CN110905685A - 一种可控气动力密封的二元可调喷管 - Google Patents

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刘金楠
上官莉英
张亮
吴智锋
裘云
凌文辉
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Abstract

本发明公开了一种可控气动力密封的二元可调喷管，属于可调喷管技术领域，包括：固定段、侧壁、调节板、密封条、管路及气源接头；两个侧壁分别与固定段的两个相对侧边固定连接；调节板销接在固定段的顶边，调节板可绕销接处的销轴转动；固定段、支撑面、两个侧壁及调节板组成二元可调喷管；调节板的主体为矩形平板；矩形平板上表面与两个侧壁的对应侧各设置有一个与调节板侧边长度一致的充气腔；每个充气腔朝向对应侧侧壁的开口通过与调节板侧边长度一致的密封条密封；气源接头有三个气口，其中一个气口与气源连接，另两个气口分别通过管路与调节板的两个充气腔连通。本发明能够保证二元可调喷管调节板和侧壁之间的密封性，有效控制燃气泄露。

Description

一种可控气动力密封的二元可调喷管
技术领域
本发明属于可调喷管技术领域，具体涉及一种可控气动力密封的二元可调喷管。
背景技术
可调喷管是先进航空发动机和冲压发动机的重要组件，通过调节喷管的喉道或出口面积来控制发动机的工作状态，是发动机最主要的控制变量之一。根据流道截面的不同，可调喷管大致可分为轴对称可调喷管和二元可调喷管两大类，其中轴对称可调喷管得到了广泛的应用，二元可调喷管由于技术难度大，增重明显等原因目前只有美国的F-119发动机在用。但是随着组合发动机技术的发展，二元可调喷管技术再次得到了重视。
二元可调喷管结构如图1所示，高温燃气由固定段出口(燃烧室出口)喷出，再通过由侧壁和调节板构成的内流通道喷射到大气中。调节板可绕销轴转动，从而改变内流通道的喉道面积(或出口面积)。由于侧壁、下板与固定段之间都是固定连接，因此不存在高温燃气泄露问题，但设计时调节板与侧壁之间不能固定，必须留有一定的缝隙来保证调节板能够转动，因此调节板与侧壁之间存在高温燃气泄露的问题。
在发动机工作时如果发生高温燃气泄露首先会影响发动机的推力性能，其次是高温燃气对其它电子元器件和部分常温材料零件造成损坏，从而对发动机的安全性、可靠性产生不利影响，因此需要对调节板和侧壁之间的缝隙进行有效密封。
二元可调喷管调节板与侧壁之间的密封问题是二元可调喷管诸多技术难点之一。由于调节板运动过程和静止状态下都需要密封，因此不适合采用静密封；由于调节板运动时速度并不高，因此也不能采用常规意义上的动密封；此外，喷管位于发动机的尾部，其内流燃气温度高，热负荷大，很难找到合适的密封元器件。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可控气动力密封的二元可调喷管，能够保证二元可调喷管调节板和侧壁之间的密封性，有效控制燃气泄露，提高发动机性能和工作可靠性。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种可控气动力密封的二元可调喷管，包括：固定段、侧壁、调节板、密封条、管路及气源接头；
所述固定段为矩形框架，其底边固定在支撑面上，固定段连通燃烧室和喷管；
两个侧壁分别与固定段的两个相对侧边固定连接；
调节板销接在固定段的顶边，并位于两个侧壁之间，调节板可绕销接处的销轴转动；所述固定段、支撑面、两个侧壁及调节板组成二元可调喷管；
所述调节板的主体为矩形平板；矩形平板上表面与两个侧壁的对应侧各设置有一个与调节板侧边长度一致的充气腔；每个充气腔朝向对应侧侧壁的开口通过与调节板侧边长度一致的密封条密封；充气腔内的气体通过推动密封条移动使得密封条抵触在调节板与对应侧的侧壁之间；
