CN113982778B

CN113982778B - 一种用于变循环航空发动机的二维可调后涵道引射器

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Publication number: CN113982778B
Application number: CN202111112109.0A
Authority: CN
Inventors: 刘金鑫; 金泽熙; 徐茂峻; 欧阳汀益; 宋志平; 陈雪峰
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2021-09-22
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2041-09-22
Also published as: CN113982778A

Abstract

本公开揭示了一种用于变循环航空发动机的二维可调后涵道引射器，包括：引射器本体，引射器本体外部设置有外部驱动装置，引射器本体内部设置有内部驱动机构、连接机构和调节机构，其中，在所述外部驱动装置的驱动下，所述内部驱动机构通过连接机构带动调节机构在核心流方向上进行二维摆动使得后涵道引射器随之收缩或扩张，以实现对发动机外涵道出口面积的连续调节。本公开所述引射器结构简单紧凑、控制调节方便、运动稳定可靠，具有独立可调自由度并能够兼顾流量和流场的调节，可以更好地服务于高性能变循环航空发动机。

Description

一种用于变循环航空发动机的二维可调后涵道引射器

技术领域

本公开属于高性能燃气涡轮发动机技术领域，具体涉及一种用于变循环航空发动机的二维可调后涵道引射器。

背景技术

变循环发动机通过改变发动机部件几何形状，调节发动机的基本循环参数，使发动机在各种飞行状态下都有最佳的热力循环状态，从而对飞机的飞行速度和高度具有良好的适应性。

后可变面积涵道引射器属于引气类部件，类似于面积可变的混合器，引射器通过控制外涵道气流流量，进而改变发动机涵道比，从而使变循环发动机适应于不同工作条件，满足不同飞行任务的飞机的需求。

目前国内外提出的后可变面积涵道引射器方案多为使用平动的刚性阀体或记忆合金，前者不能实现引射器的二维可调，后者结构复杂且调节技术要求高，难以兼顾变循环发动机的性能、寿命、经济性等多用途、多任务需求。

发明内容

针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种用于变循环航空发动机的二维可调后涵道引射器，该引射器通过曲面板的二维摆动实现后涵道引射器的收缩或扩张，并且具有结构简单紧凑、控制调节方便和运动稳定可靠的特点。

为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

一种用于变循环航空发动机的二维可调后涵道引射器，包括：

引射器本体，

引射器本体外部设置有外部驱动装置，引射器本体内部设置有内部驱动机构、连接机构和调节机构，其中，

在所述外部驱动装置的驱动下，所述内部驱动机构通过连接机构带动调节机构在核心流方向上进行二维摆动使得后涵道引射器随之收缩或扩张，以实现对发动机外涵道出口面积的连续调节。

优选的，所述引射器本体包括外机匣，所述外机匣包括依次连接的前段外机匣、中段外机匣和后段外机匣。

优选的，所述内部驱动机构包括第一作动环和第二作动环，第一作动环和第二作动环在驱动装置的驱动下在中段外机匣的内表面沿轴向滑动以带动调节机构在核心流方向上进行二维摆动。

优选的，所述调节机构包括第一层曲面板和第二层曲面板，第一层曲面板和第二层曲面板形成闭合筒状曲面，并在驱动机构的驱动下在核心流方向上进行二维摆动。

优选的，所述第一层曲面板包括若干沿第一圆周方向交错分布的第一曲面板和第二曲面板；第二层曲面板包括若干沿第二圆周方向交错分布的第三曲面板和第四曲面板。

优选的，所述第一曲面板、第二曲面板、第三曲面板和第四曲面板均为弧形瓦片结构。

优选的，所述引射器本体内部还设置有内机匣，所述内机匣通过所述第一层曲面板连接第二层曲面板。

优选的，所述内机匣上设置有导向块和虚约束环。

优选的，所述虚约束环连接有滑动杆，滑动杆沿内机匣直线滑动，使得虚约束环沿导向块轴向移动。

优选的，所述连接机构包括第一连接杆、第二连接杆和第三连接杆。

与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：本公开所述引射器结构简单紧凑、控制调节方便、运动稳定可靠，具有独立可调自由度，其连接机构使得两段沿圆周均匀分布的曲面板可以在核心流方向上二维摆动，实现后涵道引射器的收缩或扩张，从而可以连续调节发动机外涵道的出口面积，改善外涵气流出口的流场，改变发动机内涵燃气与外涵空气的掺混比例，使发动机根据飞行条件处于更优的工作状态。

