CN113374596A - 一种高隐身二元喷管结构 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及航空发动机领域，为一种高隐身二元喷管结构，包括依次连接的圆转方段、收敛段和扩张段，还包括环绕设于收敛段和扩张段外侧的外罩，所述外罩包括同轴依次设置的第一外罩、第二外罩、第三外罩，所述第一外罩、第二外罩、第三外罩的直径从内至外逐渐缩小，所述第一外罩、第二外罩和第三外罩依次设于飞机的机尾罩与扩张段的出口之间，并且所述第一外罩与机尾罩、第一外罩与第二外罩、第二外罩与第三外罩之间紧密滑移配合，所述第一外罩与第二外罩、第二外罩与第三外罩之间分别设置有能够使相邻两者之间进行紧密滑移配合的连杆机构。具有提高二元喷管隐身性能的技术效果。

Description

一种高隐身二元喷管结构
技术领域
本申请属于航空发动机领域，特别涉及一种高隐身二元喷管结构。
背景技术
隐身能力已经成为先进战斗机的必备关键技术，而二元喷管因其利于与飞机后机身进行一体化融合设计、其型面利于进行修型设计、其尾喷流利于和外界气流掺混减小喷流红外辐射等优点，得到世界各国广泛研究和应用。以提升二元喷管隐身性能为目标，在二元喷管设计中融入隐身设计理念，进行高隐身二元喷管的结构方案设计，是二元喷管结构方案设计的核心思想。目前国内二元矢量喷管的研究多从自身结构可靠性角度出发，并未考虑结构方案本身对隐身性能的影响，致使二元喷管的结构方案偏离设计初衷。为此，需要设计一款高隐身二元喷管结构方案，将高隐身二元喷管结构设计方法规范化、系统化，将高隐身二元喷管结构转化为隐身性能优良的可应用产品。
发明内容
本申请的目的是提供了一种高隐身二元喷管结构，以解决现有技术中二元喷管隐身能力不够强的问题。
本申请的技术方案是：一种高隐身二元喷管结构，包括依次连接的圆转方段、收敛段和扩张段，还包括环绕设于收敛段和扩张段外侧的外罩，所述外罩包括同轴依次设置的第一外罩、第二外罩、第三外罩，所述第一外罩、第二外罩、第三外罩的直径从内至外逐渐缩小，所述第一外罩、第二外罩和第三外罩依次设于飞机的机尾罩与扩张段的出口之间，并且所述第一外罩与机尾罩、第一外罩与第二外罩、第二外罩与第三外罩之间紧密滑移配合，所述机尾罩与第一外罩、第一外罩与第二外罩、第二外罩与第三外罩之间分别设置有能够使相邻两者之间进行紧密滑移配合的连杆机构。
优选地，所述连杆机构包括设于罩体或机尾罩内侧的L形的限位板、设于相邻罩体内侧的滑块，所述罩体的翻边上对应限位板的位置处开设有连接孔，所述限位板上开设有滑槽，所述限位板插入至连接孔内并与滑块滑移配合，设置滑块的罩体紧密插入至限位板与另一罩体之间。
优选地，所述第三外罩的两侧、扩张段靠近出口一端的宽度从底部至顶部宽度逐渐缩短，并在第三外罩处形成第一圆锥结构，在扩张段处形成第二圆锥结构。
优选地，所述第二圆锥结构的两侧为扩张段侧壁面，所述扩张段侧壁面上设有锯齿修型结构。
优选地，所述第一圆锥结构和第二圆锥结构的圆锥角为钝角。
优选地，所述圆转方段内开设有贯通两端的第一冷却通道，所述收敛段内开设有贯通两端的第二冷却通道，所述扩张段内设有贯通两端的第三冷却通道，所述第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道相互连通。
优选地，所述收敛段和扩张段的两侧与收敛段和扩张段相互分离，并形成侧壁结构，所述侧壁结构与圆转方段的冷却通道相互连通。
优选地，所述侧壁结构靠近扩张段出口的一侧宽度逐渐缩短，形成第三圆锥结构。
优选地，所述第三圆锥结构的圆锥角为锐角。
优选地，所述圆转方段的宽高比小于5。
