CN112761813A - 一种航空发动机喷管调节机构 - Google Patents

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周东旭
王殿磊
吴桐
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Abstract

本申请属于航空发动机喷管调节机构设计技术领域，具体涉及一种航空发动机喷管调节机构，包括：多个摇臂，用以铰接到喷管连接筒的外壁上，沿周向分布；拉杆，一端对应铰接在一个摇臂上，另一端用以对应铰接到一个收敛片的外壁上；多个作动筒，每个作动筒的筒体用以铰接到喷管连接筒外壁上，活塞杆对应铰接在一个摇臂上，以能够带动对应的摇臂绕与喷管连接筒的铰接部位转动，以此通过对应的拉杆带动对应的收敛片运动；支撑环，用以套设在喷管连接筒外周；多个连杆结构，每个连杆结构一端铰接在支撑环上，另一端用以对应铰接到一个扩张片的外壁上，轴向有效长度能够在对应扩张片跟随对应收敛片运动过程中自适应调节。

Description

一种航空发动机喷管调节机构
技术领域
本申请属于航空发动机喷管调节机构设计技术领域，具体涉及一种航空发动机喷管调节机构。
背景技术
喷管是航空发动机的重要部件，用以将涡轮后的高温、高压燃气膨胀加速后排出机体，从而产生发动机推力，其主要包括：喷管连接筒、多个收敛片、多个扩张片，其中，各个收敛的片的一端铰接在喷管连接筒的出口端，沿周向分布，相邻的收敛片之间密封接触，构成喷管收敛段，喷管收敛段的径向尺寸向远离喷管连接筒方向逐渐收缩，构成喷管喉道；每个扩张片的一端对应铰接在一个收敛片的另一端，相邻的扩张片之间密封接触，构成喷管扩张段，喷管扩张段的径向尺寸向远离喷管连接筒方向逐渐扩张，构成喷管出口。
航空发动机工作过程中，为了获得较优的推力性能，需要根据实际工况对喷管喉道面积、喷管出口面积进行调节，当前，设计有收敛片调节机构带动各个收敛片绕与喷管连接筒出口端的连接部位转动，实现对喷管喉道面积的调节，以及设计多个连杆连接各个扩张片与固定端，各个扩张片在对应收敛片的带动下发生转动，从而改变喷管出口面积，由于各个连杆的长度固定，在喷管喉道面积一定时，喷管出口面积也被确定，即喷管出口面积与喷管喉道面积存在一一对应关系，该种对应关系限制了发动机获得最优的推力性能，此外，现有的收敛片调节机构结构复杂，重量大，刚性差，需占据较大空间，且为使对各个收敛片的调节同步，设计有复杂的同步机构，负载较大，调节效率较低，对收敛片调节具有滞后性，使喷管喉道面积的变化滞后，限制发动机性能的提高。
鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。
需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本申请的目的是提供一种航空发动机喷管调节机构，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
本申请的技术方案是：
一种航空发动机喷管调节机构，包括：
多个摇臂，用以铰接到喷管连接筒的外壁上，沿周向分布；
拉杆，一端对应铰接在一个摇臂上，另一端用以对应铰接到一个收敛片的外壁上；
多个作动筒，每个作动筒的筒体用以铰接到喷管连接筒外壁上，活塞杆对应铰接在一个摇臂上，以能够带动对应的摇臂绕与喷管连接筒的铰接部位转动，以此通过对应的拉杆带动对应的收敛片运动；
支撑环，用以套设在喷管连接筒外周；
多个连杆结构，每个连杆结构一端铰接在支撑环上，另一端用以对应铰接到一个扩张片的外壁上，轴向有效长度能够在对应扩张片跟随对应收敛片运动过程中自适应调节。
根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机喷管调节机构中，每个拉杆与对应收敛片间角度变化范围处于70°-110°内。