所述气源接头有三个气口，其中一个气口与气源连接，气源用于提供高压气体，并控制气体压力；另两个气口分别通过管路与调节板的两个充气腔连通。
进一步的，所述调节板的充气腔的组成如下：
所述调节板的矩形平板上表面与两个侧壁的对应侧各设置有一个顶部开口的矩形框架，矩形框架的顶部开口由与该顶部开口大小相同的盖板封闭；矩形框架的长度和调节板与侧壁对应侧的侧边长度相等；
所述矩形框架朝向与之对应侧的侧壁的一侧开口，矩形框架开口侧的相对侧上加工有充气孔；
每个矩形框架通过一个密封条和与之对应侧的侧壁对接，且密封条位于矩形框架内的部分与矩形框架的内表面滑动配合，密封条、盖板和矩形框架形成封闭的充气腔。
进一步的，所述密封条为中空结构。
进一步的，所述密封条沿其长度方向的一个侧面为开口，且开口侧位于与之对应侧的矩形框架的侧边开口内。
进一步的，所述固定段的顶边设有与调节板连接的连接耳；
所述调节板的矩形框架的一个短侧边沿矩形平板的侧边延伸出条状凸台，条状凸台外侧设有安装耳；
所述调节板的安装耳与固定段的连接耳通过销轴连接。
进一步的，所述气源采用下述三种来源中的一种或者一种以上的组合：来自发动机内流道的未参与燃烧的气体；来自飞行器外部的大气；来自飞行器携带的高压气瓶的气体。
有益效果：本发明采用可控制气压的气源来推动密封条移动，对调节板和侧壁之间的缝隙进行密封，仅用金属零部件，不需要对其进行特别的热防护措施，且通过调节气体压力可以调整密封条与侧壁之间的密封强度，能够有效解决调节板在运动状态和静止状态下的高温燃气密封问题，对保证发动机推力性能和提高发动机安全性、可靠性有重要帮助。
附图说明
图1为背景技术中的二元可调喷管的结构示意图；
图2为本发明的整体结构示意图；
图3为本发明的部分结构示意图；
图4为固定段结构示意图；
图5为侧壁结构示意图；
图6为调节板结构示意图；
图7为盖板结构示意图；
图8为密封条结构示意图；
图9为气源接头结构示意图；
其中，1-固定段，2-侧壁，3-调节板，4-盖板，5-密封条，6-管路，7-气源接头。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种可控气动力密封的二元可调喷管，参见附图2和图3，包括：固定段1、侧壁2、调节板3、盖板4、密封条5、管路6及气源接头7；
参见附图4，所述固定段1为矩形框架，用于连通燃烧室和喷管，其顶边设有与调节板3连接的连接耳，其底边固定在支撑面上，固定段1的矩形中空部分即为二元可调喷管的进气口，支撑面即为二元可调喷管的底面；
参见附图5，所述侧壁2为四边形或其它多边形的平板，两个侧壁2分别与固定段1的两个相对侧边通过螺栓固定连接；两个侧壁的2即为二元可调喷管的两侧面；
参见附图6，所述调节板3的主体为矩形平板；矩形平板的上表面设有两个平行的顶部开口的矩形框架，且两个矩形框架沿矩形平板的中线对称布置；矩形框架的一个长侧边为开口，且开口端与矩形平板的侧边平齐，矩形框架的另一个长侧边上加工有充气孔；矩形框架的两相对的短侧边分别与对应的矩形平板的侧边平齐，其中一个短侧边沿矩形平板的侧边延伸出条状凸台，条状凸台外侧设有安装耳；调节板3通过该安装耳与固定段1的连接耳销接，调节板3可绕销接处的销轴转动，进而调节二元可调喷管喉道(或出口)面积；所述固定段1、支撑面、两个侧壁2及调节板3组成二元可调喷管，且调节板3的未设有矩形框架的所在表面为二元可调喷管的内表面；
参见附图7，所述盖板4为与调节板3的矩形框架顶部开口大小相同的矩形平板；参见附图8，所述密封条5为中空的长方体，沿其长度方向的一个侧面为开口；两个盖板4分别盖装在调节板3的两个矩形框架的上表面开口，两个密封条5的开口侧分别通过调节板3的两个矩形框架的侧边开口插入矩形框架内；盖板4和密封条5将调节板3的矩形框架封闭，形成充气腔；且密封条5的开口端与调节板3的矩形框架的充气孔所在长侧边相对布置；密封条5位于矩形框架内的部分与矩形框架的内表面滑动配合；
