CN104533661A - 推力矢量喷管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种推力矢量喷管，其包括2个结构相同、且安装方向沿飞行方向为轴相错旋转90°的功能组件串接而成，即实现左右偏转功能的第一功能组件和实现上下偏转功能的第二功能组件；其中第一功能组件的前部与飞行器的发动机排气管相连通，第二功能组件的前部与第一功能组件的后部相连通；或者第二功能组件的前部与飞行器的发动机排气管相连通，第一功能组件的前部与第二功能组件的后部相连通。本发明具有结构简洁耐用强度高，结构件互换性好，操控反应敏捷灵活和隐身性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及属于飞行器技术领域，具体涉及一种安装于飞行器尾部的推力矢量喷管。
背景技术
飞机依靠副翼、升降舵和方向舵等各种气动舵面在空中做6个自由度的运动。这种气动舵面在飞机低速时效率很低，在高速时，如超声速飞行时其气动阻力又很大。同时，飞机在气流中工作的迎角范围必须严格控制，否则极易失速，使飞机进入螺旋状态而失控。
为了避免上述问题，可借助喷气发动机的推力，通过改变喷气流的方向产生的力矩来操纵飞机，此即为推力矢量控制(TVC-Technical of VictoryControl)技术。当发动机的喷管扩张段偏转某一角度时，便产生推力的法向和侧向分量，以及相对飞机重心的力矩。在适当的偏角范围内，推力矢量是很有效的。一般最大使用偏转角可以达到±20°，前飞推力的损失约6％。由于发动机尾喷口距飞机重心较远，飞机的推力比各种控制面所产生的气动力要大得多，所以推力矢量可以产生较大的操纵力矩。当飞机低速飞行时，利用推力矢量的力矩效果可以有效地克服气动舵面操纵效率低的缺点。此外，在飞机的起飞、爬升和转弯机动中，均可以直接利用推力矢量产生操纵力矩，提高飞机的机动性。此外，采用推力矢量控制技术，可以减小飞机的操纵舵面(包括方向舵和升降舵)，甚至取消，从而大幅度降低操纵舵面的阻力，有利于超声速巡航。
目前，国际上推力矢量控制技术主要采用的是机械式排气矢量偏转喷管结构。代表性的结构有F-22/F119发动机采用的收扩式二元矢量喷管，苏-35/AL-31F改型发动机采用的俯仰式轴对称矢量喷管，普惠(P&W)公司开发的取代二元收扩式矢量喷管的球面收敛调节片矢量喷管(SCFN)，以及GE公司的轴对称矢量喷管(AVEN)。虽然现有矢量喷管能够提高战斗机的空中机动性能，但是不足之处或是该尾喷管只能进行达到二元矢量(即上下偏转)的层级。或是该三元矢量尾喷管工作寿命时长达不到服役要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种推力矢量喷管，其能够辅助飞行器航向的偏转及其在较大俯仰角度下仍具备良好的机动性能，使其具有在大仰角下抗失速性能，有效提升飞行器空中的敏捷性和机动性能。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种推力矢量喷管，包括2个结构相同、且安装方向沿飞行方向为轴相错旋转90°的功能组件串接而成，即实现左右偏转功能的第一功能组件和实现上下偏转功能的第二功能组件；其中第一功能组件的前部与飞行器的发动机排气管相连通，第二功能组件的前部与第一功能组件的后部相连通；或者第二功能组件的前部与飞行器的发动机排气管相连通，第一功能组件的前部与第二功能组件的后部相连通。
上述第一功能组件由2个第一前液压作动筒、2个第一后液压作动筒和5节套管组成，其中5节套管从前至后依次为，位于最前部的第一前接套管、位于中部前侧的第一前扇形套管、位于正中部的第一平行套管、位于中部后侧的第一后扇形套管、以及位于后部的第一后接套管；
第一前接套管为呈正方形的套管；
第一前扇形套管的开口呈正方形环状，且第一前扇形套管的左侧壁和右侧壁形状和大小一致，即均为扇形的垂直平板，下侧壁为矩形的下凸弧形板，上侧壁为连接左右侧壁顶端的上活页；第一前扇形套管的下侧壁的后边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的下限位条；
第一平行套管的开口呈正方形环状，且第一平行套管的左侧壁和右侧壁的形状和大小一致，即均为两个扇形组合而成的类平行四边形的垂直平板，上侧壁为矩形的上凸弧形板，下侧壁为矩形的下凸弧形板；第一平行套管的上侧壁的后边缘的内侧设有沿该边缘走向延伸的上限位条；第一平行套管的下侧壁的前边缘的内侧也设有沿该边缘走向延伸的下限位条；第一平行套管的上侧壁的前边缘处设有沿该边缘走向延伸，即连接左右侧壁上部前端的上活页；第一平行套管的下侧壁的后边缘处设有沿该边缘走向延伸，即连接左右侧壁下部后端的下活页；
第一后扇形套管的开口呈正方形环状，且第一后扇形套管的左侧壁和右侧壁的形状和大小一致，即均为扇形的垂直平板，上侧壁为矩形的上凸弧形板，下侧壁为连接左右侧壁底端的下活页；第一后扇形套管的上侧壁的前边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的上限位条；
第一后接套管为呈正方形的套管；
