CN113864081A - 一种适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构 - Google Patents
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Abstract
本申请属于发动机喷管设计技术领域，具体涉及一种适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构。该结构主要包括喷管主体，喷管主体为筒体结构，由上调节片、下调节片及左右侧壁围合成主流通道，筒体结构壁面均为具有内壁及外壁组成的双层壁，之间形成集气腔，集气腔包括气源腔、气溶胶存储腔，以及喷射腔，述气源腔与气溶胶存储腔之间，以及气溶胶存储腔与喷射腔之间均设置有挡板，挡板上开设有多个过孔，集气腔后端形成有多个喷射孔，通过将高压气体引入气源腔，吹拂气溶胶存储腔的气溶胶颗粒，从而在尾喷流四周形成气溶胶颗粒遮蔽层，能够对发动机内部高温部件进行有效遮挡。
Description
技术领域
本申请属于发动机喷管设计技术领域，具体涉及一种适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构。
背景技术
随着新一代战斗机对航空发动机红外隐身要求的不断提高，发动机热端部件和尾喷流等产生的红外辐射信号占飞机尾向红外辐射信号90％以上，目前提升发动机后体红外隐身能力的常规隐身措施为壁面冷却(采用气体冷却)和涂敷红外隐身材料，但随着发动机涡轮后出口温度升高、外涵冷气流的流量降低和高温红外隐身涂层成熟度低等因素限制，常规的红外隐身措施无法实现红外信号显著减缩。
现有的提升发动机红外隐身能力常规隐身措施缺点：在发动机外涵冷却流量较少、冷却面积较大且红外隐身涂层成熟度较低的情况无法实现较强的红外抑制效果，且目前发动机均采用无法实现高温部件完全遮挡的常规二元喷管和轴对称喷管，发动机内腔体高温部件具有很强的红外辐射信号，常规隐身措施无法降低飞机实施打击和躲避打击的能力，隐身性能差。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，可实现通过喷管出口喷射微小的固体或液体粒子形成气溶胶遮蔽层，且具有强红外抑制效果的适应于二元矢量喷管的隐身结构，大大降低发动机红外隐身信号，使飞机因较弱的红外隐身信号而无法被红外探测系统捕捉和锁定。
本申请的适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构主要包括喷管主体，所述喷管主体为筒体结构，其包括上调节片、下调节片及左右侧壁，上调节片、下调节片及左右侧壁围合成主流通道，上调节片、下调节片及左右侧壁均为具有内壁及外壁组成的双层壁，内壁与外壁之间形成集气腔，所述集气腔包括位于主流通道前段的气源腔与气溶胶存储腔，以及位于主流通道后段的喷射腔，所述气源腔与所述气溶胶存储腔之间，以及所述气溶胶存储腔与所述喷射腔之间均设置有挡板，所述挡板上开设有多个过孔，上调节片、下调节片及左右侧壁的集气腔沿主流通道方向向后的板面上形成有多个喷射孔，所述喷射孔与所述喷射腔连通，其中，所述气溶胶存储腔中存储有气溶胶，所述进气段连接有进气结构。
优选的是，喷管主体在所述主流通道的前侧通过圆转方筒体连接发动机。
优选的是，所述上调节片及下调节片各自包括扩张段及收敛段，扩张段与收敛段之间铰接连接，扩张段位于所述主流通道的前侧，一端铰接在喷管主体前侧支架上，另一端铰接连接位于所述主流通道后侧的扩张段，所述扩张段及收敛段均通过连杆连接有作动筒，所述作动筒固定在圆转方筒体上或者固定在喷管主体前侧支架上。
优选的是，所述气源腔包括侧壁气源腔，所述气溶胶存储腔包括侧壁气溶胶存储腔，所述喷射腔包括侧壁喷射腔，所述侧壁气源腔与所述侧壁气溶胶存储腔之间设置有多孔挡板，侧壁气溶胶存储腔与侧壁喷射腔之间设置有侧壁喷射挡板。
优选的是，所述侧壁上设置有与所述侧壁气源腔连通的侧壁进气段，侧壁进气段连接发动机的压气机引气管。
