CN114151225B - 一种发动机双通道裤衩型喷管的喉道面积调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发动机双通道裤衩型喷管的喉道面积调节装置，喉道面积调节装置包括调节板组件，调节板组件的前端铰接在机匣内壁上，后端伸入双通道内，且调节板组件的两侧边与喉道内壁接触。喉道面积调节装置还包括驱动机构、连杆机构，驱动机构位于机匣外部，且驱动机构的驱动杆穿过机匣壁并与连杆机构铰接；连杆机构设置在调节板组件内的空腔内，且连杆机构还与调节板组件铰接。驱动机构用于驱动连杆机构，使连杆机构带动调节板组件围绕铰接点改变位置，以调整2个喷管的喉道面积。喉道面积调节装置解决了固定喷管喉道面积无法随发动机状态变化导致的整机匹配效率低、无法满足飞机使用需求的问题。

Description

一种发动机双通道裤衩型喷管的喉道面积调节装置
技术领域
本发明涉及航空发动机排气系统设计技术领域，具体为一种发动机双通道裤衩型喷管的喉道面积调节装置。
背景技术
航空技术发展，对飞机发动机的要求越来越高，使得发动机喷管结构实现了多元化发展，逐步出现了双通道裤衩型等新型喷管。通过控制新型喷管的不同通道的面积，以获得非对称矢量推力，从而实现飞机姿态变化控制。
目前，匹配双通道裤衩型喷管的飞机发动机，喷管通道的喉道面积是固定的，其会导致在非设计点出现主流燃气欠膨胀，喷管推力系数大幅度降低的现象，进而无法满足发动机使用需求。
目前，也有对喷管双通道的喉道面积进行控制调节的机构，其与整机状态匹配，保证在全包线内喷管推力系数和总压恢复系数满足要求，以满足飞机姿态控制使用需求，但是受限于飞机发动机的外廓限制和调节机构可靠性要求高、工作环境温度高以及调节范围广等原因，喷管面积调节机构设计变得非常困难。
发明内容
本发明的目的在于设计一种发动机双通道裤衩型喷管的喉道面积调节装置，其主要通过在双通道裤衩型喷管的2个喷管之间设计双四连杆运动机构调整飞机2个喷管的喉道面积，以解决2个喷管喉道面积固定从而无法随飞机发动机状态变化而导致整机匹配效率低、无法满足飞机使用需求的问题。
实现发明目的的技术方案如下：一种发动机双通道裤衩型喷管的喉道面积调节装置，用于调节发动机双通道裤衩型喷管的双通道的喉道面积。
其中，喉道面积调节装置包括调节板组件，调节板组件的前端铰接在机匣内壁上，后端伸入双通道内，且调节板组件的两侧边与喉道内壁接触。
其中，喉道面积调节装置还包括驱动机构、连杆机构，驱动机构位于机匣外部，且驱动机构的驱动杆穿过机匣壁并与连杆机构铰接；连杆机构设置在调节板组件内的空腔内，且连杆机构还与调节板组件铰接。
其中，驱动机构用于驱动连杆机构，使连杆机构带动调节板组件围绕铰接点改变位置，以调整2个喷管的喉道面积。
在本发明的一个实施例中，上述调节板组件包括第一调节板、第二调节板，第一调节板的前端铰接固定在机匣内壁上，第二调节板的前端靠近机匣内壁，且第一调节板的后端与第二调节板的末端铰接，第一调节板与第二调节板之间具有夹角且形成容纳连杆机构的空腔。
调节板组件还包括第三调节板，第三调节板设置在第一调节板与第二调节板的铰接端。
进一步的，上述第一调节板与第二调节板组成第一调节结构，第三调节板形成第二调节结构，且第一调节结构与第二调节结构的长度比为(1：2)～(1：5)。
更进一步的，上述第三调节板为耐高温的中空三角形结构。
更进一步的，上述第一调节板、第二调节板、第三调节板的两侧边与喉道内壁接触的位置设有耐高温弹性密封体。
更进一步的，上述机匣内壁上设有滑轨支座，且滑轨支座上沿喉道气流方向开设有滑动槽，连杆机构经销轴固定在滑动槽内。
在本发明的一个实施例中，上述连杆机构包括同步拉杆、前段拉杆，同步拉杆为三角形结构，同步拉杆的三角位置均设有铰接点，同步拉杆经第一铰接点与驱动杆铰接，经第二铰接点与固定在机匣内壁上的同步拉杆支座铰接，经第三铰接点与前段拉杆的一端铰接，且前段拉杆的另一端经第四铰接点与第一调节板铰接连接。
上述连杆机构还包括随动拉杆、后段拉杆，随动拉杆的一端设置在第一调节板前端与第四铰接点之间的第五铰接点上，另一端与后段拉杆铰接并经销轴固定在滑动槽内，且后段拉杆的另一端经第六铰接点铰接固定在第二调节板的末端。
