CN108087147A - 一种非均匀引射排气喷管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种非均匀引射排气喷管,涉及直升机排气设计领域。所述非均匀引射排气喷管包括内管与套设在所述内管上的外管,所述内管与外管之间的引射间隙沿内管或外管的周向为非均匀的,其中,在靠近直升机前前端向顶端弯曲处的引射间隙小于其它位置处的引射间隙。经CFD数值仿真分析,本发明比常规排气喷管设计减少发动机功率损失3%~5%。此种排气喷管设计,增加了直升机的载重能力,提升了直升机运输能力。

Description

一种非均匀引射排气喷管
技术领域
[0001]本发明涉及直升机排气设计领域,具体涉及一种非均匀引射排气喷管。
背景技术
[0002]目前,直升机排气系统一般由等截面积的一级排气喷管和与一级排气喷管之间具 有均匀引射间隙的二级排气喷管组成,由于这种常规式设计排气压力损失较大,直接造成 了发动机输出功率损失,导致直升机飞行性能、运输能力下降。
[0003]另外,由于排气喷管系统不仅要具备导出发动机尾气的能力,同时还要具有二级 引射能力,以实现动力舱的通风、散热。但是常规式排气喷管设计,引射能力较差,致使发动 机尾气极易通过引射间隙回流进入动力舱,造成动力舱内温度过高,甚至出现火灾。
[0004]因此,对直升机排气喷管进行优化设计,可以有效的降低发动机排气压力损失、提 升发动机输出功率、增强动力舱通风、散热能力,从而提升直升机运输能力。
发明内容
[0005]为了解决上述问题,本发明提供了一种降低直升机排气压力损失、提升发动机输 出功率、增强动力舱通风、散热能力的直升机排气喷管,提升直升机飞行性能。
[0006]本发明的核心思路是:设计一种截面积均匀扩张的一级排气喷管,以降低直升机 排气压力损失,同时设计一种与一级排气喷之间具有非均匀引射间隙的二级排气喷管,通 过一级与二级排气喷管的组合,达到提升发动机输出功率、增强动力舱通风、散热能力的目 的。
[0007]本发明非均匀引射排气喷管,包括内管与套设在所述内管上的外管,所述内管与 外管之间的引射间隙沿内管或外管的周向为非均匀的,其中,在靠近直升机前前端向顶端 弯曲处的引射间隙小于其它位置处的引射间隙。
[0008]优选的是,所述内管及外管的出口平面平行于直升机航向轴线与垂向轴线所构成 的平面。
[0009]优选的是,所述引射间隙最小处为5_,最大处为25mm。
[0010] 优选的是,所述引射间隙最小处沿内管周向延伸的尺寸为所述内管周向尺寸的1/ 9 〜1/7。
[0011] 优选的是,所述内管自连接机体的一端向外延伸分别形成弯曲段及平直段,所述 弯曲段的长度不小于总长度的85 %,所述内管与外管之间的引射间隙搭接段设置在所述平 直段。
[0012] 优选的是,所述内管的截面积从连接机体的一端向外均匀扩大,直至所述内管轴 线总长度的85%处,横截面积增大25%〜35%。
[0013] 优选的是,所述搭接段长度为20mm〜40mm。
[0014]优选的是,所述外管在远离机体的出口端较所述内管的出口端向外延伸4〇〜 60mm 〇
[0015] 本发明经CFD数值仿真分析,确定能够比常规排气喷管设计减少发动机功率损失 3%〜5%。在型号应用中,此种排气喷管设计,增加了直升机的载重能力,为提升直升机运 输能力做出了很大贡献。
附图说明
[0016] 图1为按照本发明非均匀引射排气喷管的一优选实施例的立体图。
[0017] 图2为本发明图1所示实施例的主视图。
[0018] 图3为本发明图1所示实施例的侧视的。
[0019] 其中,丨为外管,2为内管,3为入口端,4为出口端。
具体实施方式
[0020] 为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚,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更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类 似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明 一部分实施例,而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用 于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。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。下 面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0021] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系,例如“顺时针”、“逆时针”、“向上”、“向下”等,仅是为了便于描述本发 明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位 构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0022] 直升机排气系统一般包括一级排气喷管和与一级排气喷管之间具有均匀引射间 隙的二级排气喷管组成,如图1所示,一级排气喷管为内管2,二级排气喷管为外管1,两个排 气喷管的其入口端3连接机体的发动机安装接口,出口端4为远离机体的排气端。以下描述 中,一级排气喷管与内管均表示同一结构,二级排气喷管与外管表示同一结构。
[0023]本实施例中,所述内管与外管之间的引射间隙沿内管或外管的周向为非均匀的, 如图3所示,其中,在靠近直升机前前端向顶端弯曲处的引射间隙小于其它位置处的引射间 隙,图3中,左侧为飞机前端,右侧围飞机后端,上侧为背离地面的一端。
[0024] 本发明上述设计能够比常规排气喷管设计减少发动机功率损失3%〜5%。
[0025] 本实施例中,所述内管2及外管1的出口平面平行于直升机航向轴线与垂向轴线所 构成的平面。换言之,如图1所示,右侧的出口端2构成的平面法线与直升机机体航向及垂向 轴线均垂直。
[0026]可以理解的是,由于发动机出口端并非严格的与上述直升机航向轴线与垂向轴线 所构成的平面(以下称为第一平面)所平行,而出口端要求如上述第一平面所平行,因此内 管2设置有弯曲段,在弯曲至与第一平面所平行后,改为平直段,其中,弯曲段的长度不小于 总长度的85%,剩下的平直段至少要包含引射间隙的搭接段。
[0027] 本实施例中,内管轴线是一条长度为460mm〜480mm的弧线,弧线半径为688mm〜 700mm,轴线起点为发动机上安装接口平面几何中心。
[0028]本实施例中,上述弯曲段中包含一段截面面积均匀扩大的部分,具体的,所述内管 的截面积从连接机体的一端向外均句扩大,入口端3的截面半径90〜110mm,直至所述内管 轴线总长度的85%处,横截面积增大25%〜35%,优选为扩大30。而后保持横截面积不变, 沿轴线方向延伸至最大长度处。
[0029] 如图3所示,为本发明自出口端向机体方向的侧视图,参考该图,在靠近直升机前 前端向顶端弯曲处的引射间隙(左上角)小于其它位置处的引射间隙,所述引射间隙最小处 为5mm,最大处为25mm。最小处引射间隙设置的距离一般为所述内管周向尺寸的1/9〜1/7。 [0030] 本实施例中,所述搭接段长度为20mm〜40mm。如图2所示,内管的外端面处向内延 伸20mm〜40mm,该延伸的一段属于内管的平直段中的一部分,该延伸段与套设在其外的外 管共同构成搭接段。
[0031]本实施例中,如图2所示,所述外管在远离机体的出口端较所述内管的出口端向外 延伸40〜60mm。
[0032]本发明提供了上述非均匀引射排气喷管的设计过程,主要包括:
[0033] 步骤一:内管设计
[0034] 1)根据发动机安装位置和发动机上的安装接口,确定内管入口平面的几何尺寸和 平面形状。
[0035] 2)根据发动机上安装接口平面几何中心确定内管中心轴线起始点位置。
[0036] 3)根据入口、出口截面形状及中心轴线,采用多截面式曲面构型方法创建所述内 管。
[0037]步骤二:外管的设计
[0038] 1)根据外管出口、引射间隙和搭接长度,确定外管内段右侧部分,参考图2。
[0039] 2)根据外管右侧部分和动力舱整流罩上的安装接口,确定外管的左侧部分。
[0040] 3)采用扫略式曲面构型方法创建外管。
[0041] 步骤三:将内管和外管组合起来即可构成直升机排气系统。
[0042]经CFD数值仿真分析,确定本发明能够比常规排气喷管设计减少发动机功率损失 3%〜5%。在型号应用中,此种排气喷管设计,增加了直升机的载重能力,为提升直升机运 输能力做出了很大贡献。
[0043]最后需要指出的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制。尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替 换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。

