CN114165355A - 基于形状记忆合金的智能尾喷管结构及排气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于形状记忆合金的智能尾喷管结构及排气系统，基于形状记忆合金的智能尾喷管结构包括：尾喷管基体，采用形状记忆合金材料一体化增材制造而成；检测组件，设置在尾喷管基体内并用于检测尾喷管基体的温度或者磁场强度；调节组件，设置在尾喷管基体处并用于调节尾喷管基体的温度或者磁场强度。本发明的有益效果是，本发明有效利用形状记忆合金相变位移特性，调节尾喷管基体温度或者磁场强度实现尾喷管基体形状主动改变，避免了外加驱动装置，能够达到减少装配零件数量、减轻重量、提升可靠性的目的。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，具体涉及一种基于形状记忆合金的智能尾喷管结构及排气系统。
背景技术
当前航空发动机传统尾喷管为圆形结构，无法实现发动机的隐身功能。直二元尾喷管为超椭圆结构，能遮挡后向的涡轮叶片，实现发动机后向隐身功能。根据设计仿真计算，采用直二元喷管，相对于传统尾喷管，可以有效降低雷达散射面积约80％。如果发动机尾喷管直接采用直二元喷管结构，则会降低发动机推力系数约2％～3％；同时会降低喷管的流量系数及总压恢复系数。现有制造工艺制备的发动机尾喷管为了兼顾隐身和不同工况下的性能需求，采用机械调节的结构形式，机械结构含作动筒、作动环、连杆等零件，存在零件数量多、装置重量大、结构复杂、装配精度要求高等缺点；同时液压作动筒调节的喷管调节片和密封片流道不光滑，存在气动损失的缺点。
发明内容
本发明提供了一种基于形状记忆合金的智能尾喷管结构及排气系统，以达到减少尾喷管装配零件数量、减轻尾喷管重量、提升可靠性的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于形状记忆合金的智能尾喷管结构，包括：尾喷管基体，采用形状记忆合金材料一体化增材制造而成；检测组件，设置在尾喷管基体内并用于检测尾喷管基体的温度或者磁场强度；调节组件，设置在尾喷管基体处并用于调节尾喷管基体的温度或者磁场强度。
进一步地，尾喷管基体设置有安装槽，调节组件设置在安装槽内。
进一步地，安装槽为一条，呈螺旋状设置在尾喷管基体的外壁。
进一步地，安装槽为多条，且每条安装槽均为闭合环状结构，多条安装槽沿尾喷管基体的轴向方向间隔均布。
进一步地，尾喷管基体内设置有安装孔结构，调节组件穿设在安装孔结构内。
进一步地，安装孔结构为一条，呈螺旋状设置在尾喷管基体内。
进一步地，安装孔结构为多条，且每条安装孔均为闭合环状结构，多条安装孔沿尾喷管基体的轴向方向间隔均布。
进一步地，尾喷管基体的外壁或者内壁设置有安装凸台，检测组件设置在安装凸台上。
进一步地，安装凸台为多个，沿尾喷管基体对应的的外壁或者内壁间隔均布，且每个安装凸台均设置有至少一个检测组件。
本发明还提供了一种排气系统，包括上述基于形状记忆合金的智能尾喷管结构和机匣，基于形状记忆合金的智能尾喷管结构的一端与机匣通过螺栓连接。
进一步地，排气系统还包括控制组件，控制组件与基于形状记忆合金的智能尾喷管结构的检测组件和调节组件均电连接，且控制组件能够根据检测组件的温度信号或者磁场强度信号控制调节组件进行对应调节。本发明的有益效果是，本发明实施例有效利用形状记忆合金相变位移特性，调节尾喷管基体温度实现尾喷管基体形状主动改变，避免了外加驱动装置，能够达到减少装配零件数量、减轻重量、提升可靠性的目的。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中附图标记：1、尾喷管基体；2、检测组件；3、调节组件。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于形状记忆合金的智能尾喷管结构，包括尾喷管基体1、检测组件2和调节组件3。尾喷管基体1采用形状记忆合金材料一体化增材制造而成；检测组件2设置在尾喷管基体1的内壁并用于检测尾喷管基体1的温度或者磁场强度；调节组件3设置在尾喷管基体1的外壁或者内壁并用于调节尾喷管基体1的温度或者磁场强度。
本发明实施例有效利用形状记忆合金相变位移特性，调节尾喷管基体1温度或者磁场强度实现尾喷管基体1形状主动改变，避免了外加驱动装置，能够达到减轻重量、提升可靠性的目的。
