CN1030122A - 用于二维排气喷管的发散调节片驱动系统 - Google Patents

用于二维排气喷管的发散调节片驱动系统 Download PDF

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Abstract

装在飞机上的燃气涡轮发动机的二维排气喷管 的发散调节片驱动系统，包括固定侧壁(2)以及位于 侧壁之间相对的可移动的发散调节片，而可转动的发 散盘22齐平地安装在侧壁和驱动销(21)和(48)连 到盘上为了啮合可动调节片。备发散盘(22)和(49) 利用单独的作动筒(25)和(52)来提供调节片后缘的 独立移动，对圆盘转动作出反应。利用齐平安装圆盘 来调节相对的挡板后缘的位置并使侧壁厚度最小。 当使推力调节有最大的灵活性的同时使阻力和喷管 重量为最小。

Description

本发明与燃气涡轮发动机的排气喷管有关。
装在飞机上的燃气涡轮发动机的二维排气喷管，包括隔开一定距离的固定侧壁，具有一对可动调节片组件安置于二侧壁之间，而每个调节片组件包括有一前缘和一后缘的发散调节片。这些调节片彼此的接近限定一可调节的气体出口面，前缘限定一进口面积以及后缘限定一出口面积，调节片移动通过一系列的位置，包括全封闭闭合，那时气体出口面积为零。此外，后缘还可以配合移动使排气流从喷管中心线处偏离，从而产生了换向推力。二维的喷管也包括移动前缘的装置，用于改变进口面积，以及和前缘独立并且彼此独立的移动后缘的装置，用于改变出口面积和使通过其中的排气变向。
用于燃气涡轮发动机飞机上的二维排气喷管是公知技术，在授予加拿斯基的美国专利4，375，276号所叙述的此类排气喷管，包含有若干铰接到排气喷管固定结构上的第一挡板和安置在第一挡板下游的若干第二挡板，后者也铰接在喷管的固定结构上。若干个机电致动器来转动挡板，多个致动器和调节片组成了一复杂的，很重的排气推力矢量控制系统。
一般说来，大部分排气喷管使用常规的推杆对调节片后缘调节，来提供排气的发散和推力矢量控制，要求比较厚的侧壁来收藏这些连杆在其中，这些厚壁包括一厚的底部，该底部能在外部气流中产生涡流，显著地增加了阻力，因此，在减小阻力的同时，还要不断努力减小喷管的重量和使它简化。
根据本发明，一个二维排气喷管包括二个相对并有一定间隔的可转动的收敛/发散调节片组件。每个调节片组件包括一发散调节片驱动系统，其中一对相对安置的圆盘邻近调节片侧缘可转动地齐平安装在固定侧壁上。每个圆盘包括用于啮合调节片的偏离中心的啮合装置。在一个实施例中，啮合装置包含有垂直于圆盘面而延伸的并固定到圆盘上的驱动销，该驱动销与调节片侧缘的槽相啮合。当圆盘转动，安置在槽内的驱动销规定了一个弧形途径，该弧形途径提供了挡板后缘的移动。每个圆盘利用驱动装置来转动圆盘。在最佳实施例，每个圆盘包括一小齿轮，该小齿轮由往复齿条单独驱动，提供了一最大范围的出口面积和推力矢量的控制。利用在侧壁上的齐平安装的圆盘使侧壁厚度最小，而且允许基本上利用尖缘的侧壁的整个长度，该侧壁在后缘设有面向后的底部。这样的系统显著地减小了喷管导致的阻力，从而在推力矢量调节最佳状态下使效力最高。
图1是本发明采用发散调节片驱动系统的二维排气喷管的侧视图。
图2是表示部分剖视下的面对面安置的发散调节片驱动盘的二维排气喷管顶视图。
图3表示调节片在最大发散形状下的发散调节片的驱动系统。
图4表示调节片在典型的巡航状态下的调节片驱动系统。
图5表示提供20°推力转向的挡板驱动系统。
图6表示调节片在逆向状态的调节片驱动系统。
图7表示包括至少一个发散调节片驱动系统的一排气喷管。
参照图1，一个二维排气喷管（1）具有左和右固定壁（2）和（3）（图2所示）一中心线4和上下调节片组件（5）和（6），它们一起限定了具有一进口（8）和一出口（9）的排气流通道（7）。上调节片组件（5）包括一带有一前缘（11）和一后缘（12）的发散调节片10，前缘11在铰链15上铰接到收敛调节片（14）的后缘（13），铰链（15）连到左收敛盘16的外缘而圆盘16可转动地装在左侧壁2上，收敛调节片上的盘由一左收敛作动筒18通过肘节连杆（17）来驱动。这种收敛调节片驱动系统在撒依1984年11月2日申请的未决申请专利号No.667708“燃气涡轮发动机二维排气管”已叙述，此外仅魑慰肌?
