CN104847527B - 一种二元塞式喷管及具有其的飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二元塞式喷管及具有其的飞行器。所述二元塞式喷管包括：第一侧壁板和第二侧壁板，第一侧壁板与第二侧壁板中空用于布置冷却管道；第一锥体及第二锥体，第一锥体及第二锥体中空；第一凸轮和第二凸轮，第一凸轮和第二凸轮中空；第一侧壁板与所述第二侧壁板中空内部设置有冷却管道，所述冷却管道一端接冷却气源连接，另一端分别伸入至第一锥体、第二锥体、第一凸轮和第二凸轮中空内部，用于向所述第一锥体、第二锥体、第一凸轮和第二凸轮通冷却气体。在本发明的二元塞式喷管中，第一侧壁板和第二侧壁板内部布置有冷却管道，冷却管道用于通冷却气体，以降低各个部件的温度。本发明的二元塞式喷管，结构简单，成本低廉，且降热效果好。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机喷管技术领域，特别是涉及一种二元塞式喷管及具有其的飞行器。
背景技术
航天飞机的飞速发展导致发动机的工作包线范围非常宽广，喷管工作的落压比已达到几十甚至上百，由于在上升过程中需要开加力，发动机的状态需要随时变化。
喷管作为发动机高温气体的喷出装置，通常需要承受极高的温度。
在现有技术中，喷管中的各个部件通常为实体结构，其散热性能较差，容易由于温度造成局部变形，影响喷管所应有的作用。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二元塞式喷管来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种二元塞式喷管。所述二元塞式喷管包括：第一侧壁板和平行于所述第一侧壁板设置的第二侧壁板，所述第一侧壁板与第二侧壁板分别与发动机连接，所述第一侧壁板与所述第二侧壁板中空，用于布置冷却管道；第一外壁板和与所述第一外壁板相对设置的第二外壁板，所述第一外壁板与所述第二外壁板分别与所述发动机连接，所述第一外壁板和所述第二外壁板均设置在所述第一侧壁板和所述第二侧壁板之间，并与所述第一侧壁板和所述第二侧壁板固定连接从而形成喷管主体；第一锥体，其设置在所述第一侧壁板和所述第二侧壁板之间，并与所述第一侧壁板和所述第二侧壁板固定连接，且内置于所述喷管主体的中部处，所述第一锥体中空；第二锥体，其设置在所述喷管主体的外部并与所述第一侧壁板和所述第二侧壁板的邻近所述第一锥体的端部固定连接，所述第二锥体中空；第一凸轮和与所述第一凸轮相对设置的第二凸轮，所述第一凸轮与所述第二凸轮均设置在所述第一锥体和第二锥体之间，且所述第一凸轮和所述第二凸轮中空；其中，所述第一侧壁板与所述第二侧壁板中空内部设置有冷却管道，所述冷却管道一端接冷却气源连接，另一端分别伸入至第一锥体、第二锥体、第一凸轮和第二凸轮中空内部，用于向所述第一锥体、第二锥体、第一凸轮和第二凸轮通冷却气体。
优选地，所述第一锥体和第二锥体共同配合形成腔室，所述第一凸轮与所述第一外壁板之间配合形成第一喉道，所述第二凸轮与所述第二外壁板之间配合形成第二喉道，所述第一凸轮和所述第二凸轮均枢接至第一侧壁板和所述第二侧壁板，通过所述第一凸轮和所述第二凸轮的相对转动以调节所述第一喉道和所述第二喉道的面积；
所述二元塞式喷管进一步包括驱动装置，所述驱动装置设置在所述腔室内，并分别与所述第一凸轮和所述第二凸轮连接，用于驱动所述第一凸轮和所述第二凸轮转动。
优选地，所述第一侧壁板和所述第二侧壁板内部容置有连接管道，所述连接管道用于连通所述腔室，从而为所述驱动装置提供动力气源，以驱动所述第一凸轮和所述第二凸轮转动。
优选地，所述第一侧壁板和所述第二侧壁板中部内壁上设置有滑槽，用于使所述驱动装置能够沿所述滑槽滑动。
优选地，所述驱动装置包括第一拉杆和与所述第一拉杆枢接的第二拉杆，所述第一拉杆的一端与所述第一凸轮枢接，所述第二拉杆的一端与所述第二凸轮枢接，其中，所述第一拉杆和所述第二拉杆的铰接点能够沿所述滑槽滑动。
