CN105221268B - 一种固冲发动机的进气调节结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固冲发动机的进气调节结构，通过调节空气进气角度和改变空气有旋进气或无旋进气方式，实现调节补充燃烧室燃气的掺混，对发动机推力进行调节。进气道固定段安装在发动机壳体上，进气道固定段与进气道可调段通过柔性连接段连接,进气道可调段与发动机燃烧室通过出口换向球相连通；第一驱动电机与第二驱动电机分别与进气道可调段的作动连杆连接，第二驱动电机通过换向导槽连接在发动机燃烧室外壳壁上；进气道可调段在第一驱动电机和第二驱动电机共同作用下，在以出口换向球为圆心，顶角为120°的圆锥转动范围内，以任意角度旋转换向，极大地提高了固冲发动机的推力和机动性；进气调节结构结构简单且易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及亚燃速冲压发动机技术领域，具体地说，涉及一种可变进气方式的亚燃速冲压发动机进气结构。
背景技术
推力调节技术是固体发动机的一个重要领域,与推力预定的单室双推力发动机、脉冲发动机相比，前者更能合理地分配推进剂能量，根据飞行器需要调节其推力,也是未来固冲火箭发机的发展趋势。
目前，国内外相关的研究机构都致力于推力控制方面的研究，比较典型的几种推力可调的固体火箭发动机结构有:调节喷管喉部面积的发动机，控制推进剂质量燃速及熄火发动机，加质型发动机，这些发动机已经较好的应用于固体火箭上，但是，随之也会带来一些新的问题；如现有公开的技术文献《Double-pulse solid rocket technology atBAYERN-CHEMIE/PROTAC.》(Naumann K W.AIAA 2006-4761)中提出的脉冲发动机，其不足是各个脉冲的推力值要事先安排好，无法在飞行过程中随机改变。当脉冲次数多、工作时间长时,阻燃层、绝热及其可靠性都将是严峻问题。在文献《Thrust Modulation of a SolidPropellant Rocket Engine》(Filho F F.N87-27721)中提出的控制推进剂质量燃速方案,是根据惰性气体喷入燃烧室后能改变推进剂表面火焰结构从而改变推进剂燃速的原理,通过控制喷射来控制燃烧室压力和发动机推力。其方案结构比较简单,调节范围不大。在文献《采用旋转进气强化固冲发动机二次燃烧研究》(推进技术)一文指出，某种工况下有旋进气的燃气燃烧效率明显高于无旋进气工况，可达到22.67％，同时指出不同旋流强度下燃烧效率不同。通过利用不同进气方式和不同旋转强度下的燃烧效率的不同，来控制固冲发动机推力的调节,通过改变结构来调节进气道的流量，改变燃烧室结构实现亚声速状态下的高效率燃烧以及改变喷管的扩张比来解决固冲发动机推力可调问题,从而使得发动机具有高性能。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种固冲发动机的进气调节结构，通过调节空气进气角度和改变空气有旋或无旋进气方式，实现调节补燃室燃气的掺混，从而改变推力，极大地提高了固冲发动机的推力和机动性。
本发明解决其问题所采用的技术方案是:包括燃气发生器、发动机燃烧室、发动机壳体，其特征在于还包括进气道固定段、进气道可调段、柔性连接段、第一连杆、第二连杆、出口换向球、作动连杆、第一驱动电机、第二驱动电机、换向导槽，两段进气道固定段对称安装在发动机壳体上；进气道固定段一端与进气道可调段一端通过柔性连接段连接,进气道可调段另一端与发动机燃烧室通过出口换向球相连通；两个作动连杆分别固连在进气道可调段上,且位于同一平面内；两段弧形换向导槽位于发动机燃烧室外壳壁上对称设置，第一驱动电机输出轴与作动连杆通过第一连杆连接，第二驱动电机输出轴与作动连杆通过第二连杆连接，第二驱动电机通过换向导槽安装在发动机燃烧室外壳壁上，且第一驱动电机与第二驱动电机之间成90度夹角安装；两个出口换向球径向对称安装在发动机燃烧室外壳壁上，出口换向球中间有通孔，且与进气道可调段出口配合转动换向。
