CN106593696A - 能够改善后体流场的对称及非对称排气系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够改善后体流场的对称及非对称排气系统及其方法；该排气系统，包括喷管后体，在所述喷管后体的外侧壁面，配装有挡片；挡片的一端通过移动副或者旋转副与喷管后体的外侧壁面连接，另一端则活动设置；挡片在喷管后体的外侧壁面的运动，能够改变喷管内流道中流出气流的流动方向，延缓流经喷管外侧壁面气流与从喷管内流道中流出气流的汇合。因此，本发明改善了喷管后体区域的压力分布，进而降低了飞机的后体阻力。

Description

能够改善后体流场的对称及非对称排气系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种改善对称及非对称排气系统后体流场的装置，主要用于在飞行时减小喷管因连接在飞机或某些固定系统上产生的后体阻力。

背景技术

如今，航空发动机对于推力矢量的需求量越来越大，提高喷管的总体性能、减小飞机上的喷管在飞行时产生的后体阻力已经成为各国研究人员所关注的重点和热点。常规的喷管安装在飞机尾部，由于飞机在平飞时，喷管的后体会产生膨胀波和激波从而造成低压回流区域，产生压差阻力、干扰阻力等飞机的后体阻力。因此改善喷管后体流场的装置应运而生。

发明内容

本发明基于对称和非对称喷管，开发了一种可以改善喷管后体流场的装置，包括装置本体和改善后体流场的控制方式。通过喷管后侧壁面滑动延伸或旋转的挡片，改变了流过喷管外壁面气体的流动方向，延缓了流经喷管外侧壁面气流与从喷管内部流出气体的汇合，改善了喷管后体区域的压力分布，进而降低了飞机的后体阻力。这一点对于由于外侧壁面有明显转折出现流动分离或部分壁面转动后出现流动分离的排气系统减阻有很大的意义。

为实现以上的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：

一种能够改善后体流场的对称及非对称排气系统，包括喷管后体，在所述喷管后体的外侧壁面，配装有挡片；挡片的一端通过移动副或者旋转副与喷管后体的外侧壁面连接，另一端则活动设置；挡片在喷管后体的外侧壁面的运动，能够改变喷管内流道中流出气流的流动方向，延缓流经喷管外侧壁面气流与从喷管内流道中流出气流的汇合。

作为本发明的进一步改进，挡片的活动端超出喷管的气流出口设置。

作为本发明的进一步改进，所述的喷管为轴对称喷管；挡片在喷管后体的外侧壁面的安装位置，靠近喷管后体的外侧壁面出现流动分离的位置设置。

作为本发明的进一步改进，所述的喷管为二元矢量喷管；挡片在喷管后体的外侧壁面的安装位置，靠近喷管后体的外侧壁面的转折处设置。

作为本发明的进一步改进，喷管后体的外侧壁面包括平直段外侧壁面以及与平直段外侧壁面连接的后侧收敛段外侧壁面，当挡片通过移动副与喷管的外侧壁面连接时，平直段外侧壁面在与后侧收敛段外侧壁面相邻的位置处，沿着喷管的轴向铺设有导轨；而挡片则可移动地安装在导轨上；当挡片通过转动副与喷管后体的外侧壁面连接时，平直段外侧壁面在与后侧收敛段外侧壁面相邻的位置处，安装有铰支转轴；挡片则安装在铰支转轴上。

本发明的另一技术目的是提供一种能够改善后体流场的对称及非对称排气方法，通过改变设置在喷管后体外侧壁面的挡片的位置，改变喷管内流道中流出气流的流动方向，达到延缓流经喷管外侧壁面气流与从喷管内流道中流出气流汇合的目的。

作为本发明的进一步改进，挡片与喷管后体外侧壁面之间位置的改变，是通过旋转挡片，改变挡片与喷管后体外侧壁面之间的夹角来实现的。

作为本发明的进一步改进，挡片与喷管后体外侧壁面之间位置的改变，是通过在喷管后体外侧壁面移动挡片来实现的。

根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有如下的优点：

（1）本发明所述的改善喷管后体流场装置可以根据发动机的实际工作需要，自动调节挡片的旋转角度或滑动长度，用来协调飞机不同状态下产生的后体阻力。

（2）本发明在不损失喷管推力矢量角、总压恢复系数、推力系数等性能的同时，减小飞机的后体阻力。同时在不同需求下，应用不同横截面的挡片减阻。

（3）本发明结构简单，重量轻，对于发动机以及飞机整体其他方面所造成的影响小。

附图说明

图1是本发明所述能够改善喷管后体流场的二元矢量喷管的结构示意图；

图2是本发明所述能够改善喷管后体流场的轴对称喷管的结构示意图；

图3是图1的剖视图；

其中：喷管平直段外侧壁面1、挡片2、喷管后侧转折段外侧壁面3。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置。表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。

如图1和图2所示，其是本发明的结构示意图。本装置以对称或非对称喷管为基础，在喷管后侧外侧壁面转折处或可旋转壁面出现流动分离的位置附近沿导轨滑动或可沿端部旋转而出的挡片2，改变将流经飞机喷管外侧壁面的气体的流动方向，使流过外侧壁面的气体不会直接与喷管内部刚刚流出的气体碰撞，改善后体压力分布，进而减小喷管后体产生的后体阻力。换句话说，本发明改变流过外壁面的气体方向，延缓流经飞机喷管外壁面气体与从喷管内部流出气体的交汇。可以通过喷管后侧壁面滑动延伸或旋转的挡片2来调整喷管外壁面流场对喷管内流的影响，同时可以根据不同需求应用形状不同的挡片2。因此，本发明可以减小喷管后体阻力且结构简单，对于发动机以及飞机整体其他方面所造成的影响小。

