机构。在参看下面的说明书及所属的权利要求书和附图的基础上，本领域熟练技术人员就将明显地看出本发明的这些和其他的目的及优点。

图1表明一个根据本发明无导向、加大推力的结构设置中连杆机构和喷管的示意图

图2表明一个本发明的无导向、非加大推力的结构中喷管挡板和剪形连杆的示意图

图3表明一个本发明在传递非加力和30°导向角推力的设置中喷管挡板和剪形连杆的示意图

图4表明本发明在传递加力的、15°导向角推力的设置中喷管挡板和剪形连杆的示意图

图5表明本发明的可转动条形导轨的详细图

图6表示本发明一个完整部件的喷管外视立体图

图1表示一个本发明排气喷管10的横截面局部视图，从燃气轮机（未示出）来的排气朝后轴向流入由分置的侧壁14所限定的侧面边界流动通道内，在图1中示出一个侧壁14，而上、下挡板部件16，18形成上、下的流动边界。该流动通道的横截面是矩形的，并且一般对于通过喷管中心轴20的水平面和竖直平面是对称的。

该上、下喷管部件16、18总是由前边收敛的挡板22，24和后边扩张的挡板26，28构成。这收敛的挡板22位于侧壁14之间伸展并且可绕相应偏置的横穿喷管10的旋转轴30，32转动。每个部件16，18中的扩张挡板26，28分别可转动地安装在上、下收敛挡板22，24的后缘上，从而得到一个可定位的活动连接件，以实现一个下面讨论的可变的喷管喉道面积50和推力的导向作用。

通过一个连杆部件38将扩张挡板26，28在喷管10中定位，该连杆38包括一个相应连接到一个条形导轨42上的剪形连杆40，该条形导轨42又安装到侧壁14之一上，并且可绕一个横向支点44转动。剪形连杆40可转动地安装在扩张挡板26，28的后缘46，48上。一个第二连杆部件相似于图1中的连杆38，而安装在对面的侧壁上（此图中未示出）以共同地把对置的跨接端定位。

在本发明喷管10的工作过程中，前边的收敛挡板22，24能围绕各自的旋转轴30，32转动，以借助收敛挡板22，24的后缘间的位移构成变化的喷管喉道面积50。该收敛的挡板22，24是对称转动的，为容纳排气12通过，其调节范围可从全功率发动机加力工况时的全开位置到正常功率、发动机非加力运行的部分关闭结构如图2，3所示，直到完全关闭位置（未示出），此时，实际上所有向后的排气流已经停止，以使发动机推力换向或其它特殊的运行状态，这都是公知的技术。

由于在收敛挡板22，24和扩张挡板26，28之间的铰链连接34，36，使收敛挡板22，24的后缘既支承又安置着相应的扩张挡板的前缘部分，而连杆38必须具有根据需要将扩张挡板26，28定位而与对称的收敛挡板22，24的操作无关的性能。根据本发明，借助限定通过挡板26，28之间排气流的扩张角，和限定使轴向排气流12导向的推力导向装置的程度，该扩张挡板26，28实现一种二元气动流功能。

根据当时的质量流量、密度和发动机输出功率最佳地确定排气流12的扩张率，从而得到整个推进系统的最佳推力、效率、喘振边界等等。图1的结构表明一个完全打开的喷管喉道50和将扩张挡板 26，28打开至其间得到一个微增的喷管面积。这一结构位置是在发动机全功率运行期间及上游的后燃室（未示出）或类似的装置完全加大推力的过程中一种典型的喷管工位。

从图1可以看出，该连杆部件38的条形导轨42是和喷管轴线20平行地定位的，而剪形件40则通过将剪形件支点52沿导轨42轴向地后移进行设置，以实现扩张挡板的后缘46，48等量位移的定位。

图2、3和图4表示本发明另外三种喷管工况的结构，为简单起见，图2、3和图4仅示出上、下挡板部件16，18和剪形连杆40。

图2表明发动机在不加力、不导向运行时，挡板部件16，18的结构设置。通过转动挡板22，24可确定一个减少的喷管喉道50，同时，剪形件支点52轴向地往前移动以使扩张的挡板26，28定位并提供一个常量的或微缩的喷管喉道50的下游流道。通过将剪形件支点52保持在喷管轴线20的水平面内，可使扩张挡板26，28基本上处于与轴20垂直对称。

图3示出另一种发动机不加力时的上、下部件16、18的结构设置，但是扩张的挡板26，28被置于和喷管中心线20偏离30°角的定向推力位置。该收敛挡板22，24仍处于如图2中的结构位置，只是借助剪形连杆40将扩张挡板26，28进行不对称定位。从条形导轨42的虚线轮廓中可以看到，该导轨42绕共同旋转轴44进行转动，于是，剪形件支点52由喷管轴20所限定的水平面位移一个距离54。这种位移使挡板26，28的后缘46，48相对水平面作不对称的定位，从而使排气12与喷管轴线20成一定角度之方向排出。

