CN113107700B - 推力矢量喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种推力矢量排管喷嘴。该喷嘴包括内部喷嘴和外部喷嘴，该内部喷嘴用于改变排气的第一自由度，该外部喷嘴用于改变排气的第二自由度；安装支架；第一线性致动器；第二线性致动器；第一双万向节；第二双万向节。该内部喷嘴联接到外部喷嘴。该内部喷嘴连接到安装支架。该外部喷嘴联接到第一和第二接头。当安装喷嘴时，内部喷嘴、外部喷嘴和排管在空挡位置处呈同轴对齐。第一和第二线性致动器的致动彼此独立地驱动第一和第二双万向节。第一双万向节和第二双万向节的独立运动使得内部喷嘴和外部喷嘴围绕排管同时在水平方向和垂直方向上旋转，从而实现推力矢量引导。

Description

推力矢量喷嘴
技术领域
本公开的技术涉及一种推力矢量排管喷嘴。更具体地，本公开的技术涉及一种排管喷嘴，该排管喷嘴包括异步致动机构，该异步致动机构使得喷嘴同时在水平和垂直方向上围绕排管旋转，从而实现推力矢量引导。
背景技术
许多推力矢量排管喷嘴设计均使用带有环的襟翼或窗格来偏转或分散飞行器排出的排气。这些襟翼和窗格使得喷嘴能够产生可变的出口横截面以及可变的出口方向，以提供不同的排气方法，从而当喷气动力载具使用它们时可以实现飞机的多向控制或矢量引导。为了容纳加力燃烧器，出口的面积需要是可变化的，这增加了喷嘴设计的复杂性。在不需要可变面积并且需要推力矢量引导的应用场景中，上述的喷嘴设计则变得多余。
因此，需要一种替代的喷嘴设计，该喷嘴设计能够以最少的致动器和部件来实现两个自由度的推力矢量引导。
发明内容
本文公开了一种推力矢量排管喷嘴装置，其包括：内部喷嘴，其改变从燃气涡轮机的排管排出的排气的第一自由度；以及外部喷嘴，其改变从燃气涡轮机的排管排出的排气的第二自由度；其中，内部喷嘴设置在外部喷嘴内，并且当燃气涡轮机中的内部喷嘴、外部喷嘴和排管喷嘴处于它们的空挡位置(neutral position)时呈相对于彼此同轴对准。
在一些实施例中，推力矢量排管喷嘴包括：安装支架，该安装支架可移除地附接至燃气涡轮机；联接到该安装支架的第一线性致动器；联接到该安装支架的第二线性致动器；联接到该第一线性致动器的第一双万向节(double universal joint)；以及联接到该第二线性致动器的第二双万向节。外部喷嘴与第一双万向节和第二双万向节连接。内部喷嘴与安装支架连接。安装时，安装支架将内部喷嘴定位在燃气涡轮机的排管口周围。第一线性致动器和第二线性致动器的致动在它们的近端线性地并且相对于彼此异步地驱动第一双万向节和第二双万向节。第一双万向节和第二双万向节的线性异步运动使喷嘴同时在水平方向和垂直方向上绕排管旋转。
在一些实施例中，推力矢量排管喷嘴装置包括：喷嘴支架，该喷嘴支架将内部喷嘴连接至外部喷嘴，从而使得外部喷嘴能够相对于内部喷嘴运动。
在一些实施例中，内部喷嘴可旋转地联接至安装支架，从而使内部喷嘴能够相对于安装支架运动，并且外部喷嘴包括第一臂和第二臂，其中该第一臂可移除地固定至第一双万向节，该第二臂可移除地固定至第一双万向节。
在一些实施例中，外部喷嘴的第一臂和第二臂之间的距离对应于第一双万向节和第二双万向节之间的距离。
在一些实施例中，内部喷嘴包括圆柱形主体，该圆柱形主体包括第一端和第二端，其中该主体包括纵向延伸通过该主体的孔，该孔的直径自第一端向第二端逐渐变小。
在一些实施例中，外部喷嘴包括圆柱形主体，该圆柱形主体包括第一端和第二端，其中，该外部喷嘴的主体包括纵向延伸通过该主体的孔，该孔的直径自第一端向第二端逐渐变小。
在一些实施例中，安装支架包括：内安装座，该内安装座可移除地附接至燃气涡轮机的第一侧；外安装座，该外安装座可移除地附接至燃气涡轮机的第二侧；安装带，该安装带可移除地附接至燃气涡轮机，其中内安装座和外安装座能够通过安装带围绕燃气涡轮机彼此可移除地连接。
在一些实施例中，安装支架包括加强板，该加强板可移除地附接至燃气涡轮机的第一侧，当将安装支架安装到燃气涡轮机上时用以支撑内安装座。
在一些实施例中，第一线性致动器和第二线性致动器各包括一主体，该主体具有联接至轴的致动机构，其中该致动机构以周期性的方式线性地驱动该轴来回运动。
在一些实施例中，第一双万向节包括第一端，该第一双万向节的第一端可移除地固定到第一线性致动器的轴的远端，并且第二双万向节包括第一端，该第二双万向节的第一端可移除地固定到第二线性致动器的轴的远端。
在一些实施例中，外安装座包括：细长主体，该细长主体包括第一端、第二端、第一侧和第二侧；一对弓形臂，其包括与燃气涡轮机的主体的曲率相对应的弓形部，以齐平地安装在燃气涡轮机周围；线性致动器安装座，该线性致动器安装座包括第一孔和第二孔，其中该第一孔用于容纳穿过其中的第一线性致动器的轴，该第二孔用于容纳穿过其中的第二线性致动器的轴穿过其中；以及凹槽，用于容纳滚珠轴承并将其保持在其中。
在一些实施例中，该对弓形臂自细长主体的第一侧向外延伸，并且包括用于将细长主体固定到燃气涡轮机的孔。线性致动器安装座包括具有第一孔和第二孔的板，其中该板自线性致动器安装座的第一端和第二侧垂直地向外延伸。凹槽设置在细长主体的第二侧上。
