CN106894917A - 一种低红外辐射信号的双出口s弯喷管及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管,包括进气分流段,所述的进气分流段出口一分为二,且为对称结构;所述的进气分流段出口分别依次连接有S弯圆转矩形过渡段,气膜冷却矩形排气段,矩形收敛段,矩形扩张段;所述的气膜冷却矩形排气段内测侧壁连接有冷气腔;所述的气膜冷却矩形排气段与冷气腔的连接壁面设置有差排整列气膜孔;本发明还公开了其控制方法,通过本发明的喷管以及控制方法可以避免探测器直接探测到发动机涡轮后的高温部件,最大程度的遮挡喷管上游高温部件辐射出来的红外辐射,同时又能降低喷管壁面温度,从而大幅度降低排气喷管的红外辐射信号、提高排气性能。
Description
技术领域
本发明属于发动机排气系统设计与红外抑制技术领域,具体指一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管及其控制方法。
背景技术
从20世纪80年代中期以来,红外隐身的重要性日益突出,一方面目前使用的探测器中,主要针对的是红外信号,另一方面红外制导导弹是对空作战中飞机的主要威胁。自从1948年第一枚红外制导导弹——美国响尾蛇导弹问世以来,红外制导技术获得了大量应用并迅速发展,已经从20世纪60年代的单探测点源制导发展到当今采用大规模红外焦平面探测器的成像制导,飞机受到的威胁日益严重,对红外隐身的要求也越来越高。
飞机的红外辐射源主要集中在后半球,后半球是红外隐身的重点,而在现在的红外隐身技术被充分利用的条件下,完全有可能把作战飞机的红外辐射强度降低90%左右。飞机的红外辐射来源主要有三方面:机身蒙皮及其对周围自然环境辐射的反射、发动机热部件和发动机热喷流.飞机蒙皮的辐射常见于高速飞行的飞机上,并且飞机飞行速度越快辐射强度越高,当速度高于2Ma时,蒙皮和大气摩擦产生的大量热量,使蒙皮温度高达500K以上。而对于低马赫数飞行的飞机而言,发动机高温热部件和发动机热喷流是飞机的主要红外辐射来源,且主要辐射波段为3~5μm。目前红外探测器都以3~5μm为主要工作波段,因此排气系统的红外辐射抑制技术是飞机红外隐身技术的关键。
美国早在上个世纪70年代就开始针对航空发动机排气系统红外隐身技术开展了大量研究,并将其研究成果陆续应用于F-117,B-2,F-22等飞机型号上。目前发展成熟的、得到实际应用的航空发动机排气系统红外隐身技术主要包括:采用排气温度更低的涡扇发动机代替涡喷发动机作为飞机的动力装置;采用非轴对称喷管;采用壁面冷却措施;采用遮挡技术和遮挡结构。
随着红外探测技术的发展,红外探测设备的探测精度、反应灵敏度及系统的识别能力也大幅提高,红外精确制导武器同时也得到迅速发展,作战飞机的战场生存能力受到严重考验,必须寻求发展新的红外隐身技术或者充分综合运用现有的各项隐身技术。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题,提出了一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管及其控制方法,本发明的进气分流段出口后分为两个支流、S弯结构的S弯圆转矩形过渡段、冷气腔等结构的设置,可以抑制分离涡的形成、同时降低了喷管壁面的温度,达到减小红外辐射信号的目的。
本发明是这样实现的,一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管,包括进气分流段,其特征在于,所述的进气分流段出口一分为二,分为两个支流,且为对称结构;所述的进气分流段出口分别依次连接有S弯圆转矩形过渡段,气膜冷却矩形排气段,矩形收敛段,矩形扩张段;所述的气膜冷却矩形排气段内测侧壁连接有冷气腔;所述的气膜冷却矩形排气段与冷气腔的连接壁面设置有差排整列气膜孔;其中进气分流段的两分流和以及S弯圆转矩形过渡段可以避免探测器直接探测到发动机涡轮后的高温部件,最大程度的遮挡喷管上游高温部件辐射出来的红外辐射;另一方面,冷气腔中的冷却空气从气膜孔进入喷管既能抑制转弯处分离涡,同时又能降低喷管壁面温度,从而大幅度降低排气喷管的红外辐射信号、提高排气性能。
