CN110173373B - 一种双流道s弯喷管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双流道S弯喷管，包括：S形收敛段、等值段和S形分流板，S形收敛段的第一端具有与发动机高温涡轮出口连接的进气口，等值段通过连接部连接在S形收敛段的尾部并具有排气口，S形分流板左右两端与S形收敛段左右两侧壁面焊接，其形状与S形收敛段上下表面的形状相适应。应用本发明技术方案的双流道S弯喷管结构，能够使S弯喷管在偏距较小的情况下实现对发动机高温涡轮出口的完全遮挡，同时保证喷管具有较高的气动性能，解决了现有技术中在喷管空间布局受限时，难以在保证喷管具有较高的气动性能的前提下对发动机高温涡轮出口实现完全遮挡的问题。

Description

一种双流道S弯喷管

技术领域

本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种双流道S弯喷管。

背景技术

对于航空发动机而言，其尾喷管的辐射信号对飞机的隐身性能具有重要的影响。喷管的红外辐射来自于喷管可被探测到的热壁面和经喷管排出的热喷流。喷管对于雷达波的反射取决于喷管腔体的空洞反射和涡轮叶片的正面回波。针对喷管的辐射特征，S弯喷管具备明显的低可探测优势：(1)S弯喷管的“S”形弯曲型面可对发动机内部高温部件进行有效地遮挡，显著降低喷管热壁面的红外辐射强度；(2)非轴对称的二元出口形式可强化热喷流与外界大气的掺混，缩短热喷流的高温核心区长度，大幅降低喷管热喷流的红外辐射强度；(3)S弯流道亦能避免旋转的涡轮叶片和加力燃烧室火焰稳定器直接暴露在电磁波面前，并增加入射的电磁波在S弯通道内的反射次数，减弱反射波的能量，明显缩减喷管的雷达信号特征。S弯喷管的低可探测优势使其得到国内外研究机构的高度重视，特别是以美国为代表的航空技术先进的国家都已将低可探测S弯喷管作为降低隐身战机可探测信号的重要部件，但在国内的飞机上并未开始应用。由于隐身飞机对于飞机型面的设计要求较高，现有技术中要满足全遮挡必须有足够大的空间安装喷管，而由于隐身飞机发动机尾喷管位置的空间布局受限，这就导致设计的S弯喷管难以同时保证对喷管入口高温部件全遮挡和高气动性能的设计要求。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种双流道S弯喷管，在S弯喷管设置分流板对发动机高温涡轮出口实现完全遮挡，并能够保证喷管具有较高的气动性能。

本发明的技术方案是：一种双流道S弯喷管，包括S弯喷管本体，其特征在：所述S弯喷管本体包括S形收敛段、等值段和S形分流板；所述S形收敛段一端的截面为圆形，作为喷管进气口与发动机高温涡轮出口配合安装，另一端的截面为矩形；所述S形收敛段两端之间的喷管壁的截面由圆形逐渐过度为矩形，其外轮廓为S形；

所述等值段为矩形截面的管状结构，与S形收敛段矩形截面端连接作为喷管排气口；所述等值段的轴向与发动机高温涡轮出口的轴向平行；

所述S形分流板为S形板状结构，其S形的两侧固定安装于所述S形收敛段内壁上，将S形收敛段分为上喷管壁和下喷管壁；所述S形分流板一端与所述S形收敛段的圆形截面端平齐，另一端与所述S形收敛段的矩形截面端平齐；所述S形分流板上任意一点到其法线与上喷管壁交点、下喷管壁交点的距离相等；

所述S形收敛段圆形截面的十字中心线的横向中心线与所述S形分流板一端重合，其纵向中心线与所述下喷管壁相交的点为下顶点，所述下顶点落在所述S形分流板的下壁面与所述S形收敛段下喷管壁的内壁面的公切线上；所述S形分流板的上壁面与所述S形收敛段上喷管壁的内壁面的公切线，与所述S形分流板靠近所述S形收敛段进气口一端相交。

本发明的进一步技术方案是：所述S形分流板与所述S形收敛段的进气口平齐的一端为弧形凸头端，与所述S形收敛段的矩形截面端平齐的一端为锥形尖尾端。

本发明的进一步技术方案是：所述弧形凸头端的弧形半径为4～5mm；所述锥形尖尾端的锥形角度为5～10度。

本发明的进一步技术方案是：所述S形收敛段的矩形截面端和等值段的径向截面为相互平行的矩形，且与高温涡轮出口的轴线方向垂直；所述等值段为等截面管状结构。

本发明的进一步技术方案是；所述等值段的排气口的横截面的宽度与高度之比为6～8。

本发明的进一步技术方案是：所述S形收敛段从圆形截面端到矩形截面端依次分为第一喷管段和第二喷管段；所述第一喷管段与第二喷管段沿高温涡轮出口的轴线方向的长度之比为1：1～2：3。