第一前扇形套管的前端即左右和上下侧壁的前边缘紧密套入第一前接套管的后端即左右和上下侧壁的后边缘，并固接在一起，即第一前接套管的内径大于等于第一前扇形套管的外径，第一前扇形套管的上活页与第一平行套管的上活页相互配合，并安装在一起，第一前扇形套管内嵌在第一平行套管的前部；第一后扇形套管的下活页与第一平行套管的下活页相互配合，并安装在一起，第一后扇形套管内嵌在第一平行套管的后部；第一后扇形套管的后端即左右和上下侧壁的后边缘与第一后接套管的前端即左右和上下侧壁的前边缘固接在一起；即两套管口径相等；2个第一前液压作动筒的前端分别固定在第一前接套管的左右侧壁的下部，2个第一前液压作动筒的后端则分别固定在第一平行套管的左右侧壁的前上部；2个第一后液压作动筒的前端分别固定在第一平行套管的左右侧壁的后下部，2个第一后液压作动筒的后端则分别固定在第二前接套管的左右侧壁的上部；
上述第二功能组件由2个第二前液压作动筒、2个第二后液压作动筒和5节套管组成，其中5节套管从前至后依次为：位于最前部的第二前接套管、位于中部前侧的第二前扇形套管、位于正中部的第二平行套管、位于中部后侧的第二后扇形套管、以及位于后部的第二后接套管；上述每节套管均由金属薄壁板制成；
第二前接套管为呈正方形的套管；第二前接套管的开口孔径略大于第一功能组件的第一后接套管的孔径；即第二前接套管的内径大于等于第一后接套管的外径，以实现两套管的紧密套接，第二前接套管的套管壁上开设有多个贯通的螺杆孔，这样螺杆孔沿第二前接套管的圆周方向环绕，并呈等距分布；每个螺杆孔的内部各带有一锁紧螺杆；锁紧螺杆的前端位于套管壁的内侧，后端朝外位于套管壁的外侧；
第二前扇形套管的开口呈正方形环状，且第二前扇形套管的上侧壁和下侧壁的形状和大小一致，即均为扇形的水平平板，左侧壁为矩形的左凸弧形板，右侧壁为连接左右侧壁底端的右活页；第二前扇形套管的左侧壁的后边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的左限位条；
第二平行套管的开口呈正方形环状，且第二平行套管的上侧壁和下侧壁的形状和大小一致，即均为两个扇形组合而成的类平行四边形的水平平板，右侧壁为矩形的右凸弧形板，左侧壁为矩形的左凸弧形板；第二平行套管的右侧壁的后边缘的内侧设有沿该边缘走向延伸的右限位条；第二平行套管的左侧壁的前边缘的内侧也设有沿该边缘走向延伸的左限位条；第二平行套管的右侧壁的前边缘处设有沿该边缘走向延伸，即连接上下侧壁右部前端的右活页；第二平行套管的左侧壁的后边缘处设有沿该边缘走向延伸，即连接上下侧壁左部后端的左活页；
第二后扇形套管的开口呈正方形环状，且第二后扇形套管的上侧壁和下侧壁的形状和大小一致，即均为扇形的水平平板，右侧壁为矩形的右凸弧形板，左侧壁为连接左右侧壁底端的左活页；第二后扇形套管的右侧壁的前边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的右限位条；
第二后接套管为呈正方形的套管；
第二前扇形套管的前端即左右和上下侧壁的前边缘紧密套入第二前接套管的后端即左右和上下侧壁的后边缘，并固接在一起；即第二前接套管的内径大于等于第二前扇形套管的外径，第二前扇形套管的右活页与第二平行套管的右活页相互配合，并安装在一起，第二前扇形套管内嵌在第二平行套管的前部；第二后扇形套管的左活页与第二平行套管的左活页相互配合，并安装在一起，第二后扇形套管内嵌在第二平行套管的后部；第二后扇形套管的后端即左右和上下侧壁的后边缘与第二后接套管的前端即左右和上下侧壁的前边缘固接在一起，即两套管口径相等；2个第二前液压作动筒的前端分别固定在第二前接套管的上下侧壁的下部，2个第二前液压作动筒的后端则分别固定在第二平行套管的上下侧壁的前上部；2个第二后液压作动筒的前端分别固定在第二平行套管的上下侧壁的后下部，2个第二后液压作动筒的后端则分别固定在第三功能组件之前接套件左右侧壁的上部；
上述第一功能组件的第一前接套管与飞行器的发动机排气管相套接，第二功能组件的第二前接套管与第一功能组件的第一后接套管相套接；或者第二功能组件的第二前接套管与飞行器的发动机排气管相套接，第一功能组件的第一前接套管与第二功能组件的第二后接套管相套接。以上这些套接均是前者套入后者套管中，前者口径小于后者口径。
为了能够让功能组件与飞行器排气管的套接更为紧密可靠和密封，需在排气管尾段外径上套接一个内圆外方的排气管转接套管，该套管的外径小于等于各功能组件前接套管的内径，也为了使得2个功能组件之间的连接更为可靠，上述第一前接套管和/或第二前接套管的套管及其排气管转接套管壁上开设有多个贯通的螺杆孔，这样螺杆孔沿第一和/或第二前接套管和排气管转接套管的圆周方向环绕，并呈等距分布；每个螺杆孔的内部各带有一锁紧螺杆；锁紧螺杆的前端位于套管壁的内侧，后端朝外位于套管壁的外侧。
作为改进，所述推力矢量喷管还进一步包括实现垂直向下偏转功能的第三功能组件，该第三功能组件的前部与远离飞行器的第一或第二功能组件的后部相套接。
上述第三功能组件主要由2个液压马达作动齿条总成和至少5节的套件组成，其中5节套件分别为1个前接套件、1个后接套件、以及至少3个扇形套件；
前接套件为呈正方形的套管；前接套件的开口孔径略大于第二功能组件的第二后接套管的孔径以实现两者的紧密套接；，并通过锁紧螺杆固定；前接套件的后端即左右和上下侧壁的后边缘与最内侧的扇形套件的前端即左右和上下侧壁的后边缘套接在一起并固接，即前者口径略大于后者口径。