根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机喷管调节机构中，每个连杆结构包括：
第一连杆，一端开设有连接孔，另一端铰接在支撑环上；
第二连杆，一端用以铰接到对应扩张片的外壁上，另一端插入连接孔，能够相对于第一连杆沿轴向运动，与连接孔之间形成有环形卡槽；
弹性环，卡在环形卡槽中，能够在第二连杆与第一连杆间产生摩擦力，以阻止第二连杆相对于第一连杆沿轴向的运动。
根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机喷管调节机构中，第二连杆插入连接孔一端的外壁开设有环形卡槽；
弹性环外圈与连接孔弹性接触。
根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机喷管调节机构中，弹性环上具有缺口。
根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机喷管调节机构中，弹性环及其对应的环形卡槽有多个。
根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机喷管调节机构中，多个支撑杆，一端与支撑环连接，另一端用以连接到喷管连接筒的外壁上，沿周向分布。
根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机喷管调节机构中，还包括：
多个同步拉杆，每个同步拉杆的一端铰接在一个摇臂上，另一端用以对应铰接到一个收敛片的外壁上，该收敛片与对应拉杆铰接的收敛片相邻。
根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机喷管调节机构中，每个同步拉杆与对应收敛片间角度变化范围处于70°-110°内。
根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机喷管调节机构中，还包括：
多个支撑梁，用以连接到喷管连接筒的外壁上；每个支撑梁对应与一个作动筒的筒体铰接，一端对应铰接在一个摇臂上；
多对承力杆，每对承力杆一端对应连接在一个支撑梁的两侧，另一端连接在支撑环上。
附图说明
图1是本申请实施例提供的航空发动机喷管调节机构带动的收敛片、扩张片运动使喷管喉道、喷管出口扩大的示意图；
图2是本申请实施例提供的航空发动机喷管调节机构带动的收敛片、扩张片运动使喷管喉道、喷管出口收缩的示意图；
图3是本申请实施例提供的连杆结构的示意图；
图4是本申请实施例提供的连杆结构中第一连杆、第二连杆相对运动示意图；
图5是本申请实施例提供的连杆结构局部结构示意图；
其中：
1-摇臂；2-喷管连接筒；3-拉杆；4-收敛片；5-作动筒；6-支撑环；7-连杆结构；8-扩张片；9-第一连杆；10-第二连杆；11-同步拉杆；12-支撑梁；13-承力杆；14-弹性环；15-支撑杆。
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；此外，附图用于示例性说明，其中描述位置关系的用语仅限于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示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，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
下面结合附图1至图5对本申请做进一步详细说明。
一种航空发动机喷管调节机构，包括：
多个摇臂1，用以铰接到喷管连接筒2的外壁上，沿周向分布；
拉杆3，一端对应铰接在一个摇臂1上，另一端用以对应铰接到一个收敛片4的外壁上；
多个作动筒5，每个作动筒5的筒体用以铰接到喷管连接筒2外壁上，活塞杆对应铰接在一个摇臂2上，以能够带动对应的摇臂2绕与喷管连接筒2的铰接部位转动，以此通过对应的拉杆3带动对应的收敛片4运动；