优选的是，所述气源腔包括扩张段气源腔，所述气溶胶存储腔包括扩张段气溶胶存储腔，所述喷射腔包括扩张段喷射腔，所述扩张段气源腔与所述扩张段气溶胶存储腔之间设置有双排孔挡板，扩张段气溶胶存储腔与扩张段喷射腔之间设置有扩张段喷射挡板，其中，所述扩张段为所述上调节片或下调节片的沿主流通道靠后的一部分。
优选的是，所述扩张段上设置有与所述扩张段气源腔连通的扩张段进气段，扩张段进气段连接发动机的压气机引气管。
优选的是，所述扩张段内壁面涂覆有隔热涂层。
优选的是，所述侧壁内壁面涂覆有隔热涂层。
优选的是，所述侧壁沿板面在后端形成V形尖端，所述上调节片及下调节片的后端扩张段沿板面在后端形成V形尖端，侧壁的V形尖端上设置有与侧壁板面平行的喷射孔，扩张段的V形尖端上设置有与扩张段板面平行的喷射孔。
本申请的关键点和保护点是：可实现强红外抑制效果的二元矢量喷管隐身结构和通过喷管出口周向喷射(喷射位置在左右侧壁和扩张段末端)微小的气溶胶颗粒形成气溶胶遮蔽层来降低红外辐射特性的设计方法。
本申请的优点在于：发明一种适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，通过在二元矢量喷管的侧壁和上下扩张段末端喷射微小的气溶胶颗粒，在湍流流动和空气浮力的作用下形成气溶胶遮蔽层，对红外辐射进行吸收、散射，大大降低透过的红外隐身信号，弥补了常规红外隐身措施的不足，解决了发动机涡轮后出口温度升高、外涵冷却气流的流量降低、高温红外隐身涂层成熟度低和常规二元喷管遮挡能力差等难题，同时具有结构简单、隐身性能好的优点。
附图说明
图1是本申请适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构的结构示意图。
图2是本申请图1所示实施例的俯视图。
图3是本申请图2所示实施例的剖视图。
图4是本申请图1所示实施例的前视剖视图。
图5是本申请图1所示实施例的右视图。
图6是本申请图1所示实施例的多孔挡板结构示意图。
图7是本申请图1所示实施例的侧壁喷射挡板结构示意图。
图8是本申请图1所示实施例的扩张段喷射挡板结构示意图。
其中，1-圆转方筒体，2-喉道调节机构，3-扩张段调节机构，4-侧壁，5-侧壁气源腔，6-多孔挡板，7-气溶胶存储腔，8-侧壁喷射挡板，9-侧壁喷射腔，10-喷射孔，11-扩张段，12-扩张段气源腔，13-双排孔挡板，14-扩张段气溶胶存储腔，15-扩张段喷射挡板，16-扩张段喷射腔，17-收敛段，18-侧壁进气段，19-扩张段进气段，20-上调节片，21-下调节片。
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方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请针对航空发动机冷却气流量降低、壁温冷却困难，且常规红外隐身措施无法实现红外隐身信号大幅降低的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，通过在二元矢量喷管的侧壁和上下扩张段末端喷射微小的气溶胶颗粒，在湍流流动和空气浮力的作用下形成气溶胶遮蔽层，对红外辐射进行吸收、散射，大大降低透过的红外隐身信号，弥补了常规红外隐身措施的不足。
如图1-图8所示，本申请提供了一种适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，主要包括：
喷管主体，所述喷管主体为筒体结构，其包括上调节片20、下调节片21及左右侧壁4，上调节片20、下调节片21及左右侧壁4围合成主流通道，上调节片20、下调节片21及左右侧壁4均为具有内壁及外壁组成的双层壁，内壁与外壁之间形成集气腔，所述集气腔包括位于主流通道前段的气源腔与气溶胶存储腔，以及位于主流通道后段的喷射腔，所述气源腔与所述气溶胶存储腔之间，以及所述气溶胶存储腔与所述喷射腔之间均设置有挡板，所述挡板上开设有多个过孔，上调节片20、下调节片21及左右侧壁4的集气腔沿主流通道方向向后的板面上形成有多个喷射孔，所述喷射孔与所述喷射腔连通，其中，所述气溶胶存储腔中存储有气溶胶，所述进气段连接有进气结构。
在一些可选实施方式中，喷管主体在所述主流通道的前侧通过圆转方筒体1连接发动机，圆转方筒体1作为整个喷管的支撑构件，圆形一端连接发动机，方形一端连接喷管主体。