在一些实施例中，内安装座包括：细长主体，该细长主体包括第一端、第二端、第一侧和第二侧；一对弓形臂，其包括与燃气涡轮机主体的曲率相对应的弓形部，以齐平地安装在燃气涡轮机周围；以及凹槽，用于容纳滚珠轴承并将其保持在其中。
在一些实施例中，该对弓形臂设置在内安装座的第一端上并且自内安装座的细长主体的第一侧向外延伸，并且包括用于将该内安装座的细长主体固定到燃气涡轮机的孔。凹槽设置在细长体的第一侧上。
在一些实施例中，内部喷嘴包括第一轴和第二轴，其中该第一轴邻近于第一端的外围边缘布置并相对于内部喷嘴的主体向外延伸，以及该第二轴邻近于喷嘴的第一端的外围边缘布置并相对于内部喷嘴的主体向外延伸。第一轴和第二轴在内部喷嘴的第一端上彼此相对地布置。外安装座的凹槽通过滚珠轴承可移除地容纳第一轴。内安装座的凹槽通过滚珠轴承可移除地容纳第二轴。滚珠轴承可实现内部喷嘴相对于燃气涡轮机的排管的一个DOF((自由度)-定义为“在特定平面内移动的能力”或本领域已知的概念)，和/或允许内部喷嘴相对于燃气涡轮机的排管作旋转运动。
在一些实施例中，外部喷嘴包括设置在第一臂上的第一轴和设置在第二臂上的第二轴，其中该第一轴相对于外部喷嘴的第一臂向外延伸，该第二轴相对于外部喷嘴的第二臂向外延伸。第一双万向节包括设置在其远端的孔，该孔可移除地容纳第一轴。第二双万向节包括设置在其远端的孔，该孔可移除地容纳第二轴。第一轴的中心与第二轴的中心之间的距离对应于第一双万向节的孔的中心与第二双万向节的孔的中心之间的距离。
在一些实施例中，外部喷嘴的第一端包括外围边缘，该外围边缘包括对应于内部喷嘴的第一轴的第一凹槽和对应于内部喷嘴的第二轴的第二凹槽，其中第一凹槽和第二凹槽为内部喷嘴相对于外部喷嘴的旋转运动提供了间隙。
在一些实施例中，外部喷嘴包括第三轴和第四轴，其中该第三轴布置在邻近于第一端的外围边缘并相对于外部喷嘴的主体向外延伸，该第四轴布置在邻近于喷嘴的第一端的外围边缘并相对于外部喷嘴的主体向外延伸。第三轴和第四轴在外部喷嘴的第一端上彼此相对地布置。
在一些实施例中，喷嘴支架包括第一凹槽和第二凹槽，其中该第一凹槽通过滚珠轴承可移除地接收外部喷嘴的第三轴，该第二凹槽通过滚珠轴承可移除地接收外部喷嘴的第四轴。轴承可实现一个自由度，即外部喷嘴相对于(例如垂直于)内部喷嘴的旋转运动。
出于本公开的目的，使用以下定义。“致动器”被定义为“使物品、设备、机器、装置或系统运行的机械、电气或机电设备”。“致动”被定义为“使机器、设备、装置或过程运行”。“推力”被定义为“发动机的推动力”。“矢量”被定义为“飞机或车辆的路线或方向”。“矢量引导”被定义为“控制或操纵路线或方向的动作”。“推力矢量引导”被定义为“飞机、火箭或其他车辆或发动机操纵其(多个)发动机或电动机的推力方向以控制其自身的线性和角度状态(x，y，z轴)”。“排管”被定义为“将流体从系统、飞机、车辆或引擎中排出的管道，管件、区域或设备”。“出口”被定义为“孔口中流体流出的部分，例如喷嘴的出口”。“可变几何形状”被定义为“一种设备或系统，其包括因该设备或系统具有变化的几何变量而变化的几何形状”。“可变方向出口”被定义为“具有可变方向的出口”。“喷嘴”被定义为“位于排管、管件、软管或管子末端的圆柱形或圆形装置或设备，用于控制诸如气体的流体喷射”。“燃气涡轮机”也称为“燃气轮机”，是一种可连续燃烧的内燃发动机”。“自由度”被定义为“主体在变化的动态系统中移动的有限数量方式中的任一种”。“万向节”被定义为“连接刚性杆的联接器或联接件(其中的刚性杆的轴线彼此倾斜)，并且由一对铰链组成，该对铰链彼此靠近且成90°定向，并且通过横轴连接”。“双万向节”被定义为“由两个背对背安装的万向节以及一个将该两个万向节互连的中心轭组成的接头”。“异步”被定义为“不同时发生”。“同步”被定义为“同时发生”。“周期性”被定义为按规则的重复周期发生”。“可旋转地”被定义为“两个零件之间的联接，使得一个零件能够旋转而无需转动另一个零件”。“同轴”被定义为“具有公共轴线”。
本公开中所描述的任何装置或步骤可以包括其组成部分、或由组成该装置或步骤的一个或多个部分构成。术语“和/或”包括多个在语言上结合的项目以及每个项目本身。“基本上”定义为所描述的术语的至少95％和/或“在本领域已知的公差水平内和/或在相差5％以内”。关于本文描述的设备或方法的任何设备或方面，均可以被理解为“包括”或“包含”。
附图说明
图1A示出了根据本公开技术的一个实施例的安装在燃气涡轮机上的推力矢量排管喷嘴的透视图；
图1B示出了图1A的推力矢量排管喷嘴的分解图。
图2A示出了根据本公开技术的一个实施例的安装在燃气涡轮机上的推力矢量排管喷嘴的前视图；
图2B示出了图2A沿线A–A截得的剖视图；
图3A示出了根据本公开技术的一个实施例的安装在燃气涡轮机上的推力矢量排管喷嘴的左侧视图；
图3B示出了图3A沿线C–C截得的剖视图；
图4A示出了根据本公开技术的一个实施例的安装在燃气涡轮机上的推力矢量排管喷嘴的前视图；
图4B示出了图4A沿线F-F截得的剖视图；
图5A示出了根据本公开技术的一个实施例的安装在燃气涡轮机上的推力矢量排管喷嘴的前视图；
图5B示出了图5A沿线L–L截得的剖视图。