本申请的高隐身二元喷管结构，通过在收敛段和扩张段的外侧设置外罩，并将外罩设计成相互之间紧密滑移配合的第一外罩、第二外罩和第三外罩，在调节片摆动过程中也能够对内部高温部件进行最大程度的遮挡，以提高红外隐身和雷达隐身性能。
在第三外罩的两侧和扩张段靠近出口处分别设置第一圆锥结构和第二圆锥结构，对高温尾喷流进行冷却和降温的同时，外侧的圆弧面对雷达波进行雷达探测以外的反射，以有效提高红外隐身和雷达隐身性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请剖视结构示意图；
图2为本申请轴侧结构示意图；
图3为本申请相邻罩体的连杆机构结构示意图；
图4为本申请锯齿修型结构示意图。
1-圆转方段；2-收敛段；3-扩张段；31-锯齿修型结构；4-外罩；41-第一罩体；42-第二罩体；43-第三罩体；44-限位板；45-滑块；46-滑槽；5-机尾罩；6-侧壁结构；7-第一圆锥结构；8-第二圆锥结构；9-第三圆锥结构。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种高隐身二元喷管结构，如图1、2所示，包括依次连接的圆转方段1、收敛段2和扩张段3。还包括环绕设于收敛段2和扩张段3外侧的外罩4，所述外罩4包括同轴依次设置的第一外罩4、第二外罩4、第三外罩4，所述第一外罩4、第二外罩4、第三外罩4的直径从内至外逐渐缩小，所述第一外罩4、第二外罩4和第三外罩4依次设于飞机的机尾罩5与扩张段3的出口之间，并且所述第一外罩4与机尾罩5、第一外罩4与第二外罩4、第二外罩4与第三外罩4之间紧密滑移配合，所述第一外罩4与第二外罩4、第二外罩4与第三外罩4之间分别设置有能够使相邻两者之间进行紧密滑移配合的连杆机构。
在进行收敛段2和扩张段3上调节片角度的调节时，外罩4会跟随调节片的摆动而发生相应的滑动，由于第一外罩4与机尾罩5、第一外罩4与第二外罩4、第二外置与第三外罩4之间紧密滑移配合，能够保证各外罩4在运动过程中无缝隙，从而能够对内部高温零件进行最大限度的遮挡，同时无间隙外罩4也能够阻碍雷达波的入射，因此无间隙外罩4方案能够同时提升雷达隐身性能和红外隐身性能。
作为一种具体实施方式，一种高隐身二元喷管结构
圆转方段1的入口端为圆形结构、出口端沿着圆形结构呈线性缩小、变为方形结构，并且入口处的尺寸大于出口端的尺寸，收敛段2由入口端至出口端呈线性逐渐缩小，形成喉管，扩张端由入口端至出口端呈线性逐渐增大，形成喷射管。圆转方段1的出口与收敛段2的入口连通，收敛段2的出口与扩张段3的入口连通。
当气流膨胀到喷管出口处的静压恰等于外界大气压力时,称为完全膨胀喷管,其性能最佳。扩张段3至收敛段2的口径逐渐缩小，燃气依次进入到扩张段3与收敛段2时静压逐渐增大，再进入至扩张段3时口径逐渐增大，实现膨胀。该设计下能够保证燃气在达到扩张段3的出口处时获得较优良的膨胀性能。
圆转方段1包括第一喷管调节板和第一隔热屏，第一喷管调节板与第一隔热屏之间形成第一冷却通道；收敛段2包括第二喷管调节板和第二隔热屏，第二喷管调节板和第二隔热屏之间形成第二冷却通道；扩张段3包括第三喷管调节板和第三隔热屏，第三喷管调节板和第三隔热屏之间形成第三冷却通道。
喷流从喷射管流出后，形成高温尾喷流，高温尾喷流会散发大量的热量和红外辐射。
还包括环绕设于收敛段2和扩张段3外侧的外罩4，收敛段2和扩张段3的两侧与收敛段2和扩张段3相互分离，形成侧壁结构6，圆转方段1的出口为方形，其上下两侧的冷却通道与收敛段2连通，左右两侧的冷却通道与侧壁结构6连通，外罩4设于两组侧壁结构6之间。