挡板10也包括在其左侧边缘（20）一左侧开槽导轨（19），驱动销（21）在此导轨中移动，驱动销21垂直地连到左发散盘22上，左发散盘齐平安装在固定的侧壁（2）上发散盘（22）包括一齿轮23与啮条24啮合，由控制信号操纵的发散调节片作动筒（25）来往复驱动齿条。一外整流调节片26完成了上调节片组件，外整流调节片具有一前端27和一后端28，此整流调节片对喷管的外侧面提供了一合适的气动外形，减小了阻力同时允许调节片（10）完全自由移动时。整流调节片26可以绕着第一销子（29）作转动，而该销子把调节片26的前端27连到侧壁2上。整流调节片26包括一在后端28的第二销子（30），该第二销子在调节片10上的槽内可滑动地啮合。
参照图2，左发散盘22与右发散盘32面对面安置，此二发散盘都齐平地安装在侧壁内，右发散盘32包括一在调节片10侧缘35上的右侧开槽导轨34相啮合的驱动销33，右发散盘32还包括一由右发散作动筒38往返驱动的右齿条37所啮合的小齿轮36。
再参照图1，排气喷管1包括一下调节片组件6，下调节片组件又包括一带有前端40和后端41的下发散调节片39，前缘40在铰链44处铰接到收敛调节片43的后缘42上，该铰链连到一下左收敛盘45的外缘上，而收敛盘45可转动地装在左固定侧壁2上。为了更容易说明，现在只详细讨论左侧圆盘驱动系统，因为大家都明白左右侧系统基本上是相同的，收敛盘45由收敛作动筒18通过连杆17来转动，如所示连杆17是肘节装置，通过利用一单个的收敛作动筒，连杆17允许协调上和下调节片的收敛动作，而此种装置是典型的，大家都明白许多其它连杆装置也可使用。
调节片39还包括在其左侧边缘一左侧开槽的导轨46，驱动销48在导轨内移动，驱动销48垂直地连接在下左发散盘46的外缘上，盘49可转动地齐平地安装到固定侧壁2上，发散盘49包括一由发散调节片作动筒52往复驱动的齿条（51）所啮合的小齿轮50。应该指出上下调节片具有对发散圆盘的独立控制，在全范围的推力换向调节下提供完全自由的移动。一外整流调节片53完成了下调节片组件，包括一前端54和一后端55，整流调节片53绕着固定在侧壁2上的第一销子转动，连在调节片53上的第二销子57可滑动地啮合在调节片39的槽58内。
参照图3到图6，本发明的发散盘驱动系统以喷管中的四调节片位置显示。此四调节片位置包括上和下发散调节片驱动系统，各图说明了一特别的面积比（AO/AI），此面积比定义为调节片10和39的后缘12和41所测得的出口面积（AO）除以发散调节片的前缘11和40测得的进口面积（AI）。在图3中，面积比约为2.4，说明调节片外端的发散。这些面积都是通过转动上和下盘而取得，上驱动销21约处于1点种位置而下驱动销约处于5点钟位置。
在图4，面积比约为1.35，这种形状的喷管最适合用于亚音速下的巡航，这个面积比通过分别转动上和下发散盘22和49而取得，这时候驱动销21和48基本处于约3点钟位置。
在图5说明使用本发明，在面积比约为1.7时，可提供20°的推力换向，这个面积比通过转动上盘取得，这时驱动销21约在3时半位置，而下盘也转动，这时驱动销48约在7时钟位置。
在图6表示调节片都相互碰到，这时气体出口面积完全挡住而把气流转移到反推力换向板系统，这时的上下驱动销21和48分别处在约6点钟和12点钟位置。
在操作过程中，发散盘驱动系统提供了喷管调节片的全范围转动，从最大出口面积到最小出口面积，使换向范围高达±20°，利用圆盘齐平地安装于侧壁使侧壁的厚度最小，并允许利用锐边侧壁，来减小阻力并且淘汰常规推杆控制发散挡板普通的复杂连杆，这种系统提供了在减小阻力的同时还可取得最小重量和最大出口面积灵活性的好处。
为了解释的目的，在图1至图6中叙述了一排气喷管，包括上发散调节片驱动系统和下发散调节片驱动系统，当然，在某些发动机/弹体结构外形中，只有一调节片组合件采用本发明的发散调节片驱动系统，对本领域的普通技术人员都会懂得，在某些情况下，希望把发散调节片驱动系统限制只是一调节片，而且此种构形也在本发明的保护范围内。例如，图7表示采用至少一发散调节片驱动系统典型排气喷管60的剖面图，喷管60有一上调节片组件61和一下调节片组件62，而只是下调节片组件利用一圆盘63用于发散地驱动一调节片64。
本领域的普通技术人员也要懂得，对发散盘驱动系统可做各种修改，诸如调节片转动范围，圆盘直径，啮合装置，销子位置，开槽导轨的长度和定位以及驱动装置。为了适应特殊喷管的要求，在不改变本发明的前提下可以作出上述修改。
大定应该明白，本发明并不是限制在此处所述的特殊实施例，而只要不偏离下列权利要求所限定新构思范围和精神的前提下，可以作出各种修改。

