CN103115027B - 超声速环流引射喷管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声速环流引射喷管。该超声速环流引射喷管包括：一次流喷管，用于形成超声速一次流；二次流喷管，用于引入二次流；混合室，设置在二次流喷管的下游，用于混合一次流喷管所形成的超声速一次流和二次流喷管所形成的二次流，混合室的入口端套设在二次流喷管的出口端外，混合室的入口端设置有端盖，端盖连接在二次流喷管的外周壁和混合室的内壁之间；实验段，衔接在混合室下游；多个一次流喷管衔接在端盖上，且以二次流喷管的中心轴线为轴周向间隔设置在二次流喷管的外周。根据本发明的超声速环流引射喷管，加工难度低，装配效率高。

Description

超声速环流引射喷管

技术领域

本发明涉及空气动力学领域，具体而言，涉及一种超声速环流引射喷管。

背景技术

超声速引射器利用气流的引射效应，实现不同气流之间的质量、动量和能量的传递，获得特定的流场环境。超声速引射喷管是引射器的核心部件，一个理想的引射喷管应该具有结构简单、响应快速和性能优良等特点。常规一次流喷管仅靠湍流粘性力的作用与二次流混合，这种模式的混合速度较慢，需要混合管长度较长，因此改变主喷管形状，在一、二次流之间形成横向环流成为必然的选择。

Hans在美国专利US3467312中提出了一种星形构型的引射器喷管，该喷管的一次流喷管出口和二次流喷管入口均为的星形截面，两者匹配形成一个环形通道，使二次流在引射作用下进入混合室，同时对发动机起到冷却作用；此外，Hans在一次流喷管出口沿纵向中心线添加了旋流片，通过铰链固定，这样可以在实现发动机推力变向的同时抑制噪声，这些都是高超声速飞行器超声速喷管中需要的功能。

Jack Edward与Morgan Hill在专利US20060027679中提出了一种多重叶片式的引射器喷管，引射器喷管中心为一个收缩喷管，叶片由多个短喷管构成，并与中心喷管连通，短喷管构型经过设计可以与中心喷管相互影响，有效促进混合作用，中心喷管收缩段上设置了多个孔以促进引射器对二次流的诱导作用，引射器喷管整体被一个圆环套住，起到固定作用的同时也减少了引射器的噪声。

李立国，张靖周在文献“《航空用引射混合器》，国防工业出版社，2007”中公开了一种引射器设计方法，该方法将一次流喷管尾部四周薄壁弯曲成周期波瓣的形状，这样由于横向分量的作用在出口处波瓣两侧边形成流向涡，具有对流的性质，可以大大增强混合效率。但由于上述的一、二次流喷管多是套在一起，且为一个整体，形状相互匹配，从而形成环形通道，不仅加工难度大，而且耗费时间长。

发明内容

本发明旨在提供一种超声速环流引射喷管，其加工难度低，装配效率高。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种超声速环流引射喷管，包括：一次流喷管，用于形成超声速一次流；二次流喷管，为用于引入二次流的圆形通道；混合室，设置在二次流喷管的下游，用于混合一次流喷管所形成的超声速一次流和二次流喷管所形成的二次流，混合室的入口端套设在二次流喷管的出口端外，混合室的入口端设置有端盖，端盖连接在二次流喷管的外周壁和混合室的内壁之间；实验段，衔接在混合室下游；多个一次流喷管衔接在端盖上，且以二次流喷管的中心轴线为轴周向间隔设置在二次流喷管的外周。