具体实施方式
本公开的技术提供了一种排管喷嘴装置，该排管喷嘴装置包括异步致动机构，该异步致动机构使喷嘴围绕排管同时在水平和垂直方向上旋转，从而产生具有可变几何形状的可变方向出口，以提供当进行推动或推进运动时，能够实现多方向控制或矢量引导的不同排管出口方向。
现在同时参照图1A和图1B，该图1A示出了根据本公开技术的一个实施例的安装在燃气涡轮机上的推力矢量排管喷嘴的透视图。图1B示出了图1A的推力矢量排管喷嘴的分解图。本公开的技术包括推力矢量排管喷嘴装置10，其包括：内部喷嘴15和外部喷嘴30，其中该内部喷嘴15用于改变从燃气涡轮机25的排管20排出的排气的第一自由度，该外部喷嘴30用于改变从燃气涡轮机25的排管20排出的排气的第二自由度；安装支架35，该安装支架35可拆卸地安装至燃气涡轮机25；连接至安装支架35的第一线性致动器40；连接至安装支架35的第二线性致动器45；连接至第一线性致动器40的第一机构或(万向节)接头50以及连接至第二线性致动器45的第二机构或接头55。
在一些实施例中，内部喷嘴15包括圆柱形主体，该圆柱形主体包括第一端52和第二端54，其中该主体包括纵向延伸通过该主体的孔60，该孔60的直径自第一端52向第二端54逐渐变小。外部喷嘴30包括圆柱形本体，该圆柱形主体包括第一端65和第二端70，其中该外部喷嘴30的主体包括纵向延伸通过该主体的孔76，该孔76的直径自第一端部65向第二端70逐渐变小。
在一些实施例中，安装支架35包括：内安装座75，该内安装座75可移除地附接至燃气涡轮机25的第一侧80；外安装座85，该外安装座85可移除地附接至燃气涡轮机25的第二侧90；安装带95，该安装带95可移除地附接至燃气涡轮机25的框架100。在一些实施例中，安装支架35包括加强板105，该加强板105可移除地附接至燃气涡轮机25的第一侧80，以在安装时用以支撑内安装座75。如图1A所示，内安装座75和外安装座85能够通过安装带95围绕燃气涡轮机25彼此可移除地连接。
在一些实施例中，第一线性致动器40和第二线性致动器45各限定一主体，该主体具有联接至轴115的致动机构110。在一些实施例中，该致动机构110以周期性的方式线性地驱动该轴115来回运动。
在一些实施例中，第一机构50包括第一双万向节，该第一双万向节包括第一端120，该第一端120可移除地固定到第一线性致动器40的轴115的远端125；第二机构55包括第二双万向节，该第二双万向节包括第一端130，该第一端130可移除地固定到第二线性致动器45的轴115的远端135。
在一些实施例中，外安装座85包括：细长主体140，该细长主体140包括第一端145、第二端150、第一侧155和第二侧(未在图1A和图1B中示出)；一对弓形臂165，其包括与燃气涡轮机25的主体的曲率相对应的弓形部，以齐平地安装在燃气涡轮机25的周围；线性致动器安装座170，其包括第一孔175和第二孔180，其中该第一孔175用于容纳穿过其中的第一线性致动器40的轴115，该第二孔180用于容纳穿过其中的第二线性致动器45的轴115；以及凹槽185(未在图1A和图1B中示出)，用于容纳滚珠轴承190并将其保持在其中(见图2B)。在一些实施例中，该对弓形臂165自细长主体140的第二侧160向外延伸，并且包括用于将细长形主体140固定到燃气涡轮机25的孔195。在一个实施例中，该对弓形臂165相对于细长主体140的第一侧155垂直地向外延伸。在另一实施例中，该对弓形臂165分别包括法兰171，该法兰171相对于包括孔195的相应弓形臂垂直向外延伸。线性致动器安装座170包括板200，该板200包括第一孔175和第二孔180。板200设置在细长主体140的第一端145上，并从线性细长主体140的第二侧160向外延伸。在一个实施例中，板200相对于线性细长主体140的第二侧160垂直向外延伸。凹槽185邻近于细长主体140的第二端150并设置在细长主体140的第二侧160上。
在一些实施例中，内安装座75包括：细长主体205，该细长主体205包括第一端210、第二端215、第一侧220和第二侧225(未在图1A和图1B中示出)；弓形臂230，该弓形臂230包括与燃气涡轮机25的主体的曲率相对应的弓形部，以齐平地安装在燃气涡轮机25的周围；以及凹槽240，用于容纳滚珠轴承245并将其保持在其中(未在图1A和1B中示出)。在一些实施例中，弓形臂230设置在细长主体的第一端210上，并且从细长主体205的第一侧220向外延伸，并且包括用于将细长主体20固定至燃气涡轮机25的孔247。在一个实施例中，弓形臂230相对于细长主体205的第一侧220垂直向外延伸。在另一实施例中，弓形臂的任一端包括法兰235，该法兰235包括孔247。法兰235相对于弓形臂230垂直地向外延伸。法兰235与外安装座85的一对弓形臂165的法兰170相对应，使得外安装座85和内安装座75可以通过法兰170、235彼此围绕燃气涡轮机25而固定。凹槽240邻近于细长体205的第二端25并设置在细长主体205的第一侧220上。
