CN113074059B - 一种旋转式多档调节的可渗透喷管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多点火位的梯度式均匀起爆中心爆管，在喷管的扩张段外设置旋转层，喷管扩张段和旋转层的后半段壁面上开有相互对应的微孔，旋转层的前端设置圆形齿条，还包括固定在喷管上的旋转层驱动机构，所述旋转层驱动机构包括电机和变速传动机构，电机的输出连接变速传动机构的输入端，变速传动机构的输出端通过齿轮与所述圆形齿条啮合。本发明针对喷管的非适定性损失问题，通过一种旋转式的双层可渗透壁面结构，实现了从地面到高空四档高度补偿。

Description

一种旋转式多档调节的可渗透喷管

技术领域

本发明涉及航空宇航技术领域，具体为一种旋转式多档调节的可渗透喷管。

背景技术

针对大型高轨飞行器，由于喷管压比变化剧烈，采用固定大扩张比喷管会面临严重的非适定性损失。现阶段主要通过设计具有高度补偿能力的喷管来解决该问题，如双钟形喷管、塞式喷管、膨胀偏流喷管和延伸喷管等，专利202011309765.5中，虽然在一定程度上起到高度补偿的能力，不过不具备多档调节功能。

发明内容

本发明的目的在于提供解决喷管在非设计高度下的推力损失问题的一种旋转式多档调节的可渗透喷管。

本发明的目的是这样实现的：

一种旋转式多档调节的可渗透喷管，在喷管的扩张段外设置旋转层13，喷管扩张段和旋转层13的后半段壁面上开有相互对应的微孔，旋转层13的前端设置圆形齿条21，还包括固定在喷管上的旋转层驱动机构，所述旋转层驱动机构包括电机10和变速传动机构11，电机10的输出连接变速传动机构11的输入端，变速传动机构11的输出端通过齿轮24与所述圆形齿条21啮合。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述的变速传动机构11由转轴、安装于转轴前端的大齿轮和安装于转轴后端的小齿轮组成，转轴通过传动机构固定装置固定在喷管上，电机的输出轴10上设置与大齿轮啮合的齿轮，小齿轮与所述圆形齿条21啮合。

2.所述电机10与圆形齿条21之间设置1-3组变速传动机构11。

3.所述喷管扩张段和旋转层13上的微孔分为三段，自前向后各段微孔的孔径逐渐增大。

4.所述前段微孔为圆形孔，中间段和后端微孔为方孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

对传统大扩张比火箭发动机喷管扩张段采用可渗透微孔材料，扩张段分为两层，内层为固定层，外层为旋转层。通过电机和传动机构带动旋转层绕轴旋转来控制小孔的开闭情况，调节喷管有效扩张比大小，使喷管在不同飞行高度均具有较好性能。本发明共有四个调节档位，分别进行不同程度的气流补偿以改善喷管性能。

附图说明

图1是可渗透喷管(上)与传统喷管(下)流动结构对比图。

图2是本发明固体火箭发动机总装图。

图3是本发明结构示意图。

图4是本发明内层固定层结构示意图。

图5是本发明外层旋转层结构示意图。

图6是本发明轴测图。

图7是本发明扩张段固定层与旋转层运动关系示意图。

图8是本发明固定层与旋转层微孔孔型和排布图。

图9是本发明多档调节过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

图1中，可渗透喷管(上)与传统喷管(下)流动结构对比图。上半部分是一种带有微孔结构可渗透喷管，外界气流在喷管扩张段经微孔段渗透作用进入喷管内部，有效阻止回流产生并抑制激波强度，提高喷管低空性能；下半部分是传统喷管低空工作时喷管内部流动结构示意图，由于外界大气压远大于喷管出口压强，在喷管出口截面和流动分离点处有回流产生，且在流动分离点处有一道斜激波使喷管内部气流发生压缩，喷管流动处于严重过膨胀状态，喷管推力性能损失很大，1为喷管收缩段，2为带有微孔结构喷管扩张段，3为剪切层区域，4为正激波，5为喷管壁面，6为斜激波。

图2-图6中，在喷管的扩张段外设置旋转层13，喷管扩张段和旋转层13的后半段壁面上开有相互对应的微孔，旋转层13的前端设置圆形齿条21，还包括固定在喷管上的旋转层驱动机构，所述旋转层驱动机构包括电机10和变速传动机构11，电机10的输出连接变速传动机构11的输入端，变速传动机构11的输出端通过齿轮24与所述圆形齿条21啮合。

所述的变速传动机构11由转轴、安装于转轴前端的大齿轮和安装于转轴后端的小齿轮组成，转轴通过传动机构固定装置固定在喷管上，电机的输出轴10上设置与大齿轮啮合的齿轮，小齿轮与所述圆形齿条21啮合。