Claims (8)

1.一种非均勾引射排气喷管,包括内管与套设在所述内管上的外管,其特征在于,所述 内管与外管之间的引射间隙沿内管或外管的周向为非均匀的,其中,在靠近直升机前前端 向顶端弯曲处的引射间隙小于其它位置处的引射间隙。
2.如权利要求1所述的非均匀引射排气喷管,其特征在于,所述内管及外管的出口平面 平行于直升机航向轴线与垂向轴线所构成的平面。
3.如权利要求1所述的非均匀引射排气喷管,其特征在于,所述引射间隙最小处为5mm, 最大处为25mm。
4.如权利要求1所述的非均匀引射排气喷管,其特征在于,所述引射间隙最小处沿内管 周向延伸的尺寸为所述内管周向尺寸的1/9〜1/7。
5.如权利要求1所述的非均匀引射排气喷管,其特征在于,所述内管自连接机体的一端 向外延伸分别形成弯曲段及平直段,所述弯曲段的长度不小于总长度的85%,所述内管与 外管之间的引射间隙搭接段设置在所述平直段。
6.如权利要求5所述的非均匀引射排气喷管,其特征在于,所述内管的截面积从连接机 体的一端向外均匀扩大,直至所述内管轴线总长度的85%处,横截面积增大25%〜35%。
7.如权利要求5所述的非均匀引射排气喷管,其特征在于,所述搭接段长度为20mm〜 40酬°
8.如权利要求1所述的非均匀引射排气喷管,其特征在于,所述外管在远离机体的出口 端较所述内管的出口端向外延伸40〜60mm。
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