现在参考图2A-图3B，图2A示出了根据本公开技术的一个实施例的安装在燃气涡轮机上的推力矢量排管喷嘴的前视图。图2B示出了图2A沿线A–A截得的剖视图。图3A示出了根据本公开技术的一个实施例的安装在燃气涡轮机上的推力矢量排管喷嘴的左侧视图。图3B示出了图3A沿线C–C截得的剖视图。在本公开技术的实施例中，当推力矢量喷嘴装置10安装到燃气涡轮机25上并且处于其空挡位置(neutral position)时，内部喷嘴15设置在外部喷嘴30内，且内部喷嘴15、外部喷嘴30以及燃气涡轮机25的排管20相对于彼此同轴对准。
在一些实施例中，内部喷嘴15经由内安装座75和外安装座85联接至安装支架35。外部喷嘴30联接至第一机构(接头)50和第二机构(接头)55。如图2B所示，当安装推力矢量排管喷嘴装置10时，安装支架35将内部喷嘴15围绕燃气涡轮25的排管20定位。内部喷嘴15经由喷嘴支架250联接至外部喷嘴30。如图3B所示，喷嘴支架250将内部喷嘴15连接至外部喷嘴30，从而使得外部喷嘴30能够相对于内部喷嘴15运动。内部喷嘴15可旋转地联接至安装支架35，从而使得内部喷嘴15能够相对于安装支架35移动而安装支架35不移动。外部喷嘴30包括可移除地固定到第一接头50的第一臂255和可移除地固定到第二接头55的第二臂260。在一些实施例中，外部喷嘴30的第一臂225和第二臂260之间的距离对应于第一接头50和第二接头55之间的距离。
在一些实施例中，内部喷嘴15包括第一轴265和第二轴270，其中该第一轴265邻近于内部喷嘴15的第一端52的外围边缘布置，以及该第二轴270邻近于内部喷嘴15的第一端52的外围边缘布置。第一轴265相对于内部喷嘴15的主体向外延伸。第二轴270相对于内部喷嘴15的主体向外延伸。第一轴265和第二轴270设置在内部喷嘴15的主体的相对侧。在一个实施例中，第一轴265和第二轴270相对于内部喷嘴15的主体垂直向外延伸。外安装座85的凹槽185可移除地容纳内部喷嘴15的第一轴265。内安装座75的凹槽240通过滚珠轴承245可移除地容纳第二轴270。滚珠轴承190、245允许内部喷嘴15相对于燃气涡轮机25的排管20进行一个自由度(DOF)的旋转运动。
在一些实施例中，如图1B所示，外部喷嘴30包括设置在第一臂255上的第一轴275和设置在第二臂260上的第二轴280。第一轴275相对于外部喷嘴30的第一臂255向上延伸。第二轴280相对于外部喷嘴30的第二臂260向上延伸。在一个实施例中，第一轴275和第二轴280相对于第一臂255和第二臂260垂直向上延伸。
第一接头50包括布置在其远端285处的孔(未示出)，该孔可移除地容纳外部喷嘴30的第一轴275。第二接头55包括布置在其远端290处的孔(未示出)，该孔可移除地容纳第二轴280。在一些实施例中，第一轴275的中心与第二轴280的中心之间的距离对应于第一接头50的孔的中心与第二接头55的孔的中心之间的距离。
在一些实施例中，外部喷嘴30的第一端65包括外围边缘，该外围边缘包括与内部喷嘴15的第一轴265相对应的第一凹槽295和与内部喷嘴的第二轴270相对应的第二凹槽300。第一凹槽295和第二凹槽300使内部喷嘴15能够相对于外部喷嘴30旋转，而不受外部喷嘴30的干扰。
在一些实施例中，如图3B所示，外部喷嘴30包括第三轴305和第四轴310，其中该第三轴305布置在邻近于外部喷嘴30的第一端65的外围边缘，第四轴310布置在邻近于外部喷嘴30的第一端65的外围边缘。第三轴305相对于外部喷嘴30的主体向外延伸。第四轴310相对于外部喷嘴的主体向外延伸。在一个实施例中，第三轴305和第四轴310相对于外部喷嘴30的主体垂直向外延伸。第三轴305和第四轴310设置在外部喷嘴30的第一端65的相对侧。
在一些实施例中，喷嘴支架250包括第一凹槽315和第二凹槽325，其中该第一凹槽315通过滚珠轴承320可移除地接收外部喷嘴30的第三轴305，第二凹槽325通过滚珠轴承330可移除地接收外部喷嘴30的第四轴310。滚珠轴承320、330使外部喷嘴30相对于内部喷嘴15能够进行一个自由度(DOF)的旋转运动。
现在参考图4A-图5B，其中图4A示出了根据本公开技术的一个实施例的安装在燃气涡轮机上的推力矢量排管喷嘴的前视图。图4B示出了图4A沿线F-F截得的剖视图。图5A示出了根据本公开技术的一个实施例的安装在燃气涡轮机上的推力矢量排管喷嘴的前视图。图5B示出了图5A沿线L–L截得的剖视图。在推力矢量排管喷嘴装置10的操作中，第一线性致动器40和第二线性致动器45的致动分别线性地并且相对于彼此异步地驱动第一接头50和第二接头55。换句话说，第一线性致动器40和第二线性致动器45以往复运动分别驱动第一接头50和第二接头55，使得当第一接头50被向上驱动时，第二关节55被独立地或由于另一接头的移动而被向上驱动。因此，在一些实施例中，第一接头50和第二接头55以相反的运动或相反的冲程被驱动，或者在其他实施例中，第一接头50和第二接头55彼此独立地运动。