优选地，所述第一外壁板和所述第二外壁板配合形成截面形状为逆时针旋转90度的梯形。
优选地，所述二元塞式喷管进一步包括第一壁板和与所述第一壁板平行设置的第二壁板，所述第一壁板和所述第二壁板均垂直于所述第一侧壁板和所述第二侧壁板，且设置在第一侧壁板和所述第二侧壁板之间，并设置在所述第一外壁板和所述第二外壁板的外部，用于对所述发动机外部气流进行整流。
优选地，所述第一锥体和所述第二锥体与所述第一侧壁板或与所述第二侧壁板为一体成型。
本发明还提供一种飞行器，所述飞行器包括如上所述的二元塞式喷管。
在本发明的二元塞式喷管中，第一侧壁板和第二侧壁板内部布置有冷却管道，冷却管道一端接冷却气源连接，另一端分别伸入至第一锥体、第二锥体、第一凸轮和第二凸轮中空内部，用于向其通冷却气体，以降低各个部件的温度。本发明的二元塞式喷管，结构简单，成本低廉，且降热效果好。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的二元塞式喷管处于大喉道面积状态的示意图。
图2是图1所示的二元塞式喷管处于小喉道面积状态的示意图。
图3是图1所示的二元塞式喷管的示意图。
附图标记：
| 11 | 第一壁板 | 61 | 第一拉杆 |
| 12 | 第二壁板 | 62 | 第二拉杆 |
| 21 | 第一外壁板 | 71 | 第一侧壁板 |
| 22 | 第二外壁板 | 72 | 第二侧壁板 |
| 3 | 第一锥体 | 81 | 第一喉道 |
| 41 | 第一凸轮 | 82 | 第二喉道 |
| 42 | 第二凸轮 | 9 | 滑槽 |
| 5 | 第二锥体 | 10 | 铰接点 |
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明的二元塞式喷管包括第一侧壁板、第二侧壁板、第一外壁板、第二外壁板、第一锥体、第二锥体、第一凸轮以及第二凸轮。其中，第一侧壁板第二侧壁板平行且相对设置，第一侧壁板与第二侧壁板分别与发动机连接，第一侧壁板与第二侧壁板中空，用于布置冷却管道；第一外壁板和与第一外壁板相对设置的第二外壁板，第一外壁板与第二外壁板分别与发动机连接，第一外壁板和第二外壁板均设置在第一侧壁板和第二侧壁板之间，并与第一侧壁板和第二侧壁板固定连接从而形成喷管主体；第一锥体设置在第一侧壁板和第二侧壁板之间，并与第一侧壁板和第二侧壁板固定连接，且内置于喷管主体的中部处，第一锥体中空；第二锥体设置在喷管主体的外部并与第一侧壁板和第二侧壁板的邻近第一锥体的端部固定连接，第二锥体中空；第一凸轮与第二凸轮相对设置，第一凸轮与第二凸轮均设置在第一锥体和第二锥体之间，且第一凸轮和第二凸轮中空；其中，第一侧壁板与第二侧壁板中空内部设置有冷却管道，冷却管道一端接冷却气源连接，另一端分别伸入至第一锥体、第二锥体、第一凸轮和第二凸轮中空内部，用于向第一锥体、第二锥体、第一凸轮和第二凸轮通冷却气体。
在本发明的二元塞式喷管中，第一侧壁板和第二侧壁板内部布置有冷却管道，冷却管道一端接冷却气源连接，另一端分别伸入至第一锥体、第二锥体、第一凸轮和第二凸轮中空内部，用于向其通冷却气体，以降低各个部件的温度。本发明的二元塞式喷管，结构简单，成本低廉，且降热效果好。
图1是根据本发明第一实施例的二元塞式喷管处于大喉道面积状态的示意图。图2是图1所示的二元塞式喷管处于小喉道面积状态的示意图。图3是图1所示的二元塞式喷管的示意图。
参见图1至图3，二元塞式喷管包括第一侧壁板71、第二侧壁板72、第一外壁板21、第二外壁板22、第一锥体3、第一凸轮41、第二凸轮42、第一拉杆61、第二拉杆62、第一壁板11以及第二壁板12。其中，第一拉杆61和第二拉杆62组成驱动装置，驱动装置与两个第一凸轮41和第二凸轮42连接，用于驱动第一凸轮41和第二凸轮42转动。
参见图1和图3，第一侧壁板71的形状大体为长方形板状。需要指出的是，第二侧壁板72和第一侧壁板71为形状、大小等方面均相同的板。第一侧壁板71沿平行于纸面方向设置，第二侧壁板72平行于第一侧壁板71设置。第一侧壁板71和第二侧壁板72均与发动机固定连接。
