CN106968831A - 一种舵式矢量发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种舵式矢量发动机，它通过在喷气式发动机尾喷口加装由高技术指标耐热材料加工的水平舵、垂直舵，通过水平舵、垂直舵的舵面角度调整，起到改变发动机推力方向的效果，实现发动机的多元矢量推力。本发明还提出了将水平舵或垂直舵设计成由相互对称的两部分组成，不使用时可以分别向尾喷口的两侧旋转，转出尾喷口气流中心区域，以减少舵体在高温气流下的烧蚀时间的技术方案，以及将水平舵或垂直舵设计在尾喷口内侧，让水平舵或垂直舵完全被尾喷管包裹遮挡在尾喷口里面，从而提高采用隐身设计的战斗机的隐身性的技术方案。本发明具有结构简单、技术难度低的显著特点。

Description

一种舵式矢量发动机
技术领域
本发明涉及一种舵式矢量发动机，它通过在喷气式发动机的尾喷口加装舵的方式，实现对飞行器的姿态控制，起到与矢量发动机相类似的可以改变推力方向的效果，属航空发动机技术领域。
背景技术
现有喷气式飞机的姿态控制，主要通过水平尾翼、垂直尾翼、鸭翼或直接由机翼来完成。最新的矢量发动机可通过喷气式发动机尾喷口的转向，改变喷气方向来调整推力方向，实现对飞机的姿态控制，但该技术实现难度较大，目前仅有美、俄两国进行了实际应用，我国尚处在研究中。美国的方案是采用矩形喷口，上下、左右各有两对偏转板，可以分别在上下、左右方向上偏转，以改变喷气方向，虽然结构简单，但无法360度转向，属于二元推力矢量发动机；俄罗斯的方案是将尾喷口与发动机球形铰接，以实现尾喷口的360度转向，虽然结构复杂，但可提供全方向推力，属于多元推力矢量发动机。本发明拟提出有别于上述两种技术解决方案的第三种技术解决方案，以期获得与矢量发动机相类似的可以改变推力方向的效果，同时降低实现的技术难度。
发明内容
虽然喷气式发动机尾喷口的气流温度极高，但随着耐高温材料技术的发展，使得我们也可以提出直接在喷气式发动机尾喷口加装舵，通过舵面在垂直于发动机中心轴的自身转动轴方向上角度调整，以及舵在发动机中心轴方向上的转动，起到改变发动机推力方向的效果，获得对飞行器更加敏捷、高效的姿态控制，同时降低实现的技术难度。本发明的技术解决方案：在喷气式发动机尾喷口设计一个水平舵，尾喷口喷出的高速气流流过水平舵，通过调整水平舵的舵面角度，实现发动机的二元矢量推力；水平舵通过舵臂连接在舵向轴承上，舵向轴承连接在发动机机身上，通过舵向轴承以发动机轴心为轴的转动，带动水平舵以发动机轴心为轴转动，配合水平舵沿自身轴向进行的舵面角度的上下调整，实现发动机的多元矢量推力；还可以在尾喷口设计一个垂直舵，垂直舵与水平舵成90度夹角，通过调整垂直舵的舵面角度，配合水平舵的舵面角度调整，实现发动机的多元矢量推力；水平舵、垂直舵也可以通过舵臂连接在舵向轴承上，通过舵向轴承以发动机轴心为轴转动，带动水平舵、垂直舵以发动机轴心为轴转动，实现发动机的多元矢量推力；还可以将水平舵或垂直舵设计成由相互对称的两部分组成，不使用时可以分别向尾喷口的两侧旋转，转出尾喷口气流中心区域，以减少舵体在高温气流下的烧蚀时间；本发明还提出了将水平舵或垂直舵设计在尾喷口内侧，比如设计在发动机机身与尾喷口的连接处，这样，水平舵或垂直舵就可以完全被尾喷管包裹遮挡在尾喷口里面，从而提高采用隐身设计的作战飞机的隐身性。
附图说明
附图1是本发明实施例之一的立体图
附图2是本发明实施例之二状态1的剖面图
附图3是本发明实施例之二状态2的剖面图
附图4是本发明实施例之三的立体图
图中，1是发动机机身、2是尾喷口、3是水平舵、4是舵臂、5是舵面拉杆、6是舵向轴承、7是垂直舵、A-A'是发动机轴心、B-B'是水平舵自身转动轴轴心、C-C'是垂直舵自身转动轴轴心
具体实施方式
对照附图1，图1本发明实施例之一的立体图。图中，喷气式发动机尾喷口2设计了一个水平舵3，发动机尾喷口2喷出的高速气流流过水平舵3，这样，当我们调整水平舵3的舵面角度，即使水平舵3沿自身的轴向B-B'进行舵面角度的上下调整时，便可以使发动机的推力方向在飞机轴向上产生上下方向上的变化，从而实现发动机的二元矢量推力。
实现水平舵3沿自身轴向B-B'进行舵面角度上下调整的技术解决方案很多，图1中为水平舵3设计了舵面拉杆5，通过马达驱动舵面拉杆5，即可调整水平舵3的舵面角度。
从图1可知，我们只需要让水平舵3也可以同时在发动机轴心方向上转动，配合水平舵3的舵面角度调整，就可以实现发动机的多元矢量推力。
对照附图1，水平舵3通过舵臂4连接在舵向轴承6上，舵向轴承6连接在发动机机身1上，舵向轴承6可以以发动机轴心A-A'为轴转动，从而带动水平舵3以发动机轴心A-A'为轴转动，配合水平舵3沿自身轴向B-B'进行舵面角度的上下调整，实现发动机的多元矢量推力。
对照附图2、3，图2是本发明实施例之二状态1的剖面图、图3是本发明实施例之二状态2的剖面图。图2、图3所示的实施例之二的结构与图1所示的实施例之一的结构是基本相同的，所不同的是水平舵3由相互对称的左右两部分组成，不使用时水平舵的左右两部分可以分别向尾喷口2的左右两侧旋转，转出尾喷口气流中心区域，这样设计的目的是可以减少舵体在高温气流下的烧蚀时间，从而一定程度地降低舵体材料的耐高温技术指标，延长舵的使用时间，但带来的问题除了结构会相对复杂、材料结构强度要求更高之外，对控制系统的要求也会随之提高。
虽然一个水平舵3就可以实现发动机的多元矢量推力，但在发动机上安装舵向轴承6除了结构、成本、技术要求都会比较高外，为了获得对战斗机转向的快速响应，舵向轴承6的转动速度也要非常快，由于舵向轴承6的半径比较大，要做到快速转动并不容易，为此，我们还可以考虑在水平舵3的基础上，增加一个垂直舵。
对照附图4，图4是本发明实施例之三的立体图。图中，喷气式发动机尾喷口2在水平舵3的基础上，增加了一个垂直舵7，垂直舵7与水平舵3成90度夹角，我们知道，此时，通过调整垂直舵7的舵面角度，即使垂直舵7沿自身轴向C-C'进行舵面角度的左右调整，再配合水平舵3沿自身轴向B-B'进行舵面角度的上下调整，同样可以实现发动机的多元矢量推力。
当然，我们同样也还是可以继续延用舵向轴承6的设计，将水平舵3、垂直舵7通过舵臂4连接在舵向轴承6上，通过舵向轴承6以发动机轴心A-A'为轴的转动，带动水平舵3、垂直舵7以发动机轴心A-A'为轴转动，实现发动机的多元矢量推力。由于有水平和垂直方向的两个舵，舵向轴承6只需要进行小于90度的转动即可，对转动速度的要求降低了，转动带来的推力变化的响应速度也提高了。
同样，我们也可以参照实施例之二的设计，将垂直舵7设计为由相互对称的上下两部分组成，不使用时可以分别向尾喷口2的上下两侧旋转，转出尾喷口气流中心区域，以减少舵体在高温气流下的烧蚀时间。
上述各实施例中，虽然附图均显示水平舵或垂直舵位于尾喷口的外侧，但实际上，我们完成可以将水平舵或垂直舵设计在尾喷口的内侧，比如设计在发动机机身1与尾喷口2的连接处，这样，水平舵或垂直舵就可以完全被尾喷管包裹遮挡在尾喷口里面，从而提高采用隐身设计的作战飞机的隐身性，我们需要的，只是技术指标足够高的耐热材料。

