CN113915027B - 一种带偏航功能的圆转方二元矢量喷管 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航空发动机喷管领域，为一种带偏航功能的圆转方二元矢量喷管，包括固定段、圆转方段、收敛段、扩张段、收敛段调节机构、扩张段调节机构，通过在第一扩张侧板上设置左偏航调节板，在第二扩张侧板上设置右偏航调节板，左偏航调节板上设置对其进行角度调节的第一偏航调节机构，右偏航调节板上设置对其进行角度调节的第二偏航调节机构，进而第一偏航调节机构和第二偏航调节机构能够对第一扩张侧板和第二扩张侧板的角度进行调节，实现飞机的偏航；结合二元矢量喷管本身具有的高隐身和矢量功能，使得本发明同时具有高隐身、矢量、偏航、重量较小的功能，有效满足飞机的使用需求。

Description

一种带偏航功能的圆转方二元矢量喷管

技术领域

本申请属于航空发动机喷管领域，特别涉及一种带偏航功能的圆转方二元矢量喷管。

背景技术

喷管是航空发动机的排气装置，高温燃气在喷管内膨胀做功，产生推力。

喷管根据排气性能分为亚音速喷管和超音速喷管；按照不同的结构形式分为收敛喷管和收扩喷管；按照机构形式分为固定喷管和可调喷管；也可以根据使用需求增加矢量功能和隐身功能。

对于战斗机而言，取消垂直尾翼，有助于提高隐身性能，但其机动性能较差。为此，就需要矢量喷管提供飞机进行机动所需的偏向力，这也要求喷管具备全向矢量能力。

目前，矢量喷管从偏转机构上来说大体上分为轴对称、圆转方二元、球面二元等。其中轴对称矢量喷管和球面二元矢量喷管可以实现全向矢量能力，圆转方二元矢量喷管只能实现俯仰方向的矢量功能，不具备侧向的偏航能力。

从功能上讲，轴对称矢量喷管和球面二元矢量喷管与本发明类似，但其结构形式完全不同。轴对称矢量喷管是圆形出口，利用扩张段的周向360⁰旋转提供全向矢量能力。球面二元矢量喷管是将喷管的入口与收敛段做成一个球关节，利用该关节提供全向矢量能力。

圆转方二元矢量喷管是矢量喷管的一种，目前在发动机上进行使用。属于收扩喷管，其收敛段与扩张段可调，具备俯仰方向的矢量能力。但其不具备偏航结构，因此也不具备偏航能力。

从功能上讲，轴对称矢量喷管和球面二元矢量喷管与圆转方二元矢量喷管类似，但其结构形式完全不同。轴对称矢量喷管是圆形出口，利用扩张段的周向360⁰旋转提供全向矢量能力，但是隐身效果较差。

球面二元矢量喷管是将喷管的入口与收敛段做成一个球关节，利用该关节提供全向矢量能力。该喷口矢量功能、隐身效果均较好，但由于增加了球关节，导致重量偏大。

因此，需要设计一种既能保证矢量、隐身功能，同时具有偏航功能、重量较小的二元矢量喷管。

发明内容

本申请的目的是提供了一种带偏航功能的圆转方二元矢量喷管，以解决现有技术中二元矢量喷管无法同时保证矢量、隐身、重量较小、偏航功能的问题。

本申请的技术方案是：一种带偏航功能的圆转方二元矢量喷管，包括固定段、圆转方段、收敛段、扩张段、对收敛段进行调节的收敛段调节机构、对扩张段进行调节的扩张段调节机构，所述扩张段包括上调节板、下调节板、第一扩张侧板和第二扩张侧板，所述第一扩张侧板和第二扩张侧板连接于上调节板和下调节板之间，所述第一扩张侧板的后端连接有左偏航调节片，所述第二扩张侧板的后端连接有右偏航调节片，所述左偏航调节片与第一扩张侧板之间连接有对左偏航调节片进行角度调节的第一偏航调节机构，所述右偏航调节片与第二扩张侧板之间连接有对右偏航调节片进行角度调节的第二偏航调节机构。

优选地，所述左偏航调节片、右偏航调节片内均设有冷却通道，所述左偏航调节片与第一扩张侧板、右偏航调节片与第二扩张侧板之间的冷却通道相互连通，所述左偏航调节片、右偏航调节片的内侧壁上均开设有供冷却通道内的冷气流通的气膜孔。