第一外壁板21的形状大体为长方形板状。第一外壁板21设置在第一侧壁板71和第二侧壁板72之间，并与第一侧壁板71和第二侧壁板72固定连接。具体地，第一外壁板21垂直于纸面向外的一侧与邻近第二侧壁板72的上端固定连接，第一外壁板21垂直于纸面向内的一侧与邻近第一侧壁板71的上端固定连接。需要指出的是，第一外壁板21和第二外壁板22为形状、大小等方面均相同的板，以方便进行加工制造和安装。也就是说，第二外壁板22的形状也为长方形板状。第二外壁板22设置在第一侧壁板71和第二侧壁板72之间，并与第一侧壁板71和第二侧壁板72固定连接。第二外壁板22与第一外壁板21上下相对设置。具体地，第二外壁板22垂直于纸面向外的一侧与邻近第二侧壁板72的下端固定连接，第二外壁板22垂直于纸面向内的一侧与邻近第一侧壁板71的下端固定连接。第一外壁板21、第二外壁板22、第一侧壁板71以及第二侧壁板72相互配合连接从而形成喷管主体。需要指出的是，第一外壁板21和第二外壁板22均与发动机固定连接，通过发动机从喷管主体左端中部的进气口向喷管主体右端的出气口通入高压气体(左端为图1所示的左侧，右端为图1所示的右侧)。
需要指出的是，第一外壁板21和第二外壁板22配合形成截面形状为逆时针旋转90度的梯形。也就是说，第一外壁板21和第二外壁板22均倾斜有一定角度的设置在第一侧壁板71和第二侧壁板72之间，并与第一侧壁板71和第二侧壁板72固定连接。即图1所示的喷管主体左端中部的进气口大于喷管主体右端的出气口，将通入喷管主体的高压气体有效的进行压缩后释放，从而增大高压气体的流通速度和效率。
参见图1，第一锥体3的纵向截面形状大体为三角形。第一锥体3设置在第一侧壁板71和第二侧壁板72之间，并与第一侧壁板71和第二侧壁板72固定连接，且第一锥体3内置于喷管主体的中部处。具体地，第一锥体3的三角形的顶角设置在第一侧壁板71和第二侧壁板72的左端，第一锥体3的三角形的底角设置在第一侧壁板71和第二侧壁板72的右端。需要指出的是，第一锥体3分别与第一外壁板21和第二外壁板22配合，将喷管主体分成两个喷管收敛段，使进入到喷管主体的高压气体分成两路流通出去。
第二锥体5设置在喷管主体的外部，并与第一侧壁板71和第二侧壁板72的邻近第一锥体3的端部处固定连接。也就是说，第二锥体5与第一侧壁板71和第二侧壁板72固定连接，且连接处邻近第一锥体3的右端处。需要指出的是，第二锥体5从邻近第一锥体3的右端处渐缩成为喷管的外部膨胀段。
第一凸轮41的纵向截面形状大体为凸轮状。所述凸轮状为常规凸轮的形状。也就是说，第一凸轮41的截面形状是不规则的。第一凸轮41和第二凸轮42的形状和大小等方面均相同，以方便进行加工制造和使其产生的作用效果一致。需要指出的是，第一凸轮41和第二凸轮42上下对应设置。第一凸轮41和第二凸轮42均设置在第一锥体3和第二锥体5之间，且第一凸轮41和第二凸轮42与第一锥体3和第二锥体5均有部分重叠，使第一凸轮41和第二凸轮42与第一锥体3和第二锥体5共同配合形成腔室，腔室的外部轮廓密封。第一凸轮41与第一外壁板21之间配合形成第一喉道81。第二凸轮42与第二外壁板22之间配合形成第二喉道82。第一凸轮41和第二凸轮42均枢接至第一侧壁板71和第二侧壁板72，也就是说，第一凸轮41和第二凸轮42均能够相对于第一侧壁板71和第二侧壁板72同步转动。通过第一凸轮41和第二凸轮42的相对转动以调节第一喉道81和第二喉道82的面积。图1所示的为二元塞式喷管处于大喉道的面积状态，图2所示的为二元塞式喷管处于小喉道的面积状态。