参见附图9，所述气源接头7有三个气口，其中一个气口与气源连接，气源用于提供高压气体，并控制气体压力；所述气源的来源有三处：1)来自发动机内流道的未参与燃烧的气体；2)来自飞行器外部的大气；3)来自飞行器携带的高压气瓶的气体；气源采用上述三种中的任一种或者组合；另两个气口分别通过管路6插入调节板3的两个矩形框架的充气孔，使得气源与两个所述充气腔相通。
工作原理：气源通过气源接头7给两个所述充气腔提供高压气体，充气腔内的气压升高，分别推动两个密封条5向侧壁2的方向移动，直到密封条5压紧在侧壁2上，对调节板3和侧壁2进行密封，防止二元可调喷管内的高温燃气从调节板3与侧壁2的缝隙中泄露；通过控制气源提供的气体压力，可以控制所述充气腔内的气压，进而调整密封条5与侧壁2之间的密封强度，使得调节板3在运动状态或静止状态均可以进行密封。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可控气动力密封的二元可调喷管，包括：固定段(1)、侧壁(2)、调节板(3)；所述固定段(1)为矩形框架，其底边固定在支撑面上，固定段(1)连通燃烧室和喷管；
两个侧壁(2)分别与固定段(1)的两个相对侧边固定连接；
调节板(3)销接在固定段(1)的顶边，并位于两个侧壁(2)之间，调节板(3)可绕销接处的销轴转动；所述固定段(1)、支撑面、两个侧壁(2)及调节板(3)组成二元可调喷管；
其特征在于，还包括：密封条(5)、管路(6)及气源接头(7)；
所述调节板(3)的主体为矩形平板；矩形平板上表面与两个侧壁(2)的对应侧各设置有一个与调节板(3)侧边长度一致的充气腔；每个充气腔朝向对应侧侧壁的开口通过与调节板(3)侧边长度一致的密封条(5)密封；充气腔内的气体通过推动密封条(5)移动使得密封条(5)抵触在调节板(3)与对应侧的侧壁(2)之间；
所述气源接头(7)有三个气口，其中一个气口与气源连接，气源用于提供高压气体，并控制气体压力；另两个气口分别通过管路(6)与调节板(3)的两个充气腔连通。
2.权利要求1所述的一种自适应气动力密封的二元可调喷管，其特征在于，所述调节板(3)的充气腔的组成如下：
所述调节板(3)的矩形平板上表面与两个侧壁(2)的对应侧各设置有一个顶部开口的矩形框架，矩形框架的顶部开口由与该顶部开口大小相同的盖板(4)封闭；矩形框架的长度和调节板(3)与侧壁(2)对应侧的侧边长度相等；
所述矩形框架朝向与之对应侧的侧壁的一侧开口，矩形框架开口侧的相对侧上加工有充气孔；
每个矩形框架通过一个密封条(5)和与之对应侧的侧壁对接，且密封条(5)位于矩形框架内的部分与矩形框架的内表面滑动配合，密封条(5)、盖板(4)和矩形框架形成封闭的充气腔。
3.如权利要求1或2所述的一种自适应气动力密封的二元可调喷管，其特征在于，所述密封条(5)为中空结构。
4.如权利要求3所述的一种自适应气动力密封的二元可调喷管，其特征在于，所述密封条(5)沿其长度方向的一个侧面为开口，且开口侧位于与之对应侧的矩形框架的侧边开口内。
5.如权利要求1所述的一种自适应气动力密封的二元可调喷管，其特征在于，所述固定段(1)的顶边设有与调节板(3)连接的连接耳；
所述调节板(3)的矩形框架的一个短侧边沿矩形平板的侧边延伸出条状凸台，条状凸台外侧设有安装耳；
所述调节板(3)的安装耳与固定段(1)的连接耳通过销轴连接。
6.如权利要求1所述的一种自适应气动力密封的二元可调喷管，其特征在于，所述气源采用下述三种来源中的一种或者一种以上的组合：来自发动机内流道的未参与燃烧的气体；来自飞行器外部的大气；来自飞行器携带的高压气瓶的气体。
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