CN113638820B - 一种扩张段调节板不过中线的二元矢量喷管矢量实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种扩张段调节板不过中线的二元矢量喷管矢量实现方法，包括：将一侧的扩张段调节板末端位置约束在中线位置，增大另一侧扩张段调节板的偏转角度，增大喷管面积比，使喷管内气流从完全膨胀状态转换为过膨胀状态，通过位置约束侧调节板气流分离，实现扩张段调节板在不过中线的条件下达到目标气动矢量角。本发明针对收敛段和扩张段分别采用液压作动筒控制的二元矢量喷管，可以避免因扩张段调节板作动筒失控导致的上、下侧调节板相撞的问题；同时可以缩短扩张段调节板作动筒行程，达到减重的目的。

Description

一种扩张段调节板不过中线的二元矢量喷管矢量实现方法
技术领域
本公开涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种扩张段调节板不过中线的二元矢量喷管矢量实现方法。
背景技术
随着对飞机机动性及隐身性能要求的不断提高，便于与飞机后机身一体化设计，同时兼顾红外隐身性能与机动性能的二元矢量喷管得到越来越多的重视。二元矢量喷管的矢量推力一般是依靠扩张段调节板的偏转来实现。
传统的机械调节式二元矢量喷管在实现矢量偏转时,一般控制上、下侧扩张段调节板在非矢量位置下同时向一侧偏转相同角度，使得几何矢量角达到期望的气动矢量角。在整个飞机的飞行包线中,由于飞行工况的不同,气流参数的不同,为保证气流在喷管中完全膨胀以减小推力损失,二元矢量喷管的喉道面积和矢量角度会随着飞行工况的变化不断调整。当喷管处于某种小喉道面积、大矢量角的飞行工况时,传统的二元矢量喷管实现矢量偏转的控制方式就会导致一侧扩张段调节板末端就会越过喷管中心线。如果对扩张段调节板末端的运动没有约束,那么当扩张段作调节板动筒失控时,就存在上下两侧扩张段调节板相撞的风险,导致喷管的损伤,影响飞机的飞行安全。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种扩张段调节板不过中线的二元矢量喷管矢量实现方法，该方法针对收敛段和扩张段分别采用液压作动筒控制的二元矢量喷管，可以避免因扩张段调节板作动筒(以下简称为A9作动筒，A9为航空发动机喷管扩张段的简称)失控导致的上、下侧调节板相撞的问题；同时可以缩短A9作动筒行程，达到减重的目的。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种扩张段调节板不过中线的二元矢量喷管矢量实现方法，包括：将一侧的扩张段调节板末端位置约束在中线位置，增大另一侧扩张段调节板的偏转角度，增大喷管面积比，使喷管内气流从完全膨胀状态转换为过膨胀状态，通过位置约束侧调节板气流分离，实现扩张段调节板在不过中线的条件下达到目标气动矢量角。
进一步地，具体包括如下步骤：
S1、根据喷管落压比计算确定矢量偏转角工况下喷管理想完全膨胀面积比，结合喷管喉道面积得到非矢量的二元矢量喷管流道；
S2、根据目标气动矢量角，将上侧、下侧调节板向上或向下偏转目标矢量角度；
S3、当上侧调节板、下侧调节板向上或向下偏转后，上侧调节板/下侧调节板的末端穿过中线，则控制该上侧调节板/下侧调节板的末端处于中线位置，将相对的下侧调节板/上侧调节板偏转固定角度β。
进一步地，S3中，角度β通过流场仿真，从气动矢量角随一侧调节板角度变化的曲线中插值得到。
进一步地，S3中，当上侧调节板、下侧调节板向上或向下偏转后，若上侧调节板或下侧调节板的末端均未穿过中线，则正常偏转目标矢量角度。
进一步地，所述方法适用于收敛段和扩张段分别采用液压作动筒控制的二元矢量喷管。
本发明的扩张段调节板不过中线的二元矢量喷管矢量实现方法，通过采用该二元矢量喷管矢量实现方法，可以实现扩张段调节板作动筒不过中线实现目标气动矢量角。达到避免因A9作动筒失控导致的扩张段调节板相撞的问题，同时可以缩短A9作动筒行程，达到减重的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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它的附图。
图1为本发明实施例中非矢量的二元矢量喷管流道示意图；
图2为本发明实施例中下侧扩张段调节板末端在中线以下流道示意图；