需要指出的是，第一侧壁板71和第二侧壁板72均为中空板，在中空板的内部用于布置有连接管道以及冷却管道。连接管道用于连通发动机和腔室，通过向上述腔室内注入高压气体使腔室的内外具有气体压差，从而为驱动装置提供动力气源，以驱动第一凸轮41和二凸轮42转动。在本实施例中，在未向腔室内注入高压气体或注入高压气体量不足时，由于腔室内气压低于腔室外气压，使第一凸轮41和二凸轮42不会转动，从而使二元塞式喷管处于图1所示的大喉道面积状态；与之相对应的，当向腔室内注入高压气体时，由于腔室内气压高于腔室外气压，使第一凸轮41和二凸轮42顺时针转动，使二元塞式喷管达到图2所示的小喉道面积状态，从而达到调节喉道面积的目的。使二元塞式喷管在保证其常规结构尺寸的情况下，具有喉道面积可调的能力，弥补常规二元塞式喷管不可调的功能缺陷，同时兼具结构简单、可靠性高的优点。
参见图1，第一侧壁板71和所第二侧壁板72的中部处设置有滑槽9。滑槽9的截面形状为水平设置的长条形。滑槽9用于使驱动装置能够沿滑槽9向减小第一喉道81和第二喉道82的面积方向(即向左)滑动。
具体地，驱动装置中的第二拉杆62与第一拉杆61枢接。第一拉杆61的一端(即图1所示的第一拉杆61的上端)与第一凸轮41枢接，也就是说，第一拉杆61和第一凸轮41能够在同一平面上相对转动。第二拉杆62的一端(即图1所示的第二拉杆62的下端)与第二凸轮42枢接，也就是说，第二拉杆62和第二凸轮42能够在同一平面上相对转动。其中，第一拉杆61和第二拉杆62的铰接点10能够沿滑槽9滑动。需要指出的是，铰接点10的滑动方向是固定的，即沿滑槽9右端向滑槽9左端滑动。
第一壁板11的形状为长方形板状。需要指出的是，第一壁板11和第二壁板12为形状、大小等方面均相同的板，以方便进行加工制造和安装。第一壁板11和第二壁板12均与发动机固定连接。第一壁板11和第二壁板12平行于纸面且水平设置。第一壁板11垂直于第一侧壁板71和第二侧壁板72设置，且设置在第一侧壁板71和第二侧壁板72之间，并与第一侧壁板71和第二侧壁板72的上端固定连接。第二壁板12与第一壁板11平行设置。第二壁板12垂直于第一侧壁板71和第二侧壁板72，且设置在第一侧壁板71和第二侧壁板72之间，并与第一侧壁板71和第二侧壁板72的下端固定连接。第一壁板11设置在第一外壁板21的外部，并与第一外壁板21形成有一定的缝隙。第二壁板12设置在第二外壁板22的外部，并与第二外壁板22形成有一定的缝隙。第一壁板11和第二壁板12用于对发动机外部气流进行整流。
有利的是，第一锥体3、第一凸轮41、第二凸轮42以及第二锥体5均为中空结构，能够有效减小二元塞式喷管的重量。需要指出的是，在第一锥体3和第二锥体5的内部设置有加强筋，从而增大第一锥体3和第二锥体5的强度。还需要指出的是，第一锥体3、第一凸轮41、第二凸轮42以及第二锥体5的内部容置有连接管道，使第一锥体3、第一凸轮41、第二凸轮42以及第二锥体5的内部空间与第一侧壁板71和第二侧壁板72的内部空间相通，用于通冷却气，以降低温度。
在本实施例中，第一锥体3和锥体5与第一侧壁板71为一体成型，使一体成型的第一锥体3和锥体5与第一侧壁板71强度高且稳定性好。可以理解的是，第一锥体3和锥体5也可以与第二侧壁板72一体成型。还可以理解的是，第一锥体3和锥体5与第一侧壁板71以其它任意方式连接在一起的实施例均在本发明的保护范围内。第一锥体3和锥体5与第二侧壁板72以其它任意方式连接在一起的实施例也在本发明的保护范围内。
需要说明的是，本发明的二元塞式喷管包括上述实施例的任一一种及其任意组合，上述实施例仅是对本发明优选实施例的解释，而非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计前提下，本领域普通技术人员对本发明做出的修改及变形均应落入本发明所要求保护的范围内。
本发明还提供一种飞行器，所述飞行器包括如上所述的二元塞式喷管。
本发明中的二元塞式喷管具有喉道面积可调的能力，能够弥补常规二元塞式喷管喉道面积不可调的缺陷，同时兼具结构简单且可靠性高等优点。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种二元塞式喷管，其特征在于，包括：
第一侧壁板(71)和平行于所述第一侧壁板(71)设置的第二侧壁板(72)，所述第一侧壁板(71)与第二侧壁板(72)分别与发动机连接，所述第一侧壁板(71)与所述第二侧壁板(72)中空，用于布置冷却管道；