第一接头50的第一端120和第二接头55的第一端130的线性异步运动被转换成旋转运动，该旋转运动使内部喷嘴15和外部喷嘴30绕排管20同时在水平方向和垂直方向上旋转。第一接头50和第二接头55驱动第一臂255和第二臂260，第一臂255和第二臂260反过来旋转外部喷嘴30，外部喷嘴30转而旋转内部喷嘴15。内部喷嘴15和外部喷嘴30在水平和/或垂直方向(即，彼此垂直)上的旋转能够同时进行，这使得安装有推力矢量排气喷嘴装置10的飞机能够进行推力矢量引导和多方向控制。所有这些关于水平和垂直方向的参照是相对于彼此而言的，它们彼此垂直或基本垂直。
内部喷嘴15围绕排管20的旋转能够改变从排管20排出的排气的第一自由度。外部喷嘴30围绕内部喷嘴15的旋转能够改变从排管20排出的排气的第二自由度。当第一接头50和第二接头55包括双万向节时，该双万向节允许外部喷嘴30和内部喷嘴15相对于排管20作旋转运动，从而实现排气的第一自由度和第二自由度以及显著的推力矢量引导。
尽管已经具体参考上述实施例来教导本文所公开的技术，但是本领域普通技术人员将认识到，可以在形式和细节上进行改变而不脱离所公开技术的精神和范围。所描述的实施例在所有方面仅应被认为是说明性的而非限制性的。落在权利要求的等同含义和范围内的所有改变均应包含在其范围之内。上文中所描述的任何方法、系统和设备的组合也是可以预期的，并且也落入本公开技术的范围内。

Claims (19)

1.一种推力矢量排管喷嘴装置，包括：
内部喷嘴，所述内部喷嘴用于沿着第一自由度改变从燃气涡轮机的排管中排出的排气的方向；以及
外部喷嘴，所述外部喷嘴用于沿着第二自由度改变从燃气涡轮机的排管中排出的排气的方向；
安装支架，其可移除地附接至燃气涡轮机；
第一线性致动器，其联接至所述安装支架；
第二线性致动器，其联接至所述安装支架；
第一双万向节，其联接至所述第一线性致动器；以及
第二双万向节，其联接至所述第二线性致动器；
其中：
所述内部喷嘴设置在所述外部喷嘴内；
所述燃气涡轮机的内部喷嘴、外部喷嘴和排管处于空挡位置时相对于彼此呈同轴对准；
所述外部喷嘴联接至第一双万向节和第二双万向节；
所述内部喷嘴联接至所述安装支架；
所述安装支架在安装时将所述内部喷嘴定位在燃气涡轮机的排管周围；
所述第一线性致动器和所述第二线性致动器的致动在第一双万向节和第二双万向节中每一者的近端处彼此独立地线性驱动所述第一双万向节和第二双万向节；以及
第一双万向节和第二双万向节的总体运动使所述外部喷嘴和内部喷嘴围绕排管同时在水平方向和垂直方向上旋转。
2.根据权利要求1所述的推力矢量排管喷嘴装置，还包括：喷嘴支架，所述喷嘴支架将所述内部喷嘴连接到所述外部喷嘴，从而使得所述外部喷嘴能够相对于所述内部喷嘴运动。
3.根据权利要求1所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中：
所述内部喷嘴可旋转地联接至所述安装支架，从而使所述内部喷嘴能够相对于所述安装支架运动；
所述外部喷嘴包括可移除地固定到第一双万向节的第一臂和可移除地固定到第二双万向节的第二臂。
4.根据权利要求3所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中，所述外部喷嘴的所述第一臂和所述第二臂之间的距离对应于所述第一双万向节和所述第二双万向节之间的距离。
5.根据权利要求1所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中，所述内部喷嘴包括具有第一端和第二端的锥形主体，所述主体包括纵向延伸穿过所述主体的孔，所述孔的直径自所述第一端到所述第二端逐渐变小。
6.根据权利要求1所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中，所述外部喷嘴包括具有第一端和第二端的锥形主体，所述外部喷嘴的所述主体包括纵向延伸穿过所述主体的孔，所述孔的直径自所述第一端到所述第二端逐渐变小。
7.根据权利要求1所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中，所述安装支架包括：
内安装座，所述内安装座可移除地附接到燃气涡轮机的第一侧；
外安装座，所述外安装座可移除地附接到燃气涡轮机第二侧；以及
安装带，所述安装带可移除地附接到燃气涡轮机；
其中，所述内安装座和外安装座通过所述安装带围绕燃气涡轮机彼此可拆卸地连接。
8.根据权利要求7所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中，所述安装支架还包括加强板，所述加强板可移除地附接到所述燃气涡轮机的第一侧，以在安装到所述燃气涡轮机上时支撑所述内安装座。
9.根据权利要求7所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中，所述第一线性致动器和所述第二线性致动器各包括一主体，所述主体包括联接至轴的致动机构，其中，所述致动机构以各种速率线性地驱动所述轴作来回运动。
10.根据权利要求9所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中：
第一双万向节包括第一端，所述第一端可移除地固定到所述第一线性致动器的轴的远端；以及