在一些可选实施方式中，所述上调节片20及下调节片21各自包括扩张段11及收敛段17，扩张段11与收敛段之间铰接连接，扩张段11位于所述主流通道的前侧，一端铰接在喷管主体前侧支架上，另一端铰接连接位于所述主流通道后侧的扩张段11，所述扩张段11及收敛段17均通过连杆连接有作动筒，所述作动筒固定在圆转方筒体1上或者固定在喷管主体前侧支架上。
参考图1-图5，扩张段11及收敛段17连接处形成喷管喉道，收敛段是指所形成的主流通道截面变窄，扩张段是指所形成的主流通道截面变宽，两者交汇处为主流通道截面最小的部分，形成主流通道的喉道，通过作动筒调节收敛段能够改变喉道的截面面积，因此，该部分的作动筒及连杆形成喉道调节机构2，通过作动筒调节扩张段能够改变主流通道的出口截面面积以及出口朝向，因此，该部分的作动筒及连杆形成扩张段调节机构3，同步调节上调节片20及下调节片21的扩张段调节机构3，能够改变主流通道的出口截面面积，异步调节上调节片20及下调节片21的扩张段调节机构3，能够改变主流通道的出口方向，即实现矢量偏转功能。
在一些可选实施方式中，所述气源腔包括侧壁气源腔5，所述气溶胶存储腔包括侧壁气溶胶存储腔7，所述喷射腔包括侧壁喷射腔9，所述侧壁气源腔5与所述侧壁气溶胶存储腔7之间设置有多孔挡板6，侧壁气溶胶存储腔7与侧壁喷射腔9之间设置有侧壁喷射挡板8。
在一些可选实施方式中，所述侧壁4上设置有与所述侧壁气源腔5连通的侧壁进气段18，侧壁进气段18连接发动机的压气机引气管。本实施例中，侧壁进气段18通常以焊接的方式布置在侧壁气源腔5的进气口处。
在一些可选实施方式中，所述气源腔包括扩张段气源腔12，所述气溶胶存储腔包括扩张段气溶胶存储腔14，所述喷射腔包括扩张段喷射腔16，所述扩张段气源腔12与所述扩张段气溶胶存储腔14之间设置有双排孔挡板13，扩张段气溶胶存储腔14与扩张段喷射腔16之间设置有扩张段喷射挡板15，其中，所述扩张段11为所述上调节片20或下调节片21的沿主流通道靠后的一部分。
在一些可选实施方式中，所述扩张段11上设置有与所述扩张段气源腔12连通的扩张段进气段19，扩张段进气段19连接发动机的压气机引气管。本实施例中，扩张段进气段19通常以焊接的方式布置在扩张段气源腔12的进气口处。
当需要启动红外抑制措施时，通过高压压气机引气管分别将高压气体引入侧壁气源腔5和扩张段气源腔12，气体通过多孔挡板6和双排孔挡板13分别进入侧壁气溶胶存储腔7和扩张段气溶胶存储腔14，气溶胶颗粒在高速气流作用下悬浮并均匀掺混，通过侧壁喷射挡板8、扩张段喷射挡板15流入侧壁喷射腔9和扩张段喷射腔16中，最终掺混气流通过侧壁、扩张段V形出口处的喷嘴喷出，在尾喷流四周形成气溶胶颗粒遮蔽层，包裹尾喷流，同时对发动机内部高温部件进行有效遮挡，对红外辐射进行吸收、散射，明显降低透过的红外辐射信号，使敌方红外探测系统捕捉不到足够的信号而无法发生作用。
本实施例中，气溶胶初始沉淀在存储腔中，高压气体将存储腔中的气溶胶吹起，经过侧壁喷射挡板8上的过孔，使气溶胶在喷射腔均匀分布，随后气溶胶被排出。
当不需要红外抑制时，关闭高压压气机引气管，停止向侧壁气源腔5和扩张段气源腔12引气，气流停止流动，侧壁气溶胶存储腔7和扩张段气溶胶存储腔14内的气溶胶颗粒缓缓下落，恢复平静。本实施例中，气溶胶为消耗品，停机检修时进行补充即可。
在一些可选实施方式中，所述扩张段11内壁面涂覆有隔热涂层。
在一些可选实施方式中，所述侧壁4内壁面涂覆有隔热涂层。
在一些可选实施方式中，如图2及图3所示，所述侧壁4沿板面在后端形成V形尖端，所述上调节片20及下调节片21的后端扩张段沿板面在后端形成V形尖端，侧壁4的V形尖端上设置有与侧壁4板面平行的喷射孔10，扩张段的V形尖端上设置有与扩张段板面平行的喷射孔10。