喷管安装改善流场装置后结构包括喷管平直段外侧壁面1、可旋转或可滑动而出挡片2以及喷管后侧转折段外侧壁面3。所述的可旋转挡片2是沿挡片2与喷管外侧壁面铰支转轴旋转，所述的可滑动挡片2是沿喷管平直段外侧壁面1外的导轨或类似装置滑动。挡片2的横截面可以是矩形、圆弧形、折线形、椭圆形或样条曲线等形状。在矢量喷管中，挡片2的长度以不得干涉到喷管主流为准。挡片2旋转而出的角度最大可以贴到喷管后壁面。

本发明基于对称或非对称喷管结构，引导喷管外侧壁面气体流动，使气体短暂分离，使用挡片2将喷管外部气体与喷管内部气体分开，且不会影响喷管内气体的流动。

本发明的工作状态需要根据不同的工作状态来调节。根据喷管不同的实际情况，调节挡片2旋转不同的角度或者滑动不同的长度来调整喷管外侧壁面流场对喷管内流的影响。同时可以通过使用不同横截面的挡片2完成不同的使用需求。

本发明所适用的对称排气系统可使用的挡片2活动形式为滑动或者为沿喷管尾部旋转。本发明所适用的非对称排气系统可使用挡片2的活动形式为滑动或者为沿喷管尾部旋转。

本发明针对未来飞机发动机性能需求的提出，融合了对称或非对称喷管的后体流动控制技术，使用自动调节旋转角度及伸出长度的挡片2来控制外流场流动，可以用来减小喷管后体产生的后体阻力。另外若喷管等试验件的单侧壁面存在转折段，也可用此装置改善其后体流场。因此，本发明能更好的满足飞机对于高机动性、低速、低空大迎角飞行等要求，尤其对于带有矢量喷管的飞机，本发明可以降低喷管外侧壁面流动对喷管内流的不良影响，应用前景好。

通过喷管后侧壁面滑动延伸或旋转的挡片2，改变了流过喷管外壁面气体的流动方向，延缓了流经喷管外侧壁面气流与从喷管内部流出气体的汇合，且挡片2的长度以不干扰到主流流动为限制，改善了喷管后体区域的压力分布，进而降低了飞机的后体阻力。

在喷管后侧外壁面转折处伸出一个可沿端部旋转或滑动的挡片2，通过引导喷管外侧壁面气体流动，将流经飞机中喷管外壁面的气体与从喷管内部流出的气体短暂分离，使流过外壁面的气体不会直接由于喷管的壁面转折而影响到喷管内部刚刚流出的气体，由于喷管外壁面后侧的低压区不会影响到喷管内流排除的气体，因此将减小喷管的后体阻力。

本装置的挡片2的横截面可以是矩形、圆弧形、折线形、椭圆形或样条曲线等形状。同时可以通过计算机程序等方式对其横截面形状进行控制，从而满足不同需求。

挡片2存在时排气系统的落压比与无挡片2时排气系统的落压比基本没有变化。

Claims (8)

1.一种能够改善后体流场的对称及非对称排气系统，包括喷管后体，其特征在于，在所述喷管后体的外侧壁面，配装有挡片；

挡片的一端通过移动副或者旋转副与喷管后体的外侧壁面连接，另一端则活动设置；

挡片在喷管后体的外侧壁面的运动，能够改变喷管内流道中流出气流的流动方向，延缓流经喷管外侧壁面气流与从喷管内流道中流出气流的汇合。

2.根据权利要求1所述的能够改善后体流场的对称及非对称排气系统，其特征在于，挡片的活动端超出喷管的气流出口设置。

3.根据权利要求1所述的能够改善后体流场的对称及非对称排气系统，其特征在于，所述的喷管为轴对称喷管；挡片在喷管后体的外侧壁面的安装位置，靠近喷管后体的外侧壁面出现流动分离的位置设置。

4.根据权利要求1所述的能够改善后体流场的对称及非对称排气系统，其特征在于，所述的喷管为二元矢量喷管；挡片在喷管后体的外侧壁面的安装位置，靠近喷管后体的外侧壁面的转折处设置。

5.根据权利要求1所述的能够改善后体流场的对称及非对称排气系统，其特征在于，喷管后体的外侧壁面包括平直段外侧壁面以及与平直段外侧壁面连接的后侧收敛段外侧壁面，

当挡片通过移动副与喷管的外侧壁面连接时，平直段外侧壁面在与后侧收敛段外侧壁面相邻的位置处，沿着喷管的轴向铺设有导轨；而挡片则可移动地安装在导轨上；

当挡片通过转动副与喷管后体的外侧壁面连接时，平直段外侧壁面在与后侧收敛段外侧壁面相邻的位置处，安装有铰支转轴；挡片则安装在铰支转轴上。

6.一种能够改善后体流场的对称及非对称排气方法，其特征在于，通过改变设置在喷管后体外侧壁面的挡片的位置，改变喷管内流道中流出气流的流动方向，达到延缓流经喷管外侧壁面气流与从喷管内流道中流出气流汇合的目的。

7.根据权利要求6所述的能够改善后体流场的对称及非对称排气方法，其特征在于，挡片与喷管后体外侧壁面之间位置的改变，是通过旋转挡片，改变挡片与喷管后体外侧壁面之间的夹角来实现的。

8.根据权利要求6所述的能够改善后体流场的对称及非对称排气方法，其特征在于，挡片与喷管后体外侧壁面之间位置的改变，是通过在喷管后体外侧壁面移动挡片来实现的。