进气道固定段、进气道可调段与柔性连接段接触面上开有密封槽，且添加密封圈密封。
所述出口换向球旋转圆锥角为120°。
有益效果
本发明提出的一种固冲发动机的进气调节结构，通过调节空气进气角度和改变空气有旋进气或无旋进气方式，实现调节补充燃烧室燃气的掺混，在一定范围内对发动机推力进行调节，并解决了在作动过程中由于进气道改变方向带来的动密封问题。进气道固定段安装在发动机壳体上，进气道固定段与进气道可调段通过柔性连接段连接,进气道可调段与发动机燃烧室通过出口换向球相连通；第一驱动电机与第二驱动电机的输出轴分别与作动连杆通过两个连杆连接，第二驱动电机通过换向导槽连接在发动机燃烧室外壳壁上，第一驱动电机与第二驱动电机之间成90度夹角安装，且位于同一平面内；进气道可调段在第一驱动电机和第二驱动电机的共同作用下，在以出口换向球为圆心，顶角为120°的圆锥转动范围内，以任意角度旋转换向。极大地提高了固冲发动机的推力和机动性。本发明固冲发动机的进气调节结构，根据不同需求调节进气角度和改变空气进气方式，实现了发动机内部推力的灵活调节，具有较宽的调节范围，其结构简单且易于实现。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种固冲发动机的进气调节结构作进一步详细说明。
图1为本发明固冲发动机的进气调节结构示意图。
图2为图1中A向局部放大示意图。
图3为本发明的驱动电机分布示意图。
图4为本发明的驱动电机与换向导槽示意图。
图5为本发明的出口换向球连接部位示意图。
图6为本发明的柔性连接段示意图。
图7为图6中B向局部放大示意图。
图8为本发明的进气道可调段与出口换向球旋转角度示意图。
图中:
1.燃气发生器 2.进气道固定段 3.柔性连接段 4.进气道可调段 5.第一连杆 6.第一驱动电机 7.作动连杆 8.出口换向球 9.第二连杆 10.第二驱动电机 11.换向导槽12.尾喷管 13.点火器 14.发动机燃烧室 15.燃气发生器喷管 16.发动机壳体
具体实施方式
本实施例是一种固冲发动机的进气调节结构。
参阅图1～图8，固冲发动机的进气调节结构由固冲发动机和进气调节结构两部分组成，固冲发动机的燃气发生器1固定在发动机壳体16内安装在发动机燃烧室14的前部，固体药柱放置在发动机燃烧室14内，点火器13安装在发动机燃烧室14内固定在固体药柱端部圆孔内，靠近尾喷管12一端，燃气发生器喷管15与点火器13同轴安装。
进气调节结构包括进气道固定段2、进气道可调段4、柔性连接段3、第一连杆5、第二连杆9、出口换向球8、作动连杆7、第一驱动电机6、第二驱动电机10、换向导槽11；两段进气道固定段2对称固定在发动机壳体16上，且与发动机中轴线平行安装；进气道固定段2与进气道可调段4通过柔性连接段3连接在一起，进气道可调段另一端与发动机燃烧室14通过出口换向球8相连通。两个作动连杆7分别固定连接在进气道可调段4,两段弧形换向导槽11径向对称设置在发动机燃烧室14外壳壁上。第一驱动电机6输出轴与作动连杆7通过第一连杆5连接，第二驱动电机10输出轴与作动连杆7通过第二连杆9连接，第二驱动电机10通过换向导槽11连接在发动机燃烧室14外壳壁上，第二驱动电机10与发动机平行安装。第一驱动电机6、第二驱动电机10分别固定连接在进气道可调段4同一垂直平面的两个不同方位上，第一驱动电机6与第二驱动电机10之间成90度夹角安装；当进气道可调段4在作动时，第二驱动电机10沿着换向导槽11在横向做位移或换向。柔性连接段3为柔性材料加工成的管道，通过螺钉和进气道固定段2与进气道可调段4两部分相连接，柔性连接段3、进气道固定段2、进气道可调段4的连接密封通过在接触面上开设密封槽，并且添加密封圈密封。在进气道出口增加柔性连接段3与进气道可调段4，不改变原始的进气道内型面，通过不同进气方式和不同旋转方向下的燃烧效率的不同，来控制发动机的推力。两个出口换向球8径向对称安装在发动机燃烧室14外壳壁上，出口换向球8中间有通孔，通孔形状由进气道出口决定，且与进气道可调段4出口配合转动换向。