进一步地，二次流喷管包括二次流通道，端盖固定连接在二次流通道的出口端端部，二次流通道通过端盖连通至混合室。

进一步地，二次流喷管包括二次流通道和固定连接在二次流通道出口端的衔接段，端盖固定连接在衔接段的出口端端部，一次流喷管设置在衔接段的外周。

进一步地，一次流喷管为矩形拉瓦尔喷管。

进一步地，矩形拉瓦尔喷管沿二次流喷管的轴向延伸并以其一个壁面贴设在二次流喷管的外周壁上，并且贴合点为矩形拉瓦尔喷管的与二次流喷管相配合的壁面的中点。

进一步地，矩形拉瓦尔喷管的内侧壁与二次流喷管的外周壁形状相匹配。

进一步地，矩形拉瓦尔喷管沿二次流喷管的轴向延伸并以其一个棱边贴设在二次流喷管的外周壁上，并且贴合点与二次流喷管的中心的连线相对于矩形拉瓦尔喷管的形成该棱边的两个相邻壁面均呈钝角。

进一步地，矩形拉瓦尔喷管同时沿二次流喷管的轴向和周向向二次流喷管的出口端延伸，多个一次流喷管的旋向和角度相同。

进一步地，端盖上沿周向均匀设置有多个开口，矩形拉瓦尔喷管固定连接在开口上。

进一步地，各开口内均固定设置有连接口，矩形拉瓦尔喷管固定连接在连接口上，且各连接口的与一次流喷管相连接的连接端端面相对于端盖的端面倾斜设置。

应用本发明的技术方案，将一次流喷管和二次流喷管分开设置，使一次流喷管套设在二次流喷管外，并在混合室内形成混合，从而产生超声速环流。由于一次流喷管和二次流喷管分开设置，因此在加工一次流喷管和二次流喷管时可以分开加工，不仅降低了加工难度和加工成本，而且提高了加工效率，有利于大批量生产。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的超声速环流引射喷管的结构示意图；

图2示出了根据本发明的实施例的超声速环流引射喷管的衔接段的结构示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的超声速环流引射喷管的一次流喷管的剖视结构示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的超声速环流引射喷管的一次流喷管、二次流喷管和混合室的配合结构示意图；

图5示出了根据图4的实施例的侧视结构示意图；

图6示出了根据图4的实施例的超声速环流引射喷管的一次流喷管、二次流喷管和混合室的配合的立体结构示意图；

图7示出了根据本发明的实施例的超声速环流引射喷管的一次流喷管的安装结构的第一实施例的立体结构示意图；

图8示出了根据本发明的实施例的超声速环流引射喷管的一次流喷管的安装结构的第二实施例的立体结构示意图；

图9示出了根据本发明的实施例的超声速环流引射喷管的一次流喷管的安装结构的第三实施例的立体结构示意图；

图10示出了根据本发明的实施例的超声速环流引射喷管的一次流喷管的安装结构的第四实施例的立体结构示意图；以及

图11示出了根据本发明的实施例的超声速环流引射喷管的一次流喷管的安装结构的第五实施例的立体结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，根据本发明的实施例，超声速环流引射喷管包括一次流喷管10、二次流喷管20、混合室30和实验段40，其中二次流喷管20、混合室30和实验段40依次连接，一次流喷管10套设在二次流喷管20外周，且一次流喷管10的输出端与混合室30相连通。

一次流喷管10用于形成超声速一次流，并将该超声速一次流引入混合室内。二次流喷管20具有向超声速环流引射喷管引入二次流的通道，用于向混合室内引入二次流，并与一次流喷管10所引入的超声速一次流进行混合，以形成所需的超声速环流。在本实施例中，该通道为圆形通道，二次流喷管20为圆形喷管。在其它实施例当中，该二次流喷管20也可以为方形喷管、椭圆形喷管等。

混合室30设置在二次流喷管20的下游，用于混合一次流喷管10所形成的超声速一次流和二次流喷管20所形成的二次流。在混合室30的入口端设置有端盖21，该端盖21连接在二次流喷管20的外周壁和混合室30的内壁之间；一次流喷管10衔接在该端盖21上，通过该端盖21上的开口将超声速一次流输送入混合室30内。多个一次流喷管10以二次流喷管20的中心轴线为轴周向间隔设置在二次流喷管20的外周。优选地，混合室30为圆形截面，且沿空气的流动方向截面面积逐渐变小。混合室30的空气入口端也可以包括一端圆柱筒段，在圆柱筒段之后衔接一段截面面积逐渐变小的收缩段。