本发明的进一步技术方案是：所述S形收敛段和所述等值段的沿高温涡轮出口的轴线方向的长度之和与S形收敛段进气口的直径之比为2.5～2.8。

本发明的进一步技术方案是：所述S形分流板的S形的两侧焊接于所述S形收敛段内壁上。

有益效果

本发明的有益效果在于：应用本发明技术方案的双流道S弯喷管结构，通过在S形收敛段内加装S形分流板，将S形收敛段分内为上流道和下流道，利用S形分流板的上壁面和下壁面同时实现对上流道和下流道对高温涡轮出口的完全遮挡，使得进气口与排气口的轴向在偏距较小的情况下，对发动机的高温涡轮出口实现了完全遮挡，同时保证了喷管具有较高的气动性能。

限定所述第一喷管段与第二喷管段沿高温涡轮出口的轴线方向的长度之比为1：1～2：3；所述S形收敛段和所述等值段的沿高温涡轮出口的轴线方向的长度之和与S形收敛段进气口的直径之比为2.5～2.8，能够提高喷管的气动性能。

附图说明

图1是根据本发明实施例可选的一种双流道S弯喷管结构的结构示意图；

图2是根据本发明实施例可选的一种双流道S弯喷管结构的纵剖面结构示意图；

图3是根据本发明实施例可选的不同偏转角的S弯喷管示意图的纵剖面结构示意图；

图4是根据本发明实施例可选的一种双流道S弯喷管结构的“S”形分流板的结构示意图；

附图标记说明：1、S形收敛段；2、等值段；3、进气口；4、连接部；5、排气口；6、S形分流板；7、第一喷管段；8、第二喷管段；9、第一气流偏转部；10、第二气流偏转部；11、第三气流偏转部；12、上流道；13、下流道；14、上壁面；15、下壁面；16、弧形凸头端；17、锥形尖尾端。

具体实施方式

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，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的限制。

本发明的实施例一种双流道S弯喷管，如图1所示，包括：S形收敛段1、等值段2和S形分流板6，S形收敛段1的第一端具有与发动机高温涡轮出口连接的进气口3，等值段2通过一端的连接部4连接在S形收敛段1的尾部并具有排气口5，S形分流板6左右两侧与S形收敛段1左右两侧壁面焊接，其形状与S形收敛段1上下表面的形状相适应。

应用本发明技术方案的双流道S弯喷管结构，通过在S形收敛段1中加装S形分流板6，将S形收敛段1分为上流道12和下流道13，利用S形分流板6的上壁面14和下壁面15同时实现对上流道12和下流道13对高温涡轮出口的完全遮挡，达到在偏距较小的情况下，对发动机的高温涡轮出口实现了完全遮挡，同时保证了喷管具有较高的气动性能。

具体地，S形收敛段1从进气口到排气口依次分为S形的第一喷管段7和S形的第二喷管段8，第一喷管段7的流道为反向的S形，第二喷管段8的流道为正向的“S”形，第一喷管段7和第二喷管段8的连接过渡处有一部分重合，第一喷管段7和第二喷管段8中沿进气口3到连接部4的方向依次形成第一气流偏转部9、第二气流偏转部10和第三气流偏转部11，第一气流偏转部9靠近进气口3设置，第二气流偏转10部位于第一喷管段7和第二喷管段8的过渡处，第三气流偏转部11靠近连接部4。

第一气流偏转部9的流道由高温涡轮出口的轴线方向转为沿第一喷管段7向下偏离高温涡轮出口的轴线方向，即将气流由向下流动转为向上流动；第二气流偏转部10的流道由沿第一喷管段7向下偏离高温涡轮出口的轴线方向转为沿第二喷管段8的径向向上偏转并趋向高温涡轮出口的轴线方向；第三气流偏转部11的流道由沿第二喷管段8的径向向上偏转并趋向高温涡轮出口的轴线方向转为与高温涡轮出口的轴线方向。

S形分流板6位于S形收敛段1上喷管壁和下喷管壁的中间部，从进气口3开始，到连接部4结束，S形分流板6将S形收敛段1从中间分成上流道12和下流道13，从进气口3进入S形收敛段1的气流在进气口3处被S形分流板6分成两股流，分别进入上流道12和下流道13，气流流过第一喷管段7和第二喷管段8后在连接部4重新汇聚为一股后流入等值段2，最后从排气口5喷出。

