CN113309632A - 一种采用球面密封的二元可调喷管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用球面密封的二元可调喷管，包括底板、三块侧板、顶板、密封球座、弹簧、金属石墨环、柔性密封圈以及调节板；三块侧板与底板固定连接；柔性密封圈、弹簧、金属石墨环安装在密封球座上；调节板与密封球座固定连接；密封球座安装在顶板上，其接触面为球面；在工作时，伺服机构与密封球座上的连接孔连接，带动密封球座运动，进而带动调节板改变喷管的出气面积，可以精确调节喷管推力的大小；而柔性密封圈、弹簧、金属石墨环能保证密封球座与顶板之间的密封性，防止出现高温燃气泄漏的问题，在保证二元可调喷管能够在一定角度精确控制喷管推力大小同时保证密封球座与顶板之间的密封性。

Description

一种采用球面密封的二元可调喷管

技术领域

本发明涉及可调喷管技术领域，具体涉及一种采用球面密封的二元可调喷管。

背景技术

可调喷管是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。

二元可调喷管的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，其次是高温燃气对二元可调喷管附近的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。

在二元可调喷管中，由于调节板运动过程和静止状态下都需要密封，因此如何同时兼顾二元可调喷管精确调节和运动位置处的密封是急需解决的问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中二元可调喷管的调节板在转动过程中与喷管侧壁之间的密封性较差的缺陷，从而提供一种采用球面密封的二元可调喷管。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种采用球面密封的二元可调喷管，包括：

喷管本体，包括底板、连接在所述底板上的侧板、以及连接在所述侧板上且与所述底板相对设置的顶板，所述底板、所述侧板和所述顶板围合形成一侧具有出气口的喷管腔；所述顶板上设有两端均具有开口的球形孔，所述球形孔靠近所述底板一端的底部开口的大小小于远离所述底板一端的顶部开口的大小；

密封球座，绕一轴线转动地安装在所述顶板的球形孔上，所述密封球座的底部自所述球形孔的底部开口伸出并伸向所述喷管腔内；

密封结构，连接在所述密封球座朝向所述球形孔的侧面上，具有与所述球形孔实现球面配合的球形面，用于密封所述密封球座和所述球形孔之间的间隙；

调节板，连接在所述密封球座伸进所述喷管腔内的部分，随所述密封球座的转动调整所述喷管腔的出气面积。

进一步地，所述密封结构包括具有与所述球形孔实现球面配合的球形面的密封环、密封设置在所述密封环和所述密封球座之间的密封圈、以及弹性设置在所述密封球座和密封环之间的其弹性力驱使所述密封环的球形面与所述球形孔紧密配合的弹性件。

进一步地，所述密封球座朝向所述球形孔的侧面上设有安装槽，所述密封结构安装在所述安装槽内。

进一步地，所述安装槽的内壁上设有用于容纳所述弹性件且开口朝向所述球形孔方向设置的第一容纳槽，用于容纳所述密封环且开口朝向所述底板方向设置的第二容纳槽、以及用于容纳所述密封圈的第三容纳槽，所述第一容纳槽和所述第三容纳槽设置在所述密封环伸向所述第二容纳槽部分的相对两侧。

进一步地，所述密封圈为柔性密封圈。

进一步地，所述密封环为金属石墨密封环。

进一步地，所述密封环呈L型。

进一步地，所述密封球座设有与驱动机构输出轴相转配的连接孔，所述密封球座绕所述连接孔的轴向方向转动。

进一步地，所述密封球座的相对两侧设有用于与所述侧板相连的柱形固定端，所述侧板上设有供所述柱形固定端插入的固定孔。

进一步地，所述密封球座具有与所述球形孔相配合的球形部，所述球形部具有与所述球形孔外形相配的球面轮廓，所述密封结构密封设置在所述球形部和所述球形孔之间。

进一步地，所述球形部的底部设有供所述调节板安装的L型台阶。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的采用球面密封的二元可调喷管，在顶板上设置球形孔，密封球座安装在顶板的球形孔上，在密封球座和顶板的球形孔之间设置密封结构，密封结构具有与球形孔实现球面配合的球形面；当密封球座带动调节板运动时， 密封结构随密封球座运动，由于密封结构和球形孔之间的接触方式为球面配合，调节板在运动过程中和静止状态下，密封球座和顶板上的球形孔都可以实现有效密封，防止出现高温燃气泄漏的问题；而且将调节板固定在密封球座上，通过有效的控制密封球座的转动角度，可以带动调节板改变喷管腔的出气面积，起到精确调节喷管推力的效果。