3个或3个以上的扇形套件的形状大体相同，即每个扇形套件的开口呈正方形环状，且每个扇形套件的左侧壁和右侧壁的形状和大小一致，即均为扇形的垂直平板，上侧壁为矩形的上凸弧形板，下侧壁为连接左右侧壁顶端的嵌连活页；这些扇形套件的左右侧壁的扇形夹角由里向外逐渐增大，多个扇形套件共用一个嵌连活页相互嵌套安装在一起；位于最内侧的扇形套件的上侧壁的后边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的外限位条；位于最外侧的扇形套件的上侧壁的前边缘的内侧设有沿该边缘走向延伸的内限位条；位于最外侧和最内侧之间的至少一个扇形套件的上侧壁的前边缘的内侧设有内限位条，上侧壁的后边缘的外侧设有外限位条；
后接套件的前端即左右和上下侧壁的前边缘与最外侧的扇形套件的后端即左右和上下侧壁的后边缘固接在一起，其开口呈正方形。
2个液压马达作动齿条总成分别位于至少5节套件的左右两侧；每个液压马达作动齿条总成各由一液压马达和扇形厚壁板所组成；所述扇形厚壁板直立于最外侧的扇形套件的左外侧和右外侧，其扇形厚壁板的顶点固定于嵌连活页的轴线左或右延长线上，扇形厚壁板的左边线垂直固定在前接套件上；该扇形厚壁板的弧形边上设有齿条；所述液压马达安装在最外侧的扇形套件的左侧壁或右侧壁上；液压马达的输出端上带有传动齿轮；液压马达上的传动齿轮与扇形厚壁板上的齿条相啮合。当传动齿轮沿弧线齿条向下转动即可带动喷管向下偏转。
上述方案中，由最内层扇形套件至最外层扇形套件，每层扇形套件的弧长逐渐增加5°。
作为进一步改进，所述推力矢量喷管还进一步包括实现收扩功能的第四功能组件，该第四功能组件的连接套管与远离飞行器的第一或第二功能组件或第三功能组件的后接套管套接。
上述第四功能组件主要由2个收扩液压作动筒和2节套管组成，其中2节套管分别为连接套管和收扩套管组成；
连接套管为开口呈正方形的连接套管；收扩套管为一个由4个大小和形状均一致的正梯形侧壁所组成的前小后大的喇叭状；其中2个相对侧壁均为一体化的梯形面，即每个侧壁均由一整体的正梯形的壁板制成；另外2个相对侧壁均为分体化的梯形面，即每个侧壁均由一中部的反梯形的壁板和处于两侧的等腰三角形的壁板组合而成；其中等腰三角形的壁板的内侧等腰边与反梯形的壁板的侧边铰链，三角形的壁板的外侧等腰边与正梯形的壁板的侧边铰链；2个收扩液压作动筒均呈水平状设置，且每个收扩液压作动筒的一端固定在分体化的梯形面的反梯形的壁板的中轴线上，另一端则安装在连接套管的相应的侧壁上；当两对收扩液压作动筒完全推伸到头时，喷口就收缩到最小值，当两对收扩液压作动筒收回到头时，喷口就扩放到最大值。
上述方案中，述第四功能组件另包括有2个增设的收扩液压作动筒，这2个增设的收扩液压作动筒均呈水平状设置，且每个收扩液压作动筒的一端固定在一体化的梯形面的壁板的中轴线上，另一端则安装在连接套管的相应的侧壁上。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1、结构简洁耐用强度高，只需通过较少的单元体组合便能实现飞行器的水平和垂直偏转；
2、结构件互换性好，方便更换维修，甚至并可根据所需组装成的所需功能矢量(左右偏转、上下偏转和/或垂直偏转)喷管，使得飞行器的机动性能增加；
3、喷管的左右偏转和上下偏转的偏转角度可达30°，垂直偏转的偏转角度可达90°；
4、喷管的调控转换使用液压作动筒来执行，操控反应敏捷灵活准确，耐用性强，维护方便；
5、喷管的尾喷口采用矩形收扩喷口，雷达仪特征较小，有利于飞行器尾部的隐身功能。
附图说明
图1为一种推力矢量喷管的前视图。
图2为第一功能组件的俯视爆炸放大图。
图中标号；
1、第一功能组件；1-1第一前液压作动筒；1-2、第一后液压作动筒；1-3、第一前接套管；1-4、第一前扇形套管；1-5、第一平行套管；1-6、第一后扇形套管；1-7、第一后接套管；
2、第二功能组件；2-1第二前液压作动筒；2-2、第二后液压作动筒；2-3、第二前接套管；2-4、第二前扇形套管；2-5、第二平行套管；2-6、第二后扇形套管；2-7、第二后接套管；
3、第三功能组件；3-1-1、液压马达；3-1-2齿条；3-2、前接套件；3-3、后接套件；3-4、扇形套件；
4、第四功能组件；4-1、收扩液压作动筒；4-2、连接套管；4-3、收扩套管；
5，排气管转接套管。
具体实施方式
一种推力矢量喷管如图1所示，其主要由4个功能组件组成，这4个功能组由飞行器的尾部开始由前至后依次串联。上述4个组件均是由薄壁板制成的方形套管的基础上制作和套接而成，它们依次是：第一功能组件1，即左右偏转功能套管及其液压作动筒，其功能是使喷管实现水平面上的左右偏转。第二功能组件2，即上下偏转功能套管及其液压作动筒，其功能是使喷管实现上下偏转。第三功能组件3，即垂直向下偏转功能套管及其液压马达3-1-1作动齿条3-1-2总成，其功能是使喷管实现向下垂直偏转并实现喷管的反喷功能。第四功能组件4，即收扩尾喷口及其收扩液压作动筒4-1，其功能是以矩形的尾喷口实现其收敛与扩张功能，以适应战机在不同飞行状况对发动机不同工况的要求。
第一功能组件1为实现左右偏转功能套管，如图2所示。该第一功能组件1承接飞行器的发动机排气管的尾端。第一功能组件1由2个第一前液压作动筒1-1、2个第一后液压作动筒1-2和5节套管组成，其中5节套管从前至后依次为：位于最前部的第一前接套管1-3、位于中部前侧的第一前扇形套管1-4、位于正中部的第一平行套管1-5、位于中部后侧的第一后扇形套管1-6、以及位于后部的第一后接套管1-7。上述每节套管均由金属薄壁板制成。