优选地，所述左偏航调节片和右偏航调节片的后端均呈梯形结构。

优选地，所述上调节板和下调节板的后端均设有一体成型的三角形的增强板。

优选地，所述第一偏航调节机构包括第五作动筒和第五连杆，所述第五作动筒的底部与第一扩张侧板铰接，所述第五连杆一端与第五作动筒的活塞杆相连、另一端与左偏航调节片铰接；所述第二偏航调节机构包括第六作动筒和第六连杆，所述第六作动筒的底部与第二扩张侧板铰接，所述第六连杆一端与第六作动筒的活塞杆相连、另一端与右偏航调节片铰接。

优选地，所述圆转方段包括上转接板和下转接板，所述上转接板的两端连线与水平方向的夹角大于下转接板的两端连线与水平方向的夹角；所述收敛段包括上收敛板和下收敛板，所述上收敛板与水平方向的夹角大于下收敛板与水平方向的夹角。

优选地，所述收敛段调节机构包括连接于圆转方段与收敛段之间的第一收敛段调节机构、连接于固定段与收敛段之间的第二收敛段调节机构；所述第一收敛段调节机构包括第一作动筒和第一连杆，所述第一作动筒的底部与上转接板铰接配合，所述第一连杆一端与第一作动筒的活塞杆相连、另一端与收敛段铰接配合；所述第二收敛段调节机构包括第二作动筒和第二连杆，所述第二作动筒的底部与固定段铰接配合，所述第二连杆的一端与第二作动筒的活塞杆相连、另一端与收敛段铰接配合。

优选地，所述扩张段调节机构包括位于扩张段上部的第一扩张段调节机构、位于扩张段下部的第二扩张段调节机构；所述第一扩张段调节机构包括第三作动筒和第三连杆，所述第三作动筒的底部与上转接板铰接配合，所述第三连杆的一端与第三作动筒的活塞杆相连、另一端与扩张段铰接配合；所述第二扩张段调节机构包括第四作动筒和第四连杆，所述第四作动筒的底部与下转接板铰接配合，所述第四连杆的一端与第四作动筒的活塞杆相连、另一端与扩张段铰接配合。

优选地，所述第一扩张段调节机构共有两组并且两组第一扩张段调节机构对称设于第一收敛段调节机构的两侧；所述第二扩张段调节机构共有两组并且两组第二扩张段调节机构对称设于第二收敛段调节机构的两侧。

本申请的一种带偏航功能的圆转方二元矢量喷管，包括固定段、圆转方段、收敛段、扩张段、收敛段调节机构、扩张段调节机构，通过在第一扩张侧板上设置左偏航调节板，在第二扩张侧板上设置右偏航调节板，左偏航调节板上设置对其进行角度调节的第一偏航调节机构，右偏航调节板上设置对其进行角度调节的第二偏航调节机构，进而第一偏航调节机构和第二偏航调节机构能够对第一扩张侧板和第二扩张侧板的角度进行调节，实现飞机的偏航；结合二元矢量喷管本身具有的高隐身和矢量功能，使得本发明同时具有高隐身、矢量、偏航、重量较小的功能，有效满足飞机的使用需求。

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为本申请整体侧视结构示意图；

图2为本申请整体结构轴测示意图；

图3为本申请整体俯视结构示意图；

图4为本申请侧视结构中去除固定段轴线的结构示意图。

1、固定段；2、圆转方段；3、收敛段；4、扩张段；5、第一收敛段调节机构；6、第二收敛段调节机构；7、上转接板；8、下转接板；9、增强板；10、上调节板；11、下调节板；12、第一扩张段调节机构；13、第二扩张段调节机构；14、第一连杆；15、第二作动筒；16、第二连杆；17、第三作动筒；18、第三连杆；19、第四作动筒；20、第四连杆；22、第一扩张侧板；21、第二扩张侧板；23、上收敛板；24、下收敛板；25、左偏航调节片；26、第一偏航调节机构；27、右偏航调节片；28、第二偏航调节机构；29、第五作动筒；30、第五连杆；31、第六作动筒；32、第六连杆；33、第一作动筒。