第二双万向节包括第一端，所述第一端可移除地固定到所述第二线性致动器的轴的远端。
11.根据权利要求9所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中，所述外安装座包括：
第一细长主体，所述第一细长主体包括第一端、第二端、第一侧和第二侧；
一对第一弓形臂，所述一对第一弓形臂包括与燃气涡轮机主体的曲率相对应的弓形部，以围绕燃气涡轮机齐平地安装；
线性致动器安装座，所述线性致动器安装座包括第一孔和第二孔，所述第一孔用于容纳所述第一线性致动器的轴，所述第二孔用于容纳所述第二线性致动器的轴；以及
第一凹槽，所述第一凹槽用于容纳第一滚珠轴承并将所述滚珠轴承保持在其中。
12.根据权利要求11所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中：
所述一对第一弓形臂自所述第一细长主体的第一侧向外延伸，并且还包括用于将第一细长主体固定至燃气涡轮机的孔；
所述线性致动器安装座包括具有第一孔和第二孔的板，所述板布置在线性致动器安装座的第一端上并从所述线性致动器安装座的第二侧向外延伸；以及
所述第一凹槽设置在所述第一细长主体的第二侧。
13.根据权利要求11所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中，所述内安装座包括：
第二细长主体，所述第二细长主体包括第一端、第二端、第一侧和第二侧；
第二弓形臂，所述第二弓形臂包括与燃气涡轮机的主体的曲率相对应的弓形部，以围绕燃气涡轮机齐平地安装；以及
第二凹槽，所述第二凹槽用于容纳滚珠轴承并将所述滚珠轴承保持在其中。
14.根据权利要求13所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中：
所述第二弓形臂设置在第二细长主体的第一端上，并且从所述内安装座的第二细长主体的第一侧向外延伸，并且还包括用于将所述内安装座的第二细长主体固定至燃气涡轮机的孔；以及
所述第二凹槽设置在所述第二细长主体的第二侧。
15.根据权利要求13所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中，所述内部喷嘴还包括：
第一轴，所述第一轴邻近于所述第二细长主体的第一端的外围边缘设置，所述第一轴相对于内部喷嘴的主体向外延伸；
第二轴，所述第二轴邻近于所述内部喷嘴的所述第一端的外围边缘设置，所述第二轴相对于内部喷嘴的主体向外延伸；
其中：
所述第一轴和第二轴在内部喷嘴的第一端上相对地布置；
所述外安装座的第一凹槽通过所述第一滚珠轴承可移除地容纳第一轴；以及
所述内安装座的第二凹槽通过第二滚珠轴承可移除地容纳第二轴；
所述第一滚珠轴承和第二滚珠轴承使得内部喷嘴能够相对于燃气涡轮机的排管在水平和垂直方向上移动。
16.根据权利要求15所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中：
所述外部喷嘴还包括：
第一轴，所述第一轴设置在所述外部喷嘴的第一臂上，所述第一轴相对于外部喷嘴的第一臂向上延伸；以及
第二轴，所述第二轴设置在所述外部喷嘴的第二臂上，所述第二轴相对于外部喷嘴的第二臂向上延伸；
所述第一双万向节包括设置在其远端的孔，所述孔可移除地容纳所述第一轴；以及
所述第二双万向节包括设置在其远端的孔，所述孔可移除地容纳所述第二轴；
其中，所述第一轴的中心与所述第二轴的中心之间的距离对应于所述第一双万向节的孔的中心与所述第二双万向节的孔的中心之间的距离。
17.根据权利要求16所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中，所述外部喷嘴的第一端包括外围边缘，所述外围边缘包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽与所述内部喷嘴的第一轴相对应，所述第二凹槽与所述内部喷嘴的第二轴相对应，其中，所述第一凹槽和第二凹槽为内部喷嘴相对于外部喷嘴作一个自由度旋转运动提供了间隙。
18.根据权利要求17所述的推力矢量排管喷嘴装置，其中，所述外部喷嘴还包括：
第三轴，所述第三轴邻近于所述外部喷嘴的第一端的外围边缘布置，所述第三轴相对于外部喷嘴的主体向外延伸；以及
第四轴，所述第四轴邻近于所述外部喷嘴的第一端的外围边缘布置，所述第四轴相对于外部喷嘴的主体向外延伸；
其中，所述第三轴和第四轴在外部喷嘴的第一端上彼此相对地设置。
19.根据权利要求18所述的推力矢量排管喷嘴装置，还包括喷嘴支架，所述喷嘴支架包括：
第一凹槽，所述第一凹槽通过第三滚珠轴承可移除地容纳所述外部喷嘴的第三轴；以及
第二凹槽，所述第二凹槽通过第四滚珠轴承可移除地容纳所述外部喷嘴的第四轴；
其中，所述第三和第四滚珠轴承允许所述外部喷嘴相对于内部喷嘴作一个自由度旋转运动。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11548620B2 (en) * 2019-03-11 2023-01-10 Parker-Hannifin Corporation Electromechanically actuated control rod for flight vehicles
