CN109204848B - 伸缩式辅助进气装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伸缩式辅助进气装置(10)，其用于为高速运动的机器上的辅助系统提供冲压空气，所述辅助进气装置具有外流道(2)、内流道(8)以及辅助进气口(1)，其中，所述外流道(2)与所述辅助进气口(1)相连接，所述内流道与下游的辅助系统相连接，并且所述内流道(8)伸入到所述外流道(2)内部，所述辅助进气口伸出高速运动的机器的蒙皮，并且其中，所述外流道(2)连同所述辅助进气口(1)能够相对于所述内流道(8)伸缩运动。

Description

伸缩式辅助进气装置

技术领域

本发明涉及一种伸缩式辅助进气装置，其用于为比如像航空器或航天器等高速运动的机器上的各种辅助系统提供冲压空气。

背景技术

在高速运动机器、尤其是航空器或航天器等飞行器上配备有各种辅助系统，比如像空气调节系统、电子设备冷却系统、润滑油冷却系统、液压回路冷却系统、压力调节系统等。在所述机器运行时需要为上述辅助系统提供冲压空气，于是需要在机器蒙皮表面开设辅助进气口及相应的辅助排气口。随着人们对安全性、经济性、舒适性的要求的提高，辅助进气装置使用冲压空气作为流动介质，需要考虑大引气量的舒适性要求、考虑流量控制精度及阻力的经济性要求，考虑防异物侵扰损坏内部组件的安全性要求。简而言之，对辅助进气装置的要求从简单的功能实现转换成复杂的性能提升。

目前在国内外航空、航天领域用到的辅助进气口分为埋入式和浸没式。由文献US8262018 B2已知一种带有埋入式进气口的辅助进气装置，其优点在于产品成熟，阻力小。在其中应用带风门作动器的埋入式进气口，通过作动器改变风门开度，从而控制流量大小，使得流量在一定范围内可以调节。但是当引气需求比较大时，带有埋入式进气口的辅助进气装置不得不在设计阶段就增大进气口尺寸，这势必带来全飞行包线内的阻力增加、冲压效率降低的损失。另外埋入式辅助进气口在地面滑行及起降时需要关闭风门，以免异物进入进气口损坏内部组件，无法为下游部件提供需求的流量，产生阶段性断流。

由文献US 20080099630 A1已知一种带有浸没式进气口的辅助进气装置，其优点在于冲压效率比较大，进口的质量流量比较大。但由于浸没式辅助进气口伸出到外界流场中，对全机阻力影响较大，而且因为离地近容易吸入外界的异物，从而损坏内部部件，需要加装挡板及作动器机构，另外由于进气口根部与蒙皮连接处正对外界气流，容易堆积载荷产生疲劳，需要定期检查装置裂纹并更换。

因此，亟待提出一种创新型的辅助进气装置，既满足大流量的引气要求，又能调节流量大小，不容易受外界异物侵扰，拥有适中的阻力及较大的冲压效率，同时强度载荷也不会在进气口堆积。

发明内容

针对于现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于，提供一种可应用于航空、航天领域的航空器或航天器的冲压空气进气系统的辅助进气装置，其具有大流量引气、冲压效率高、流量可调、阻力可调、远离异物、载荷不堆积的特点。相较于传统的埋入式，根据本发明的辅助进气装置具有大流量、高冲压效率的特点，相较于传统的浸没式，根据本发明的辅助进气装置具有流量可调、阻力小、远离异物、载荷不堆积的特点。

为此，根据本发明的伸缩式辅助进气装置具有外流道、内流道以及辅助进气口，其中，所述外流道与所述辅助进气口相连接，所述内流道与下游的辅助系统相连接，并且所述内流道嵌套入所述外流道内部，所述辅助进气口伸出高速运动的机器的蒙皮，根据本发明规定，在所述机器运行时，所述外流道连同所述辅助进气口能够相对于所述内流道进行伸缩运动。基于这种伸缩运动，通过作动器缩回，使得辅助进气口远离蒙皮，保留传统浸没式辅助进气口流量大、冲压效率高的特点；而通过作动器伸出，使得辅助进气口靠近蒙皮，减小进气的流量、降低整体阻力，同时使进气口远离异物侵扰，省去挡板及其开关作动机构，不会产生断流想象；而且由于靠近蒙皮的根本位置随时变动，应力累积产生的材料疲劳可以被分担。

按照本发明的一种优选的设计方案，在所述内流道的管路外侧设有第一轨道，并且在所述外流道的管路内侧设有第二轨道，所述第一轨道和第二轨道能够彼此适配。其中，所述第一轨道和第二轨道能够构造为“I”形，并且所述第一轨道的长度比所述第二轨道更长，这样可以节省轨道制造材料并且能够比较容易地完成所述第二轨道在外流道的管路内侧的安装。

根据本发明的辅助进气装置还包括布置在高速运动的机器的蒙皮内部的作动器，该作动器具有能够向外伸展或向内收缩的作动杆，并且所述作动器还具有固定件，所述固定件的其中一端与所述作动杆连接并且其另一端紧固在所述外流道的外侧。