2.本发明提供的采用球面密封的二元可调喷管，密封球座与顶板的球形孔之间通过密封环密封，密封圈能够保证密封环与密封球座之间的密封；在密封球座运动过程中，弹性件为密封环提供推力，保证密封环在转动时与顶板球形孔之间的密封性，进一步提高密封效果。

3.本发明提供的采用球面密封的二元可调喷管，将密封结构安装在密封球座的安装槽内，方便密封结构的安装。

4.本发明提供的采用球面密封的二元可调喷管，在安装槽内设置第一容纳槽、第二容纳槽、第三容纳槽，弹性件、密封环和密封圈分别设置在不同的容纳槽内，且第一容纳槽和第三容纳槽设置在密封环伸向第二容纳槽部分的相对两侧，弹性件可以为密封环提供朝向球形孔和密封圈方向的推力，密封效果更好。

5.本发明提供的采用球面密封的二元可调喷管，密封环采用金属石墨密封环，耐高温性能更好，使用寿命更长。

6.本发明提供的采用球面密封的二元可调喷管，在密封球座上设置与驱动机构输出轴相转配的连接孔，通过驱动机构驱动密封球座转动，可以方便精确控制密封球座的转动角度，进而改变出气面积，起到精确调节推力的效果。

7.本发明提供的采用球面密封的二元可调喷管，密封球座通过两侧的柱形固定端固定在侧板的固定孔上，可以保证密封球座转动过程中的准确性，进而保证推力调节的精度。

8.本发明提供的采用球面密封的二元可调喷管，在球形部的底部设有供调节板安装的L型台阶，调节板安装在L型台阶上，在静止状态下，调节板可以与顶板朝向喷管腔的侧面相贴合，调节板占用空间小，对喷管腔的最大出气面积的影响较小，在运动状态下，调节板可在喷管腔内运动以改变喷管腔的出气面积大小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中二元可调喷管的整体结构示意图，其中，调节板处于初始状态；

图2为本发明实施例中二元可调喷管的整体结构示意图，其中调节板随密封球座转动预定角度；

图3为本发明实施例中侧板的结构示意图；

图4为本发明实施例中顶板的结构示意图；

图5为本发明实施例中密封球座第一面的剖视图；

图6为本发明实施例中密封球座第二面的剖视图；

图7为本发明实施例中密封圈的结构示意图；

图8为本发明实施例中密封环的结构示意图。

附图标记说明：1、底板；2、侧板；21、固定孔；3、顶板；31、球形孔；4、密封球座；41、球形部；42、柱形固定端；43、安装槽；431、第一容纳槽；；432、第二容纳槽；433、第三容纳槽；44、连接孔；45、L型台阶；5、密封圈；6、弹性件；7、密封环；71、球形面；8、调节板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-8所示的一种采用球面密封的二元可调喷管，包括喷管本体、密封球座4、密封结构和调节板8。

在本实施例中，喷管本体包括底板1、连接在底板1上的侧板2、以及连接在侧板2上且与底板1相对设置的顶板3。底板1为矩形，为喷管本体的底面。侧板2有三块，通过螺钉与底板1固定，其中凹槽位置安装密封条。底板1、侧板2和顶板3围合形成一侧具有出气口的喷管腔。顶板3呈矩形，顶板3上设有两端均具有开口的球形孔31，球形孔31靠近底板1一端的底部开口的大小小于远离底板1一端的顶部开口的大小。密封球座4绕一轴线转动地安装在顶板3的球形孔31上，密封球座4的底部自球形孔31的底部开口伸出并伸向喷管腔内。密封结构连接在密封球座4朝向球形孔31的侧面上，具有与球形孔31实现球面配合的球形面71，用于密封密封球座4和球形孔31之间的间隙。调节板8连接在密封球座4伸进喷管腔内的部分，随密封球座4的转动调整喷管腔的出气面积。