支撑环6，用以套设在喷管连接筒2外周；
多个连杆结构7，每个连杆结构7一端铰接在支撑环6上，另一端用以对应铰接到一个扩张片8的外壁上，轴向有效长度能够在对应扩张片8跟随对应收敛片4运动过程中自适应调节。
对于上述实施例公开的航空发动机喷管调节机构，领域内技术人员可以理解的是，其可通过各个作动筒5活塞杆的伸缩带动各个收敛片4运动，使喷管喉道扩大或收缩，从而实现对喷管喉道面积的调节，该航空发动机喷管收敛片调节机构结构简单，重量轻，所需占据空间较小，此外，传载直接，具有较高的传载效率，调节效率较高。
对于上述实施例公开的航空发动机喷管调节机构，领域内技术人员还可以理解的是，各个收敛片4运动运动过程中对应的扩张片8也会发生相应的运动，使喷管出口面积发生变化，由于连杆结构7的轴向有效长度能够在对应扩张片8跟随对应收敛片4运动过程中自适应调节，可与喷管内气流的气动力达到平衡，以此实现对喷管出口面积的自适应调节，解除喷管喉道面积与喷管出口面积一一对应关系的约束，使流经喷管内气流充分膨胀，以此使航空发动机获得较优的推力性能，且可使流经喷管内气流稳定，避免扩张片8发生剧烈振动。
在一些可选的实施例中，上述的航空发动机喷管调节机构中，每个拉杆3与对应收敛片4间角度变化范围处于70°-110°内，以使航空发动机喷管调节机构受到的负载较小，具有较高的调节效率。
在一些可选的实施例中，上述的航空发动机喷管调节机构中，每个连杆结构7包括：
第一连杆9，一端开设有连接孔，另一端铰接在支撑环6上；
第二连杆10，一端用以铰接到对应扩张片8的外壁上，另一端插入连接孔，能够相对于第一连杆9沿轴向运动，与连接孔之间形成有环形卡槽；
弹性环14，卡在环形卡槽中，能够在第二连杆10与第一连杆9间产生摩擦力，以阻止第二连杆10相对于第一连杆9沿轴向的运动。
于上述实施例公开的航空发动机喷管调节机构，领域内技术人员可以理解的是，在第二连杆10相对于第一连杆9沿轴向运动，使连杆结构7的轴向有效长度自适应调节过程中，弹性环14除了在第二连杆10与第一连杆9间产生摩擦力，阻止第二连杆10相对于第一连杆9沿轴向的运动以与喷管内气流气动力达到平衡外，弹性环14自身也会发生弹性形变，可对扩张片8的振动起到缓冲作用。
在一些可选的实施例中，上述的航空发动机喷管调节机构中，第二连杆10插入连接孔一端的外壁开设有环形卡槽；
弹性环14外圈与连接孔弹性接触。
在一些可选的实施例中，上述的航空发动机喷管调节机构中，弹性环14上具有缺口。
对于上述实施例公开的航空发动机喷管调节机构，领域内技术人员可以理解的是，在弹性环14上设置缺口，可使弹性环14具有较大的弹性变形能力，一方面便于将弹性环14卡至环形卡槽中，另一方面可在弹性环14卡至环形卡槽后，能够使其外圈与连接孔有效保持弹性接触。
在一些可选的实施例中，上述的航空发动机喷管调节机构中，弹性环14及其对应的环形卡槽有多个，具体数量可由相关技术人员在应用本申请时根据具体实际进行设计。
在一些可选的实施例中，上述的航空发动机喷管调节机构中，多个支撑杆15，一端与支撑环6连接，另一端用以连接到喷管连接筒2的外壁上，沿周向分布，以将支撑环6支撑在喷管连接筒2外周。
在一些可选的实施例中，上述的航空发动机喷管调节机构中，还包括：
多个同步拉杆11，每个同步拉杆11的一端铰接在一个摇臂2上，另一端用以对应铰接到一个收敛片4的外壁上，该收敛片4与对应拉杆3铰接的收敛片4相邻，即与同一摇2臂铰接的拉杆3、同步连杆11与相邻的两个收敛片4铰接，以此可以使各个收敛片4能够在各个作动筒5的带动下联动，保持运动的同步性，以较简单的结构实现对各个收敛片4调节的同步性。
在一些可选的实施例中，上述的航空发动机喷管调节机构中，每个同步拉杆11与对应收敛片4间角度变化范围处于70°-110°内，以使航空发动机喷管调节机构受到的负载较小，具有较高的调节效率。
