CN108223191A - 一种外部密封并联喷管位移调节机构 - Google Patents

Abstract

一种外部密封并联喷管位移调节机构，涉及组合发动机尾喷管。设有作动筒、连杆、摇臂、固定铰链、长滑块、长滑块凸轴、喷管侧板、喷管中间隔板、喷管上壁面、分流板和喷管下壁面；所述作动筒可左右移动，摇臂绕固定铰链转动，且在与摇臂下端开有通孔，长滑块凸轴可在孔内移动；喷管侧壁开有侧板槽，在侧板槽的中心开有通孔，所述长滑块可在侧板槽内滑动，长滑块的长度大于侧板槽通孔的长度，在长滑块滑动过程中始终能满足滑块盖住侧板槽通孔，达到密封效果；长滑块上在侧板两侧都有长滑块凸轴，侧板外侧的长滑块凸轴通过通孔连接摇臂，侧板内侧的长滑块凸轴通过分流板滑动槽连接分流板。可改善喷管出口气流状态，获得较好推力性能。

Description

一种外部密封并联喷管位移调节机构

技术领域

本发明涉及组合发动机尾喷管，尤其是涉及一种外部密封并联喷管位移调节机构。

背景技术

高超声速技术对国家的政治、军事、经济等方面均有重大影响，自20世纪50年代以来，各国展开了一系列的研究计划，取得各方面的突破。超燃冲压发动机是高超声速飞行器的最佳动力选择，因为其结构相对简单，且无需自身携带氧化剂，故可达到更高飞行马赫数和更远的航程，因此超燃冲压发动机成为世界大国竞相研究的热点。

但是，超燃冲压发动机无法自主完成从起飞到高马赫数飞行的完整航程，必须由其他类型的发动机帮助完成从起飞到其能启动的飞行马赫数的过程。为此，研究者提出了涡轮基组合循环发动机(Turbine Based Combined Cycle,TBCC)、火箭基组合循环发动机(Rocket Based Combined Cycle,RBCC)及空气涡轮火箭/冲压组合循环发动机(Air TurboRocket/Ramjet,ATR)等几种组合循环动力系统概念。

目前TBCC发动机主要是燃气涡轮发动机和冲压发动机(包括亚燃冲压发动机和超燃冲压发动机)的组合。根据两类发动机主要部件的关系和流程，可分为并联布局和串联布局。当涡喷发动机的加力燃烧室和冲压燃烧室共用时，称为串联(Tandem)布局。而涡喷发动机的加力燃烧室与冲压燃烧室相互独立时称为并联布局，而且根据并联特点又可以进一步分为环包型(Wrap around)和上下并联型(over/under)(Sompol Suwanprasert,Analytical Design of a Liquid Hydrogen Fueled Turbofan-ramjet Engine forFlight Mach Numbers Zero to Five[D],Wichita,Kansas,U.S.A,Wichita StateUniversity in Partial Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy,Decemer 1982)。

TBCC并联型布局的尾喷管涡轮发动机和冲压发动机分开排气，上通道为涡轮通道，下通道为冲压通道。对于不同的飞行马赫数，流场的状态和流量大小不同。在低马赫数状态时主要是涡轮发动机工作，提供动力，到高马赫数飞行状态时涡轮发动机的尾喷管需要关闭，由冲压发动机提供动力，因此需要对尾喷管的喉道大小进行调节，故需要有相应的调节机构(D.J Dusa,Exhaust nozzle system design considerations for turboramjetpropulsion systems[R],ISABE 89-7077)。因为冲压发动机的尾喷管型面都经过严格理论设计，必须要求机构对其原有设计的性能不产生影响。

发明内容

本发明的目的在于提供可改善喷管出口气流状态，获得较好推力性能的一种外部密封并联喷管位移调节机构。

本发明设有作动筒、连杆、摇臂、固定铰链、长滑块、长滑块凸轴、喷管侧板、喷管中间隔板、喷管上壁面、分流板和喷管下壁面；所述作动筒可左右移动，摇臂绕固定铰链转动，且在与摇臂下端开有通孔，长滑块凸轴可在孔内移动；喷管侧壁开有侧板槽，在侧板槽的中心开有通孔，所述长滑块可在侧板槽内滑动，长滑块的长度大于侧板槽通孔的长度，在长滑块滑动过程中始终能满足滑块盖住侧板槽通孔，达到密封效果；长滑块上在侧板两侧均设有长滑块凸轴，侧板外侧的长滑块凸轴通过通孔连接摇臂，侧板内侧的长滑块凸轴通过分流板滑动槽连接分流板。

作动筒的左右移动通过连杆带动摇臂绕固定铰链转动，从而使得长滑块在侧板槽中滑动。长滑块凸轴可在分流板上的滑动槽中滑动，故长滑块的滑动将带动分流板的偏转，实现对喷管出口气流状态的控制，较少气流损失，增大推力性能。

本发明提出的外部密封并联喷管位移调节机构，位于喷管外部，既能连续调节喷管内部的分流板，又可以保持喷管气密性，避免机构穿过喷管壁面时造成漏气的影响。本发明利用连杆滑块机构，设计外部密封的并联喷管位移调节机构，控制调节板的位置，从而改善喷管出口气流状态，获得较好推力性能。

