CN102434315B - 旁路式双喉道无源矢量喷管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旁路式双喉道无源矢量喷管，包括喷管本体，该喷管本体的内流道包括顺序连接的喉道前部收敛段、旁路凸块、一喉道、二喉道前部扩张收敛段、喉道凹腔以及二喉道，所述喉道前部收敛段紧靠着一喉道设置旁路通道，该旁路通道的进口面向喷管本体内流道的流体入口设置，而旁路通道的出口位于第一喉道处。因此，本发明在双喉道喷管内安装了旁路通道，从而改变双喉道喷管内的流动结构，使喷管出流实现偏转，即产生并维持矢量偏转；另外，本发明产生推力矢量的同时，带来的流动损失很小，结构简单。不影响喷管无矢量偏转正常工作时的各项性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种旁路式双喉道无源矢量喷管，主要应用于推力矢量航空发动机、高机动导弹等所有需要矢量推力的推进系统。
背景技术
随着科学技术的发展，航空发动机对推力矢量的需求越来越大。如何有效的产生矢量推力是各国研究的一个热点。常规有源二次射流的双喉道气动矢量喷管的二次流的引入量一般是主流的3％－10％，并且需要一个高压气源（通常从压气机引气），即使不考虑引气对发动机推力造成的损失，仅引气管路的设计和布置，对航空发动机来说也是一个非常复杂的问题。因此开发一种结构简单的无源矢量喷管具有很强的实用价值。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种旁路式双喉道无源矢量喷管，其在双喉道喷管内安装了旁路通道，从而改变双喉道喷管内的流动结构，使喷管出流实现偏转。
为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：
一种旁路式双喉道无源矢量喷管，包括喷管本体，该喷管本体的内流道包括顺序连接的喉道前部收敛段、一喉道、二喉道前部扩张收敛段、喉道凹腔以及二喉道，所述喉道前部收敛段紧靠着一喉道设置旁路通道，该旁路通道的进口面向喷管本体内流道的流体入口设置，而旁路通道的出口位于第一喉道处，且旁路通道出口的轴线与喉道平面平行或者旁路通道出口的轴线与喷管本体内流道的气流流向成20°至160°。
所述旁路通道的进口、出口均分别对应地配设有进口挡片、出口挡片；且出口挡片与进口挡片均分别与动力驱动装置连接；在动力驱动装置的动力输出作用下，进口挡片与旁路通道的进口之间开度可调，同样地，出口挡片与旁路通道的出口之间开度可调。
所述的旁路通道进口的高度为喉道高度的5%-50%；所述旁路通道出口的高度为喉道高度的5%-50%；所述旁路通道的轴向长度为喉道高度的50%-200%。
所述喷管本体为二元式双喉道喷管；旁路通道通过横向地设置于喷管本体内流道的旁路凸块形成，该旁路凸块与喷管本体轴线相垂直的两端面分别与喷管本体的内流道焊接固定。
所述喷管本体为轴对称式双喉道喷管；旁路通道通过与喷管本体内流道同轴设置的旁路凸块形成，所述旁路凸块的内部沿轴线开设流道，而旁路凸块的外缘周向均布凸肋，凸肋均分别与喷管本体内流道壁面焊接。
根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：
1、本发明所述的旁路通道系统根据发动机实际工作需要，自动调节上下两侧的旁路进出口截面挡片，主流中近壁面处部分未膨胀的高压气流将与主流核心分离，通过旁路入口进入旁路管段。根据亚声速可压缩气流的流动规律，主流在收缩段内加速降压。因此上游喉道处的压力必然会低于收缩段入口的压力。由于旁路的出口压力低于入口压力，旁路气流会膨胀加速，在出口形成高速射流，与主流发生剪切作用。由于旁路气流与主流的剪切会生成剪切涡。在向下游的运动中，由于下游喉道与上游喉道面积相等，主流并不会膨胀加速，而是维持先前流动速度和压力。此时，剪切涡在向下游的运动中，并未受到主流的扩张排挤，相反，在凹腔结构中涡的运动反而得到了有利发展。后续次流将与主流冲击融合，在凹腔涡和主流间形成一层滑流面。从而到达了产生并维持矢量偏转的效果。
2、本发明产生推力矢量的同时，带来的流动损失很小，结构简单。不影响喷管无矢量偏转正常工作时的各项性能。
附图说明
图1是本发明所述旁路式双喉道无源矢量喷管的结构示意图；
图2是本发明应用于二元式双喉道喷管的结构示意图；
图3是本发明应用于轴对称式双喉道喷管的结构示意图；
其中：喉道前部收敛段1、旁路通道进口2、旁路通道3、旁路通道出口4、一喉道5、二喉道前部扩张收敛段6、喉道凹腔7、二喉道8、旁路凸块9。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图。以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思作形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。
实施例1
