CN102444499A - 膛线形气动突条喷管的排气掺混方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膛线形气动突条喷管的排气掺混方法及其装置，该排气掺混方法在发动机主喷管的出口位置附近引入向该发动机主喷管的主流区喷射膛线形柱面射流，诱导发动机主喷管的主流区气流产生周向的旋转分速度，加速该主流区气流与外界气流的掺混效果。由此可知：本发明缩短喷管出口势流核心区范围和增加主流气流的卷吸能力，从而改善了发动机主喷管出口气流与外界气流的掺混效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷管排气掺混方法及其装置。
背景技术
飞行器排气系统属于热燃气发生装置，其部件温度较高，而且排气本身也具有较高温度，因而由于热动力、气动加热而在红外窗口波段产生的红外辐射强度远高于背景所产生的红外辐射强度。据统计，机载红外搜索跟踪系统（IRST）对战斗机的前向探测距离可达185 Km，严重威胁到飞行器的生存力。另外有数据表明，排气系统是强红外辐射源，如果采用先进的隐身排气系统，可使飞行器红外辐射强度下降90%，这会使敌方的红外探测器作用距离下降68%，而减小排气系统的红外特征，最主要的是强化高温的喷管排气主流与周围冷空气的快速掺混，从而减小排气的温度和高温区域。目前的排气掺混装置主要为波瓣掺混器和固体小突片掺混器，这些技术虽然掺混效果较好，但是会对喷管带来较大的流动损失，同时，在发动机各工况下，掺混器不可灵活调节，另外较为复杂的外形给加工制造也带来了较多困难，由此设计一种低阻力、高性能的喷管排气掺混装置迫在眉睫。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种膛线形气动突条喷管排气掺混装置，其通过在发动机主喷管的喷管出口处设置膛线形气动突条，使得该膛线形气动突条喷射而出的射流形成气动膛线形柱面，诱导主流气流产生周向的旋转分速度，加速主流气流与外界气流的掺混效果，缩短喷管出口势流核心区范围和增加主流气流的卷吸能力，从而改善了发动机主喷管出口气流与外界气流的掺混效果。
为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：
一种膛线形气动突条喷管排气掺混方法，其在发动机主喷管的出口位置附近引入向该发动机主喷管的主流区喷射膛线形柱面射流，诱导发动机主喷管的主流区气流产生周向的旋转分速度，加速该主流区气流与外界气流的掺混效果。
本发明的另一个技术目的是提供一种基于上述膛线形气动突条喷管排气掺混方法的装置，包括发动机主喷管，所述发动机主喷管的出口位置附近设置能够在该发动机主喷管的主流区喷射膛线形柱面射流的气动突条，该气动突条包括膛线形射流喷注带以及根据发动机实际工况自动控制该膛线形射流喷注带喷射流量的射流控制机构，所述膛线形射流喷注带开设于发动机主喷管的内流道壁面，且该膛线形射流喷注带的进气口与旁路气流连通，而膛线形射流喷注带的射流出口面向发动机主喷管的主流区设置，同时膛线形射流喷注带所喷射的射流总压高于发动机主喷管主流区的气流总压。
所述膛线形射流喷注带的截面为梯形；而膛线形射流喷注带的三维基线型线为螺旋线；该螺旋线的螺距长度为喷管长度的10-50%，且螺旋型线的高度与螺距之比不大于1。
所述膛线形射流喷注带的各轴向截面的法线均与发动机主喷管的轴线相垂直。
所述述射流控制机构内设置有用于控制膛线形射流喷注带进行脉冲喷射气流的脉冲控制装置。
所述旁路气流的总压高于发动机主喷管主流区的气流总压，且旁路气流为发动机压气机高压级气流或者发动机冷却气流或者外涵气流。
所述发动机主喷管的内流道壁面开设两条以上的膛线形射流喷注带，各膛线形射流喷注带关于发动机主喷管的轴线对称设置。
根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：
1、本发明所述的膛线形气动突条喷管排气掺混装置，在气动突条工作时，射流气流在主流道中形成了气动膛线形柱面，诱导主流气流产生周向的旋转分速度，加速主流气流与外界气流的掺混效果，缩短喷管出口势流核心区范围和增加主流气流的卷吸能力，从而改善了发动机主喷管出口气流与外界气流的掺混效果，使得主流在较短的距离上获得了很好的掺混效果。
2、所述气动突条的喷射流量由气动突条控制机构进行调节。所述喷射流量可以是连续性喷射也可以按照某一恒定或者变化的频率进行喷射。这一措施促使了气动突条技术可以根据喷管实际工作状况，进行自主的调节和适应，根据不同的工况，调节喷射流量，从而改变膛线形气动突条气动外形，及改善任意时刻的掺混效果。同时脉冲喷射和连续性喷射这两种喷射手段，使气动突片更加灵活，掺混效果更优。
3、所述喷射气流取自发动机压气机高压级或者发动机冷却气流及其他旁路或外涵气流，从而使得气流来源非常丰富，设备可以根据自身的实际情况进行选用，提高了该技术的适用性和灵活性。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
其中：发动机主喷管1、膛线形气动突条2。
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。