TWI742727B (zh) * 2020-06-17 2021-10-11 林瑤章 具雙層導流組件的推進裝置及其飛行載具
CN113799990A (zh) * 2020-06-17 2021-12-17 林瑶章 具双层导流组件的推进装置及具有其的飞行载具
CN114738137B (zh) * 2022-04-27 2023-06-02 北京航空航天大学 一种具有多轴矢量控制功能的球形收敛二元扩张喷管

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4363445A (en) * 1979-11-23 1982-12-14 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation, "S.N.E.C.M.A." Thrust-vectoring nozzle for jet propulsion system
US4508270A (en) * 1981-03-13 1985-04-02 S.N.E.C.M.A. Apparatus for rolling and guiding a directable jet nozzle
US4984741A (en) * 1987-02-26 1991-01-15 Rolls-Royce Inc. Vectorable variable flow area propulsion nozzle
US6199772B1 (en) * 1999-08-25 2001-03-13 General Electric Company Linear actuation and vectoring ring support mechanism for axisymmetric vectoring nozzle
US6212877B1 (en) * 1998-09-04 2001-04-10 General Electric Company Vectoring ring support and actuation mechanism for axisymmetric vectoring nozzle with a universal joint
CN107208573A (zh) * 2015-02-11 2017-09-26 Mra系统有限公司 具有可变面积喷嘴的涡轮发动机
CN108137149A (zh) * 2015-09-02 2018-06-08 杰托普特拉股份有限公司 喷射器和翼型构型

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1101663A (en) 1963-08-23 1968-01-31 Bristol Siddeley Engines Ltd Variable area nozzles for jet propulsion engines
DE1250277B (zh) 1964-06-23
US3438581A (en) 1967-02-06 1969-04-15 Continental Aviat & Eng Corp Internally gimbaled vectoring nozzle
DE1962956C3 (de) 1969-12-16 1975-09-04 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8000 Muenchen Einrichtung zum Ab- und Umlenken des Strahls von Schub- und Hubgebläsen
US4714197A (en) 1986-07-02 1987-12-22 United Technologies Corporation 2-D propulsive lift nozzle
US4763840A (en) 1987-04-09 1988-08-16 United Technologies Corporation Thrust vectoring exhaust nozzle arrangement
US5687907A (en) 1987-12-18 1997-11-18 United Technologies Corporation Yaw and pitch thrust vectoring nozzle
FR2643947B1 (fr) 1989-03-01 1991-05-17 Snecma Ensemble d'ejection de turboreacteur a tuyere axisymetrique a section variable et a poussee orientable
US5082182A (en) 1990-08-23 1992-01-21 United Technologies Corporation Thrust vectoring exhaust nozzle