本申请降低了透过的红外隐身信号，弥补了常规红外隐身措施的不足，解决了发动机涡轮后出口温度升高、外涵冷却气流的流量降低、高温红外隐身涂层成熟度低和常规二元喷管遮挡能力差等难题，同时具有结构简单、隐身性能好的优点。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，其特征在于，包括喷管主体，所述喷管主体为筒体结构，其包括上调节片(20)、下调节片(21)及左右侧壁(4)，上调节片(20)、下调节片(21)及左右侧壁(4)围合成主流通道，上调节片(20)、下调节片(21)及左右侧壁(4)均为具有内壁及外壁组成的双层壁，内壁与外壁之间形成集气腔，所述集气腔包括位于主流通道前段的气源腔与气溶胶存储腔，以及位于主流通道后段的喷射腔，所述气源腔与所述气溶胶存储腔之间，以及所述气溶胶存储腔与所述喷射腔之间均设置有挡板，所述挡板上开设有多个过孔，上调节片(20)、下调节片(21)及左右侧壁(4)的集气腔沿主流通道方向向后的板面上形成有多个喷射孔，所述喷射孔与所述喷射腔连通，其中，所述气溶胶存储腔中存储有气溶胶，所述进气段连接有进气结构。
2.如权利要求1所述的适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，其特征在于，喷管主体在所述主流通道的前侧通过圆转方筒体(1)连接发动机。
3.如权利要求2所述的适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，其特征在于，所述上调节片(20)及下调节片(21)各自包括扩张段(11)及收敛段(17)，扩张段(11)与收敛段之间铰接连接，扩张段(11)位于所述主流通道的前侧，一端铰接在喷管主体前侧支架上，另一端铰接连接位于所述主流通道后侧的扩张段(11)，所述扩张段(11)及收敛段(17)均通过连杆连接有作动筒，所述作动筒固定在圆转方筒体(1)上或者固定在喷管主体前侧支架上。
4.如权利要求1所述的适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，其特征在于，所述气源腔包括侧壁气源腔(5)，所述气溶胶存储腔包括侧壁气溶胶存储腔(7)，所述喷射腔包括侧壁喷射腔(9)，所述侧壁气源腔(5)与所述侧壁气溶胶存储腔(7)之间设置有多孔挡板(6)，侧壁气溶胶存储腔(7)与侧壁喷射腔(9)之间设置有侧壁喷射挡板(8)。
5.如权利要求4所述的适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，其特征在于，所述侧壁(4)上设置有与所述侧壁气源腔(5)连通的侧壁进气段(18)，侧壁进气段(18)连接发动机的压气机引气管。
6.如权利要求1所述的适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，其特征在于，所述气源腔包括扩张段气源腔(12)，所述气溶胶存储腔包括扩张段气溶胶存储腔(14)，所述喷射腔包括扩张段喷射腔(16)，所述扩张段气源腔(12)与所述扩张段气溶胶存储腔(14)之间设置有双排孔挡板(13)，扩张段气溶胶存储腔(14)与扩张段喷射腔(16)之间设置有扩张段喷射挡板(15)，其中，所述扩张段(11)为所述上调节片(20)或下调节片(21)的沿主流通道靠后的一部分。
7.如权利要求6所述的适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，其特征在于，所述扩张段(11)上设置有与所述扩张段气源腔(12)连通的扩张段进气段(19)，扩张段进气段(19)连接发动机的压气机引气管。
8.如权利要求6所述的适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，其特征在于，所述扩张段(11)内壁面涂覆有隔热涂层。
9.如权利要求1所述的适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，其特征在于，所述侧壁(4)内壁面涂覆有隔热涂层。
10.如权利要求1所述的适用于二元矢量喷管强红外抑制效果的隐身结构，其特征在于，所述侧壁(4)沿板面在后端形成V形尖端，所述上调节片(20)及下调节片(21)的后端扩张段沿板面在后端形成V形尖端，侧壁(4)的V形尖端上设置有与侧壁(4)板面平行的喷射孔(10)，扩张段的V形尖端上设置有与扩张段板面平行的喷射孔(10)。
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