附图说明

图1是本公开一个实施例提供的二维可调后涵道引射器的局部轴测图；

图2是本公开另一个实施例提供的二维可调后涵道引射器的内部结构局部轴测图；

图3是本公开另一个实施例提供的中段外机匣的轴测图；

图4是本公开另一个实施例提供的第一作动环的轴测图；

图5是本公开另一个实施例提供的第二作动环的轴测图；

图6是本公开另一个实施例提供的第一连接杆的轴测图；

图7是本公开另一个实施例提供的第二连接杆的轴测图；

图8是本公开另一个实施例提供的第三连接杆的轴测图；

图9是本公开另一个实施例提供的第一曲面板的轴测图；

图10是本公开另一个实施例提供的第二曲面板的轴测图；

图11是本公开另一个实施例提供的第三曲面板的轴测图；

图12是本公开另一个实施例提供的第四曲面板的轴测图；

图13是本公开另一个实施例提供的滑动杆的轴测图；

图14是本公开另一个实施例提供的虚约束环的轴测图；

图15是本公开另一个实施例提供的内机匣的轴测图；

图16是本公开另一个实施例提供的内机匣的局部轴测图；

图17是本公开一个实施例提供的第一层曲面板扩张且第二层曲面板扩张的内部结构局部轴测图；

图18是本公开一个实施例提供的第一层曲面板扩张且第二层曲面板收缩的内部结构局部轴测图；

图19是本公开一个实施例提供的第一层曲面板收缩且第二层曲面板扩张的内部结构局部轴测图；

图20是本公开一个实施例提供的第一层曲面板收缩且第二层曲面板收缩的内部结构局部轴测图；

附图中标记说明如下：

1、前段外机匣；2、中段外机匣；3、后段外机匣；4、第一作动环；5、第二作动环；6、第一连接杆；7、第二连接杆；8、第三连接杆；9、第一曲面板；10、第二曲面板；11、第三曲面板；12、第四曲面板；13、滑动杆；14、虚约束环；15、内机匣。

具体实施方式

下面将参照附图1至图20详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本公开的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本公开的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。

一个实施例中，如图1所示，本公开提供一种用于变循环航空发动机的二维可调后涵道引射器，包括：

引射器本体，

本实施例中，在驱动机构的驱动下，使得调节机构可以在核心流方向上二维摆动，实现后涵道引射器的收缩或扩张，当引射器扩张时，外涵道的出口面积变小，外涵空气流量减小，使得外涵空气流量与内涵燃气流量的掺混比例减小；当引射器收缩时，外涵道的出口面积变大，外涵空气流量增大，使得外涵空气流量与内涵燃气流量的掺混比例增大。相比现有技术，本实施例通过以上创造性的设计，通过连续的收缩和扩张以调节发动机外涵道的出口面积，可以改善外涵气流出口的流场，可以改变发动机内涵燃气与外涵空气的掺混比例，从而使得发动机在各种飞行状态下都处于相对较优的热力循环状态，进而对飞机的飞行速度和高度具有良好的适应性。

另一个实施例中，所述引射器本体包括外机匣，所述外机匣包括依次连接的前段外机匣1、中段外机匣2和后段外机匣3。

本实施例中，如图1所示，前段外机匣1、中段外机匣2和后段外机匣3之间采用搭接方式连接，连接螺栓沿圆周方向均匀分布。

另一个实施例中，如图4、图5所示，所述内部驱动机构包括第一作动环4和第二作动环5，第一作动环4和第二作动环5在驱动装置的驱动下在如图3所示的中段外机匣2的内表面沿轴向滑动以带动调节机构在核心流方向上进行二维摆动。

本实施例中，第一作动环4的外表面沿圆周均匀分布有若干第一凸块4-1，通过滑动副与中段外机匣2内表面上的第一凹槽2-1配合；第一作动环4的内表面沿圆周均匀分布有若干铰链孔4-2，与如图7所示的第二连接杆7上的铰链孔7-2连接；第一作动环4的端面上均匀分布的第一凸耳4-3与外机匣上的驱动装置连接，在驱动装置的驱动下，第一作动环4贴合中段外机匣2的内表面沿轴向滑动，从而使第二连接杆7摆动。

