CN110500199B - 一种喉道及出口面积均可调的二元喷管调节装置 - Google Patents

一种喉道及出口面积均可调的二元喷管调节装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种喉道及出口面积均可调的二元喷管调节装置，属于发动机技术领域。本发明中喷管固定壁面与前后调节板壁面组成可调流道壁面，前后调节板组成的调节壁面是从喷管固定壁面形成的固定流道之中分隔出可调流道。前调节板与喷管固定壁面以轴颈形式连接，在流道壁面处以与流道等宽的圆弧面形式配合，便于流道密封。前调节板与后调节板以轴颈和圆弧配合面的形式连接，便于流道密封。前调节板与喷管固定壁面的连接轴颈处设冷却介质进出口，前调节板结构内设有冷却槽道。后调节板后端短轴与喷管固定壁面通过槽道配合，后端短轴在后调节板上沿气流方向的位置可用于调整喷管出口面积的调节幅度。

Description

一种喉道及出口面积均可调的二元喷管调节装置
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种喉道及出口面积均可调的二元喷管调节装置。
背景技术
尾喷管是发动机的排气装置，其作用是使高温高压燃气膨胀加速，使喷管排出的气流动量大于进气道捕获气流动量从而产生推力，在高超声速状态下，后体尾喷管产生的推力可达总推力的70％以上。为了保证发动机在很宽的速度范围内都具有良好的工作性能，须将尾喷管的喉道面积和(或)出口面积设计为可调的，以在不同的速度工况下均能实现高温高压燃气的充分膨胀，以产生尽可能大的推力，保证尾喷管效率。
尾喷管的调节方式主要基于尾喷管的结构形式确定，按照流道面积的调节位置又有所区别，常见的尾喷管结构形式有轴对称和矩形(二元)两种，调节位置又分为喉道可调、出口面积可调以及喉道和出口面积均可调等。轴对称喷管的调节形式主要是鱼鳞板式，这一形式在航空发动机矢量喷管上应用广泛。二元喷管调节形式多为固定段和运动段的组合形式，调节段有平板、尾锥、弧面板等多种形式，结合具体的气动调节要求设计。
尾喷管的调节方式主要依据流道气动调节方案确定，针对性强，形式多样。目前调节装置在具体结构实现上存在结构复杂程度、装配难易程度、是否考虑冷却和密封等涉及制造使用成本、产品寿命和具体设计要求的区别。像鱼鳞板式调节装置，由几十个鱼鳞板及其对应的连杆组合以及作动环等结构组成，就是一种典型的结构复杂、装配较为困难的调节装置，制造、装备以及使用检测的成本较高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种结构简单可靠、装配方便，便于冷却和密封的喉道及出口面积均可调的二元喷管调节装置。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种喉道及出口面积均可调的二元喷管调节装置，包括喷管固定壁面1、前调节板2、后调节板3、作动筒4和连杆5；
其中，所述前调节板2与喷管固定壁面1通过前调节板2的轴颈22连接，两者之间除轴颈配合面外，在流道壁面上还存在一处与流道等宽的圆弧滑动配合面；后调节板3与前调节板2通过销轴连接，使得两调节板之间的圆弧配合面完整且与流道等宽；后调节板3与喷管固定壁面1通过喷管固定壁面1的滑动槽道14滑动连接，后调节板3随前调节板2运动时，其后端两侧伸出的短轴32可在喷管固定壁面1的滑动槽道14中滑动；作动筒4与连杆5均位于喷管固定壁面1外侧；作动筒4一端与喷管固定壁面1上的作动筒支座12铰接，另一端与连杆5铰接；作动筒4工作时可伸长或缩短，推动连杆5，带动前调节板2绕其轴颈22转动，后调节板3联动，从而实现流道喉道面积及出口面积的调节。
优选地，所述喷管固定壁面1包括进口法兰11、所述作动筒支座12、支座孔13、所述滑动槽道14；喷管固定壁面1的结构构成完整的二元通道；所述作动筒支座12用于安装作动筒4；所述支座孔13用于利用轴颈22连接前调节板2。
优选地，所述前调节板2包括冷却接口21、所述轴颈22、流道圆弧配合面23和连接孔24；冷却接口21在前调节板2两侧各一，分别为进口和出口，进出接口与冷却管路连接；冷却介质经进口进入前调节板2的内部冷却槽道内带走热量冷却壁面，然后经出口流出；所述轴颈22是前调节板2与喷管固定壁面1的安装配合面；流道圆弧配合面23是前调节板2与喷管固定壁面1的流道壁面配合面，在流道圆弧配合面23上开密封槽并填入密封条进行密封；连接孔24用于实现前后调节板的销轴连接；在前调节板2的侧面开密封槽并填入密封条密封。