第一前接套管1-3为呈正方形的套管。
第一前扇形套管1-4的开口呈正方形环状，且第一前扇形套管1-4的左侧壁和右侧壁形状和大小一致，即均为扇形的垂直平板，下侧壁为矩形的下凸弧形板，上侧壁为连接左右侧壁顶端的上活页。第一前扇形套管1-4的下侧壁的后边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的下限位条。
第一平行套管1-5的开口呈正方形环状，且第一平行套管1-5的左侧壁和右侧壁的形状和大小一致，即均为两个扇形组合而成的类平行四边形的垂直平板，上侧壁为矩形的上凸弧形板，下侧壁为矩形的下凸弧形板。第一平行套管1-5的上侧壁的后边缘的内侧设有沿该边缘走向延伸的上限位条。第一平行套管1-5的下侧壁的前边缘的内侧也设有沿该边缘走向延伸的下限位条。第一平行套管1-5的上侧壁的前边缘处设有沿该边缘走向延伸，即连接左右侧壁上部前端的上活页。第一平行套管1-5的下侧壁的后边缘处设有沿该边缘走向延伸，即连接左右侧壁下部后端的下活页。
第一后扇形套管1-6的开口呈正方形环状，且第一后扇形套管1-6的左侧壁和右侧壁的形状和大小一致，即均为扇形的垂直平板，上侧壁为矩形的上凸弧形板，下侧壁为连接左右侧壁底端的下活页。第一后扇形套管1-6的上侧壁的前边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的上限位条。
第一后接套管1-7为呈正方形的套管。
第一前扇形套管1-4的前端即左右和上下侧壁的前边缘紧密套入第一前接套管1-3的后端即左右和上下侧壁的后边缘，并固接在一起，即第一前接套管1-3的内径大于等于第一前扇形套管1-4的外径，第一前扇形套管1-4的上活页与第一平行套管1-5的上活页相互配合，并安装在一起，第一前扇形套管1-4内嵌在第一平行套管1-5的前部。第一后扇形套管1-6的下活页与第一平行套管1-5的下活页相互配合，并安装在一起，第一后扇形套管1-6内嵌在第一平行套管1-5的后部。第一后扇形套管1-6的后端即左右和上下侧壁的后边缘与第一后接套管1-7的前端即左右和上下侧壁的前边缘固接在一起。即两套管口径相等。2个第一前液压作动筒1-1的前端分别固定在第一前接套管1-3的左右侧壁的下部，2个第一前液压作动筒1-1的后端则分别固定在第一平行套管1-5的左右侧壁的前上部。2个第一后液压作动筒1-2的前端分别固定在第一平行套管1-5的左右侧壁的后下部，2个第一后液压作动筒1-2的后端则分别固定在第二前接套管2-3的左右侧壁的上部。
第二功能组件2为实现上下偏转功能套管。该第二节套管承接在第一功能组件1的后方。第二功能组件2与第一功能组件1的结构几乎完全一致，只是将第一功能组件1旋转90°便形成了第二功能组件2。也就是说第二功能组件2也由2个第二前液压作动筒2-1、2个第二后液压作动筒2-2和5节套管组成，其中5节套管从前至后依次为：位于最前部的第二前接套管2-3、位于中部前侧的第二前扇形套管2-4、位于正中部的第二平行套管2-5、位于中部后侧的第二后扇形套管2-6、以及位于后部的第二后接套管2-7。上述每节套管均由金属薄壁板制成。
第二前接套管2-3为呈正方形的套管。第二前接套管2-3的开口孔径略大于第一功能组件1的第一后接套管1-7的孔径。即第二前接套管2-3的内径大于等于第一后接套管1-7的外径，以实现两套管的紧密套接，第二前接套管2-3的套管壁上开设有多个贯通的螺杆孔，这样螺杆孔沿第二前接套管2-3的圆周方向环绕，并呈等距分布。每个螺杆孔的内部各带有一锁紧螺杆。锁紧螺杆的前端位于套管壁的内侧，后端朝外位于套管壁的外侧。
第二前扇形套管2-4的开口呈正方形环状，且第二前扇形套管2-4的上侧壁和下侧壁的形状和大小一致，即均为扇形的水平平板，左侧壁为矩形的左凸弧形板，右侧壁为连接左右侧壁底端的右活页。第二前扇形套管2-4的左侧壁的后边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的左限位条。
第二平行套管2-5的开口呈正方形环状，且第二平行套管2-5的上侧壁和下侧壁的形状和大小一致，即均为两个扇形组合而成的类平行四边形的水平平板，右侧壁为矩形的右凸弧形板，左侧壁为矩形的左凸弧形板。第二平行套管2-5的右侧壁的后边缘的内侧设有沿该边缘走向延伸的右限位条。第二平行套管2-5的左侧壁的前边缘的内侧也设有沿该边缘走向延伸的左限位条。第二平行套管2-5的右侧壁的前边缘处设有沿该边缘走向延伸，即连接上下侧壁右部前端的右活页。第二平行套管2-5的左侧壁的后边缘处设有沿该边缘走向延伸，即连接上下侧壁左部后端的左活页。
第二后扇形套管2-6的开口呈正方形环状，且第二后扇形套管2-6的上侧壁和下侧壁的形状和大小一致，即均为扇形的水平平板，右侧壁为矩形的右凸弧形板，左侧壁为连接左右侧壁底端的左活页。第二后扇形套管2-6的右侧壁的前边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的右限位条。
第二后接套管2-7为呈正方形的套管。
