CN110410230B - 一种变循环发动机中的鳞片式整体变形后涵道引射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变循环发动机中的鳞片式整体变形后涵道引射器，包括：机匣、弹性板、记忆合金丝、鳞片、同步环、滑动杆。本发明采用记忆合金丝与弹性板配合变形改变工作状态，固定在弹性板上的鳞片随弹性板的变形改变位置并铺成流道内壁的隆起、舒展两种形状记忆合金丝通过孔洞和固定结构安装在弹性板上，初始时弹性板为舒展状态，此时引射器打开，当受到外部电加热升温时由于形状记忆效应长度缩短，弹性板随之弯曲，固定在其隔板上的鳞片随之移动位置，在流道中形成隆起的结构，这时引射器关小。该机构配合其它可调机构能够完成变循环发动机工作状态的转变，具有结构重量小、占用空间小、控制方便、运动可靠等优点。

Description

一种变循环发动机中的鳞片式整体变形后涵道引射器

技术领域

本发明涉及一种变循环发动机中的鳞片式整体变形后涵道引射器，用于实现后涵道引射器状态转换，以调节发动机的工作状态，属于航空航天技术中的高性能燃气涡轮发动机技术领域。

背景技术

国外变循环发动机起步于20世纪70年代，提出的方案多种多样并已经过深入研究，目前已经有通过实验验证的型号，而国内变循环发动机设计21世纪才开始进行，目前还处于原理研究和设计方案摸索阶段。

变循环发动机是指通过改变发动机某些部件的几何形状、尺寸或位置来改变其热力循环的燃气涡轮发动机。其典型可调机构主要有三部分：模式转换阀、前涵道引射器和后涵道引射器，其中后涵道引射器位于外涵道后端，其作用是调节外涵道气流流量，配合其它可调机构完成发动机热力循环的改变，并使风扇出口压力、压气机进口压力与燃烧室压力、涡轮出口压力相匹配，提高发动机工作的稳定裕度。

中国专利201410169249.5于2014年提出了一种变循环发动机后涵道引射器设计，采用对称外置的两个作动筒驱动，用连杆、连臂、滑动条等构件传动使阀体移动，由于采用了两个作动筒，有效避免了机构运行中卡死的情况，并实现了外涵道出口的面积连续可调，但其缺点在于作动构件重量大，传动路径长，导致运行效率低；并且传动机构对气流流动的影响不容忽视。

中国专利201410169257.X于2014年提出了一种变循环发动机后涵道引射器设计，作动筒控制同步环周向转动，用驱动臂、连杆、连臂、导轨等构件传动使阀体移动，运动可靠，机构运行协调，实现了气流连续可调，但其缺点在于作动筒重量、体积较大，传动构件多且重。

中国专利201811453662.9于2018年提出了变循环发动机前涵道引射器设计，利用记忆合金丝设计了驱动器作为机构驱动部件，并利用曲柄、连杆等构件设计了配套的传动机构，由于引入记忆合金作为驱动件代替了作动筒，减轻了结构重量，但其缺点在于仍然需要传动机构，结构一体性较差，不能充分发挥记忆合金的优势。

综上，现有技术占用空间大、结构重量大，与现代航空发动机轻质化的要求相违背。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服现有技术在结构重量、机构复杂程度、控制系统复杂度等方面的不足，提供一种变循环发动机中的鳞片式整体变形后涵道引射器，通过对记忆合金丝加热、冷却，使其驱动机构运动，从而使发动机内、外涵道之间的引射器出口面积连续可调，机构简单紧凑，运行可靠，重量轻，体积小。

本发明的技术解决方案是：一种变循环发动机中的鳞片式整体变形后涵道引射器，包括：机匣、弹性板、记忆合金丝、鳞片、同步环、滑动杆；机匣与弹性板通过螺钉连接；记忆合金丝通过弹性板上的圆孔和固定装置连接在一起；鳞片与弹性板上的隔板粘连在一起；同步环与弹性板通过螺钉连接；同步环与滑动杆通过一个L形板和螺钉连接；滑动杆的一端设计有滑轮与机匣上的滑道组成滑动副。