进一步,所述的S弯圆转矩形过渡段为S弯通道,所述的S弯圆转矩形过渡段进口为圆形,出口为矩形且四边倒角,从进口到出口的中间截面均以超椭圆形过渡;所述的S弯圆转矩形过渡段的进、出口中心线斜率均为零,以降低排气流动损失。
进一步,所述的气膜冷却矩形排气段,所述气膜冷却矩形排气段为矩形、且四周倒角,四周壁面有短边和长边之分;所述的气膜冷却矩形排气段内、外侧侧壁面为短边,与S弯圆转矩形过渡段、矩形收敛段相连接。
进一步,所述的矩形收敛段,矩形扩张段的型面均为矩形,且四周倒角,矩形型面长边相等。
本发明还公开了一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管的控制方法,方法如下:
出现分离涡或者有红外抑制需求的条件下,从发动机或其他装置引入冷空气进入冷气腔,冷却空气从差排整列气膜孔进入气膜冷却矩形排气段,冷却空气与热排气进一步掺混降低了射流核心区的温度,减小红外辐射信号,同时在气膜冷却矩形排气段内侧壁面形成全覆盖的气膜;形式的气膜可以抑制分离涡的形成,同时,气膜隔绝了喷管壁面与热排气的对流换热,降低了喷管壁面的温度。
在未出现分离涡或者不需要红外抑制需求的条件下,停止向冷气腔内引入冷气,从而降低发动机引气损失。
本发明相对于现有技术的有益效果在于:
1)两个S弯圆转矩形过渡段对发动机内部高温部件进行有效遮挡,同时自身S弯管道对红外辐射和雷达波多次曲面反射,扩散因子减小,雷达散射截面(RCS)会降低,不仅可以有效抑制喷管的内腔辐射,最大度地降低红外辐射强度,而且可以有效控制后向RCS,虽然高速气流通过S弯通道时易产生分离区,但设置在矩形排气段的气膜可以有效改变附面层结构,抑制分离涡,从而保证气动性能;
2)圆转矩形过渡中流动的强三维效应,强化了与冷气的掺混,降低了射流核心区的温度,减小了红外辐射特征;另外,对两个矩形收敛段以及矩形扩张段的喉道面积,以及矩形扩张段偏转方向进行不同的调整,以此改变两个S弯通道内的流量分配,就能获得偏航和翻转所需的不同推力;
3)进气分流段出口后分为两个支流、S弯结构的S弯圆转矩形过渡段、冷气腔等结构的设置可以避免探测器直接探测到发动机涡轮后的高温部件,最大程度的遮挡喷管上游高温部件辐射出来的红外辐射;另一方面,冷气腔中的冷却空气从气膜孔进入喷管既能抑制转弯处分离涡,同时又能降低喷管壁面温度,从而大幅度降低排气喷管的红外辐射信号、提高排气性能。
附图说明
图1为本发明一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管的整体示意图;
图2为本发明一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管的主视图;
图3 为本发明一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管的侧视图;
图4为本发明一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管的气膜冷却矩形排气段气膜孔及冷气腔连接示意图;
图5 为本发明一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管的矩形收敛段和矩形扩张段连接示意图;
其中,1-进气分流段,2-S弯圆转矩形过渡段,3-气膜冷却矩形排气段,4-矩形收敛段,5-矩形扩张段,6-差排整列气膜孔,7-冷气腔。
具体实施方式
本发明提供一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管及其控制方法,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚,明确,以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1~2所示,本发明的一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管的进气分流段1与发动机涡轮出口对接、相连,发动机热排气从进气分流段1流入本发明的排气喷管,在经过进气分流段1后分成两股分别进入两个结构上对称的S弯圆转矩形过渡段2,矩形排气段3、矩形收敛段4和矩形扩张段5,完成排气喷管的排气功能。