类似地，第二作动环5的外表面沿圆周均匀分布有若干第二凸块5-1，通过滑动副与中段外机匣2内表面上的第二凹槽2-2配合；第二作动环5的内表面沿圆周均匀分布有若干第二铰链孔5-2，与如图8所示的第三连接杆8上的铰链孔8-2连接；第二作动环5的端面上均匀分布的第二凸耳5-3与外机匣上的驱动装置连接，在驱动装置的驱动下，第二作动环5贴合中段外机匣2的内表面沿轴向滑动，从而使第三连接杆8摆动。

另一个实施例中，如图2所示，所述调节机构包括第一层曲面板和第二层曲面板，第一层曲面板和第二层曲面板形成闭合筒状曲面，并在驱动机构的驱动下在核心流方向上进行二维摆动。

本实施例中，当第一作动环4和第二作动环5联动时，通过第二连接杆7和的第三连接杆8带动由第一层曲面板和第二层曲面板构成的闭合筒状曲面连续收缩或扩张，实现引射器在核心流方向上的二维摆动，从而能够调节发动机外涵道的出口面积，进而使得外涵空气可以与内涵燃气充分有效混合。

另一个实施例中，如图2所示，所述第一层曲面板包括若干沿第一圆周方向交错分布的第一曲面板9和第二曲面板10；第二层曲面板包括若干沿第二圆周方向交错分布的第三曲面板11和第四曲面板12。

本实施例中，第一曲面板9与第二曲面板10构成引射器的第一层曲面板，第三曲面板11和第四曲面板12构成引射器的第二层曲面板，第一层与第二层之间铰接连接。具体的，如图9、10、11、12所示，第一曲面板9的铰链9-1和第二曲面板10的铰链10-1通过内机匣15内表面的安装槽15-4与内机匣15的后端面铰链15-3分别连接，以保证第一曲面板9和第二曲面板10可以摆动；第一曲面板9的铰链9-3和第三曲面板11的铰链11-1铰接。第二曲面板10的铰链10-3和第四曲面板12的铰链12-1铰接，结合图1、图2，当第二连接杆7和第三连接杆8通过摆动使得第三曲面板11和第四曲面板12的倾角改变时，第一曲面板9和第二曲面板10的倾角随之改变。第一曲面板9和第二曲面板10的外表面分别设置有铰链孔9-2和铰链孔10-2，铰链孔9-2和铰链孔10-2同时与如图6所示的第一连接杆6的铰链孔6-1铰接。第一连接杆6的铰链孔6-2连接滑动杆13的铰链孔13-3，滑动杆13末端的连接块13-1固定于虚约束环14的端面上，第一曲面板9和第二曲面板10摆动使第一连接杆6摆动，滑动杆13通过杆体13-2沿着内机匣15上的滑槽15-2进行直线滑动。

当第一作动环4和第二作动环5联动时，第一层和第二层曲面板构成的闭合筒状曲面可以连续收缩或扩张，从而能够实现曲面板在核心流方向上的二维摆动，并能够兼顾流量和流场的调节，下面，对第一层和第二层曲面板的工作状态进行详细描述：

状态一：

第一层曲面板扩张且第二层曲面板扩张情况，当第一作动环4和第二作动环5背向联动时，即第一作动环4向发动机前端运动且第二作动环5向发动机后端运动，如图17所示，第一曲面板9、第二曲面板10、第三曲面板11和第四曲面板12均向上摆动，第一层曲面板和第二层曲面板均整体扩张，与气流方向的夹角变小，引射器外表面的最大直径变大，与外机匣内表面之间的距离减小，外涵道的出口面积减小，外涵气流的流量相应减小。

状态二：

第一层曲面板扩张且第二层曲面板收缩情况，当第一作动环4和第二作动环5背向联动时，即第一作动环4向发动机前端运动且第二作动环5向发动机后端运动，如图18所示，第一曲面板9与第二曲面板10向上摆动，与气流方向的夹角变小，使第一层曲面板整体扩张，同时，第三曲面板11和第四曲面板12向下摆动，与气流方向的夹角变大，使第二层曲面板整体收缩，进一步地，第一曲面板9与第二曲面板10的向上摆动使引射器外表面的最大直径变大，与外机匣内表面之间的距离减小，外涵气流的流量相应减小；第三曲面板11和第四曲面板12的向下摆动具有导流作用，使外涵空气可以与内涵燃气充分有效混合。