所述机匣上面有40～80对用于安装弹性板的螺纹孔、2处用于形成滑动副的滑道。

所述弹性板为20～40组，每组有A、B两种类型，各组周向均匀布置于机匣上，A类弹性板上表面有4处用于记忆合金丝穿过的圆孔、4处用于记忆合金丝固定的装置，下表面有5处用于记忆合金丝穿过的圆孔、2处用于记忆合金丝固定的装置；B类弹性板上表面有6处用于记忆合金丝穿过的圆孔、4处用于记忆合金丝固定的装置，下表面有6处用于记忆合金丝穿过的圆孔、2处用于记忆合金丝固定的装置。

所述鳞片为20～40组，每组有23种鳞片，各组周向均匀布置于机匣上，每种鳞片形状各异，可以铺成隆起形状。

所述同步环上面有40～80对处用于与弹性板相连的螺纹孔、2处用于与滑动杆连接的螺纹孔。

所述滑动杆为2个，其上有8处滑轮、1处用于与同步环连接的螺纹孔。

本发明的工作过程：

由于记忆合金丝通过孔洞和固定结构安装在弹性板的一侧，故记忆合金丝收缩时会使弹性板弯向自己的一侧。机构初始时弹性板为舒展状态，记忆合金丝处于预加载的塑性变形状态，此时引射器打开，当受到外部电加热升温时由于形状记忆效应长度缩短，弹性板随之弯曲，固定在其隔板上的鳞片随之移动位置，在流道中形成隆起的结构，这时引射器关小。故可以通过控制记忆合金丝的加热与冷却调整机构的状态。

本发明为一种变循环发动机中的鳞片式整体变形后涵道引射器，通过对记忆合金丝加热、冷却，使其驱动机构运动，从而使发动机外涵道出口面积连续可调，其优点如下：

(1)采用记忆合金丝作为驱动，同现有的通过液压作动筒驱动的调节机构相比，机构重量较小。同类型机构用作动筒作为驱动，并采用其它构件传动，结构重量大，本发明通过记忆合金丝与弹性板组合变形作为驱动，利用其形状改变鳞片的布局，机构主体直接起到阀体的作用，通过整体变形实现对气流通道的遮挡，进而改变外涵道横截面积，实现控制流量的作用，驱动、传动构件都减轻了重量。

(2)结构紧凑，对流道影响很小。本发明的驱动、传动构件以及铺成隆起形状的鳞片间连接非常紧凑，嵌入到机构中作为机构主体的一部分，为机构整体变形提供动力，除必要的流道内隆起部分，其它构件只占用外机匣外部的一部分空间，弹性板处于舒展状态时则流道内没有阻碍气流流动的结构，机构的一体性更强。

附图说明

图1为本发明鳞片式整体变形后涵道引射器的局部轴测视图；

图2为本发明鳞片式整体变形后涵道引射器的局部正视图；

图3为本发明鳞片式整体变形后涵道引射器的局部俯视图；

图4为本发明鳞片式整体变形后涵道引射器的局部左视图；

图5为本发明机匣的局部轴测视图；

图6为本发明机匣的断开剖面视图；

图7为本发明A型弹性板的轴测视图；

图8为本发明A型弹性板的半剖面视图；

图9为本发明B型弹性板的轴测视图；

图10为本发明B型弹性板的半剖面视图；

图11为本发明头部鳞片的轴测视图；

图12为本发明凹段鳞片的轴测视图；

图13为本发明凸段鳞片的轴测视图；

图14为本发明尾部鳞片的轴测视图；

图15为本发明同步环的局部轴测视图；

图16为本发明同步环的剖面图；

图17为本发明滑杆的轴测视图。

图中符号说明如下：

1.机匣，1-1.螺纹孔，1-2.滑轨，2.弹性板，2-1.穿透孔，2-2.固定孔，2-3.隔板，2-4.凹段，2-5.凸段，3.记忆合金丝，4.鳞片，4-1.粘连平台，4-2.第一弯曲，4-3.第二弯曲，4-4.头部延展，4-5.尾部延展，5.同步环，5-1.螺纹孔，6.滑杆，6-1.凸耳，6-2.通孔，6-3.滑轮