第二前扇形套管2-4的前端即左右和上下侧壁的前边缘紧密套入第二前接套管2-3的后端即左右和上下侧壁的后边缘，并固接在一起。即第二前接套管2-3的内径大于等于第二前扇形套管2-4的外径，第二前扇形套管2-4的右活页与第二平行套管2-5的右活页相互配合，并安装在一起，第二前扇形套管2-4内嵌在第二平行套管2-5的前部。第二后扇形套管2-6的左活页与第二平行套管2-5的左活页相互配合，并安装在一起，第二后扇形套管2-6内嵌在第二平行套管2-5的后部。第二后扇形套管2-6的后端即左右和上下侧壁的后边缘与第二后接套管2-7的前端即左右和上下侧壁的前边缘固接在一起，即两套管口径相等。2个第二前液压作动筒2-1的前端分别固定在第二前接套管2-3的上下侧壁的下部，2个第二前液压作动筒2-1的后端则分别固定在第二平行套管2-5的上下侧壁的前上部。2个第二后液压作动筒2-2的前端分别固定在第二平行套管2-5的上下侧壁的后下部，2个第二后液压作动筒2-2的后端则分别固定在第三功能组件3之前接套件3-2左右侧壁的上部。
第三功能组件3实现垂直向下偏转功能套管。第三功能组件3承接在第二功能组件2的后方。第三功能组件3主要由2个液压马达3-1-1作动齿条3-1-2总成和至少5节的套件组成，其中5节套件分别为1个前接套件3-2、1个后接套件3-3、以及至少3个扇形套件3-4。上述每节套件均由金属薄壁板制成。
前接套件3-2为呈正方形的套管；前接套件3-2的开口孔径略大于第二功能组件2的第二后接套管2-7的孔径以实现两者的紧密套接；并通过锁紧螺杆固定；前接套件3-2的后端即左右和上下侧壁的后边缘与最内侧的扇形套件3-4的前端即左右和上下侧壁的后边缘套接在一起并固接，即前者口径略大于后者口径。
3个或3个以上的扇形套件3-4的形状大体相同，即每个扇形套件3-4的开口呈正方形环状，且每个扇形套件3-4的左侧壁和右侧壁的形状和大小一致，即均为扇形的垂直平板，上侧壁为矩形的上凸弧形板，下侧壁为连接左右侧壁顶端的嵌连活页。这些扇形套件3-4的左右侧壁的扇形夹角由里向外逐渐增大，多个扇形套件3-4共用一个嵌连活页相互嵌套安装在一起。位于最内侧的扇形套件3-4的上侧壁的后边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的外限位条。位于最外侧的扇形套件3-4的上侧壁的前边缘的内侧设有沿该边缘走向延伸的内限位条。位于最外侧和最内侧之间的至少一个扇形套件3-4的上侧壁的前边缘的内侧设有内限位条，上侧壁的后边缘的外侧设有外限位条。由最内层扇形套件3-4至最外层扇形套件3-4，每层扇形套件3-4的弧长逐渐增加5°。
后接套件3-3的前端即左右和上下侧壁的前边缘与最外侧的扇形套件3-4的后端即左右和上下侧壁的后边缘固接在一起，其开口呈正方形。
2个液压马达3-1-1作动齿条3-1-2总成分别位于至少5节套件的左右两侧。每个液压马达3-1-1作动齿条3-1-2总成各由一液压马达3-1-1和扇形厚壁板所组成。所述扇形厚壁板直立于最外侧的扇形套件3-4的左外侧和右外侧，其扇形厚壁板的顶点固定于嵌连活页的轴线左或右延长线上，扇形厚壁板的左边线垂直固定在前接套件3-2上。该扇形厚壁板的弧形边上设有齿条3-1-2。所述液压马达3-1-1安装在最外侧的扇形套件3-4的左侧壁或右侧壁上。液压马达3-1-1的输出端上带有传动齿轮。液压马达3-1-1上的传动齿轮与扇形厚壁板上的齿条3-1-2相啮合。在本发明优选实施例中，扇形厚壁板左右两边线之间的夹角达到115°度。当液压马达3-1-1的传动齿轮处于齿条3-1-2左端时，第三功能组件3的套件就处于水平状态。而当液压马达3-1-1的传动齿轮沿着齿条3-1-2往下行时，则带动最外侧的扇形套件3-4、第三层套件的扇形套件3-4及第二层套件的扇形套件3-4依次向下偏转，达到垂直和反喷115°-120°度的角度，反之向上行渐次回复水平状态。
第四功能组件4为实现收扩功能的尾喷口，以适应战机在不同飞行状况对发动机不同工况的要求。第四功能组件4承接在第三功能组件3的后方。该第四功能组件4主要由4个收扩液压作动筒4-1和2节套管组成，其中2节套管分别为连接套管4-2和收扩套管4-3组成。上述每节套管均由金属薄壁板制成。
连接套管4-2为开口呈正方形的连接套管4-2。收扩套管4-3为一个由4个大小和形状均一致的正梯形侧壁所组成的前小后大的喇叭状。其中2个相对侧壁如左右侧壁均为一体化的梯形面，即每个侧壁均由一整体的正梯形的壁板制成。另外2个相对侧壁如上下侧壁均为分体化的梯形面，即每个侧壁均由一中部的反梯形的壁板和处于两侧的等腰三角形的壁板组合而成。在本发明优选实施例中，所述等腰三角形的顶角为30°。其中等腰三角形的壁板的内侧等腰边与反梯形的壁板的侧边铰链，三角形的壁板的外侧等腰边与正梯形的壁板的侧边铰链。其中2个收扩液压作动筒4-1均呈水平状设置，且每个收扩液压作动筒4-1的一端固定在分体化的梯形面的反梯形的壁板的中轴线上，另一端则安装在连接套管4-2的相应的侧壁上上下侧壁。另外2个收扩液压作动筒4-1也呈水平状设置，且每个收扩液压作动筒4-1的一端固定在一体化的梯形面的壁板的中轴线上，另一端则安装在连接套管4-2的相应的侧壁上左右侧壁。当两对收扩液压作动筒4-1完全推伸到头时，喷口就收缩到最小值，当两对收扩液压作动筒4-1收回到头时，喷口就扩放到最大值。