US5740988A (en) 1995-04-13 1998-04-21 General Electric Company Axisymmetric vectoring nozzle actuating system having multiple power control circuits
US6259976B1 (en) 1999-09-25 2001-07-10 Jerome H. Lemelson Fuzzy logic based emergency flight control with thrust vectoring
US6546716B2 (en) 2001-04-26 2003-04-15 Jean-Pierre Lair Jet engine nozzle with variable thrust vectoring and exhaust area
US6622472B2 (en) 2001-10-17 2003-09-23 Gateway Space Transport, Inc. Apparatus and method for thrust vector control
US6857600B1 (en) 2002-04-26 2005-02-22 General Electric Company Infrared suppressing two dimensional vectorable single expansion ramp nozzle
FR2841939B1 (fr) * 2002-07-04 2006-09-22 Snecma Propulsion Solide Tuyere orientable par divergent mobile sur cardan pour moteur fusee
US7481038B2 (en) 2004-10-28 2009-01-27 United Technologies Corporation Yaw vectoring for exhaust nozzle
US8240125B2 (en) 2007-07-26 2012-08-14 The Boeing Company Thrust vectoring system and method
AU2008287615B2 (en) 2007-08-10 2012-11-29 Duke Engines Limited An axial piston machine with rotation restraint mechanism
US10077108B2 (en) 2015-03-02 2018-09-18 Sikorsky Aircraft Corporation Vertical take-off and landing (VTOL) aircraft with exhaust deflector

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4363445A (en) * 1979-11-23 1982-12-14 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation, "S.N.E.C.M.A." Thrust-vectoring nozzle for jet propulsion system
US4508270A (en) * 1981-03-13 1985-04-02 S.N.E.C.M.A. Apparatus for rolling and guiding a directable jet nozzle
US4984741A (en) * 1987-02-26 1991-01-15 Rolls-Royce Inc. Vectorable variable flow area propulsion nozzle
US6212877B1 (en) * 1998-09-04 2001-04-10 General Electric Company Vectoring ring support and actuation mechanism for axisymmetric vectoring nozzle with a universal joint
US6199772B1 (en) * 1999-08-25 2001-03-13 General Electric Company Linear actuation and vectoring ring support mechanism for axisymmetric vectoring nozzle
CN107208573A (zh) * 2015-02-11 2017-09-26 Mra系统有限公司 具有可变面积喷嘴的涡轮发动机
CN108137149A (zh) * 2015-09-02 2018-06-08 杰托普特拉股份有限公司 喷射器和翼型构型

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