在一些可选的实施例中，上述的航空发动机喷管调节机构中，还包括：
多个支撑梁12，用以连接到喷管连接筒2的外壁上；每个支撑梁12对应与一个作动筒5的筒体铰接，一端对应铰接在一个摇臂2上；
多对承力杆13，每对承力杆13一端对应连接在一个支撑梁12的两侧，另一端连接在支撑环6上，与对应的支撑梁12、支撑杆15形成稳固的三角形支撑结构支撑支撑环6，具有较好的刚性，可有效降低喷管喉道的径向变形量，利于提升航空发动机的整体性能。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航空发动机喷管调节机构，其特征在于，包括：
多个摇臂(1)，用以铰接到喷管连接筒(2)的外壁上，沿周向分布；
拉杆(3)，一端对应铰接在一个所述摇臂(1)上，另一端用以对应铰接到一个收敛片(4)的外壁上；
多个作动筒(5)，每个所述作动筒(5)的筒体用以铰接到喷管连接筒(2)外壁上，活塞杆对应铰接在一个所述摇臂(2)上，以能够带动对应的摇臂(2)绕与所述喷管连接筒(2)的铰接部位转动，以此通过对应的拉杆(3)带动对应的收敛片(4)运动；
支撑环(6)，用以套设在喷管连接筒(2)外周；
多个连杆结构(7)，每个所述连杆结构(7)一端铰接在所述支撑环(6)上，另一端用以对应铰接到一个扩张片(8)的外壁上，轴向有效长度能够在对应扩张片(8)跟随对应收敛片(4)运动过程中自适应调节。
2.根据权利要求1所述的航空发动机喷管调节机构，其特征在于，
每个所述拉杆(3)与对应收敛片(4)间角度变化范围处于70°-110°内。
3.根据权利要求1所述的航空发动机喷管调节机构，其特征在于，
每个所述连杆结构(7)包括：
第一连杆(9)，一端开设有连接孔，另一端铰接在所述支撑环(6)上；
第二连杆(10)，一端用以铰接到对应扩张片(8)的外壁上，另一端插入所述连接孔，能够相对于所述第一连杆(9)沿轴向运动，与所述连接孔之间形成有环形卡槽；
弹性环(14)，卡在所述环形卡槽中，能够在所述第二连杆(10)与所述第一连杆(9)间产生摩擦力，以阻止所述第二连杆(10)相对于所述第一连杆(9)沿轴向的运动。
4.根据权利要求3所述的航空发动机喷管扩张片拉杆结构，其特征在于，
所述第二连杆(10)插入所述连接孔一端的外壁开设有所述环形卡槽；
所述弹性环(14)外圈与所述连接孔弹性接触。
5.根据权利要求3所述的航空发动机喷管扩张片拉杆结构，其特征在于，
所述弹性环(14)上具有缺口。
6.根据权利要求3所述的航空发动机喷管扩张片拉杆结构，其特征在于，
所述弹性环(14)及其对应的环形卡槽有多个。
7.根据权利要求1所述的航空发动机喷管调节机构，其特征在于，
多个支撑杆(15)，一端与所述支撑环(6)连接，另一端用以连接到喷管连接筒(2)的外壁上，沿周向分布。
8.根据权利要求1所述的航空发动机喷管调节机构，其特征在于，
还包括：
多个同步拉杆(11)，每个所述同步拉杆(11)的一端铰接在一个所述摇臂(2)上，另一端用以对应铰接到一个收敛片(4)的外壁上，该收敛片(4)与对应拉杆(3)铰接的收敛片(4)相邻。
9.根据权利要求8所述的航空发动机喷管调节机构，其特征在于，
每个所述同步拉杆(11)与对应收敛片(4)间角度变化范围处于70°-110°内。
10.根据权利要求1所述的航空发动机喷管调节机构，其特征在于，
还包括：
多个支撑梁(12)，用以连接到喷管连接筒(2)的外壁上；每个所述支撑梁(12)对应与一个所述作动筒(5)的筒体铰接，一端对应铰接在一个摇臂(2)上；
多对承力杆(13)，每对所述承力杆(13)一端对应连接在一个所述支撑梁(12)的两侧，另一端连接在所述支撑环(6)上。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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