上述驱动杆、同步拉杆、前段拉杆、第一调节结构四者之间形成主动四连杆机构，随动拉杆、后段拉杆、第一调节结构、第二调节结构四者之间形成从动四连杆机构。
在本发明的一个实施例中，上述驱动机构与所述连杆机构组成角度调节结构，且角度调节结构包括1个连杆机构与1个驱动机构，且角度调节结构至少有1组。
在本发明的另一个实施例中，上述上述驱动机构与所述连杆机构组成角度调节结构，且角度调节结构包括1个连杆机构与多个驱动机构，多个驱动机构的驱动杆分别与连杆机构铰接连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明设计的喉道面积调节装置应用在双通道裤衩型喷管上，通过采用驱动机构驱动连杆机构控制调节板组件运动，能够实现对喷管的上/下通道面积比(即喉道面积)进行无级调节，满足喷管变状态的调节需求，实现喷管状态与发动机的性能匹配。
2.通过将调节板组件设计成前段的第一调节结构(即第一调节板和第二调节板)和后段的第二调节结构(即第三调节板)两段，通过调整前/后段之间的长度比，即可满足不同面积比调节范围的调节需求。
3.通过将连杆机构设置在滑轨支座上沿喉道气流方向开设的滑动槽内，通过关联协同设计，实现调节板组件第一调节结构和第二调节结构的联动调节，从而使得整个喉道面积调节装置只需要一个或一组并列的驱动机构驱动，简化了喉道面积调节装置的复杂程度。
4.喉道面积调节装置不仅可以用在双通道裤衩型喷管上，还可以通过有限的改进，适应性的应用在轴对称收扩喷管、二元矢量喷管等类似需要调节喉道和出口面积的可调喷管上，以及其他可调机械上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述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发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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他的附图。
图1为具体实施方式中喉道面积调节装置的结构示意图；
其中，1.驱动机构；2.滑轨支座；2a.滑动槽；3.机匣支座；4.销轴；5.同步拉杆支座；6.随动拉杆；6a.第五铰接点；8.同步拉杆；8a.第一铰接点；8b.第二铰接点；8c.第三铰接点；9.前段拉杆；9a.第四铰接点；10.后段拉杆；10a.第六铰接点；11a.第一调节板；11b.第二调节板；12.第三调节板；13.上调节板；14.下调节板。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本具体实施方式提供了一种发动机双通道裤衩型喷管的喉道面积调节装置，用于调节发动机双通道裤衩型喷管的双通道的喉道面积。
其中，喉道面积调节装置包括调节板组件，调节板组件的前端铰接在机匣内壁上，后端伸入双通道内，且调节板组件的两侧边与喉道内壁接触，调节板组件的两侧边需要与喉道内壁保持接触，以确保气流不会从调节板组件侧边与通道内壁之间流过。本具体实施方式通过改变调节板组件末端(即远离机匣一端)与双通道中上端及下端的距离，实现喉道面积的调整。
如图1所示，上述调节板组件包括第一调节板11a、第二调节板11b，第一调节板11a的前端经机匣支座3铰接固定在机匣内壁上，第二调节板11b的前端靠近机匣内壁，且第一调节板11a的后端与第二调节板11b的末端铰接，第一调节板11a与第二调节板11b之间具有夹角且形成容纳下述连杆机构的空腔。调节板组件还包括第三调节板12，第三调节板12设置在第一调节板11a与第二调节板11b的铰接端。
在本发明的一个实施例中，上述第一调节板11a与第二调节板11b组成第一调节结构，第三调节板12形成第二调节结构，且第一调节结构与第二调节结构的长度比为(1：2)～(1：5)，通过调整前/后段之间的长度比，即可满足不同面积比调节范围的调节需求，例如，如图1所示，当第三调节板12向上调整靠近或接触上调节板13时，双通道裤衩型喷管的上通面积道缩小同时下通道面积增加，当第三调节板12向下调整靠近或接触下调节板14时，双通道裤衩型喷管的下通面积道缩小同时上通道面积增加。