外罩4包括同轴依次设置的第一外罩4、第二外罩4和第三外罩4，第一外罩4、第二外罩4和第三外罩4的直径从内至外逐渐缩小，第一外罩4直径较大的一端紧密滑移配合于机尾罩5上，第二外罩4直径较大的一端紧密滑移配合于第一外罩4上，第三外罩4直径较大的一端紧密滑移配合于第二外罩4上，第三外罩4直径较小的一端与扩张段3的出口端铰接。机尾罩5与第一外罩4、第一外罩4与第二外罩4、第二外罩4与第三外罩4之间设有使相邻两者之间能够紧密滑移配合的连杆机构。
紧密滑移配合为相邻两者之间在发生相互之间滑动的过程中，仍然保持紧密的贴合而不产生缝隙。
并且设定每一外罩4直径较大的一端为其底部、直径较小的一端为其顶部。
如图3所示，优选地，以第二罩体42和第三罩体43为例，连杆机构包括设于第二罩体42内侧的L形的限位板44、设于第三罩体43内侧的滑块45，第三罩体43的翻边上对应限位板44的位置处开设有连接孔，所述限位板44上开设有滑槽46，所述限位板44插入至连接孔内并与滑块45滑移配合，第三罩体43紧密插入至限位板44与第二罩体42之间。扩张段3偏转时，第三罩体43在在限位板44和第二罩体42之间紧密滑移配合。
第二罩体42与第三罩体43之间的连接机构可以设置多组并沿着第二罩体42的内周面方向间隔设置。
优选地，第三外罩4的两侧和扩张段3的两侧、扩张段3靠近出口一端的宽度从底部至顶部宽度逐渐缩短，并在第三外罩4处形成第一圆锥结构7，在扩张段3处形成第二圆锥结构8。
圆锥结构的设计一方面能够提高外罩4和扩张段3自身的雷达隐身性能，另一方面能够对二元喷管喷出的尾流进行部分遮挡，以提高红外隐身性能。并且由于扩张段3长度的增加，第三冷却通道的冷却面积增大，冷却性能增加，因此高温尾喷流的热量和红外辐射减少，从而进一步提高了喷管的红外隐身性能。
如图1、4所示，优选地，第二圆锥结构8的两侧为扩张段3侧壁面，扩张段3侧壁面上设有锯齿修型结构31。锯齿修型结构31为在锯齿形结构的基础上对锯齿结构的侧边角度进行特定的设置，其相邻侧边的角度为α，使得其能够将电磁波反射到雷达探测以外的方向，从而有效的提高喷管的雷达隐身性能。
优选地，第三外罩4的圆锥角为钝角，其角度值为β，该角度设置用于将雷达波朝着一个方向进行反射，从而提升隐身性能，其具体的数值根据机型的不同有一定的差别。
优选地，第一与第二冷却通道相互连通，第二冷却通道与第三冷却通道相互连通，第一至第三冷却通道形成全程冷却设置，从而有效降低金属壁面的温度，极大提高红外隐身性能。
并且在喷管隔热屏上开设与冷却通道连通的气膜孔，冷却气通过气膜孔射流到喷管主流，在壁面形成冷气膜，对金属起到保护作用的同时，能降低金属表面的温度，有利于红外辐射信号的降低，提高隐身性能。
优选地，侧壁结构6为固定结构，不跟随收敛段2和扩张段3上的调节片的摆动而运动，侧壁结构6靠近扩张段3出口的一端宽度逐渐缩短，形成第三圆锥结构9。第三圆锥结构9的设计一方面用于对高温尾喷流进行进行一定的遮挡，伸长部分内的冷气能够对喷流进行降温，以提高红外隐身性能；另一方面用于将电磁波反射至雷达探测以外的方向，以提高隐身性能。
第三圆锥结构9的圆锥角为锐角，其角度值为γ，该特定的角度能够将雷达波朝向一个方向进行反射，以提高隐身性能，其具体的数值根据不同的机型有一定的差别。
优选地，圆转方段1的宽高比小于5，采用小宽高比的设计能够对高温部件进行有效遮挡，降低高温部件的红外辐射强度，同时小宽度比二元喷管的设计也有利于良好的气动性能的保持。
具体工作过程如下：
在收敛段2和扩张段3上的喷管调节片不进行角度的调节时，外罩4整体呈圆锥结构设置对喷管内的元器件进行有效遮挡，并提高雷达隐身性能，喷管的出口处通过第一圆锥结构7、第二圆锥结构8、第三圆锥结构9的设计来提高红外隐身和雷达隐身性能，锯齿修型的设计进一步提高扩张段3在喷管出口处的隐身性能；在收敛段2和扩张段3上的喷管调节片进行角度的调节以改变飞行方向时，机尾罩5与第一外罩4、第一外罩4与第二外罩4、第二外罩4与第三外罩4之间进行紧密滑移配合，能够保证各外罩4在运动过程中无缝隙，从而能够对内部高温零件进行最大限度的遮挡，同时无间隙外罩4也能够阻碍雷达波的入射，配合扩张段3和侧壁的隐身设计能够同时提升红外隐身和雷达隐身性能。