如图1所示，其公开了本发明所述的一种膛线形气动突条喷管排气掺混装置，包括发动机主喷管，所述发动机主喷管的出口位置附近设置能够在该发动机主喷管的主流区喷射膛线形柱面射流的气动突条，该气动突条包括膛线形射流喷注带以及根据发动机实际工况自动控制该膛线形射流喷注带喷射流量的射流控制机构，所述膛线形射流喷注带开设于发动机主喷管的内流道壁面，且该膛线形射流喷注带的进气口与旁路气流连通，而膛线形射流喷注带的射流出口面向发动机主喷管的主流区设置，同时膛线形射流喷注带所喷射的射流总压高于发动机主喷管主流区的气流总压；所述膛线形射流喷注带的截面为梯形；而膛线形射流喷注带的三维基线型线为螺旋线；该螺旋线的螺距长度为喷管长度的10-50%，且螺旋型线的高度与螺距之比不大于1；所述膛线形射流喷注带的各轴向截面的法线均与发动机主喷管的轴线相垂直；所述述射流控制机构内设置有用于控制膛线形射流喷注带进行脉冲喷射气流的脉冲控制装置；所述旁路气流的总压高于发动机主喷管主流区的气流总压，且旁路气流为发动机压气机高压级气流或者发动机冷却气流或者外涵气流。在气动突条工作时，射流气流在主流道中形成了气动膛线形柱面，诱导主流气流产生周向的旋转分速度，加速主流气流与外界气流的掺混效果，缩短喷管出口势流核心区范围和增加主流气流的卷吸能力，从而改善了发动机主喷管出口气流与外界气流的掺混效果，使得主流在较短的距离上获得了很好的掺混效果。所述膛线形射流喷注带的数目可以为一条也可以为多条，当膛线形射流喷注带为多条（≥2条）时，各膛线形射流喷注带关于发动机主喷管的轴线对称设置。
所述射流控制机构根据发动机实际工况（一般由喷管进口的温度和压力参数进行表征）、结合喷管掺混效果需求（目标是发动机红外辐射特性最小）建立的控制程序自主调节气动突条的膛线形射流喷注带的喷射流量，所述喷射流量可以是连续性喷射也可以按照某一恒定或者变化的频率进行喷射。这一措施促使了气动突条技术可以根据喷管实际工作状况，进行自主的调节和适应，根据不同的工况，调节喷射流量，从而改变气动突条的气动外形，继而改善任意时刻的掺混效果。当发动机出口温度增大时，为降低增加的红外辐射特性，气动突片喷注压力就增大；当发动机出口压力增大时，为获得相同的红外辐射特性，气动突条喷注压力也增大。
气动突条喷管喷射流量的射流控制机构，具有一个控制芯片，并且芯片内集成有控制程序。芯片从发动机各传感器上获得喷管进口的温度和压力参数。不同工况下发动机的出口气流需要对应不同的气动突条喷射压力和喷射方式才能使得发动机红外辐射特性最小。发动机工作时通过监测发动机喷管进口的温度和压力，通过控制芯片内集成的控制程序处理，从而选择气动突条喷管喷射流量和喷射方式是连续喷射还是脉冲喷射。对于发动机而言，气动突条喷管喷射流量越小越有利，因此往往会选择脉冲喷射的方式，但是有时发动机出口气流压力过高、温度过高时，采用脉冲的喷射的方式不能够在短时间较快地破坏高温气团，此时会选择连续性喷射。每个气动突条喷管的喷射流量和喷注方式可以相互独立，也可以为获得某种效果而相互配合喷注。
同时脉冲喷射和连续性喷射这两种喷射手段，使气动突条更加灵活，掺混效果更优。所述的喷射流量的流体可以来自于发动机压气机高压级或者发动机冷却气流及其他旁路。
Claims (7)
1.一种膛线形气动突条喷管排气掺混方法，其特征在于：在发动机主喷管的出口位置附近引入向该发动机主喷管的主流区喷射膛线形柱面射流，诱导发动机主喷管的主流区气流产生周向的旋转分速度，加速该主流区气流与外界气流的掺混效果。
2.一种基于权利要求1所述膛线形气动突条喷管排气掺混方法的装置，包括发动机主喷管，其特征在于：所述发动机主喷管的出口位置附近设置能够在该发动机主喷管的主流区喷射膛线形柱面射流的气动突条，该气动突条包括膛线形射流喷注带以及根据发动机实际工况自动控制该膛线形射流喷注带喷射流量的射流控制机构，所述膛线形射流喷注带开设于发动机主喷管的内流道壁面，且该膛线形射流喷注带的进气口与旁路气流连通，而膛线形射流喷注带的射流出口面向发动机主喷管的主流区设置，同时膛线形射流喷注带所喷射的射流总压高于发动机主喷管主流区的气流总压。
3.根据权利要求2所述膛线形气动突条喷管排气掺混装置，其特征在于：所述膛线形射流喷注带的截面为梯形；而膛线形射流喷注带的三维基线型线为螺旋线；该螺旋线的螺距长度为喷管长度的10-50%，且螺旋型线的高度与螺距之比不大于1。
4.根据权利要求3所述膛线形气动突条喷管排气掺混装置，其特征在于：所述膛线形射流喷注带的各轴向截面的法线均与发动机主喷管的轴线相垂直。
5.根据权利要求3或4所述膛线形气动突条喷管排气掺混装置，其特征在于：所述述射流控制机构内设置有用于控制膛线形射流喷注带进行脉冲喷射气流的脉冲控制装置。
6.根据权利要求3或4所述膛线形气动突条喷管排气掺混装置，其特征在于：所述旁路气流的总压高于发动机主喷管主流区的气流总压，且旁路气流为发动机压气机高压级气流或者发动机冷却气流或者外涵气流。
7.根据权利要求2所述膛线形气动突条喷管排气掺混装置，其特征在于：所述发动机主喷管的内流道壁面开设两条以上的膛线形射流喷注带，各膛线形射流喷注带关于发动机主喷管的轴线对称设置。
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