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。

一种带偏航功能的圆转方二元矢量喷管，如图1、图2所示，包括从前至后依次设置的固定段1、圆转方段2、收敛段3、扩张段4；还包括收敛段调节机构、扩张段调节机构。固定段1、圆转方段2、收敛段3和扩张段4均为中空结构，并形成供航空发动机高温尾气排出的主流道。固定段1为水平设置的圆柱形结构，圆转方段2、收敛段3和扩张段4均为双层结构并且双层结构内形成供冷气流通的冷却通道，冷却通道内的冷却水通过圆转方段2、收敛段3和扩张段4内壁上的气膜孔流出对圆转方段2、收敛段3和扩张段4进行冷却。

收敛段调节机构用于对收敛段3进行调节，扩张段调节机构用于对扩张段4进行调节。

扩张段4包括上调节板10、下调节板11、第一扩张侧板22和第二扩张侧板21，第一扩张侧板22和第二扩张侧板21连接于上调节板10和下调节板11之间，第一扩张侧板22的后端连接有左偏航调节片25，第二扩张侧板21的后端连接有右偏航调节片27，左偏航调节片25与第一扩张侧板22之间连接有对左偏航调节片25进行角度调节的第一偏航调节机构26，右偏航调节片27与第二扩张侧板21之间连接有对右偏航调节片27进行角度调节的第二偏航调节机构28。

其中主流道的流出方向为航空发动机的后端，从喷管后端方向看到的左侧位置为本申请中喷管的左侧。

飞机运行时，当第一偏航调节机构26带动左偏航调节片25向左偏转，第二偏航调节机构28带动右偏航调节片27向左偏转时，喷管向左偏，飞机向右偏航，偏航的大小与左偏航调节片25和右偏航调节片27的偏转角度有关；当第一偏航调节机构26带动左偏航调节片25向右偏转，第二偏航调节机构28带动右偏航调节片27向右偏转时，喷管向右偏，飞机向左偏航，偏航的大小与左偏航调节片25和右偏航调节片27的偏转角度有关。因此通过控制第一偏航调节机构26和第二偏航调节机构28能够实现对飞机偏航方向和大小的控制，实现飞机稳定的偏航。

同时由于本发明本身为二元矢量喷管，具有较优的矢量功能和隐身性能，当左偏航调节片25、右偏航调节片27与第一扩张侧板22、第二扩张侧板21平行时，喷管的隐身性能与未设置左偏航调节片25和右偏航调节片27时大致相同；当处于偏航状态时，左偏航调节片25、右偏航调节片27与第一扩张侧板22、第二扩张侧板21处于非平行状态时，左偏航调节片25和右偏航调节片27会对雷达波进行一定角度的反射，从而进一步提高喷管的雷达隐身性能。

同时，由于增加的结构较少，喷管本身的重量增加不大，因此本发明的圆转方二元矢量喷管同时具有矢量功能、偏航功能、隐身功能并且重量较轻的特点，能够有效保证飞机的整体性能。

优选地，左偏航调节片25、右偏航调节片27内均设有冷却通道，左偏航调节片25与第一扩张侧板22、右偏航调节片27与第二扩张侧板21之间的冷却通道相互连通，左偏航调节片25、右偏航调节片27的内侧壁上均开设有供冷却通道内的冷气流通的气膜孔。通过设置冷却通道对主流道内的高温尾气进行有效冷却，提升了喷管的冷却性能，高温尾气的红外辐射强度降低，飞机的红外隐身性能提高。

优选地，左偏航调节片25和右偏航调节片27的后端均呈梯形结构，雷达波在靠近左偏航调节片25和右偏航调节片27时，梯形结构会将雷达波反射至其它位置，从而进一步提高飞机的雷达隐身性能。

优选地，上调节板10和下调节板11的后端均设有一体成型的三角形的增强板9，增强板9能够对雷达波进行反射，从而提高飞机的雷达隐身性能，同时增加板为第一扩张侧板22和第二扩张侧板21的延伸结构，正好与左偏航调节片25和右偏航调节片27处于同一横向位置，这样左偏航调节片25、右偏航调节片27与增强板9相互配合，如图2所示，形成了一个近似矩形的结构，能够更有效地对高温尾喷流进行导向，从而提高了飞机的偏航性能。

如图3、图4所示，优选地，第一偏航调节机构26包括第五作动筒29和第五连杆30，第五作动筒29的底部与第一扩张侧板22铰接，第五连杆30一端与第五作动筒29的活塞杆相连、另一端与左偏航调节片25铰接；