此外，所述辅助进气装置还包括控制器，所述控制器接入所述作动器，通过操纵所述控制器能够改变所述作动器的作动杆的伸出长度。

有利地，所述作动杆能够在所述作动器的全开位置与全关位置之间伸缩运动，其中，在所述作动器的全开位置中，所述作动杆具有最大伸长长度，此时所述辅助进气口处于离高速运动的机器的蒙皮最近的位置；并且在所述作动器的全关位置中，所述作动杆具有最小伸长长度，此时所述辅助进气口处于离高速运动的机器的蒙皮最远的位置。

在高速运动时，需要考虑外界气流加载到辅助进气口的气动载荷，所以对于装置的强度及疲劳强度有一定要求。因此优选地，所述辅助进气口由铝合金材料或者复合材料制成。

进一步优选地，所述第一轨道和第二轨道为金属件，需要在其上涂润滑油以便使滑动顺畅。

进一步优选地，所述作动器及其作动杆为金属件，因为其需要承受较大的推拉力。

附图说明

以下根据附图对本发明的伸缩式辅助进气装置的具体实施方式进行详细阐述，其中：

图1是根据本发明的伸缩式辅助进气装置的侧视图；

图2是根据本发明的伸缩式辅助进气装置的主视图；并且

图3a至图3c是在辅助进气装置的作动器的不同开启位置时辅助进气口的位置示意图。

具体实施方式

图1和图2通过侧视图和主视图清楚地显示了根据本发明的伸缩式辅助进气装置的一种实施方式的结构。

其中，所述辅助进气装置10具有外流道2、内流道8以及辅助进气口1，所述外流道2与所述辅助进气口1相连接，所述内流道8 与下游的辅助系统相连接，所述内流道8伸入到所述外流道2内部，所述辅助进气口1伸出高速运动的机器的蒙皮11。在所述内流道8 的管路外侧设有第一轨道5，并且在所述外流道2的管路内侧设有能够与所述第一轨道5适配的第二轨道6，所述第一轨道5和第二轨道 6构造为“I”形并且所述第一轨道5的长度比所述第二轨道6更长。通过这种彼此适配的轨道，所述外流道2连同所述辅助进气口1能够相对于所述内流道8进行伸缩运动。

在所述外流道2外侧，所述辅助进气装置10还包括布置在高速运动的机器的蒙皮11内部的作动器3，该作动器3具有能够向外伸展或向内收缩的作动杆4，并且所述作动器3还具有固定件9，所述固定件9的其中一端与所述作动杆4连接并且其另一端紧固在所述外流道2的外侧。此外，所述辅助进气装置10还包括控制器7，所述控制器7接入所述作动器3，通过操纵所述控制器7能够改变所述作动器3的作动杆4的伸出长度。

在实际应用中，以航空领域的航空器为例，民用飞机的冲压空气系统一般位于翼身整流罩下方，可以通过如下步骤将所述辅助进气装置10安装在飞机上：

-首先在飞机表面上固定蒙皮11，在下游系统接口固定内流道管路；

-将作动器3固定在蒙皮11上，且位于蒙皮内部腔体、进气口旁，将作动杆4插入作动器3中；

-将一对短“I型”的第二轨道6紧贴固定在外流道管路的内壁两侧并将一对长“I型”的第一轨道5紧贴固定在内流道管路的外壁两侧；

-将辅助进气口1与外流道2相连接之后，辅助进气口1朝外，外流道2朝内插入蒙皮11，并将外流道2嵌套在内流道8外侧；

-将第一轨道5和第二轨道6对位装配，可以通过滚珠与润滑油的形式连接，使其仅能够沿轨道方向产生相对运动；

-将作动杆4外部顶端通过固定件9与外流道2外侧相固定；

-将控制器7接入作动器3。

图3显示了在飞行器飞行时，辅助进气装置10的工作原理，对此，这里分别选取飞行器的地面、爬升、巡航以及其它工况进行说明。

当飞行器处于地面滑行状态时，冲压空气一般需要大流量的引气，通过冲压空气系统后方的冲压腔风扇抽取外界气流，外界气流从四面八方被吸入辅助进气口1，此时附面层对流量的影响微乎其微，为了防止地面上的异物被吸入进气口，使作动器3处于全开位置，作动杆4处于最大伸出长度，外流道2连同辅助进气口1朝向蒙皮11方向移动，从而使得辅助进气口1靠近翼身整流罩而远离地面，如图3a所示。如此，能够满足大流量、高冲压效率、小阻力、远离异物侵扰的需求，也不会产生断流现象。飞机起飞后，冲压腔风扇作为空气循环机的一部分，将不再为辅助进气流量提供帮助，反而作为阻力件增大了辅助进气口的背压，飞机更多的依靠速度获取流量。