这种采用球面密封的二元可调喷管，在顶板3上设置球形孔31，密封球座4安装在顶板3的球形孔31上，在密封球座4和顶板3的球形孔31之间设置密封结构，密封结构具有与球形孔31实现球面配合的球形面71；当密封球座4带动调节板8运动时， 密封结构随密封球座4运动，由于密封结构和球形孔31之间的接触方式为球面配合，调节板8在运动过程中和静止状态下，密封球座4和顶板3上的球形孔31都可以实现有效密封，防止出现高温燃气泄漏的问题；而且将调节板8固定在密封球座4上，通过有效的控制密封球座4的转动角度，可以带动调节板8改变喷管腔的出气面积，起到精确调节喷管推力的效果。

在本实施例中，密封结构包括具有与球形孔31实现球面配合的球形面71的密封环7、密封设置在密封环7和密封球座4之间的密封圈5、以及弹性设置在密封球座4和密封环7之间的其弹性力驱使密封环7的球形面71与球形孔31紧密配合的弹性件6。密封球座4与顶板3的球形孔31之间通过密封环7密封，密封圈5能够保证密封环7与密封球座4之间的密封；在密封球座4运动过程中，弹性件6为密封环7提供推力，保证密封环7在转动时与顶板3球形孔31之间的密封性，进一步提高密封效果。

在本实施例中，密封球座4朝向球形孔31的侧面上设有安装槽43，密封结构安装在安装槽43内，如此设置，便于密封结构的安装。具体的，安装槽43的内壁上设有用于容纳弹性件6且开口朝向球形孔31方向设置的第一容纳槽431，用于容纳密封环7且开口朝向底板1方向设置的第二容纳槽432、以及用于容纳密封圈5的第三容纳槽433，第一容纳槽431和第三容纳槽433设置在密封环7伸向第二容纳槽432部分的相对两侧。弹性件6、密封环7和密封圈5分别设置在不同的容纳槽内，且第一容纳槽431和第三容纳槽433设置在密封环7伸向第二容纳槽432部分的相对两侧，弹性件6可以为密封环7提供朝向球形孔31和密封圈5方向的推力，密封效果更好。

在本实施例中，密封环7为呈L型的金属石墨密封环，密封圈5为柔性密封圈，弹性件6为弹簧。密封环7采用金属石墨密封环，耐高温性能更好，使用寿命更长。

在本实施例中，密封球座4设有与驱动机构输出轴相转配的连接孔44，密封球座4绕连接孔44的轴向方向转动。驱动机构可以为伺服电机。通过伺服电机驱动密封球座4转动，可以方便精确控制密封球座4的转动角度，进而改变出气面积，起到精确调节推力的效果。

在本实施例中，密封球座4的相对两侧设有用于与侧板2相连的柱形固定端42，侧板2上设有供柱形固定端42插入的固定孔21。密封球座4通过两侧的柱形固定端42固定在侧板2的固定孔21上，可以保证密封球座4转动过程中的准确性，进而保证推力调节的精度。

在本实施例中，密封球座4具有与球形孔31相配合的球形部41，球形部41具有与球形孔31外形相配的球面轮廓，密封结构密封设置在球形部41和球形孔31之间。球形部41的底部设有供调节板8安装的L型台阶45。，在球形部41的底部设有供调节板8安装的L型台阶45，调节板8安装在L型台阶45上，在静止状态下，调节板8可以与顶板3朝向喷管腔的侧面相贴合，调节板8占用空间小，对喷管腔的最大出气面积的影响较小，在运动状态下，调节板8可在喷管腔内运动以改变喷管腔的出气面积大小。