上述第一功能组件1的第一前接套管1-3与飞行器的发动机排气管相套接，第二功能组件2的第二前接套管2-3与第一功能组件1的第一后接套管1-7相套接。或者第二功能组件2的第二前接套管2-3与飞行器的发动机排气管相套接，第一功能组件1的第一前接套管1-3与第二功能组件2的第二后接套管2-7相套接。此时，飞行器的排气管尾段外径上套接有一个内圆外方的排气管转接套管5，该套管的外径小于等于各功能组件前接套管的内径，上述第一前接套管1-3和/或第二前接套管2-3的套管及其排气管转接套管5壁上开设有多个贯通的螺杆孔，这样螺杆孔沿第一和/或第二前接套管2-3和排气管转接套管5的圆周方向环绕，并呈等距分布；每个螺杆孔的内部各带有一锁紧螺杆；锁紧螺杆的前端位于套管壁的内侧，后端朝外位于套管壁的外侧。
本发明不仅限于上述实施例，以上第一、第二、第三和第四功能组件4可以根据飞行器的需要，任意组合搭配制成所需功能的推力矢量喷管。比如：①只用第二功能组件2和第四功能组件4组合制成具有上下偏转功能的二元推力矢量喷管。②只用第一功能组件1和第二功能组件2及其第四功能组件4组合制成具有上下左右偏转功能的三元推力矢量喷管。③只用第三功能组件3与第四功能组件4组合搭配制成具有垂直向下偏转功能直至反喷的推力矢量喷管。④只用第二功能组件2和第三功能组件3及其第四功能组件4组合搭配制成具有向上偏转和垂直向下偏转直至反喷的二元推力矢量喷管。
Claims (9)
1.推力矢量喷管，其特征在于：包括2个结构相同、且安装方向沿飞行方向为轴相错旋转90°的功能组件串接而成，即实现左右偏转功能的第一功能组件(1)和实现上下偏转功能的第二功能组件(2)；其中第一功能组件(1)的前部与飞行器的发动机排气管相连通，第二功能组件(2)的前部与第一功能组件(1)的后部相连通；或者第二功能组件(2)的前部与飞行器的发动机排气管相连通，第一功能组件(1)的前部与第二功能组件(2)的后部相连通。
2.根据权利要求1所述的一种推力矢量喷管，其特征在于：
上述第一功能组件(1)由2个第一前液压作动筒(1-1)、2个第一后液压作动筒(1-2)和5节套管组成，其中5节套管从前至后依次为，位于最前部的第一前接套管(1-3)、位于中部前侧的第一前扇形套管(1-4)、位于正中部的第一平行套管(1-5)、位于中部后侧的第一后扇形套管(1-6)、以及位于后部的第一后接套管(1-7)；
第一前接套管(1-3)为呈正方形的套管；
第一前扇形套管(1-4)的开口呈正方形环状，且第一前扇形套管(1-4)的左侧壁和右侧壁形状和大小一致，即均为扇形的垂直平板，下侧壁为矩形的下凸弧形板，上侧壁为连接左右侧壁顶端的上活页；第一前扇形套管(1-4)的下侧壁的后边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的下限位条；
第一平行套管(1-5)的开口呈正方形环状，且第一平行套管(1-5)的左侧壁和右侧壁的形状和大小一致，即均为两个扇形组合而成的类平行四边形的垂直平板，上侧壁为矩形的上凸弧形板，下侧壁为矩形的下凸弧形板；第一平行套管(1-5)的上侧壁的后边缘的内侧设有沿该边缘走向延伸的上限位条；第一平行套管(1-5)的下侧壁的前边缘的内侧也设有沿该边缘走向延伸的下限位条；第一平行套管(1-5)的上侧壁的前边缘处设有沿该边缘走向延伸，即连接左右侧壁上部前端的上活页；第一平行套管(1-5)的下侧壁的后边缘处设有沿该边缘走向延伸，即连接左右侧壁下部后端的下活页；
第一后扇形套管(1-6)的开口呈正方形环状，且第一后扇形套管(1-6)的左侧壁和右侧壁的形状和大小一致，即均为扇形的垂直平板，上侧壁为矩形的上凸弧形板，下侧壁为连接左右侧壁底端的下活页；第一后扇形套管(1-6)的上侧壁的前边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的上限位条；
第一后接套管(1-7)为呈正方形的套管；
第一前扇形套管(1-4)的前端即左右和上下侧壁的前边缘紧密套入第一前接套管(1-3)的后端即左右和上下侧壁的后边缘，并固接在一起，即第一前接套管(1-3)的内径大于等于第一前扇形套管(1-4)的外径，第一前扇形套管(1-4)的上活页与第一平行套管(1-5)的上活页相互配合，并安装在一起，第一前扇形套管(1-4)内嵌在第一平行套管(1-5)的前部；第一后扇形套管(1-6)的下活页与第一平行套管(1-5)的下活页相互配合，并安装在一起，第一后扇形套管(1-6)内嵌在第一平行套管(1-5)的后部；第一后扇形套管(1-6)的后端即左右和上下侧壁的后边缘与第一后接套管(1-7)的前端即左右和上下侧壁的前边缘固接在一起；即两套管口径相等；2个第一前液压作动筒(1-1)的前端分别固定在第一前接套管(1-3)的左右侧壁的下部，2个第一前液压作动筒(1-1)的后端则分别固定在第一平行套管(1-5)的左右侧壁的前上部；2个第一后液压作动筒(1-2)的前端分别固定在第一平行套管(1-5)的左右侧壁的后下部，2个第一后液压作动筒(1-2)的后端则分别固定在第二前接套管(2-3)的左右侧壁的上部；
上述第二功能组件(2)由2个第二前液压作动筒(2-1)、2个第二后液压作动筒(2-2)和5节套管组成，其中5节套管从前至后依次为：位于最前部的第二前接套管(2-3)、位于中部前侧的第二前扇形套管(2-4)、位于正中部的第二平行套管(2-5)、位于中部后侧的第二后扇形套管(2-6)、以及位于后部的第二后接套管(2-7)；上述每节套管均由金属薄壁板制成；