图3为本发明实施例中下侧扩张段调节板末端在中线以上流道示意图；
图4为本发明实施例中下侧扩张段调节板末端不过中线的喷管流道示意图；
图5为本发明实施例中气动矢量角随一侧扩张段调节板角度变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本公开实施例提供一种扩张段调节板不过中线的二元矢量喷管矢量实现方法，其设计思想是在小喉道面积、大矢量角时，通过改变喷管面积比，使喷管处于过膨胀的状态，从而在单侧扩张段调节板上发生气流分离，迫使气流偏转，通过位置约束侧调节板气流分离，达到在扩张段调节板不过中线的条件下实现目标气动矢量角。
本公开实施例采用的技术方案如下：
(1)根据喷管落压比计算确定工况下喷管理想完全膨胀面积比，结合喷管喉道面积得到非矢量的二元矢量喷管流道；
(2)根据目标气动矢量角，将上、下扩张段调节板向上(或下)偏转目标角度(如20°)；
(3)判断：当下(或上)侧扩张段调节板末端在中线以下，则按该规律偏转；当下(或上)侧扩张段调节板末端穿过中线时，则控制该侧扩张段调节板末端处于中线位置，另一侧扩张段调节板偏转固定角度β。
(4)角度β的获得需要通过流场仿真分析，从气动矢量角随一侧扩张段调节板角度变化的曲线中插值得到。
接下来，参考附图1-图5对本公开实施例作进一步说明。
对于二元矢量喷管一给定矢量偏转角工况，首先根据喷管落压比计算确定该工况下喷管理想完全膨胀面积比，结合喷管喉道面积得到非矢量的二元矢量喷管流道，如图1所示，其中包括圆转方段1、A8调节板2(喷管收敛段)和A9调节板3(其中，A9调节板3包括上侧A9调节板和下侧A9调节板)；然后根据目标气动矢量角，将上侧A9调节板、下侧A9调节板调节板向上(或下)偏转目标矢量角度，如20°，如图2和图3所示；接着进行判断：当下侧A9调节板末端在中线以下，如图2所示，则按该规律偏转；当下侧A9调节板末端穿过中线时，如图3所示，则控制该下侧A9调节板末端处于中线位置，将相对的上侧A9调节板偏转固定角度β，如图4所示；角度β的获得需要通过流场仿真分析，从气动矢量角随上侧A9调节板角度变化的曲线，如图5所示，中插值得到，对于该图中目标矢量角20°时上侧A9调节板的偏转角度为19.3°。
本发明基于传统的机械调节式二元矢量喷管通过调节几何矢量角达到期望的气动矢量角。为使二元矢量喷管扩张段调节板不过中线，即几何矢量角无法达到期望状态时实现同样的气动矢量角，就需要改变喷管内部气流的流动状态。因此在一侧的扩张段调节板位置被约束的状态下，增大另一侧扩张段调节板的偏转角度，增大喷管面积比，使气流在喷管的流动状态从完全膨胀转换为过膨胀。当处于过膨胀的状态时，喷管被约束侧扩张段调节板上会发生气流分离，迫使气流偏转，从而达到在A9调节板不过中线的条件下实现目标气动矢量角。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种扩张段调节板不过中线的二元矢量喷管矢量实现方法，其特征在于，包括：将一侧的扩张段调节板末端位置约束在中线位置，增大另一侧扩张段调节板的偏转角度，增大喷管面积比，使喷管内气流从完全膨胀状态转换为过膨胀状态，实现扩张段调节板在不过中线的条件下达到目标气动矢量角；
其中，具体包括如下步骤：
S1、根据喷管落压比计算确定矢量偏转角工况下喷管理想完全膨胀面积比，结合喷管喉道面积得到非矢量的二元矢量喷管流道；
S2、根据目标气动矢量角，将上侧调节板、下侧调节板向上或向下偏转目标矢量角度；
S3、当上侧调节板、下侧调节板向上或向下偏转后，上侧调节板/下侧调节板的末端穿过中线，则控制该上侧调节板/下侧调节板的末端处于中线位置，将相对的下侧调节板/上侧调节板偏转固定角度β；
其中，角度β通过流场仿真，从气动矢量角随一侧调节板角度变化的曲线中插值得到。
2.根据权利要求1所述的扩张段调节板不过中线的二元矢量喷管矢量实现方法，其特征在于，S3中，当上侧调节板、下侧调节板向上或向下偏转后，若上侧调节板或下侧调节板的末端均未穿过中线，则正常偏转目标矢量角度。
3.根据权利要求1所述的扩张段调节板不过中线的二元矢量喷管矢量实现方法，其特征在于，所述方法适用于收敛段和扩张段分别采用液压作动筒控制的二元矢量喷管。
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