综上所述，本发明实施例提供的二元可调喷管，在顶板3上设置球形孔31，密封球座4安装在顶板3的球形孔31上，在密封球座4和顶板3的球形孔31之间设置金属石墨密封环7，金属石墨密封环7具有与球形孔31实现球面配合的球形面71；当密封球座4带动调节板8运动时，金属石墨密封环7随密封球座4运动，由于金属石墨密封环7和球形孔31之间的接触方式为球面配合，调节板8在运动过程中和静止状态下，密封球座4和顶板3上的球形孔31都可以实现有效密封，防止出现高温燃气泄漏的问题；而且将调节板8固定在密封球座4上，通过伺服电机可以有效的控制密封球座4的转动角度，可以带动调节板8改变喷管腔的出气面积，起到精确调节喷管推力的效果。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种采用球面密封的二元可调喷管，其特征在于，包括：

喷管本体，包括底板（1）、连接在所述底板（1）上的侧板（2）、以及连接在所述侧板（2）上且与所述底板（1）相对设置的顶板（3），所述底板（1）、所述侧板（2）和所述顶板（3）围合形成一侧具有出气口的喷管腔；所述顶板（3）上设有两端均具有开口的球形孔（31），所述球形孔（31）靠近所述底板（1）一端的底部开口的大小小于远离所述底板（1）一端的顶部开口的大小；

密封球座（4），绕一轴线转动地安装在所述顶板（3）的球形孔（31）上，所述密封球座（4）的底部自所述球形孔（31）的底部开口伸出并伸向所述喷管腔内；

密封结构，连接在所述密封球座（4）朝向所述球形孔（31）的侧面上，具有与所述球形孔（31）实现球面配合的球形面（71），用于密封所述密封球座（4）和所述球形孔（31）之间的间隙；

调节板（8），连接在所述密封球座（4）伸进所述喷管腔内的部分，随所述密封球座（4）的转动调整所述喷管腔的出气面积。

2.根据权利要求1所述的采用球面密封的二元可调喷管，其特征在于，所述密封结构包括具有与所述球形孔（31）实现球面配合的球形面（71）的密封环（7）、密封设置在所述密封环（7）和所述密封球座（4）之间的密封圈（5）、以及弹性设置在所述密封球座（4）和密封环（7）之间的其弹性力驱使所述密封环（7）的球形面（71）与所述球形孔（31）紧密配合的弹性件（6）。

3.根据权利要求2所述的采用球面密封的二元可调喷管，其特征在于，所述密封球座（4）朝向所述球形孔（31）的侧面上设有安装槽（43），所述密封结构安装在所述安装槽（43）内。

4.根据权利要求3所述的采用球面密封的二元可调喷管，其特征在于，所述安装槽（43）的内壁上设有用于容纳所述弹性件（6）且开口朝向所述球形孔（31）方向设置的第一容纳槽（431），用于容纳所述密封环（7）且开口朝向所述底板（1）方向设置的第二容纳槽（432）、以及用于容纳所述密封圈（5）的第三容纳槽（433），所述第一容纳槽（431）和所述第三容纳槽（433）设置在所述密封环（7）伸向所述第二容纳槽（432）部分的相对两侧。

5.根据权利要求4所述的采用球面密封的二元可调喷管，其特征在于，所述密封圈（5）为柔性密封圈。

6.根据权利要求2所述的采用球面密封的二元可调喷管，其特征在于，所述密封环（7）为金属石墨密封环（7）。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的采用球面密封的二元可调喷管，其特征在于，所述密封球座（4）设有与驱动机构输出轴相转配的连接孔（44），所述密封球座（4）绕所述连接孔（44）的轴向方向转动。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的采用球面密封的二元可调喷管，其特征在于，所述密封球座（4）的相对两侧设有用于与所述侧板（2）相连的柱形固定端（42），所述侧板（2）上设有供所述柱形固定端（42）插入的固定孔（21）。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的采用球面密封的二元可调喷管，其特征在于，所述密封球座（4）具有与所述球形孔（31）相配合的球形部（41），所述球形部（41）具有与所述球形孔（31）外形相配的球面轮廓，所述密封结构密封设置在所述球形部（41）和所述球形孔（31）之间。

10.根据权利要求9所述的采用球面密封的二元可调喷管，其特征在于，所述调节板（8）为矩形板，所述球形部（41）的底部设有供所述调节板（8）安装的L型台阶（45）。

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