实验段40衔接在混合室30下游，用于稳定从混合室30内流出的超声速环流的气流，并输出稳定的超声速环流。优选地，实验段40为截面与混合室30的空气输出端端口截面相同的套筒。

在实验段40的出口端还可以连接一扩压段50，扩压段50具有沿空气流动方向逐渐扩张的内腔结构，该内腔结构具体为管道的内腔结构。扩压段50可以对进入其中的在实验段40中已经调试好的气流进行扩压节能，以提高风洞的启动性能，并将处理之后的气流送入下一个阶段。

结合参见图2至图5所示，二次流喷管20包括二次流通道22，端盖21固定连接在二次流通道22的出口端端部，二次流通道22为套筒结构，且该二次流通道22连通至混合室30，并通过端盖21与混合室30的入口端固定连接。在端盖21上沿二次流通道22的周向均匀设置有多个开口211，一次流喷管10连接在开口211上。端盖21也可以作为混合室30的入口端的一部分，此时，二次流通道22是固定连接在混合室30的入口端的端盖21上的。

在本实施例中，二次流喷管20包括二次流通道22和固定连接在二次流通道22出口端的衔接段23，二次流通道22和衔接段23为截面相同的套筒结构，且二次流通道22与衔接段23之间通过法兰结构固定连接。端盖21固定连接在衔接段23的出口端端部，且端盖21在衔接段23的外周沿周向间隔设置有多个开口211，多个一次流喷管10一一对应地设置在开口211上。

优选地，一次流喷管10为矩形拉瓦尔喷管。一次流喷管10还可以为其它能够产生超声速一次流的喷管，例如采用特征线法所设计出来的超声速喷管或者采用其它的设计方法所设计出的超声速喷管，只要其能够产生所需的超声速一次流即可。

结合参见图6所示，在该一次流喷管10与二次流喷管20相配合的实施例中，矩形拉瓦尔喷管包括两个平行设置的侧壁、设置在两个侧壁之间的一个直壁、以及与该直壁相对设置且位于两个侧壁之间的曲面壁，该矩形拉瓦尔喷管的截面为矩形。该矩形拉瓦尔喷管的直壁固定贴设在二次流喷管20的外周壁上，并沿二次流喷管20的轴向延伸，且矩形拉瓦尔喷管的与二次流喷管20相配合的内侧壁即上述的直壁，由于其与二次流喷管结合后位于内侧，故称为内侧壁。优选地，该内侧壁壁面与二次流喷管20的贴合点为矩形拉瓦尔喷管的与二次流喷管20相配合的所述壁面的中点。多个一次流喷管10贴设在二次流喷管20的衔接段23上，并在衔接段23的外周壁上均匀分布。一次流喷管10的入口端为空气进入端，出口端连接至端盖21上的开口211。优选地，矩形拉瓦尔喷管的内侧壁与二次流喷管20的外周壁形状相匹配，以便使衔接段23与一次流喷管10之间具有更好的配合关系，连接结构更加稳定。一次流喷管10与二次流喷管20之间可以为焊接等固定连接方式，也可以为可拆卸式的固定连接方式。

结合参见图7所示，在该一次流喷管10与二次流喷管20相配合的实施例中，矩形拉瓦尔喷管包括两个平行设置的侧壁、设置在两个侧壁之间的一个直壁、以及与该直壁相对设置且位于两个侧壁之间的曲面壁，该矩形拉瓦尔喷管的截面为矩形。矩形拉瓦尔喷管沿二次流喷管20的轴向延伸并以其一个棱边贴设在二次流喷管20的外周壁上，并且贴合点与二次流喷管20的中心的连线相对于矩形拉瓦尔喷管的形成该棱边的两个相邻壁面均呈钝角。矩形拉瓦尔喷管的矩形截面与二次流喷管20的径向面相平行。在本实施例中，各一次流喷管10为侧放在衔接段23的外周壁上，侧放之后，由于各一次流喷管10在衔接段23上所占的空间较小，因此可以在衔接段23的外周壁上设置更多个一次流喷管10，能够更进一步地提高超声速环流的产生效率，增强喷管的设计性能。端盖21上的开口211对应于一次流喷管10的设置方式相应地加工，以便与各一次流喷管10之间实现衔接。