工作过程:
本实施例中,固冲发动机燃气发生器1产生的二次燃气经燃气发生器喷管15喷射到发动机燃烧室14内，与来流空气混合燃烧，进气道变向作动机构根据测控系统传递的数据实时控制第一驱动电机6和第二驱动电机10作动，进气道可调段4偏转转动，改变空气入射方向及入射角度，改变燃烧状态，调节推力。进气道可调段4换向作动时，需要第一驱动电机6和第二驱动电机10作动。第一驱动电机6轴线与发动机主轴线垂直,分布于空气进气口一侧，控制进气道可调段4在垂直于发动机主轴线方向的旋转。第二驱动电机10轴线平行于固冲发动机的主轴线，分布于空气进气口的另一侧，控制进气道可调段4在发动机轴线方向的旋转，第一驱动电机6和第二驱动电机10成90度夹角；当第一驱动电机6和第二驱动电机10同时驱动时，空气在进气道可调段4预定的转动行程内以任意的角度入射。第二驱动电机10运动轨线即换向导槽11,换向导槽11是保证进气道可调段4能精确作动到目标位置的关键；空气进气道都有两个驱动电机控制其入射方向，当第一驱动电机6工作时，会引起进气道可调段4发生偏转，第二驱动电机10在进气道可调段4施加的外力作用下沿着换向导槽11运动，与进气道可调段4在横向作相同的位移或旋转，使得第二连杆9始终保持着平行于发动机轴线，不会影响第二驱动电机10正常工作。
本实施例中,出口换向球8安装在发动机燃烧室14外壳壁上。出口换向球8为圆球形，中间有通孔，通孔的形状由发动机进气道决定。出口换向球8与发动机燃烧室14壳体进行球面接触，进气道可调段4一端安装在出口换向球8通孔中，随着出口换向球8一起旋转运动，最大旋转角度的大小与换向装8的大小有关，出口换向球8半径越大，进气道可调段4最大旋转角度也就越大。进气道可调段4在第一驱动电机6和第二驱动电机10的共同作用下，可在出口换向球8为圆心，顶角为120°的圆锥转动行程范围内，以任意角度旋转换向。
进气道固定段2与进气道可调段4通过柔性连接段3连接,进气道可调段4与发动机燃烧室14通过出口换向球8相连通；采用在接触面上开有密封槽，并且添加密封圈的方式密封。
Claims (3)
1.一种固冲发动机的进气调节结构，包括燃气发生器、发动机燃烧室、发动机壳体，其特征在于:还包括进气道固定段、进气道可调段、柔性连接段、第一连杆、第二连杆、出口换向球、作动连杆、第一驱动电机、第二驱动电机、换向导槽，两段进气道固定段以发动机轴线为对称轴，对称安装在发动机壳体上；进气道固定段一端与进气道可调段一端通过柔性连接段连接,进气道可调段另一端与发动机燃烧室通过出口换向球相连通；两个作动连杆分别固连在进气道可调段上，位于同一平面内且相互垂直；两段弧形换向导槽位于发动机燃烧室外壳壁上，以发动机轴线为对称轴，沿周向设置在垂直于发动机轴线的平面内；第一驱动电机输出轴与作动连杆通过第一连杆连接，第二驱动电机输出轴与作动连杆通过第二连杆连接，第二驱动电机通过换向导槽安装在发动机燃烧室外壳壁上，且第一驱动电机与第二驱动电机之间成90度夹角安装；两个出口换向球径向对称安装在发动机燃烧室外壳壁上，出口换向球中间有通孔，且与进气道可调段出口配合转动换向。
2.根据权利要求1所述的固冲发动机的进气调节结构，其特征在于:进气道固定段、进气道可调段与柔性连接段接触面上开有密封槽，且添加密封圈密封。
3.根据权利要求1所述的固冲发动机的进气调节结构，其特征在于:所述出口换向球旋转圆锥角为120°。
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