在本发明的一个实施例中，上述第三调节板12为耐高温的中空三角形结构，中空结构的第三调节板12能够降低调节板组件的整体重量，减小下述驱动机构的动力输出。。
在本发明的一个实施例中，上述第一调节板11a、第二调节板11b、第三调节板12的两侧边与喉道内壁接触的位置设有耐高温弹性密封体，耐高温弹性密封体一方面能够实现密封确保气体不会从调节板组件两侧边与喉道内壁之间流过，另一方面能够缓解调节板组件与喉道内壁之间的摩擦，避免调节板组件或喉道壁因此摩擦造成刮痕或破坏。
如图1所示，喉道面积调节装置还包括驱动机构、连杆机构，驱动机构1位于机匣外部，且驱动机构1的驱动杆穿过机匣壁并与连杆机构铰接；连杆机构设置在调节板组件内的空腔内，且连杆机构还与调节板组件铰接，在本具体实施方式中，驱动机构可以选择作动筒，也可以选择其他驱动器。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，上述机匣内壁上设有滑轨支座2，且滑轨支座2上沿喉道气流方向开设有滑动槽2a，连杆机构经销轴4固定在滑动槽2a内。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，上述连杆机构包括同步拉杆8、前段拉杆9，同步拉杆8为三角形结构，同步拉杆8的三角位置均设有铰接点，同步拉杆8经第一铰接点8a与驱动杆铰接，经第二铰接点8b与固定在机匣内壁上的同步拉杆支座5铰接，经第三铰接点8c与前段拉杆9的一端铰接，且前段拉杆9的另一端经第四铰接点9a与第一调节板11a铰接连接。
如图1所示，上述连杆机构还包括随动拉杆6、后段拉杆，随动拉杆6的一端设置在第一调节板11a前端与第四铰接点9a之间的第五铰接点6a上，另一端与后段拉杆10铰接并经销轴4固定在滑动槽2a内，且后段拉杆10的另一端经第六铰接点10a铰接固定在第二调节板12b的末端。
具体的，上述驱动机构的驱动杆、同步拉杆8、前段拉杆9、第一调节结构四者之间形成主动四连杆机构，随动拉杆6、后段拉杆10、第一调节结构(即第一调节板11a和第二调节板11b)、第二调节结构(即第三调节板12)四者之间形成从动四连杆机构。
本具体实施方式的喉道面积调节装置原理是：驱动机构用于驱动连杆机构，使连杆机构带动调节板组件围绕铰接点改变位置，以调整2个喷管的喉道面积。具体的，当驱动机构1的驱动杆伸出时，同步拉杆8、前段拉杆9围绕第一铰接点8a、第二铰接点8b、第三铰接点8c、第四铰接点9a转动，带动第一调节板11a向下运动，同时，随动拉杆6、后段拉杆10围绕第五铰接点6a、第六铰接点10a转动，使得固定随动拉杆6与后段拉杆10的销轴4在滑动槽2a上向远离机匣方向滑动，使得第一调节板11a与第二调节板11b向下运动，第三调节板12也向下运动的同时与第二调节结构与第一调节结构之间的角度发生变化，从而实现喉道面积的调整(即上通道的喉道面积增大，下通道的喉道面积减小)。当驱动机构1的驱动杆收缩时，第二调节结构与第一调节结构的向上通道方向运动，进行喉道面积的调整(即上通道的喉道减小面积，下通道的喉道面积增大)，在此不再进行详细的说明。
在上述喉道面积调节装置的一个实施例中，上述驱动机构与连杆机构组成角度调节结构，且角度调节结构包括1个连杆机构与1个驱动机构，且角度调节结构至少有1组。
在上述喉道面积调节装置的另一个实施例中，上述上述驱动机构与连杆机构组成角度调节结构，且角度调节结构包括1个连杆机构与多个驱动机构，多个驱动机构的驱动杆分别与连杆机构铰接连接。
本发明设计的喉道面积调节装置应用在双通道裤衩型喷管上，通过采用驱动机构驱动连杆机构控制调节板组件运动，能够实现对喷管的上/下通道面积比(即喉道面积)进行无级调节，满足喷管变状态的调节需求，实现喷管状态与发动机的性能匹配。
其通过将调节板组件设计成前段的第一调节结构(即第一调节板和第二调节板)和后段的第二调节结构(即第三调节板)两段，通过调整前/后段之间的长度比，即可满足不同面积比调节范围的调节需求。