本发明具有如下优点：
1、喷管在喷管调节片运动过程中的隐身性能，包括红外隐身和雷达隐身性能，通过外罩4的相互之间的紧密滑移配合的设计来完成；
2、喷管在喷管调节片静止过程中的隐身性能，包括红外隐身和雷达隐身性能，通过外罩4的组合整体圆锥设计、侧壁结构6的圆锥设计、扩张段3的圆锥结构和锯齿修型设置来完成。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高隐身二元喷管结构，包括依次连接的圆转方段(1)、收敛段(2)和扩张段(3)，其特征在于：还包括环绕设于收敛段(2)和扩张段(3)外侧的外罩(4)，所述外罩(4)包括同轴依次设置的第一外罩(4)、第二外罩(4)、第三外罩(4)，所述第一外罩(4)、第二外罩(4)、第三外罩(4)的直径从内至外逐渐缩小，所述第一外罩(4)、第二外罩(4)和第三外罩(4)依次设于飞机的机尾罩(5)与扩张段(3)的出口之间，并且所述第一外罩(4)与机尾罩(5)、第一外罩(4)与第二外罩(4)、第二外罩(4)与第三外罩(4)之间紧密滑移配合，所述机尾罩(5)与第一外罩(4)、第一外罩(4)与第二外罩(4)、第二外罩(4)与第三外罩(4)之间分别设置有能够使相邻两者之间进行紧密滑移配合的连杆机构。
2.如权利要求1所述的高隐身二元喷管结构，其特征在于：所述连杆机构包括设于罩体或机尾罩(5)内侧的L形的限位板(44)、设于相邻罩体内侧的滑块(45)，所述罩体的翻边上对应限位板(44)的位置处开设有连接孔，所述限位板(44)上开设有滑槽(46)，所述限位板(44)插入至连接孔内并与滑块(45)滑移配合，设置滑块(45)罩体紧密插入至限位板(44)与另一罩体之间。
3.如权利要求1所述的高隐身二元喷管结构，其特征在于：所述第三外罩(4)的两侧、扩张段(3)靠近出口一端的宽度从底部至顶部宽度逐渐缩短，并在第三外罩(4)处形成第一圆锥结构(7)，在扩张段(3)处形成第二圆锥结构(8)。
4.如权利要求3所述的高隐身二元喷管结构，其特征在于：所述第二圆锥结构(8)的两侧为扩张段(3)的侧壁面，所述扩张段(3)的侧壁面上设有锯齿修型结构(31)。
5.如权利要求3所述的高隐身二元喷管结构，其特征在于：所述第一圆锥结构(7)和第二圆锥结构(8)的圆锥角为钝角。
6.如权利要求1所述的高隐身二元喷管结构，其特征在于：所述圆转方段(1)内开设有贯通两端的第一冷却通道，所述收敛段(2)内开设有贯通两端的第二冷却通道，所述扩张段(3)内设有贯通两端的第三冷却通道，所述第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道相互连通。
7.如权利要求6所述的高隐身二元喷管结构，其特征在于：所述收敛段(2)和扩张段(3)的两侧与收敛段(2)和扩张段(3)相互分离，并形成侧壁结构(6)，所述侧壁结构(6)与圆转方段(1)的冷却通道相互连通。
8.如权利要求7所述的高隐身二元喷管结构，其特征在于：所述侧壁结构(6)靠近扩张段(3)出口的一侧宽度逐渐缩短，形成第三圆锥结构(9)。
9.如权利要求8所述的高隐身二元喷管结构，其特征在于：所述第三圆锥结构(9)的圆锥角为锐角。
10.如权利要求1所述的高隐身二元喷管结构，其特征在于：所述圆转方段(1)的宽高比小于5。
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