当飞行器处于爬升状态时，由于飞行高度升高，高处的外界空气温度相比地面有所降低，此时对冲压空气的流量需求略微减小，此时使作动器3处于全关位置，作动杆4处于最小伸出长度，外流道2连同辅助进气口1远离蒙皮11方向移动，如图3c所示，从而使得进气口远离翼身整流罩而捕获最大的外界流量，该位置的阻力相对最大，流量较大，冲压效率较高，无异物侵扰困扰。

当飞行器处于巡航状态中，此时在高空外界温度很低，因此对冲压空气的流量需求最小，而巡航状态是飞机飞行时长最长的时候，为了经济性考虑，对于阻力最为敏感，此时作动器位于最大开位，如图3a所示，使进气口靠近翼身整流罩而捕获最小的外界流量，该位置的阻力相对最小，流量较小但能满足需求，冲压效率较低，无异物侵扰困扰，气动载荷小且移动的进气口能够分担某一特定位置持续的气动载荷，使得载荷疲劳不会持续堆积。

当飞行器处于介于起飞与巡航工况之间的其他飞行工况时，作动器也处于全开位置与全关位置之间的半开位置，如图3b所示，辅助进气口的性能指标也介于两者之间。

通过根据本发明所提出的伸缩式辅助进气装置，在引气流量大、冲压效率高、流量可调节、阻力小、远离异物、疲劳不堆积六个方面无法兼得的情况，在原有浸没式辅助进气道基础上，保留其引气流量大、冲压效率高的特点，增加一个伸缩式的轨道机构，使得浸没式辅助进气口能够根据需要，沿附面层厚度方向移动，利用附面层流动的不均匀性，通过轨道机构按需调整辅助进气口位置，既能够控制并调节流量大小，又使得进气口阻力减小，且远离异物，不容易堆积疲劳载荷。

以上参照附图具体描述了本发明的具体实施方式。本领域技术人员应该理解，附图及其对应描述仅仅为了解释本发明的目的，在此基础上，本领域技术人员可以作出其他的变型、替换或改进。这些变型、替换或改进落入本发明的保护范围。

附图标记列表：

1 辅助进气口

2 外流道

3 作动器

4 作动杆

5 第一轨道

6 第二轨道

7 控制器

8 内流道

9 固定件

10 辅助进气装置

11 蒙皮。

Claims (8)

1.一种伸缩式辅助进气装置(10)，其用于为高速运动的机器上的辅助系统提供冲压空气，所述辅助进气装置具有外流道(2)、内流道(8)以及辅助进气口(1)，其中，所述外流道(2)与所述辅助进气口(1)相连接，所述内流道与下游的辅助系统相连接，并且所述内流道(8)嵌套入所述外流道(2)内部，所述辅助进气口伸出高速运动的机器的蒙皮，其特征在于，所述外流道(2)连同所述辅助进气口(1)能够相对于所述内流道(8)进行伸缩运动，其中，所述辅助进气装置(10)还包括布置在高速运动的机器的蒙皮内部的作动器(3)，所述作动器(3)具有能够向外伸展或向内收缩的作动杆(4)，并且所述作动器(3)还具有固定件(9)，所述固定件(9)的其中一端与所述作动杆(4)连接并且其另一端紧固在所述外流道(2)的外侧，并且所述辅助进气装置(10)还包括控制器(7)，所述控制器(7)接入所述作动器(3)，通过操纵所述控制器(7)能够改变所述作动器(3)的作动杆(4)的伸出长度。

2.按照权利要求1所述的辅助进气装置(10)，其特征在于，在所述内流道(8)的管路外侧设有第一轨道(5)，并且在所述外流道(2)的管路内侧设有第二轨道(6)，所述第一轨道(5)和第二轨道(6)能够彼此适配。

3.按照权利要求2所述的辅助进气装置，其特征在于，所述第一轨道(5)和第二轨道(6)构造为“I”形，并且所述第一轨道(5)的长度比所述第二轨道(6)更长。

4.按照权利要求1所述的辅助进气装置，其特征在于，所述作动杆(4)能够在所述作动器(3)的全开位置与全关位置之间伸缩运动，其中，在所述作动器(3)的全开位置中，所述作动杆(4)具有最大伸长长度，此时所述辅助进气口(1)处于离高速运动的机器的蒙皮最近的位置；并且在所述作动器(3)的全关位置中，所述作动杆(4)具有最小伸长长度，此时所述辅助进气口(1)处于离高速运动的机器的蒙皮最远的位置。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的辅助进气装置，其特征在于，所述高速运动的机器是航空器或者航天器。

6.按照权利要求1至4中任一项所述的辅助进气装置，其特征在于，所述辅助进气口(1)由铝合金材料或者复合材料制成。

7.按照权利要求2或3所述的辅助进气装置(10)，其特征在于，所述第一轨道(5)和第二轨道(6)为金属件。

8.按照权利要求1所述的辅助进气装置(10)，其特征在于，所述作动器(3)及其作动杆(4)为金属件。

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