第二前接套管(2-3)为呈正方形的套管；第二前接套管(2-3)的开口孔径略大于第一功能组件(1)的第一后接套管(1-7)的孔径；即第二前接套管(2-3)的内径大于等于第一后接套管(1-7)的外径，以实现两套管的紧密套接，第二前接套管(2-3)的套管壁上开设有多个贯通的螺杆孔，这样螺杆孔沿第二前接套管(2-3)的圆周方向环绕，并呈等距分布；每个螺杆孔的内部各带有一锁紧螺杆；锁紧螺杆的前端位于套管壁的内侧，后端朝外位于套管壁的外侧；
第二前扇形套管(2-4)的开口呈正方形环状，且第二前扇形套管(2-4)的上侧壁和下侧壁的形状和大小一致，即均为扇形的水平平板，左侧壁为矩形的左凸弧形板，右侧壁为连接左右侧壁底端的右活页；第二前扇形套管(2-4)的左侧壁的后边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的左限位条；
第二平行套管(2-5)的开口呈正方形环状，且第二平行套管(2-5)的上侧壁和下侧壁的形状和大小一致，即均为两个扇形组合而成的类平行四边形的水平平板，右侧壁为矩形的右凸弧形板，左侧壁为矩形的左凸弧形板；第二平行套管(2-5)的右侧壁的后边缘的内侧设有沿该边缘走向延伸的右限位条；第二平行套管(2-5)的左侧壁的前边缘的内侧也设有沿该边缘走向延伸的左限位条；第二平行套管(2-5)的右侧壁的前边缘处设有沿该边缘走向延伸，即连接上下侧壁右部前端的右活页；第二平行套管(2-5)的左侧壁的后边缘处设有沿该边缘走向延伸，即连接上下侧壁左部后端的左活页；
第二后扇形套管(2-6)的开口呈正方形环状，且第二后扇形套管(2-6)的上侧壁和下侧壁的形状和大小一致，即均为扇形的水平平板，右侧壁为矩形的右凸弧形板，左侧壁为连接左右侧壁底端的左活页；第二后扇形套管(2-6)的右侧壁的前边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的右限位条；
第二后接套管(2-7)为呈正方形的套管；
第二前扇形套管(2-4)的前端即左右和上下侧壁的前边缘紧密套入第二前接套管(2-3)的后端即左右和上下侧壁的后边缘，并固接在一起；即第二前接套管(2-3)的内径大于等于第二前扇形套管(2-4)的外径，第二前扇形套管(2-4)的右活页与第二平行套管(2-5)的右活页相互配合，并安装在一起，第二前扇形套管(2-4)内嵌在第二平行套管(2-5)的前部；第二后扇形套管(2-6)的左活页与第二平行套管(2-5)的左活页相互配合，并安装在一起，第二后扇形套管(2-6)内嵌在第二平行套管(2-5)的后部；第二后扇形套管(2-6)的后端即左右和上下侧壁的后边缘与第二后接套管(2-7)的前端即左右和上下侧壁的前边缘固接在一起，即两套管口径相等；2个第二前液压作动筒(2-1)的前端分别固定在第二前接套管(2-3)的上下侧壁的下部，2个第二前液压作动筒(2-1)的后端则分别固定在第二平行套管(2-5)的上下侧壁的前上部；2个第二后液压作动筒(2-2)的前端分别固定在第二平行套管(2-5)的上下侧壁的后下部，2个第二后液压作动筒(2-2)的后端则分别固定在第三功能组件(3)之前接套件(3-2)左右侧壁的上部；
上述第一功能组件(1)的第一前接套管(1-3)与飞行器的发动机排气管相套接，第二功能组件(2)的第二前接套管(2-3)与第一功能组件(1)的第一后接套管(1-7)相套接；或者第二功能组件(2)的第二前接套管(2-3)与飞行器的发动机排气管相套接，第一功能组件(1)的第一前接套管(1-3)与第二功能组件(2)的第二后接套管(2-7)相套接；以上这些套接均是前者套入后者套管中，前者口径小于后者口径。
3.根据权利要求2所述的一种推力矢量喷管，其特征在于：还进一步包括一个套接在飞行器的排气管尾段外径上的一个内圆外方的排气管转接套管(5)，该套管的外径小于等于各功能组件前接套管的内径，上述第一前接套管(1-3)和/或第二前接套管(2-3)的套管及其排气管转接套管(5)壁上开设有多个贯通的螺杆孔，这样螺杆孔沿第一和/或第二前接套管(2-3)和排气管转接套管(5)的圆周方向环绕，并呈等距分布；每个螺杆孔的内部各带有一锁紧螺杆；锁紧螺杆的前端位于套管壁的内侧，后端朝外位于套管壁的外侧。
4.根据权利要求1所述的一种推力矢量喷管，其特征在于：
还进一步包括实现垂直向下偏转功能的第三功能组件(3)，该第三功能组件(3)的前部与远离飞行器的第一或第二功能组件(2)的后部相套接。
5.根据权利要求4所述的一种推力矢量喷管，其特征在于：
上述第三功能组件(3)主要由2个液压马达(3-1-1)作动齿条(3-1-2)总成和至少5节的套件组成，其中5节套件分别为1个前接套件(3-2)、1个后接套件(3-3)、以及至少3个扇形套件(3-4)；
前接套件(3-2)为呈正方形的套管；前接套件(3-2)的开口孔径略大于第二功能组件(2)的第二后接套管(2-7)的孔径以实现两者的紧密套接；，并通过锁紧螺杆固定；前接套件(3-2)的后端即左右和上下侧壁的后边缘与最内侧的扇形套件(3-4)的前端即左右和上下侧壁的后边缘套接在一起并固接，即前者口径略大于后者口径；