优选地，所述后调节板3包括前端管臂31和后端两侧的所述短轴32；前端管臂31与前调节板2的连接孔24通过销轴连接，相互之间为圆弧配合，连接之后前后调节板之间能够以销轴为中心旋转一定角度，实现壁面角度的变化；后端两侧的短轴32与喷管固定壁面1的滑动槽道14为滑动配合，后调节板3跟随前调节板2联动时，其后端两侧的短轴32在滑动槽道14内滑动。
优选地，所述作动筒4具有伸缩功能，工作时在发动机控制系统的控制下可进行伸缩以调节前后可调板的角度。
优选地，所述连杆5是运动和力的传递零件，用于将作动筒4的伸缩位置变化和作用力转变为轴颈22的转动角度变化和扭矩。
优选地，所述作动筒4的能源供给方式为电动。
优选地，所述作动筒4的能源供给方式为液压。
本发明还提供了一种所述的装置的工作方法，包括以下步骤：作动筒4伸缩运动经连杆5转化为前可调板2绕其轴颈22的转动，前可调板2逆时针或顺时针转动使喉道面积相应地变小或变大，并带动后可调板3运动使出口面积相应地变大或变小，实现喷管喉道及出口面积的调节。
(三)有益效果
本发明中喷管固定壁面与前后调节板壁面组成可调流道壁面，前后调节板组成的调节壁面是从喷管固定壁面形成的固定流道之中分隔出可调流道。前调节板与喷管固定壁面以轴颈形式连接，在流道壁面处以与流道等宽的圆弧面形式配合，便于流道密封。前调节板与后调节板以轴颈和圆弧配合面的形式连接，便于流道密封。前调节板与喷管固定壁面的连接轴颈处设有冷却介质进出口，前调节板结构内设有冷却槽道。后调节板后端短轴与喷管固定壁面通过槽道配合，后端短轴在后调节板上沿气流方向的位置可以用于调整喷管出口面积的调节幅度。作动筒与连杆位于喷管固定壁面外侧，与高温燃气完全隔离。
附图说明
图1是本发明二元喷管调节装置的整体结构示意图；
图2是图1的剖视图；
图3是本发明的装置中喷管固定壁面的结构示意图；
图4是图3的剖视图；
图5是本发明的装置中前调节板的结构示意图；
图6是本发明的装置中后调节板的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明的二元喷管调节装置结构如图1和图2所示，包括喷管固定壁面1、前调节板2、后调节板3、作动筒4、连杆5。
其中，前调节板2与喷管固定壁面1通过前调节板2的轴颈22连接，两者之间除轴颈配合面外，在流道壁面上还存在一处与流道等宽的圆弧滑动配合面，便于密封。后调节板3与前调节板2通过销轴连接，特殊的连接结构形式保证两调节板之间的圆弧配合面完整且与流道等宽，便于密封。后调节板3与喷管固定壁面1通过喷管固定壁面1的滑动槽道14滑动连接，后调节板3随前调节板2运动时，其后端两侧伸出的短轴32可在喷管固定壁面1的滑动槽道14中滑动。作动筒4与连杆5均位于喷管固定壁面1外侧；作动筒4一端与喷管固定壁面1上的作动筒支座12铰接，另一端与连杆5铰接。作动筒4工作时自身可以伸长或缩短，推动连杆5，带动前调节板2绕其轴颈22转动，后调节板3联动，从而实现流道喉道面积及出口面积的调节。
喷管固定壁面1的结构示意如图3所示，包括进口法兰11、作动筒支座12(用于安装作动筒4)、支座孔13(用于利用轴颈22连接前调节板2)、滑动槽道14。喷管固定壁面1的剖面图如图4所示，喷管固定壁面1结构构成完整的二元通道，即使前后调节板与侧壁面之间发生燃气泄漏，燃气仍在喷管包容范围内，与喷管侧面的其它产品相隔离。
前调节板2的结构示意如图5所示，包括冷却接口21、轴颈22、流道圆弧配合面23、连接孔24。冷却接口21在前调节板2两侧各一，分别为进口和出口，进出接口与冷却管路连接。冷却介质经进口进入前调节板2的内部冷却槽道内带走热量冷却壁面，然后经出口流出。轴颈22是前调节板2与喷管固定壁面1的安装配合面。流道圆弧配合面23是前调节板2与喷管固定壁面1的流道壁面配合面，为防止燃气经此处配合面泄漏，可在流道圆弧配合面23上开密封槽并填入密封条进行密封。连接孔24用于实现前后调节板的销轴连接。为防止燃气经前调节板2侧面泄漏，在前调节板2的侧面开密封槽并填入密封条密封。
后调节板3的结构示意如图6所示，包括前端管臂31和后端两侧的短轴32。前端管臂31与前调节板2的连接孔24通过销轴连接，相互之间为圆弧配合，连接之后前后调节板之间能够以销轴为中心旋转一定角度，实现壁面角度的变化。后端两侧的短轴32与喷管固定壁面1的滑动槽道14为滑动配合，后调节板3跟随前调节板2联动时，其后端两侧的短轴32在滑动槽道14内滑动。
作动筒4具有伸缩功能，能源供给方式可为电动或者液压，工作时在发动机控制系统的控制下进行伸缩以调节前、后可调板3的角度。连杆5是运动和力的传递零件，将作动筒4的伸缩位置变化和作用力转变为轴颈22的转动角度变化和扭矩。