状态三：

第一层曲面板收缩且第二层曲面板扩张情况，当第一作动环4和第二作动环5相向联动时，即第一作动环4向发动机后端运动且第二作动环5向发动机前端运动，如图19所示，第一曲面板9与第二曲面板10向下摆动，与气流方向的夹角变大，使第一层曲面板整体收缩，同时，第三曲面板11和第四曲面板12向上摆动，与气流方向的夹角变小，使第二层曲面板整体扩张，进一步地，第一曲面板9与第二曲面板10的向下摆动使引射器外表面的最大直径变小，与外机匣内表面之间的距离增大，外涵气流的流量相应增大；第三曲面板11和第四曲面板12的向上摆动具有导流作用，使外涵空气可以与内涵燃气充分有效混合。

状态四：

第一层曲面板收缩且第二层曲面板收缩情况，当第一作动环4和第二作动环5相向联动时，即第一作动环4向发动机后端运动且第二作动环5向发动机前端运动，如图20所示，第一曲面板9、第二曲面板10、第三曲面板11和第四曲面板12均向下摆动，第一层曲面板和第二层曲面板均整体收缩，与气流方向的夹角变大，引射器外表面的最大直径变小，与外机匣内表面之间的距离增大，外涵道的出口面积增大，外涵气流的流量相应增大。

需要说明的是，以上四种状态可以根据第一作动环4和第二作动环5的联动随时切换，连接机构可以保证引射器的面积和倾角变化是连续可调的。

另一个实施例中，所述第一曲面板9、第二曲面板10、第三曲面板11和第四曲面板12均为弧形瓦片结构。

本实施例中，第一曲面板的外侧面积大且内侧面积小，第二曲面板的外侧面积小且内侧面积大，两者在厚度方向上相互错开，第一曲面板与第二曲面板沿圆周均匀交错分布，可以使气流更加平稳；第一曲面板和第二曲面板的前端通过铰链安装于内机匣后端；第一曲面板和第二曲面板的中部外侧均有一个铰链孔，与第一连接杆相连；第一曲面板和第二曲面板的后端通过铰链分别与第三曲面板和第四曲面板连接。

类似的，第三曲面板的外侧面积大且内侧面积小，第四曲面板的外侧面积小且内侧面积大，两者在厚度方向上相互错开，第三曲面板与第四曲面板沿圆周均匀交错分布，可以使气流更加平稳；第三曲面板和第四曲面板的前端通过铰链分别与第一曲面板和第二曲面板连接；第三曲面板和第四曲面板的中部外侧均有两个铰链孔，两个铰链孔分别与第二连接杆和第三连接杆相连。

需要说明的是，相比于现有引射器中经常采用的平板状零件，将曲面板设计为弧形瓦片结构的优势在于：在相同零件数量的情况下，弧形瓦片结构可以使得引射器的闭合筒状曲面截面的圆度更大，更有利于气体的流动。同时，在相同圆度的要求下，采用弧形瓦片结构可以使得零件数量更少，从而减轻发动机的重量。

另一个实施例中，如图15、16所示，所述引射器本体内部还设置有内机匣15，所述内机匣15通过第一层曲面板9连接第二层曲面板10。

本实施例中，第一曲面板9的铰链9-1和第二曲面板10的铰链10-1通过内机匣15内表面的安装槽15-4与内机匣15的后端面铰链15-3分别连接，以保证第一曲面板9和第二曲面板10可以摆动。第一曲面板9的铰链9-3和第三曲面板11的铰链11-1铰接，第二曲面板10的铰链10-3和第四曲面板12的铰链12-1铰接，当第三曲面板11和第四曲面板12的倾角改变时，第一曲面板9和第二曲面板10的倾角随之改变。

另一个实施例中，如图16所示，所述内机匣15上设置有导向块15-1和虚约束环14。

本实施例中，如图14所示，虚约束环14与内机匣15及其外表面上的导向块15-1配合安装，滑动杆13直线滑动使得虚约束环14沿着导向块15-1轴向移动，虚约束环14作为虚约束构件，可以增加引射器的刚性，从而保证其整体运动的稳定性。