3个或3个以上的扇形套件(3-4)的形状大体相同，即每个扇形套件(3-4)的开口呈正方形环状，且每个扇形套件(3-4)的左侧壁和右侧壁的形状和大小一致，即均为扇形的垂直平板，上侧壁为矩形的上凸弧形板，下侧壁为连接左右侧壁顶端的嵌连活页；这些扇形套件(3-4)的左右侧壁的扇形夹角由里向外逐渐增大，多个扇形套件(3-4)共用一个嵌连活页相互嵌套安装在一起；位于最内侧的扇形套件(3-4)的上侧壁的后边缘的外侧设有沿该边缘走向延伸的外限位条；位于最外侧的扇形套件(3-4)的上侧壁的前边缘的内侧设有沿该边缘走向延伸的内限位条；位于最外侧和最内侧之间的至少一个扇形套件(3-4)的上侧壁的前边缘的内侧设有内限位条，上侧壁的后边缘的外侧设有外限位条；
后接套件(3-3)的前端即左右和上下侧壁的前边缘与最外侧的扇形套件(3-4)的后端即左右和上下侧壁的后边缘固接在一起，其开口呈正方形；
2个液压马达(3-1-1)作动齿条(3-1-2)总成分别位于至少5节套件的左右两侧；每个液压马达(3-1-1)作动齿条(3-1-2)总成各由一液压马达(3-1-1)和扇形厚壁板所组成；所述扇形厚壁板直立于最外侧的扇形套件(3-4)的左外侧和右外侧，其扇形厚壁板的顶点固定于嵌连活页的轴线左或右延长线上，扇形厚壁板的左边线垂直固定在前接套件(3-2)上；该扇形厚壁板的弧形边上设有齿条(3-1-2)；所述液压马达(3-1-1)安装在最外侧的扇形套件(3-4)的左侧壁或右侧壁上；液压马达(3-1-1)的输出端上带有传动齿轮；液压马达(3-1-1)上的传动齿轮与扇形厚壁板上的齿条(3-1-2)相啮合。
6.根据权利要求5所述的一种推力矢量喷管，其特征在于：
由最内层扇形套件(3-4)至最外层扇形套件(3-4)，每层扇形套件(3-4)的弧长逐渐增加5°。
7.根据权利要求1所述的一种推力矢量喷管，其特征在于：
还进一步包括实现收扩功能的第四功能组件(4)，该第四功能组件(4)的连接套管(4-2)与远离飞行器的第一或第二功能组件(2)或第三功能组件(3)的后接套管套接。
8.根据权利要求7所述的一种推力矢量喷管，其特征在于：
上述第四功能组件(4)主要由2个收扩液压作动筒(4-1)和2节套管组成，其中2节套管分别为连接套管(4-2)和收扩套管(4-3)组成；
连接套管(4-2)为开口呈正方形的正连接套管(4-2)；收扩套管(4-3)为一个由4个大小和形状均一致的正梯形侧壁所组成的前小后大的喇叭状；其中2个相对侧壁均为一体化的梯形面，即每个侧壁均由一整体的正梯形的壁板制成；另外2个相对侧壁均为分体化的梯形面，即每个侧壁均由一中部的反梯形的壁板和处于两侧的等腰三角形的壁板组合而成；其中等腰三角形的壁板的内侧等腰边与反梯形的壁板的侧边铰链，三角形的壁板的外侧等腰边与正梯形的壁板的侧边铰链；2个收扩液压作动筒(4-1)均呈水平状设置，且每个收扩液压作动筒(4-1)的一端固定在分体化的梯形面的反梯形的壁板的中轴线上，另一端则安装在连接套管(4-2)的相应的侧壁上；当两对收扩液压作动筒(4-1)完全推伸到头时，喷口就收缩到最小值，当两对收扩液压作动筒(4-1)收回到头时，喷口就扩放到最大值。
9.根据权利要求8所述的一种推力矢量喷管，其特征在于：所述第四功能组件(4)另包括有2个增设的收扩液压作动筒(4-1)，这2个增设的收扩液压作动筒(4-1)均呈水平状设置，且每个收扩液压作动筒(4-1)的一端固定在一体化的梯形面的壁板的中轴线上，另一端则安装在连接套管(4-2)的相应的侧壁上。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20181025 Address after: 510640 2414-2416 of the main building 371, five mountain road, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong. Patentee after: GUANGDONG GAOHANG INTELLECTUAL PROPERTY OPERATION Co.,Ltd. Address before: 541004 five offices in zone 31, Heng Tang Road, Guilin, the Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee before: Yong Qin |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20181102 Address after: 233000 Anhui Bengbu City Huaguang Avenue Jiahe residential area independent commercial building (two floor) Patentee after: Bengbu Zhongzhi Intellectual Property Operation Co.,Ltd. Address before: 510640 2414-2416 of the main building 371, five mountain road, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong. Patentee before: GUANGDONG GAOHANG INTELLECTUAL PROPERTY OPERATION Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170301 |