具体实施方式

本发明中的鳞片式整体变形后涵道引射器的连接方式如下：

如图1、图2、图3、图4所示，机匣1上的螺纹孔1-1用于连接弹性板2，记忆合金丝3穿过弹性板2上的穿透孔2-1并固定于固定孔2-2，鳞片4上的粘连平台4-1处与弹性板2上隔板2-3顶端粘连，同步环5的螺纹孔5-1用于与弹性板2连接，滑杆6的凸耳6-1上的通孔6-2用于与同步环5螺纹连接，机匣1上的滑轨1-2与滑杆6的滑轮6-3接触形成滑动副

本发明中的鳞片式整体变形后涵道引射器的具体实施方式如下：

本发明的基本结构为A、B两型弹性板2以及固定在其上的六条记忆合金丝3和粘连在其隔板2-3上的鳞片4为23种，23种鳞片4沿轴向交错铺开成条状，当记忆合金丝3通电加热后会拉动弹性板2变形为隆起形，23种鳞片4随之排布为隆起形，此时机构处于隆起状态，通电停止后记忆合金丝3冷却，弹性板2恢复原来形状，鳞片4排布亦恢复，此时机构处于舒展状态。这样的结构周向布置20～40个，可以铺满整环，记忆合金丝3加热时整体结构径向向内隆起，流道面积减小，记忆合金丝3冷却后恢复环形，流道面积增大，这个整环结构的一端与机匣1固连，另一端与同步环5相连，以确保不同弹性板2的变形量相同，同步环5则连接三个滑杆6，滑杆6在机匣1上的导轨1-2中平动，限制每个弹性板2的末端只能平动，这样整体机构能有效控制流道面积大小、改变发动机循环状态。

如图5所示，为机匣1外环的壁面，有一处环形凹槽用于放置主体机构，在凹槽的一侧有周向均匀布置的40～80对螺纹孔1-1用于安装弹性板2，另一侧有周向均匀布置的3处导轨1-2用于安装滑杆6。

如图6所示，为机匣1的局部断开剖视图，导轨1-2有足够长度以保证滑杆6保持在其内部滑动。

如图7所示，弹性板2的A型分为凹段2-4与凸段2-5，两个凹段2-4对称，各安装一条记忆合金丝3，在上部有4个隔板2-3用于安装鳞片4，中间隔板2-3内有穿透孔2-1，两端的隔板2-3内有固定孔2-2，记忆合金丝3收缩后可该段弯曲为凹形；凸段2-5位于中间，为轴对称结构，安装一条记忆合金丝3，上部有6个隔板2-3用于安装鳞片4，下部中间有5个穿透孔2-1，两侧有2个固定孔2-2，记忆合金丝3收缩后可该段弯曲为凸形。

如图8所示，为A型弹性板2的半剖视图，穿透孔2-1和固定孔2-2均紧贴弹性板2主板面。

如图9所示，弹性板2的B型同A型一样分为凹段2-4与凸段2-5，不同之处在于隔板2-3的分布不同，两个凹段2-4对称，各安装一条记忆合金丝3，在上部中间的3个隔板2-3用于安装鳞片4，中间隔板2-3内有穿透孔2-1，两端的隔板2-3内有固定孔2-2且不用于安装鳞片4，记忆合金丝3收缩后可该段弯曲为凹形；凸段2-5位于中间，为轴对称结构，安装一条记忆合金丝3，上部有6个隔板2-3用于安装鳞片4，下部中间有5个穿透孔2-1，两侧有2个固定孔2-2，记忆合金丝3收缩后可该段弯曲为凸形。A、B两型弹性板周向排列40个铺满整环。