在本发明实施例中，第一气流偏转部9、第二气流偏转部10和第三气流偏转部11的径向偏距与S形分流板之间的位置关系满足完全遮挡高温涡轮出口端面的原则。具体地，如图2、3所示，S形收敛段1圆形截面的十字中心线的横向中心线与S形分流板6一端重合，其纵向中心线与所述下喷管壁相交的点为下顶点B，下顶点B落在S形分流板6位于第二气流偏转部10的下壁面与所述S形收敛段位于第三气流偏转部11的下喷管壁的内壁面的公切线上，即B、P、Q三点共线；S形分流板6位于第二气流偏转部10的上壁面与S形收敛段1位于第三气流偏转部11的上喷管壁的内壁面的公切线，与S形分流板6位于第一气流偏转部9一段相交。如此可保证在任何角度下均无法直接探测到发动机的高温涡轮出口。

如图3所示，通过设置S形分流板6实现对发动机的高温涡轮出口的完全遮挡。在S形收敛段1和等值段2的沿高温涡轮出口的轴线方向的长度之和与S形收敛段1进气口的直径之比相同情况下，相对于仅依靠增大第一气流偏转部9、第二气流偏转部10和第三气流偏转部11的径向偏距实现对发动机的高温涡轮出口的遮挡，本发明实施例的双S弯发动机喷管结构构型更缓，需要占用的空间布局更少，每个流道转弯处的气流偏转角更小，所以气动性能更优。

为了减小S形分流板6对喷管进气口3来流进行分流时产生的损失，可选地，如图4所示，S形分流板6的头端均具有沿其宽度方向延伸的弧形凸头端16，通过设置弧形凸头端16能够有效地减小S形分流板6对喷管进气口3来流进行分流时产生的损失。

为了减小上流道12和下流道13在连接部4两股气流混合的损失，可选地，如图4所示，S形分流板6的尾端均具有沿其宽度方向延伸的锥形尖尾端17，通过设置锥形尖尾端17能够有效地减小上流道12和下流道13的气流在连接部4的混合损失。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种双流道S弯喷管，包括S弯喷管本体，其特征在：所述S弯喷管本体包括S形收敛段、等值段和S形分流板；所述S形收敛段一端的截面为圆形，作为喷管进气口与发动机高温涡轮出口配合安装，另一端的截面为矩形；所述S形收敛段两端之间的喷管壁的截面由圆形逐渐过度为矩形，其外轮廓为S形；

所述等值段为矩形截面的管状结构，与S形收敛段矩形截面端连接作为喷管排气口；所述等值段的轴向与发动机高温涡轮出口的轴向平行；

所述S形分流板为S形板状结构，其S形的两侧固定安装于所述S形收敛段内壁上，将S形收敛段分为上喷管壁和下喷管壁；所述S形分流板一端与所述S形收敛段的圆形截面端平齐，另一端与所述S形收敛段的矩形截面端平齐；所述S形分流板上任意一点到其法线与上喷管壁交点、下喷管壁交点的距离相等；

所述S形收敛段圆形截面的十字中心线的横向中心线与所述S形分流板一端重合，其纵向中心线与所述下喷管壁相交的点为下顶点，所述下顶点落在所述S形分流板的下壁面与所述S形收敛段下喷管壁的内壁面的公切线上；所述S形分流板的上壁面与所述S形收敛段上喷管壁的内壁面的公切线，与所述S形分流板靠近所述S形收敛段进气口一端相交。

2.根据权利要求1所述双流道S弯喷管，其特征在于：所述S形分流板与所述S形收敛段的进气口平齐的一端为弧形凸头端，与所述S形收敛段的矩形截面端平齐的一端为锥形尖尾端。

3.根据权利要求2所述双流道S弯喷管，其特征在于：所述弧形凸头端的弧形半径为4～5mm；所述锥形尖尾端的锥形角度为5～10度。

4.根据权利要求1所述双流道S弯喷管，其特征在于：所述S形收敛段的矩形截面端和等值段的径向截面为相互平行的矩形，且与高温涡轮出口的轴线方向垂直；所述等值段为等截面管状结构。

5.根据权利要求1所述双流道S弯喷管，其特征在于；所述等值段的排气口的横截面的宽度与高度之比为6～8。

6.根据权利要求1所述双流道S弯喷管，其特征在于：所述S形收敛段从圆形截面端到矩形截面端依次分为第一喷管段和第二喷管段；所述第一喷管段与第二喷管段沿高温涡轮出口的轴线方向的长度之比为1：1～2：3。

7.根据权利要求1所述双流道S弯喷管，其特征在于：所述S形收敛段和所述等值段的沿高温涡轮出口的轴线方向的长度之和与S形收敛段进气口的直径之比为2.5～2.8。

8.根据权利要求1所述双流道S弯喷管，其特征在于：所述S形分流板的S形的两侧焊接于所述S形收敛段内壁上。

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