Claims (7)

1.一种舵式矢量发动机，其特征是：所述的喷气式发动机尾喷口(2)有水平舵(3)，发动机尾喷口(2)喷出的高速气流流过水平舵(3)，通过调整水平舵(3)的舵面角度，即使水平舵(3)沿自身的轴向(B-B')进行舵面角度的上下调整，实现发动机的二元矢量推力。
2.根据权利要求1所述的一种舵式矢量发动机，其特征是：所述的水平舵(3)通过舵臂(4)连接在舵向轴承(6)上，舵向轴承(6)连接在发动机机身(1)上，舵向轴承(6)以发动机轴心(A-A')为轴转动，带动水平舵(3)以发动机轴心(A-A')为轴转动，配合水平舵(3)沿自身轴向(B-B')进行的舵面角度的上下调整，实现发动机的多元矢量推力。
3.根据权利要求1所述的一种舵式矢量发动机，其特征是：所述的喷气式发动机尾喷口(2)有垂直舵(7)，垂直舵(7)与水平舵(3)成90度夹角，通过调整垂直舵(7)的舵面角度，即使垂直舵(7)沿自身的轴向(C-C')进行舵面角度的左右调整，配合水平舵(3)沿自身轴向(B-B')进行的舵面角度的上下调整，实现发动机的多元矢量推力。
4.根据权利要求3所述的一种舵式矢量发动机，其特征是：所述的水平舵(3)、垂直舵(7)通过舵臂(4)连接在舵向轴承(6)上，舵向轴承(6)连接在发动机机身(1)上，舵向轴承(6)以发动机轴心(A-A')为轴转动，带动水平舵(3)、垂直舵(7)以发动机轴心(A-A')为轴转动，实现发动机的多元矢量推力。
5.根据权利要求2或权利要求3所述的一种舵式矢量发动机，其特征是：所述的水平舵(3)由相互对称的左右两部分组成，不使用时可以分别向尾喷口(2)的左右两侧旋转，转出尾喷口气流中心区域；所述的垂直舵(7)由相互对称的上下两部分组成，不使用时可以分别向尾喷口(2)的上下两侧旋转，转出尾喷口气流中心区域。
6.根据权利要求1所述的一种舵式矢量发动机，其特征是：所述的水平舵(3)位于尾喷口2的内侧，即水平舵(3)可完全被尾喷管包裹遮挡在尾喷口2里面。
7.根据权利要求3所述的一种舵式矢量发动机，其特征是：所述的水平舵(3)、垂直舵(7)位于尾喷口2的内侧，即水平舵(3)、垂直舵(7)可完全被尾喷管包裹遮挡在尾喷口2里面。
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