如图10所示，为B型弹性板2的半剖视图，穿透孔2-1和固定孔2-2均紧贴弹性板2主板面。

如图11所示，为头部鳞片4示意图，粘连平台4-1用于安装在弹性板2的隔板2-3上，第一弯曲4-2与第二弯曲4-3使其避免同下一鳞片4重叠，头部延展4-4用以填充头部间隙

如图12所示，为凹段鳞片4示意图，粘连平台4-1用于安装在弹性板2的隔板2-3上，第一弯曲4-2与第二弯曲4-3使其避免同下一鳞片4重叠，整体向上弯曲以拟合凹段形状。

如图13所示，为凸段鳞片4示意图，粘连平台4-1用于安装在弹性板2的隔板2-3上，第一弯曲4-2与第二弯曲4-3使其避免同下一鳞片4重叠，整体略向上弯曲以防平放时该段鳞片重叠。

如图14所示，为头部鳞片4示意图，粘连平台4-1用于安装在弹性板2的隔板2-3上，尾部延展4-5用以填充尾部间隙，因为是最后一个鳞片4不涉及重叠，所以不设置第一弯曲4-2与第二弯曲4-3。

如图15、16所示，分别为同步环5的轴测图和剖视图，同机匣1的螺纹孔1-1一样，同步环5周向均匀布置40～80对螺纹孔5-1用于安装弹性板2。

如图17所示，滑杆6一端设有凸耳6-1，其上有通孔6-2用于与同步环5螺纹连接，滑杆6主体为四棱柱，四面均有一排2个滑轮6-3。

Claims (6)

1.一种变循环发动机中的鳞片式整体变形后涵道引射器，其特征在于包括：弹性板、鳞片、机匣、记忆合金丝、同步环和滑动杆；机匣与弹性板连接；记忆合金丝通过弹性板上的穿透孔和固定孔连接在一起；鳞片与弹性板上的隔板粘连在一起；同步环与弹性板连接；同步环与滑动杆通过一个L形板连接；滑动杆的一端设计有滑轮与机匣上的滑道组成滑动副。

2.根据权利要求1所述的鳞片式整体变形后涵道引射器，其特征在于：所述弹性板为20～40组，每组有A、B两种类型，各组周向均匀布置于机匣上，A类弹性板上表面有4处用于记忆合金丝穿过的穿透孔、4处用于记忆合金丝固定孔，下表面有5处用于记忆合金丝穿过的圆孔、2处用于记忆合金丝固定孔；B类弹性板上表面有6处用于记忆合金丝穿过的圆孔、4处用于记忆合金丝固定孔，下表面有6处用于记忆合金丝穿过的圆孔、2处用于记忆合金丝固定孔。

3.根据权利要求1所述的鳞片式整体变形后涵道引射器，其特征在于：所述鳞片为20～40组，组数应与弹性板组数相同，各组间结构完全相同，每组有23个鳞片，为使鳞片更有效地拼接成隆起形，每个鳞片的形状随其排布位置变化而变化，各鳞片交错粘连在两个弹性板上，并随弹性板沿机匣周向均匀布置。

4.根据权利要求1所述的鳞片式整体变形后涵道引射器，其特征在于：所述机匣上面有40～80对用于安装弹性板的螺纹孔，为保证运行稳定，设有2处用于形成滑动副的滑道。

5.根据权利要求1所述的鳞片式整体变形后涵道引射器，其特征在于：所述同步环上面有40～80对用于与弹性板相连的螺纹孔、2处用于与滑动杆连接的螺纹孔。

6.根据权利要求1所述的鳞片式整体变形后涵道引射器，其特征在于：所述滑动杆为2个，其上有8处滑轮、1处用于与同步环连接的螺纹孔。

Images