所述电机10与圆形齿条21之间设置1-3组变速传动机构11。

所述喷管扩张段和旋转层13上的微孔分为三段，自前向后各段微孔的孔径逐渐增大。

所述前段微孔为圆形孔，中间段和后端微孔为方孔。

所述法兰盘14固定在发动机后封头9上。

图7中，当内侧固定层的微孔和外侧旋转层的微孔对齐时，喷管扩张段处于开放状态，当内侧固定层的微孔和外侧旋转层的微孔未对齐时，喷管扩张段处于闭合状态。随着高度升高，伺服电机带动喷管旋转层绕轴线转动，从靠近喉口端到喷管出口截面端，小孔依次闭合，使喷管在不同飞行高度均具有良好的膨胀状态。当喷管运动到高空轨道后，扩张段小孔全部闭合，喷管有效扩张比达到最大，拥有较好的高空性能。该设计实现了从地面到高空四档调节，喷管在整个弹道均具有良好性能。

图9中，随着飞行高度上升，旋转式多档调节的可渗透喷管内喷管可以进行如下四档调节：

(1)1档：喷管处于地面发射高度，所受背压很大，固定层与旋转层全部微孔对齐开放，小微孔段26，中等微孔段27，长微孔段28处气流通过微孔进入喷管内，避免气体回流并抑制激波强度，提高喷管低空性能；

(2)2档：喷管处于低空飞行高度，小微孔段26处微孔闭合，中等微孔段27、长微孔段28处微孔开放，中等微孔段27、长微孔段28处气流通过微孔进入喷管内；

(3)3档：喷管处于中高空飞行高度，小微孔段26、中等微孔段27处微孔闭合，仅长微孔段28处微孔开放，长微孔段28处少部分气流通过微孔进入喷管内；

(4)4档：喷管处于设计飞行高度(高空)，所有微孔闭合，喷管有效扩张比达到最大。

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 (5)

1.一种旋转式多档调节的可渗透喷管，其特征是：在喷管的扩张段外设置旋转层(13)，喷管扩张段和旋转层(13)的后半段壁面上开有相互对应的微孔，旋转层(13)的前端设置圆形齿条(21)，还包括固定在喷管上的旋转层驱动机构，所述旋转层驱动机构包括电机(10)和变速传动机构(11)，电机(10)的输出连接变速传动机构(11)的输入端，变速传动机构(11)的输出端通过齿轮(24)与所述圆形齿条(21)啮合；

当内侧固定层的微孔和外侧旋转层(13)的微孔对齐时，喷管扩张段处于开放状态；当内侧固定层的微孔和外侧旋转层(13)的微孔未对齐时，喷管扩张段处于闭合状态；随着高度升高，电机(10)带动喷管旋转层(13)绕轴线转动，从靠近喉口端到喷管出口截面端，微孔依次闭合，使喷管在不同飞行高度均具有良好的膨胀状态；当喷管运动到高空轨道后，扩张段微孔全部闭合，喷管有效扩张比达到最大，拥有较好的高空性能；随着飞行高度上升，旋转式多档调节的可渗透喷管可以进行如下四档调节：

1档：喷管处于地面发射高度，所受背压很大，固定层与旋转层(13)全部微孔对齐开放，小微孔段(26)、中等微孔段(27)、长微孔段(28)处气流通过微孔进入喷管内，避免气体回流并抑制激波强度，提高喷管低空性能；

2档：喷管处于低空飞行高度，小微孔段(26)处微孔闭合，中等微孔段(27)、长微孔段(28)处微孔开放，中等微孔段(27)、长微孔段(28)处气流通过微孔进入喷管内；

3档：喷管处于中高空飞行高度，小微孔段(26)、中等微孔段(27)处微孔闭合，仅长微孔段(28)处微孔开放，长微孔段(28)处少部分气流通过微孔进入喷管内；

4档：喷管处于设计飞行高度，所有微孔闭合，喷管有效扩张比达到最大。

2.根据权利要求1所述的一种旋转式多档调节的可渗透喷管，其特征是：所述的变速传动机构(11)由转轴、安装于转轴前端的大齿轮和安装于转轴后端的小齿轮组成，转轴通过传动机构固定装置固定在喷管上，电机(10) 的输出轴上设置与大齿轮啮合的齿轮，小齿轮与所述圆形齿条(21)啮合。

3.根据权利要求2所述的一种旋转式多档调节的可渗透喷管，其特征是：所述电机(10)与圆形齿条(21)之间设置1-3组变速传动机构(11)。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种旋转式多档调节的可渗透喷管，其特征是：所述喷管扩张段和旋转层(13)上的微孔分为三段，自前向后各段微孔的孔径逐渐增大。

5.根据权利要求4所述的一种旋转式多档调节的可渗透喷管，其特征是：前段微孔为圆形孔，中间段和后端微孔为方孔。

Images