第一外壁板(21)和与所述第一外壁板(21)相对设置的第二外壁板(22)，所述第一外壁板(21)与所述第二外壁板(22)分别与所述发动机连接，所述第一外壁板(21)和所述第二外壁板(22)均设置在所述第一侧壁板(71)和所述第二侧壁板(72)之间，并与所述第一侧壁板(71)和所述第二侧壁板(72)固定连接从而形成喷管主体；
第一锥体(3)，其设置在所述第一侧壁板(71)和所述第二侧壁板(72)之间，并与所述第一侧壁板(71)和所述第二侧壁板(72)固定连接，且内置于所述喷管主体的中部处，所述第一锥体(3)中空；
第二锥体(5)，其设置在所述喷管主体的外部并与所述第一侧壁板(71)和所述第二侧壁板(72)的邻近所述第一锥体(3)的端部固定连接，所述第二锥体(5)中空；
第一凸轮(41)和与所述第一凸轮(41)相对设置的第二凸轮(42)，所述第一凸轮(41)与所述第二凸轮(42)均设置在所述第一锥体(3)和第二锥体(5)之间，且所述第一凸轮(41)和所述第二凸轮(42)中空；其中，
所述第一侧壁板(71)与所述第二侧壁板(72)中空内部设置有冷却管道，所述冷却管道一端接冷却气源连接，另一端分别伸入至第一锥体(3)、第二锥体(5)、第一凸轮(41)和第二凸轮(42)中空内部，用于向所述第一锥体(3)、第二锥体(5)、第一凸轮(41)和第二凸轮(42)通冷却气体。
2.如权利要求1所述的二元塞式喷管，其特征在于，所述第一锥体(3)和第二锥体(5)共同配合形成腔室，所述第一凸轮(41)与所述第一外壁板(21)之间配合形成第一喉道(81)，所述第二凸轮(42)与所述第二外壁板(22)之间配合形成第二喉道(82)，所述第一凸轮(41)和所述第二凸轮(42)均枢接至第一侧壁板(71)和所述第二侧壁板(72)，通过所述第一凸轮(41)和所述第二凸轮(42)的相对转动以调节所述第一喉道(81)和所述第二喉道(82)的面积；
所述二元塞式喷管进一步包括驱动装置，所述驱动装置设置在所述腔室内，并分别与所述第一凸轮(41)和所述第二凸轮(42)连接，用于驱动所述第一凸轮(41)和所述第二凸轮(42)转动。
3.如权利要求2所述的二元塞式喷管，其特征在于，所述第一侧壁板(71)和所述第二侧壁板(72)内部容置有连接管道，所述连接管道用于连通所述腔室，从而为所述驱动装置提供动力气源，以驱动所述第一凸轮(41)和所述第二凸轮(42)转动。
4.如权利要求3所述的二元塞式喷管，其特征在于，所述第一侧壁板(71)和所述第二侧壁板(72)中部内壁上设置有滑槽(9)，用于使所述驱动装置能够沿所述滑槽(9)滑动。
5.如权利要求4所述的二元塞式喷管，其特征在于，所述驱动装置包括第一拉杆(61)和与所述第一拉杆(61)枢接的第二拉杆(62)，所述第一拉杆(61)的一端与所述第一凸轮(41)枢接，所述第二拉杆(62)的一端与所述第二凸轮(42)枢接，其中，所述第一拉杆(61)和所述第二拉杆(62)的铰接点(10)能够沿所述滑槽(9)滑动。
6.如权利要求1所述的二元塞式喷管，其特征在于，所述第一外壁板(21)和所述第二外壁板(22)配合形成截面形状为逆时针旋转90度的梯形。
7.如权利要求6所述的二元塞式喷管，其特征在于，所述二元塞式喷管进一步包括第一壁板(11)和与所述第一壁板(11)平行设置的第二壁板(12)，所述第一壁板(11)和所述第二壁板(12)均垂直于所述第一侧壁板(71)和所述第二侧壁板(72)，且设置在第一侧壁板(71)和所述第二侧壁板(72)之间，并设置在所述第一外壁板(21)和所述第二外壁板(22)的外部，用于对所述发动机外部气流进行整流。
8.如权利要求1所述的二元塞式喷管，其特征在于，所述第一锥体(3)和所述第二锥体(5)与所述第一侧壁板(71)或与所述第二侧壁板(72)为一体成型。
9.一种飞行器，其特征在于，包括如权利要求1-8所述的二元塞式喷管。
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