第二偏航调节机构28包括第六作动筒31和第六连杆32，第六作动筒31的底部与第二扩张侧板21铰接，第六连杆32一端与第六作动筒31的活塞杆相连、另一端与右偏航调节片27铰接。

当第五作动筒29的活塞杆收缩，第六作动筒31的活塞杆伸出时，喷管向左偏，飞机向右偏航；当第五作动筒29的活塞杆伸出，第六作动筒31的活塞杆收缩时，喷管向右偏，飞机向左偏航，控制稳定。

优选地，圆转方段2包括上转接板7和下转接板8，上转接板7的两端连线与水平方向的夹角大于下转接板8的两端连线与水平方向的夹角；收敛段3包括上收敛板23和下收敛板24，上收敛板23与水平方向的夹角大于下收敛板24与水平方向的夹角。这样上调节板10的高度相比于现有的上调节板10来说有较大幅度的下降，如图1所示，收敛段和扩张段的大部分区域均在固定段1轴线、也即是图中的点画线下方区域，喷管后端出口不对应固定段1的中心位置，航空发动机后端的大部分结构因为高度差被隐藏，从而大幅提高飞机的雷达隐身性能。

优选地，收敛段调节机构包括连接于圆转方段2与收敛段3之间的第一收敛段调节机构5、连接于固定段1与收敛段3之间的第二收敛段调节机构6；

第一收敛段调节机构5包括第一作动筒33和第一连杆14，第一作动筒33的底部与上转接板7铰接配合，第一连杆14一端与第一作动筒33的活塞杆相连、另一端与收敛段3铰接配合；

第二收敛段调节机构6包括第二作动筒15和第二连杆16，第二作动筒15的底部与固定段1铰接配合，第二连杆16的一端与第二作动筒15的活塞杆相连、另一端与收敛段3铰接配合。

通过分别设置第一收敛段调节机构5和第二收敛段调节机构6以分别对收敛段3的上下板体的角度进行调节，当第一作动筒33和第二作动筒15的活塞杆伸出时，喉道面积减小；当第一作动筒33和第二作动筒15的活塞杆收缩时，喉道面积增大；实现非对称的收敛，第二收敛段调节机构6通过与固定段1相连，能够绕过下转接板8对收敛段3进行调节，采用的第二作动筒15的活塞杆长度更长，以较小的调节量能够实现更大幅度的调节。

优选地，扩张段调节机构包括位于扩张段4上部的第一扩张段调节机构12、位于扩张段4下部的第二扩张段调节机构13；第一扩张段调节机构12包括第三作动筒17和第三连杆18，第三作动筒17的底部与上转接板7铰接配合，第三连杆18的一端与第三作动筒17的活塞杆相连、另一端与上调节板10铰接配合；第二扩张段调节机构13包括第四作动筒19和第四连杆20，第四作动筒19的底部与下转接板8铰接配合，第四连杆20的一端与第四作动筒19的活塞杆相连、另一端与下调节板11铰接配合。

当第三作动筒17的活塞杆收缩时、第四作动筒19的活塞杆伸出时，该喷管向上偏转；当第三作动筒17的活塞杆伸出、第四作动筒19的活塞杆收缩时，该喷管向下偏转，实现矢量运动，运行稳定。

优选地，第一扩张段调节机构12共有两组并且两组第一扩张段调节机构12对称设于第一收敛段调节机构5的两侧；第二扩张段调节机构13共有两组并且两组第二扩张段调节机构13对称设于第二收敛段调节机构6的两侧，通过分别设置两组第一扩张段调节机构12和第二扩张段调节机构13来进一步提高第一扩张段调节机构12和第二扩张段调节机构13运行的稳定性。

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 (6)