另一个实施例中，所述虚约束环连接有滑动杆13，滑动杆13沿内机匣15直线滑动，使得虚约束环14沿导向块15-1轴向移动。

本实施例中，如图13所示，滑动杆13的一端通过铰链孔13-3与第一连接杆6上的铰链孔6-2连接，另一端连接块13-1固定于虚约束环14的端面上，内机匣靠近后端的外表面处设有若干滑槽15-2，滑动杆通过杆体13-2沿着内机匣上的滑槽进行直线滑动，使得第一层曲面板能够正常摆动。

另一个实施例中，所述连接机构包括第一连接杆6、第二连接杆7和第三连接杆8。

本实施例中，第一连接杆6通过铰链孔6-1与第一曲面板9和第二曲面板10的外表面上的铰链孔9-2和10-2铰接，第一连接杆6通过铰链孔6-2与滑动杆的铰链孔13-3铰接，第一连接杆6可用于保证第一曲面板9和第二曲面板10安装的可靠性。

第二连接杆7的铰链孔7-1与位于第三曲面板11和第四曲面板12外表面前端的铰链孔11-2和铰链孔12-2铰接，第三连接杆8的铰链孔8-1与位于第三曲面板11和第四曲面板12外表面后端铰链孔11-3和铰链孔12-3铰接，第一作动环4和第二作动环5通过联动可以带动第二连接杆7和第三连接杆8摆动，从而实现第三曲面板11和第四曲面板12倾角的调节。

尽管以上结合附图对本公开的实施方案进行了描述，但本公开并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本公开权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本公开保护之列。

Claims

1.一种用于变循环航空发动机的二维可调后涵道引射器，包括：

引射器本体，引射器本体包括外机匣，外机匣包括依次连接的前段外机匣、中段外机匣和后段外机匣；

在所述外部驱动装置的驱动下，所述内部驱动机构通过连接机构带动调节机构在核心流方向上进行二维摆动使得后涵道引射器随之收缩或扩张，以实现对发动机外涵道出口面积的连续调节；所述内部驱动机构包括第一作动环和第二作动环，第一作动环的外表面沿圆周均匀分布有若干第一凸块，通过滑动副与中段外机匣内表面上的第一凹槽配合；第一作动环的内表面沿圆周均匀分布有若干铰链孔，与第二连接杆上的铰链孔连接；第一作动环的端面上均匀分布的第一凸耳与外机匣上的驱动装置连接，在驱动装置的驱动下，第一作动环贴合中段外机匣的内表面沿轴向滑动，从而使第二连接杆摆动；

第二作动环的外表面沿圆周均匀分布有若干第二凸块，通过滑动副与中段外机匣内表面上的第二凹槽配合；第二作动环的内表面沿圆周均匀分布有若干第二铰链孔，与第三连接杆上的铰链孔连接；第二作动环的端面上均匀分布的第二凸耳与外机匣上的驱动装置连接，在驱动装置的驱动下，第二作动环贴合中段外机匣的内表面沿轴向滑动，从而使第三连接杆摆动；

第一作动环和第二作动环在驱动装置的驱动下在中段外机匣的内表面沿轴向滑动以带动调节机构在核心流方向上进行二维摆动。

2.根据权利要求1所述的引射器，其中，所述调节机构包括第一层曲面板和第二层曲面板，第一层曲面板和第二层曲面板形成闭合筒状曲面，并在驱动机构的驱动下在核心流方向上进行二维摆动。

3.根据权利要求2所述的引射器，其中，所述第一层曲面板包括若干沿第一圆周方向交错分布的第一曲面板和第二曲面板；第二层曲面板包括若干沿第二圆周方向交错分布的第三曲面板和第四曲面板。

4.根据权利要求3所述的引射器，其中，所述第一曲面板、第二曲面板、第三曲面板和第四曲面板均为弧形瓦片结构。

5.根据权利要求2所述的引射器，其中，所述引射器本体内部还设置有内机匣，所述内机匣通过所述第一层曲面板连接第二层曲面板。

6.根据权利要求5所述的引射器，其中，所述内机匣上设置有导向块和虚约束环。

7.根据权利要求6所述的引射器，其中，所述虚约束环连接有滑动杆，滑动杆沿内机匣直线滑动，使得虚约束环沿导向块轴向移动。

8.根据权利要求1所述的引射器，其中，所述连接机构包括第一连接杆、第二连接杆和第三连接杆。