本发明的一种喉道及出口面积均可调的二元喷管调节装置，其工作原理在于，按照图1装配后，作动筒4伸缩运动经连杆5转化为前可调板2绕其轴颈22的转动，前可调板2逆时针(顺时针)转动使喉道面积变小(变大)，并带动后可调板3运动使出口面积变大(变小)，实现喷管喉道及出口面积的调节。该结构简单，仅由4个主体调节部件组成；接口少，易于拆装和维护；调节板连接配合弧面完整易于密封；调节板设计有冷却接口，能够在燃气高温下可靠工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种喉道及出口面积均可调的二元喷管调节装置，其特征在于，包括喷管固定壁面(1)、前调节板(2)、后调节板(3)、作动筒(4)和连杆(5)；
其中，所述前调节板(2与喷管固定壁面(1)通过前调节板(2)的轴颈(22)连接，两者之间除轴颈配合面外，在流道壁面上还存在一处与流道等宽的圆弧滑动配合面；后调节板(3)与前调节板(2)通过销轴连接，使得两调节板之间的圆弧配合面完整且与流道等宽；后调节板(3)与喷管固定壁面(1)通过喷管固定壁面(1)的滑动槽道(14)滑动连接，后调节板(3)随前调节板(2)运动时，其后端两侧伸出的短轴(32)可在喷管固定壁面(1)的滑动槽道(14)中滑动；作动筒(4)与连杆(5)均位于喷管固定壁面(1)外侧；作动筒(4)一端与喷管固定壁面(1)上的作动筒支座(12)铰接，另一端与连杆(5)铰接；作动筒(4)工作时可伸长或缩短，推动连杆(5)，带动前调节板(2)绕其轴颈(22)转动，后调节板(3)联动，从而实现流道喉道面积及出口面积的调节；
所述喷管固定壁面(1)包括进口法兰(11)、所述作动筒支座(12)、支座孔(13)、所述滑动槽道(14)；喷管固定壁面(1)的结构构成完整的二元通道；所述作动筒支座(12)用于安装作动筒(4)；所述支座孔(13)用于利用轴颈(22)连接前调节板(2)；
所述前调节板(2)包括冷却接口(21)、所述轴颈(22)、流道圆弧配合面(23)和连接孔(24)；冷却接口(21)在前调节板(2)两侧各一，分别为进口和出口，进出接口与冷却管路连接；冷却介质经进口进入前调节板(2)的内部冷却槽道内带走热量冷却壁面，然后经出口流出；所述轴颈(22)是前调节板(2)与喷管固定壁面(1)的安装配合面；流道圆弧配合面(23)是前调节板(2)与喷管固定壁面(1)的流道壁面配合面，在流道圆弧配合面(23)上开密封槽并填入密封条进行密封；连接孔(24)用于实现前后调节板的销轴连接；在前调节板(2)的侧面开密封槽并填入密封条密封。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述后调节板(3)包括前端管臂(31)和后端两侧的所述短轴(32)；前端管臂(31)与前调节板(2)的连接孔(24)通过销轴连接，相互之间为圆弧配合，连接之后前后调节板之间能够以销轴为中心旋转一定角度，实现壁面角度的变化；后端两侧的短轴(32)与喷管固定壁面(1)的滑动槽道(14)为滑动配合，后调节板(3)跟随前调节板(2)联动时，其后端两侧的短轴(32)在滑动槽道(14)内滑动。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述作动筒(4)具有伸缩功能，工作时在发动机控制系统的控制下可进行伸缩以调节前后可调板的角度。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连杆(5)是运动和力的传递零件，用于将作动筒(4)的伸缩位置变化和作用力转变为轴颈(22)的转动角度变化和扭矩。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述作动筒(4)的能源供给方式为电动。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述作动筒(4)的能源供给方式为液压。
7.一种如权利要求1至6中任一项所述的装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：作动筒(4)伸缩运动经连杆(5)转化为前可调板(2)绕其轴颈(22)的转动，前可调板(2)逆时针或顺时针转动使喉道面积相应地变小或变大，并带动后可调板(3)运动使出口面积相应地变大或变小，实现喷管喉道及出口面积的调节。
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