结合参见图8所示，在该一次流喷管10与二次流喷管20相配合的实施例中，矩形拉瓦尔喷管包括两个相对设置的侧壁、分别位于两个侧壁之间且相对设置的内壁和外壁，矩形拉瓦尔喷管的两个侧壁、内壁和外壁均为曲面壁。本实施例的矩形拉瓦尔喷管同时沿二次流喷管20的轴向和周向向二次流喷管20的出口端延伸，且矩形拉瓦尔喷管的矩形截面与二次流喷管20的径向面相平行。在本实施例中，由于拉瓦尔喷管是同时沿二次流喷管20的衔接段23的轴向和周向延伸的，一次流喷管沿二次流喷管周向做一定角度的扭曲，实现一次流喷管出口流动与二次流喷管出口流动呈一定夹角，因此可以形成超声速一次旋流，该超声速一次旋流与衔接段23中流出的二次流相配合，在混合室30进行混合后，可以形成超声速环形旋流，能够进一步地提升混合效率，降低噪音，减少混合室所需长度，降低成本，提高引射器性能。

结合参见图9所示，在该一次流喷管10与二次流喷管20相配合的实施例中，矩形拉瓦尔喷管包括两个平行设置的侧壁、分别位于两个侧壁之间且相对设置的内壁和外壁，矩形拉瓦尔喷管的内壁和外壁均为曲面壁。在本实施例中，各一次流喷管10沿衔接段23的轴向方向固定连接在端盖21上，且各一次流喷管10设置在衔接段23的外周，不与衔接段23的外周壁相接触。

结合参见图10所示，在该一次流喷管10与二次流喷管20相配合的实施例中，矩形拉瓦尔喷管包括两个平行设置的侧壁、分别位于两个侧壁之间且相对设置的内壁和外壁，矩形拉瓦尔喷管的内壁和外壁均为曲面壁。在本实施例中，各一次流喷管10倾斜设置在端盖21的开口211上，即一次流喷管10的矩形截面与端盖21的端面之间相倾斜，一次流喷管10内的超声速一次流并不是垂直进入混合室30内的，而是沿一定的倾斜角度进入混合室30内，且多个一次流喷管10的旋向和角度相同，从而形成旋流。多个一次流喷管10所形成的旋流与二次流喷管20所形成的二次流相结合，在混合室30内形成所需的超声速环形旋流。优选地，各开口211内均固定设置有连接口212，矩形拉瓦尔喷管固定连接在连接口212上，且各连接口212的与一次流喷管10相连接的连接端端面相对于端盖21的端面倾斜设置。当然，在实际的工作中，多个一次流喷管10的角度也可以并不相同，具体可以根据所要实现的旋流来进行设定。在工作时，燃发器出口气体通过一次流喷管10进入混合室30，由于一次流喷管10倾斜安装在衔接段30的端盖21上，出口速度具有周向分量和径向分量。一次流喷管10沿二次流通道20的圆周分布，倾斜方式相同，可以大大加快超声速一次流和二次流的混合速度，且一次流喷管10构型完全相同，加工简单，拆卸方便，出现问题可以及时更换。