1.一种带偏航功能的圆转方二元矢量喷管，包括固定段(1)、圆转方段(2)、收敛段(3)、扩张段(4)、对收敛段(3)进行调节的收敛段调节机构、对扩张段(4)进行调节的扩张段调节机构，其特征在于：所述扩张段(4)包括上调节板(10)、下调节板(11)、第一扩张侧板(22)和第二扩张侧板(21)，所述第一扩张侧板(22)和第二扩张侧板(21)连接于上调节板(10)和下调节板(11)之间，所述第一扩张侧板(22)的后端连接有左偏航调节片(25)，所述第二扩张侧板(21)的后端连接有右偏航调节片(27)，所述左偏航调节片(25)与第一扩张侧板(22)之间连接有对左偏航调节片(25)进行角度调节的第一偏航调节机构(26)，所述右偏航调节片(27)与第二扩张侧板(21)之间连接有对右偏航调节片(27)进行角度调节的第二偏航调节机构(28)；所述左偏航调节片(25)和右偏航调节片(27)的后端均呈梯形结构；所述上调节板(10)和下调节板(11)的后端均设有一体成型的三角形的增强板(9)；所述圆转方段(2)包括上转接板(7)和下转接板(8)，所述上转接板(7)的两端连线与水平方向的夹角大于下转接板(8)的两端连线与水平方向的夹角；所述收敛段(3)包括上收敛板(23)和下收敛板(24)，所述上收敛板(23)与水平方向的夹角大于下收敛板(24)与水平方向的夹角，从而把上调节板(10)的高度下降。

2.如权利要求1所述的带偏航功能的圆转方二元矢量喷管，其特征在于：所述左偏航调节片(25)、右偏航调节片(27)内均设有冷却通道，所述左偏航调节片(25)与第一扩张侧板(22)、右偏航调节片(27)与第二扩张侧板(21)之间的冷却通道相互连通，所述左偏航调节片(25)、右偏航调节片(27)的内侧壁上均开设有供冷却通道内的冷气流通的气膜孔。

3.如权利要求1所述的带偏航功能的圆转方二元矢量喷管，其特征在于：所述第一偏航调节机构(26)包括第五作动筒(29)和第五连杆(30)，所述第五作动筒(29)的底部与第一扩张侧板(22)铰接，所述第五连杆(30)一端与第五作动筒(29)的活塞杆相连、另一端与左偏航调节片(25)铰接；

所述第二偏航调节机构(28)包括第六作动筒(31)和第六连杆(32)，所述第六作动筒(31)的底部与第二扩张侧板(21)铰接，所述第六连杆(32)一端与第六作动筒(31)的活塞杆相连、另一端与右偏航调节片(27)铰接。

4.如权利要求1所述的带偏航功能的圆转方二元矢量喷管，其特征在于：所述收敛段调节机构包括连接于圆转方段(2)与收敛段(3)之间的第一收敛段调节机构(5)、连接于固定段(1)与收敛段(3)之间的第二收敛段调节机构(6)；

所述第一收敛段调节机构(5)包括第一作动筒(33)和第一连杆(14)，所述第一作动筒(33)的底部与上转接板(7)铰接配合，所述第一连杆(14)一端与第一作动筒(33)的活塞杆相连、另一端与收敛段(3)铰接配合；

所述第二收敛段调节机构(6)包括第二作动筒(15)和第二连杆(16)，所述第二作动筒(15)的底部与固定段(1)铰接配合，所述第二连杆(16)的一端与第二作动筒(15)的活塞杆相连、另一端与收敛段(3)铰接配合。

5.如权利要求1所述的带偏航功能的圆转方二元矢量喷管，其特征在于：所述扩张段调节机构包括位于扩张段(4)上部的第一扩张段调节机构(12)、位于扩张段(4)下部的第二扩张段调节机构(13)；

所述第一扩张段调节机构(12)包括第三作动筒(17)和第三连杆(18)，所述第三作动筒(17)的底部与上转接板(7)铰接配合，所述第三连杆(18)的一端与第三作动筒(17)的活塞杆相连、另一端与扩张段(4)铰接配合；

所述第二扩张段调节机构(13)包括第四作动筒(19)和第四连杆(20)，所述第四作动筒(19)的底部与下转接板(8)铰接配合，所述第四连杆(20)的一端与第四作动筒(19)的活塞杆相连、另一端与扩张段(4)铰接配合。

6.如权利要求5所述的带偏航功能的圆转方二元矢量喷管，其特征在于：所述第一扩张段调节机构(12)共有两组并且两组第一扩张段调节机构(12)对称设于第一收敛段调节机构(5)的两侧；所述第二扩张段调节机构(13)共有两组并且两组第二扩张段调节机构(13)对称设于第二收敛段调节机构(6)的两侧。

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