本发明具有以下的优点：

外部密封的并联喷管位移调节机构，首先，由于组合发动机并联喷管的气动性能要求很高，故调节机构应该不影响气动外型，本发明机构位于喷管外部，对喷管内部气动无影响。其次，机构在喷管侧板开孔，但利用长滑块可以达到密封效果，不会导致气流外泄，保持喷管的性能稳定。再者，通过调节板的摆动既可以调节喷管的喉道面积，又可以实现涡轮通道喷管关闭的目的，从而使得TBCC尾喷管在宽马赫数的工作范围内均能得到较好的推力性能。

附图说明

图1并联喷管及调节机构等轴测视图。

图2喷管侧板机构固定结构。

图3并联喷管分流板结构(上通道打开状态)。

图4作动筒右极限点机构简图。

图5作动筒左极限点机构简图。

在图1～5中，各标记为：1为作动筒，2为连杆，3为摇臂，4为固定铰链，5为长滑块，6为长滑块凸轴，7为喷管侧板，a是摇臂上的通孔，b为侧板槽，c为侧板槽b中的长通孔，8为并联喷管中间隔板，9为喷管上壁面，10为分流板，d为分流板滑动槽，11喷管下壁面。

具体实施方式

本发明提出一种外部密封并联喷管的位移调节机构，可实现分流板的转动调节目的，且不影响喷管内部流动。

图1所示为并联喷管及调节机构等轴侧视图，包括两个通道，上通道为涡轮通道，下通道为冲压通道，本发明提出的调节机构位于喷管外部。图2为机构在喷管壁面穿孔、开槽位置即机构侧板的安装结构图示。

组合发动机并联喷管在整个航程中有多个工作状态，喷管需要根据不同工作状态进行分流板的调节，以减小出口气流欠膨胀或过膨胀的能量损失，获得较好的推力性能。如图3所示，图3为并联喷管上通道涡轮通道开启状态。

外部密封并联喷管位移调节机构如图1所示，机构由作动筒1、连杆2、摇臂3、固定铰链4、长滑块5、长滑块凸轴6、喷管侧板7、喷管中间隔板8和分流板10组成。摇臂3开通孔a，喷管侧板7在侧板槽b的中间有开长通孔c，分流板10开滑动槽d。长滑块5可在侧板槽中滑动。长滑块5的长度大于长通孔c，且在滑块滑动过程中，长滑块5可完全覆盖长孔c，达到喷管密封的效果。长滑块5的凸轴一端穿过长通孔c，通过分流板滑动槽d与分流板10连接，长滑块凸轴6可在分流板滑动槽d中滑动，长滑块另一端的凸轴通过孔a与摇臂3连接。摇臂3的中间位置4为固定铰链，摇臂可绕4转动。连杆2与摇臂3、连杆与作动筒均由铰链连接。

以图4为例，当作动筒1向右移动时，通过连杆2，带动摇臂3顺时针转动，长滑块凸轴6在摇臂3上的长孔a中滑动，摇臂3的转动通过长滑块凸轴6带动滑块在侧板槽b中向左运动。而在喷管内部，长滑块凸轴6在分流板滑动槽d中滑动，叠加上滑块5向左的运动，分流板将逆时针偏转，并联喷管上通道流通面积逐渐减小。如图4所示，当分流板尖端与喷管上壁面相切时，作动筒此时的位置为作动筒右极限点。

以图5为例，当作动筒1向左移动时，通过连杆2，带动摇臂3逆时针转动，长滑块凸轴6在摇臂3上的长孔a中滑动，摇臂3的转动通过长滑块凸轴6带动滑块在侧板槽中向右运动。而在喷管内部，长滑块凸轴6在分流板滑动槽d中滑动，叠加上滑块向右的运动，分流板顺时针偏转，并联喷管上通道流通面积逐渐增大。如图5所示，当滑块5的右端到达侧板槽b的端面时，作动筒此时的位置为作动筒左极限点。

由上可知，本发明可以在不影响喷管内部的气动性能的条件下，达到控制分流板偏转的目的，且达到密封的效果。

Claims (1)

1.一种外部密封并联喷管位移调节机构，其特征在于设有作动筒、连杆、摇臂、固定铰链、长滑块、长滑块凸轴、喷管侧板、喷管中间隔板、喷管上壁面、分流板和喷管下壁面；所述作动筒可左右移动，摇臂绕固定铰链转动，且在与摇臂下端开有通孔，长滑块凸轴可在孔内移动；喷管侧壁开有侧板槽，在侧板槽的中心开有通孔，所述长滑块可在侧板槽内滑动，长滑块的长度大于侧板槽通孔的长度，在长滑块滑动过程中滑块始终盖住侧板槽通孔，达到密封效果；长滑块上在侧板两侧均设有长滑块凸轴，侧板外侧的长滑块凸轴通过通孔连接摇臂，侧板内侧的长滑块凸轴通过分流板滑动槽连接分流板。