图4示出发动机在加力工况运行期间，为了实现15°角的定向推力时挡板部件16，18的结构设置。不用深入的讨论就可明显地看出：该收敛挡板22，24完全打开以限定一个最大的喷管喉道50，而扩张挡板26，28借助剪形件支点52从轴线20限定的水平面位移一定距离54′被定位于和喷管轴20的不对称设置，因此，排气12是和轴20成一定角度方向排出，以提供期望程度的定向推力。

图5示出本发明连接部件38的立体详视图，该条形导轨42在基本平行于侧壁14的平面内可绕旋转轴44转动。借助现有技术中各种公知的角度调节机构就可以实现导轨42的旋转运动56，其中一种角度调节机构在图5中示出，它包括一个组合环形齿轮58和从动蜗杆齿轮60，该齿轮60由一旋转电机（未示出）驱动，以传动环形齿轮58和条形导轨42如期望的那样转动59。该剪形连杆40的拉杆62，64可转动地安装在移动滑块66的剪形件支点52上，而滑块66置于条形导轨42内并沿其位移。在图5的实施例中，滑块66的传动是借助一个链轮和环链装置引起的，该链轮和环链装置包括一对惰轮68，70，一个绕过链轮68，70并连到滑块66上的环链72和一个驱动链轮74，它绕着与导轨支点横轴44的同心轴移动。该驱动链轮74由环形齿轮76和蜗杆齿轮78的组合所带动以根据需要使滑块66沿条形导轨42定位。然而，多种调节机构可用于滑块66和导轨42的定位，如图5所示，该环形齿轮和蜗杆齿轮58，60，76，78的组合就提供一个简单的，很有效的使各种元件定位的机械装置。

喷管设计领域的熟练技术人员很容易理解：这种可变面积喷管需要根据当时的或瞬时的发动机输出功率进行精确的面积定位调整，这 种调整可以利用反馈位置传感器辅助各个调节机构把多个挡板22，24，26，28和连杆38准确定位在最佳的期望位置。

为了更好地理解各种元件的设置，在图6中示出一个本发明喷管10的外视图。上部挡板部件16的收敛和扩张挡板22，26如同侧壁14，14′一样可以看清。并且还示出剪形连杆的拉杆62，64，62′，64′，它们从侧壁14，14′之间伸出并连到上、下收敛挡板26，28的后缘46，48的跨接两端。

在图6中还表明一个出口斜板80，其安装在扩张挡板26的后缘46上，为喷管10的排气提供一个附加的膨胀面。根据本发明，考虑到特殊的环境，需要和期望的工作条件，这样的出口斜板可与喷管10相连。

由此，可以看到，本发明喷管和连杆可提供一个简单、准确的定位喷管面积以改变或者说改善燃气轮机排气流向的装置，剪形连杆和可动的条形导轨的配合可实现一个各个连杆元件上的平衡作用力，因而减少了工作应力和延长其工作寿命。另外，应当注意的是，此处公开的本发明实施例仅是本领域熟练人员依此想到的多种等效实施例之一，因此不能作为本发明保护范围的限制，除了下面的权利要求讲述的以外。

Claims (2)

1、一个用于燃气涡轮发动机的二元推力导向喷管包括：

第一、第二侧向分置的平行侧壁，用以限定喷管中气流的侧面边界；

上、下扩张挡板，各有一个前缘和一个后缘，并且横跨喷管侧壁之间伸展，每个挡板还在其前缘被可转动地支承着和由第一、第二连杆部件有选择地在其后缘处定位，每个连杆部件包括，

第一、第二剪形连杆，每个剪形连杆可转动地安装在相应的上或下扩张挡板上，

一个第一和一个第二条形导轨，每条导轨分别安装在第一和第二侧壁上，和

第一和第二滑块、各分别与第一、第二驱动导轨相应配合，并且可有选择地沿导轨定位，每个滑块安装到第一、第二剪形连杆以便有选择地将剪形连杆定位，

其特征在于：

每个剪形连杆含有延伸的、等长度的上和下拉杆，每个拉杆的一端可转动地安装在相应的上或下后部挡板的后缘跨接端附近，每个上、下拉杆的另一端可转动地安装在剪形件的支点上，每个滑块安装到第一和第二剪形连杆的相应剪形件的支点上，每根导轨在基本平行于相应第一或第二侧壁的平面内是可转动的。

2、根据权利要求1所述的喷管，其特征在于，第一和第二导轨的转动装置各包括一个环形齿轮和一个蜗杆齿轮，同时，有选择地移动第一、第二滑块的装置各包括一个链轮和环链的组合件。

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