CN106050469A - 一种实现喉道面积调节和推力矢量的喷管结构和调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种实现喉道面积调节和推力矢量的喷管结构，该结构主要包括喷管前部固定段，喷管后部固定段和活动件。利用动力驱动装置调节活动件，可实现喷管的喉道面积调节和推力矢量。当活动件实现同步对称变化时，实现喷管喉道面积的调节；当活动件实现非对称变化时，则可提供矢量推力。该结构简单合理，对喷管改动较小，效益明显。

Description

一种实现喉道面积调节和推力矢量的喷管结构和调节方法
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，尤其是一种应用于航空发动机排气系统的新型结构，具体地说是一种实现喉道面积调节和推力矢量的喷管结构。
背景技术
推力矢量喷管是实现推力矢量控制的核心部件，推力矢量喷管的优劣已成为衡量航空发动机技术水平的重要标志。近年来，固定几何气动矢量喷管因其具有不变的几何结构和巧妙的流体控制方式已经成为航空发动机排气系统领域的研究热点。目前，在固定几何气动矢量喷管的研究中，喷管喉道面积的调节主要通过在喷管喉道截面附近注入对称的二次流，通过二次流与主流的冲击作用，完成喷管有效喉道面积的控制。一般来说，使用1％的二次流相对流量可实现3％的当量喉道面积变化。然而，对于要求喉道面积变化达到50％甚至100％的带加力燃烧室的航空发动机来说，超过15％的二次流相对流量是难以接受的。此外，在同时需要实现喉道面积调节和推力矢量的情况下，所需要的二次流相对流量则会更多，而且，喉道面积调节和推力矢量之间可能存在的耦合现象对发动机的控制技术提出了更高的要求。因此，开发一种对于喷管几何结构改变不大，而且既能实现喷管喉道面积调节，又能实现推力矢量的喷管具有很强的工程应用价值。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种实现喉道面积调节和推力矢量的喷管结构，该结构仅需通过简单改变喷管喉道附近的几何结构，即可实现喷管的喉道面积调节和推力矢量。
为实现以上技术目的，本发明将采取以下的技术方案：
一种实现喉道面积调节和推力矢量的喷管结构，所述喷管为收敛-扩张喷管或者双喉道喷管，且均为二元或轴对称式，所述喷管包括前部固定段和后部固定段以及二者之间的活动件。即将常规的喷管喉道附近的原固定几何结构更换为活动件，并根据面积调节和推力矢量的需要确定活动件的大小和调节范围。
进一步的，在本发明中，所述前部固定段和后部固定段之间的活动件通过动力驱动装置进行变化。
进一步的，在本发明中，所述前部固定段以及后部固定段均与活动件分别固定连接。
进一步的，在本发明中，当仅需要进行喉道面积调节时，活动件为同步对称变化；当需要提供矢量推力时，活动件为非对称变化。上述对称和非对称变化，若针对二元喷管，则相对于二元喷管的中心面而言，若针对轴对称式喷管，则相对于轴对称式喷管的中心轴线而言。
有益效果：
本发明结构简单合理，对固定几何喷管改动较小，可以获得明显的效果，实用性强，易于大规模推广使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明应用于双喉道喷管的结构示意图。
图中：1、喷管进口；2、喷管前部固定段；3A、喷管几何喉道截面A；3B、喷管几何喉道截面B；3C、双喉道喷管一喉道A；3D、双喉道喷管一喉道B；4A、喷管可调部件1；4B、喷管可调部件2；4C、喷管可调部件3；4D、喷管可调部件4；5、喷管后部固定段；6A、喷管出口；6B、双喉道喷管二喉道；7、喷管外罩；8、连接点
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明是一种实现喉道面积调节和推力矢量的喷管结构，包括前部固定段2、后部固定段5、活动件和喷管外罩7。活动件与前部固定段2、后部固定段5之间通过连接点8实现连接，连接方式可采用搭接或铰接。
如图1所示，以常规的二元收敛-扩张喷管(轴对称喷管实施方式类似，不再赘述)为例，本发明通过活动件的对称和非对称变化，可实现喷管的喉道面积调节和推力矢量。上述对称和非对称变化，若针对二元喷管，则相对于二元喷管的中心面而言，若针对轴对称式喷管，则相对于轴对称式喷管的中心轴线而言。如图1所示，活动件在喉道附近包括与前部固定段2以及后部固定段5分别连接的活动件4A以及活动件4C，活动件4A以及活动件4C分别位于喷管喉道位置的上下两侧。图中活动件4A可以在动力驱动装置下变化为活动件4B，在另一侧喷管壁不变化的情况下，活动件4B相对活动件4A能够使得喉道面积更大，同理，活动件4C可以在动力驱动装置下变化为活动件4D，在另一侧喷管壁不变化的情况下，活动件4D相对活动件4C能够使得喉道面积更大。
活动件4A与活动件4C在动力驱动装置的动力输出作用下做同步对称变化分别变化为活动件4B与4D时，则喷管喉道面积增大，反之则减小，这样就实现了喷管喉道面积的调节。
当活动件4A不变，活动件4C在动力驱动装置的动力输出作用下变为活动件4D时，喷管几何喉道截面3A发生偏移，变化到喷管几何喉道截面3B，使得喷管进口流进的气流经过该处时发生偏转，从而为喷管提供了一定的矢量推力。当活动件4C不变，活动件4A在动力驱动装置的动力输出作用下变为活动件4B时也可达到同样的效果。这种实现推力矢量的方式与在喷管喉部注入二次流改变喉道声速面实现推力矢量的原理类似，区别在于采用了机械式的方法实现喷管几何喉道截面的偏移，使得喷管喉道声速面偏转，从而达到推力矢量的目的。
图2是本发明应用于双喉道喷管的结构示意图，其实施方式与图1所示实例一样，区别仅在于：若要实现喷管喉道面积的调节，则要求双喉道喷管二喉道6B的面积不小于喉道面积调节所要求达到的最大喉道面积，以保证双喉道喷管一喉道3C始终为喷管的几何喉道。此外，由于双喉道喷管中凹腔对喷管主流偏转的“放大”作用，使得其通过改变喉道来实现推力矢量的效果比常规的收敛-扩张喷管更佳。
本发明未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种实现喉道面积调节和推力矢量的喷管结构，其特征在于：所述喷管为收敛-扩张喷管或者双喉道喷管，且均为二元或轴对称式，所述喷管包括前部固定段和后部固定段以及二者之间的活动件。
2.根据权利要求1所述的实现喉道面积调节和推力矢量的喷管结构，其特征在于：所述前部固定段和后部固定段之间的活动件通过动力驱动装置进行变化。
3.根据权利要求1或2所述的实现喉道面积调节和推力矢量的喷管结构，其特征在于：所述前部固定段以及后部固定段均与活动件分别固定连接。
4.一种权利要求1所述的喉道面积调节和推力矢量的喷管结构的调节方法，其特征在于：当仅需要进行喉道面积调节时，活动件为同步对称变化；当需要提供矢量推力时，活动件为非对称变化；上述对称和非对称变化，若针对二元喷管，则相对于二元喷管的中心面而言，若针对轴对称式喷管，则相对于轴对称式喷管的中心轴线而言。
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