如图1和图2所示，其是本发明应用于二元式双喉道喷管的结构示意图，本发明在现有的二元式双喉道喷管中，增加了一个旁路通道系统，即本发明所述的旁路式双喉道无源矢量喷管，包括喷管本体，该喷管本体的内流道包括顺序连接的喉道前部收敛段、一喉道、二喉道前部扩张收敛段、喉道凹腔以及二喉道，所述喉道前部收敛段紧靠着一喉道设置旁路通道，该旁路通道通过横向地设置于喷管本体内流道的旁路凸块形成，该旁路凸块与喷管本体轴线相垂直的两端面分别与喷管本体的内流道焊接固定；所述旁路通道的进口面向喷管本体内流道的流体入口设置，而旁路通道的出口位于第一喉道处。旁路通道对进出口的开设位置有严格要求，而对具体形状没有要求，旁路通道的出口角度可以平行于一喉道平面，也可以与之在喷管流动方向成20°至160°。
故所述旁路通道进口位于第一喉道前部喷管收敛段内并面向喷管来流方向设置；所述旁路通道出口位于第一喉道处，方向与发动机轴向成一定角度设置。所述的旁路通道3为一等截面或变截面弯曲通道。所述的旁路通道进口2高度为喉道高度的5%-50%。所述的旁路通道出口4宽度为喉道高度的5%-50%。所述的旁路通道3轴向的长度，为喉道高度的50%-200%。
另外，为调节旁路通道进口、出口的开度，本发明在旁路通道的进口、出口均分别对应地配设有进口挡片、出口挡片；且出口挡片与进口挡片均分别与动力驱动装置连接；在动力驱动装置的动力输出作用下，进口挡片与旁路通道的进口之间开度可调，同样地，出口挡片与旁路通道的出口之间开度可调。本发明中，所述的出口挡片以可滑动的方式与旁路通道出口连接，则通过平行移动出口挡片，实现出口挡片与旁路通道出口的开度调节。而进口挡片与旁路通道进口之间的连接方式可以参照上述的出口挡片与旁路通道出口两者的连接方式。在进口、出口挡片关闭时，旁路式双喉道道无源矢量喷管即回到普通的双喉喷管构型。
因此本发明更具实际发动机推力矢量的需要，自动调节进出口挡片的开度，使部分主流气流由旁路通道进入到一喉道处。由于旁路通道流出的气流与喷管主流的剪切，必然会生成剪切涡。在向下游的运动中，由于二喉道与一喉道面积相等，主流并不会膨胀加速，而是维持先前流动速度和压力。此时，剪切涡在向下游的运动中，并未受到主流的扩张排挤，相反，在喉道凹腔7中涡的运动反而得到了有利发展。后续次流将与主流冲击融合，在凹腔涡和主流间形成一层滑流面。从而到达了产生并维持矢量偏转的效果。
实施例2
如图1和3所示，其是本发明应用于轴对称式双喉道喷管的结构示意图，本发明在现有的轴对称式双喉道喷管中，增加了一个旁路通道系统，该旁路通道的安装位置、旁路通道的进口高度、旁路通道的出口高度及其宽度、旁路通道的轴向长度均与实施例1中一致。只是本实施例中旁路通道的形成方式与实施例1不同。具体如下：
本发明通过在喷管本体内流道靠近一喉道的位置设置旁路凸块以形成旁路通道，所述旁路凸块的内部沿轴线开设流道，而旁路凸块的外缘周向均布凸肋，凸肋均分别与喷管本体内流道壁面焊接，在进口、出口挡片关闭时，旁路式双喉道道无源矢量喷管即回到普通的双喉喷管构型。
因此本发明更具实际发动机推力矢量的需要，自动调节进出口挡片的开度，使部分主流气流由旁路通道进入到一喉道处。由于旁路通道流出的气流与喷管主流的剪切，必然会生成剪切涡。在向下游的运动中，由于二喉道与一喉道面积相等，主流并不会膨胀加速，而是维持先前流动速度和压力。此时，剪切涡在向下游的运动中，并未受到主流的扩张排挤，相反，在喉道凹腔7中涡的运动反而得到了有利发展。后续次流将与主流冲击融合，在凹腔涡和主流间形成一层滑流面。从而到达了产生并维持矢量偏转的效果。
Claims (5)
1.一种旁路式双喉道无源矢量喷管，包括喷管本体，该喷管本体的内流道包括顺序连接的喉道前部收敛段、一喉道、二喉道前部扩张收敛段、喉道凹腔以及二喉道，其特征在于，所述喉道前部收敛段紧靠着一喉道设置旁路通道，该旁路通道的进口面向喷管本体内流道的流体入口设置，而旁路通道的出口位于一喉道处，且旁路通道出口的轴线与喉道平面平行或者旁路通道出口的轴线与喷管本体内流道的气流流向成20°至160°。
2.根据权利要求1所述旁路式双喉道无源矢量喷管，其特征在于：所述旁路通道的进口、出口均分别对应地配设有进口挡片、出口挡片；且出口挡片与进口挡片均分别与动力驱动装置连接；在动力驱动装置的动力输出作用下，进口挡片与旁路通道的进口之间开度可调，同样地，出口挡片与旁路通道的出口之间开度可调。
3.根据权利要求1所述所述旁路式双喉道无源矢量喷管，其特征在于：所述的旁路通道进口的高度为喉道高度的5%-50%；所述旁路通道出口的高度为喉道高度的5%-50%；所述旁路通道的轴向长度为喉道高度的50%-200%。
4.根据权利要求1所述旁路式双喉道无源矢量喷管，其特征在于：所述喷管本体为二元式双喉道喷管；旁路通道通过横向地设置于喷管本体内流道的旁路凸块形成，该旁路凸块与喷管本体轴线相垂直的两端面分别与喷管本体的内流道焊接固定。
5.根据权利要求1所述旁路式双喉道无源矢量喷管，其特征在于：所述喷管本体为轴对称式双喉道喷管；旁路通道通过与喷管本体内流道同轴设置的旁路凸块形成，所述旁路凸块的内部沿轴线开设流道，而旁路凸块的外缘周向均布凸肋，凸肋均分别与喷管本体内流道壁面焊接。
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