如图11所示，在该一次流喷管10与二次流喷管20相配合的实施例中，矩形拉瓦尔喷管包括两个平行设置的侧壁、分别位于两个侧壁之间且相对设置的内壁和外壁，矩形拉瓦尔喷管的内壁和外壁均为曲面壁。在本实施例中，各一次流喷管10的结构和形状均与图9中的实施例相同，不同之处在于，在本实施例中，各一次流喷管10的径向截面是相对于二次流喷管20的轴向面倾斜设置的。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：将一次流喷管和二次流喷管分开设置，使一次流喷管套设在二次流喷管外，并在混合室内形成混合，从而产生超声速环流。由于一次流喷管和二次流喷管分开设置，因此在加工一次流喷管和二次流喷管时可以分开加工，不仅降低了加工难度和加工成本，而且提高了加工效率，有利于大批量生产。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声速环流引射喷管，其特征在于，包括：

一次流喷管（10），用于形成超声速一次流；

二次流喷管（20），用于引入二次流；

混合室（30），设置在所述二次流喷管（20）的下游，用于混合所述一次流喷管（10）所形成的超声速一次流和所述二次流喷管（20）所形成的二次流，所述混合室的入口端套设在所述二次流喷管的出口端外，所述混合室（30）的入口端设置有端盖（21），所述端盖（21）连接在所述二次流喷管（20）的外周壁和所述混合室（30）的内壁之间；

实验段（40），衔接在所述混合室（30）下游；

多个所述一次流喷管（10）衔接在所述端盖（21）上，且以所述二次流喷管（20）的中心轴线为轴周向间隔设置在所述二次流喷管（20）的外周。

2.根据权利要求1所述的超声速环流引射喷管，其特征在于，所述二次流喷管（20）包括二次流通道（22），所述端盖（21）固定连接在所述二次流通道（22）的出口端端部，所述二次流通道（22）通过所述端盖（21）连通至所述混合室（30）。

3.根据权利要求1所述的超声速环流引射喷管，其特征在于，所述二次流喷管（20）包括二次流通道（22）和固定连接在所述二次流通道（22）出口端的衔接段（23），所述端盖（21）固定连接在所述衔接段（23）的出口端端部，所述一次流喷管（10）设置在所述衔接段（23）的外周。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超声速环流引射喷管，其特征在于，所述一次流喷管（10）为矩形拉瓦尔喷管。

5.根据权利要求4所述的超声速环流引射喷管，其特征在于，所述矩形拉瓦尔喷管沿所述二次流喷管（20）的轴向延伸并以其一个壁面贴设在所述二次流喷管（20）的外周壁上，并且贴合点为所述矩形拉瓦尔喷管的与所述二次流喷管（20）相配合的所述壁面的中点。

6.根据权利要求5所述的超声速环流引射喷管，其特征在于，所述矩形拉瓦尔喷管的内侧壁与所述二次流喷管（20）的外周壁形状相匹配。

7.根据权利要求4所述的超声速环流引射喷管，其特征在于，所述矩形拉瓦尔喷管沿所述二次流喷管（20）的轴向延伸并以其一个棱边贴设在所述二次流喷管（20）的外周壁上，并且贴合点与所述二次流喷管（20）的中心的连线相对于所述矩形拉瓦尔喷管的形成该棱边的两个相邻壁面均呈钝角。

8.根据权利要求4所述的超声速环流引射喷管，其特征在于，所述矩形拉瓦尔喷管同时沿所述二次流喷管（20）的轴向和周向向所述二次流喷管（20）的出口端延伸，多个所述一次流喷管（10）的旋向和角度相同。

9.根据权利要求4所述的超声速环流引射喷管，其特征在于，所述端盖（21）上沿周向均匀设置有多个开口（211），所述矩形拉瓦尔喷管固定连接在所述开口（211）上。

10.根据权利要求9所述的超声速环流引射喷管，其特征在于，各所述开口（211）内均固定设置有连接口（212），所述矩形拉瓦尔喷管固定连接在所述连接口（212）上，且各所述连接口（212）的与所述一次流喷管（10）相连接的连接端端面相对于所述端盖（21）的端面倾斜设置。