其通过将连杆机构设置在滑轨支座上沿喉道气流方向开设的滑动槽内，通过关联协同设计，实现调节板组件第一调节结构和第二调节结构的联动调节，从而使得整个喉道面积调节装置只需要一个或一组并列的驱动机构驱动，简化了喉道面积调节装置的复杂程度。
本发明设计的喉道面积调节装置不仅可以用在双通道裤衩型喷管上，还可以通过有限的改进，适应性的应用在轴对称收扩喷管、二元矢量喷管等类似需要调节喉道和出口面积的可调喷管上，以及其他可调机械上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种发动机双通道裤衩型喷管的喉道面积调节装置，用于调节发动机双通道裤衩型喷管的双通道的喉道面积，其特征在于：喉道面积调节装置包括调节板组件，所述调节板组件的前端铰接在机匣内壁上，后端伸入双通道内，且所述调节板组件的两侧边与喉道内壁接触，所述调节板组件包括由第一调节板与第二调节板形成的第一调节结构；
喉道面积调节装置还包括驱动机构、连杆机构，所述第一调节板与第二调节板之间具有夹角且形成空腔，且所述连杆机构设置在所述空腔内；
所述连杆机构包括同步拉杆、前段拉杆，所述同步拉杆为三角形结构，所述同步拉杆的三角位置均设有铰接点，所述同步拉杆经第二铰接点与固定在机匣内壁上的同步拉杆支座铰接，经第三铰接点与所述前段拉杆的一端铰接，且所述前段拉杆的另一端经第四铰接点与所述第一调节板铰接连接；
所述驱动机构位于机匣外部，且所述驱动机构的驱动杆穿过机匣壁并与所述同步拉杆经第一铰接点铰接；
所述驱动杆、所述同步拉杆、所述前段拉杆、所述第一调节结构四者之间形成主动四连杆机构；所述驱动机构用于驱动所述连杆机构，使所述连杆机构带动所述调节板组件围绕铰接点改变位置，以调整2个喷管的喉道面积。
2.根据权利要求1所述的喉道面积调节装置，其特征在于：所述第一调节板的前端铰接固定在机匣内壁上，所述第二调节板的前端靠近机匣内壁，且所述第一调节板的后端与所述第二调节板的末端铰接；
所述调节板组件还包括第三调节板，所述第三调节板设置在所述第一调节板与所述第二调节板的铰接端。
3.根据权利要求2所述的喉道面积调节装置，其特征在于：所述第三调节板形成第二调节结构，且所述第一调节结构与所述第二调节结构的长度比为(1：2)～(1：5)。
4.根据权利要求3所述的喉道面积调节装置，其特征在于：所述第三调节板为耐高温的中空三角形结构。
5.根据权利要求3所述的喉道面积调节装置，其特征在于：所述第一调节板、所述第二调节板、所述第三调节板的两侧边与喉道内壁接触的位置设有耐高温弹性密封体。
6.根据权利要求3所述的喉道面积调节装置，其特征在于：机匣内壁上设有滑轨支座，且所述滑轨支座上沿喉道气流方向开设有滑动槽，所述连杆机构经销轴固定在所述滑动槽内。
7.根据权利要求6所述的喉道面积调节装置，其特征在于：所述连杆机构还包括随动拉杆、后段拉杆，所述随动拉杆的一端设置在第一调节板前端与所述第四铰接点之间的第五铰接点上，另一端与所述后段拉杆铰接并经销轴固定在所述滑动槽内，且所述后段拉杆的另一端经第六铰接点铰接固定在所述第二调节板的末端；
所述随动拉杆、所述后段拉杆、所述第一调节结构、所述第二调节结构四者之间形成从动四连杆机构。
8.根据权利要求1～7任一项所述的喉道面积调节装置，其特征在于：所述驱动机构与所述连杆机构组成角度调节结构，所述角度调节结构包括1个所述连杆机构与1个所述驱动机构，且所述角度调节结构至少有1组。
9.根据权利要求1～7任一项所述的喉道面积调节装置，其特征在于：所述驱动机构与所述连杆机构组成角度调节结构，所述角度调节结构包括1个所述连杆机构与多个所述驱动机构，多个所述驱动机构的驱动杆分别与所述连杆机构铰接连接。
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外并联式TBCC发动机模态转换性能模拟与分析;张明阳等;推进技术;第39卷(第11期);第2429-2437页 *

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