如图3~4所示,本发明的一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管的气膜冷却矩形排气段3与冷气腔7的连接壁面设置有差排整列气膜孔6,所述的S弯圆转矩形过渡段2为S弯通道,所述的S弯圆转矩形过渡段2的进、出口中心线斜率均为零;进口面为圆形,出口型面为矩形且四边倒角,中间型面为超椭圆过渡;
所述的气膜冷却矩形排气段3,所述气膜冷却矩形排气段3为矩形、且四周倒角,四周壁面有短边和长边之分;所述的气膜冷却矩形排气段3内、外侧侧壁面为短边,与S弯圆转矩形过渡段2、矩形收敛段4的连接壁面为长边。
如图5所示,所述的矩形收敛段4,矩形扩张段5的型面均为矩形,且四周倒角,矩形型面长边相等。
本发明公开的控制方法可以达到抑制转弯出气流分离并降低喷管红外辐射的目的,具体方法为:当在出现分离涡或者有红外抑制需求的条件下,从发动机或其他装置引入冷空气进入冷气腔7,经由差排整列气膜孔6进入矩形排气段3,冷气一方面隔绝了气膜冷却矩形排气段3与喷管内高温排气的对流换热,降低气膜冷却矩形排气段3内表面的表面温度;另一方面抑制了气流转弯后形成的分离涡,避免出现气动喉道,提高了喷管的气动性能。同时,冷气与热排气的掺混降低了排气温度。冷气量可根据分离涡的强弱和壁面冷却需求进行调整。在未出现分离涡或者不需要红外抑制需求的条件下,停止向冷气腔内引入冷气,从而降低发动机引气损失。
矩形收敛段4出口(即矩形扩张段5入口)就是超声速排气喷管的喉道,通过减小其中一个喉道面积,增大另一个喉道面积,获得两个不一样大的推力,以此来获得飞机偏航的矢量推力。调整两个矩形扩张段5的偏转方向,使之偏转方向相反,即可获得飞机翻滚的矢量推力。当两个矩形扩张段5都向一个方向偏转,即可获得产生俯仰的矢量推力。
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作出若干改进,例如:S弯偏距,出口宽高比,气膜孔排布方式,直径,倾斜角度,个数等,这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管,包括进气分流段(1),其特征在于,所述的进气分流段(1)出口一分为二,且为对称结构;所述的进气分流段(1)出口分别依次连接有S弯圆转矩形过渡段(2),气膜冷却矩形排气段(3),矩形收敛段(4),矩形扩张段(5);所述的气膜冷却矩形排气段(3)内测侧壁连接有冷气腔(7);所述的气膜冷却矩形排气段(3)与冷气腔(7)的连接壁面设置有差排整列气膜孔(6)。
2.根据权利要求1所述的一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管,其特征在于,所述的S弯圆转矩形过渡段(2)为S弯通道,所述的S弯圆转矩形过渡段(2)的进、出口中心线斜率均为零;进口面为圆形,出口型面为矩形且四边倒角,中间型面为超椭圆过渡。
3.根据权利要求1所述的一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管,其特征在于,所述的气膜冷却矩形排气段(3),所述气膜冷却矩形排气段(3)为矩形、且四周倒角,四周壁面有短边和长边之分;所述的气膜冷却矩形排气段(3)内、外侧侧壁面为短边,与S弯圆转矩形过渡段(2)、矩形收敛段(4)的连接壁面为长边。
4.根据权利要求1所述的一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管,其特征在于,所述的矩形收敛段(4),矩形扩张段(5)的型面均为矩形,且四周倒角。
5.一种低红外辐射信号的双出口S弯喷管的控制方法,其特征在于,方法如下:
1)当在出现分离涡或者有红外抑制需求的条件下,从发动机或其他装置引入冷空气进入冷气腔(7),冷却空气从差排整列气膜孔(6)进入气膜冷却矩形排气段(3),此时冷却空气与热排气进一步掺混,同时在气膜冷却矩形排气段(3)内侧壁面形成全覆盖的气膜;
2)在未出现分离涡或者不需要红外抑制需求的条件下,停止向冷气腔(7)内引入冷气。
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