Claims (4)

1、装在飞机上涡轮发动机的一个二维排气喷管，喷管有一中心线并包括具有间隔开固定侧壁的排气通道，一上调节片组件，一下调节片组件，每个调节片组件包括一带有前缘和后缘的发散喷咀调节片组件包括一带有前缘和后缘的发散喷咀调节片，各调节片在上述侧壁间延伸，而且有邻接上述侧壁的侧缘，上述调节片移动为了形成一个由彼此接近的调节片限定的一可调节的气体出口面积，上述接近的前缘限定了一进口面积上述接近的后缘限定了一出口面积，上述调节片转过一系列位置，上述调节片组件还包括为了改变上述进口面积而转动上述前缘的装置以及与前缘无关，彼此独立地转动上述后缘的装置，为了改变上述出口面积以及为了排气通过出口面积的推力换向，上述具有后缘转动装置的至少一个调节片组件包含有：
一对面对面安置的转动盘基本齐平地安装在上述侧壁内，转动盘位于上述调节片的前后缘之间，各圆盘包括偏心的啮合装置为了啮合上述挡板于其侧缘处，上述后缘从最大出口面积的第一位置通过对圆盘转动作出反应使上述后缘相对中心线转动而转到最小出口面积的第二位置。
2、根据权利要求1所述的二维排气喷管，其中上述偏心啮合装置包含有固定在上述圆盘外缘的驱动销，上述驱动销从圆盘垂直地延伸，上述调节片包括在边缘的槽装置，为了滑动地啮合安置在槽中的上述驱动销。
3、根据权利要求1所述的二维排气喷管，其中每个上调节片组件和下调节片组件包括后缘移动装置，它包括有面对面安置并基本上齐平地安置在侧壁上的一对上转动盘和一对下转动盘，上下盘协调转动为了使上和下后缘偏离喷管中心线，这样以至于使排气偏离中心线而产生矢量被控制的推力。
4、根据权利要求1所述的二维排气喷管，其中上述驱动件包括有固定地连到各圆盘的小齿轮，有延伸的齿条用来啮合上述小齿轮，这样随着上述齿条的往复运动而转动圆盘，由控制信号操纵的作动筒装置来往复移动上述齿条。
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