同时采用形状记忆合金材料，通过增材制造成形尾喷管基体1，由于本实施例采用一体成形方式，从而能够减少传统尾喷管调节片密封片间漏气损失，达到提高喷管效率的目的。
本实施例中尾喷管基体1利用形状记忆合金的可逆变马氏体相变特性，采用温差或者磁场强度作为尾喷管基体1形状主动调节激励因素。由于只改变温度或者磁场强度即可驱动，产生的回复应变可直接调节尾喷管基体1的形状。例如：温度调节后，在某相变温度下达到一定应变，温度改变后应变消失，温度回复后应变恢复，实现尾喷管基体1形状改变、出口面积调节。
所述形状记忆合金材质为双程形状记忆合金，所述尾喷管基体1在完成激光选区融化成形制备后，对形状记忆效应进行训练，使其能够分别形成圆形、椭圆形或者超椭圆等不同需求结构。
在本发明实施例中尾喷管基体1的外壁设置有安装槽，调节组件3设置在安装槽内。通过设置安装槽可以对调节组件3进行定位安装，使调节组件能够相对于尾喷管基体1处于固定位置，从而能够达到在设定位置改变尾喷管基体1的温度或者磁场强度，进而实现尾喷管基体1的变形操作。
在本发明其中第一实施例中，安装槽为一条，呈螺旋状设置在尾喷管基体1的外壁。
螺旋状的安装槽可以将调节组件3沿周向均匀分布在尾喷管基体1的外壁，使尾喷管基体1各处温度或者磁场强度均匀，适用于尾喷管基体1整体受热或者受磁场强度比较均匀而产生变形的实施例。
在本发明的第二实施例中，安装槽为多条，且每条安装槽均为闭合环状结构，多条安装槽沿尾喷管基体1的轴向方向间隔均布。
该实施例与螺旋状的安装槽的实施例类似，仅安装槽的结构形式与布置方式不同，其功能和效果均与在先实施例相同，此处不再进行赘述。
本实施例中安装槽的布置位置并不限于外壁，还可以设置在内壁或者表面。
在本发明的第三实施例中，尾喷管基体1内设置有安装孔结构，调节组件3穿设在安装孔结构内。
该实施例中由于尾喷管基体1可以采用增材制造技术实现，因此在尾喷管基体1内设置有安装孔结构可以正常实现，上述安装孔的形式可以采用上述第一实施例或者第二实施例的结构，安装时仅需将调节组件3穿设在安装孔中即可，且应留出更换的出口，以便于调节组件3损毁时及时更换。
在第四种实施例中，上述安装槽可以为点状分布且不连续的形式，每个安装槽内均设置有一个独立的调节组件3，实现该安装槽对应位置的加热或者在该对应位置收到磁力。该实施例适用于对设定位置进行加热或者设定位置受磁力影响而实现尾喷管基体1变形的实施例。
本发明实施例中的调节组件3可以为温度调节组件或者磁场强度调节组件，或者调节组件3可以为二者结合，根据不同需要实现温度或者磁场强度的调节作用。
如图1所示，尾喷管基体1的内壁设置有安装凸台，检测组件2设置在安装凸台上。在本实施例中安装凸台为多个，沿尾喷管基体1的内壁间隔均布，且每个安装凸台均设置有至少一个检测组件2。上述检测组件2可以直接测量尾喷管基体1的温度，多个检测组件2将不同部分的测量温度或者磁场强度汇总至控制组件实现总体的温度或者磁场强度调控。
本实施例中尾喷管基体1的内壁还可以设置安装凹槽，上述检测组件2设置在该安装凹槽内。
本实施例中的检测组件2为温度传感器或者磁场强度传感器。由于温度传感器或者磁场强度传感器本身结构与现有技术的中的温度传感器结构相同，此处就不再对其进行赘述。
本发明实施例还提供了一种排气系统，包括上述的基于形状记忆合金的智能尾喷管结构和机匣，基于形状记忆合金的智能尾喷管结构的一端与机匣通过螺栓连接。
通过采用温度激励或者磁场强度激励，使基于形状记忆合金的智能尾喷管结构能够根据发动机对性能和隐身等不同需求进行智能调节，使基于形状记忆合金的智能尾喷管结构从高性能的圆形到高隐身能力的超椭圆形之间可重复变换；解决了传统尾喷管在工作状态不拆卸不更换条件下，无法实现出口形状变化的缺点；以及能够解决传统尾喷管采用机械可调喷管结构时整机较为复杂、机械调节零件数量多的问题，从而本实施例达到了减轻尾喷管重量、提升可靠性的目的。
优选地，排气系统还包括控制组件，控制组件与基于形状记忆合金的智能尾喷管结构的检测组件2和调节组件3均电连接，且控制组件能够根据检测组件2的温度信号或者磁场强度信号控制调节组件3进行温度调节。
控制组件可以为发动机数字控制系统，该发动机数字控制系统可以根据需求调整调节组件3的加热温度或者磁场强度，进而改变尾喷管基体1的形状。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明实施例有效利用形状记忆合金相变位移特性，调节尾喷管基体1温度或者磁场强度实现尾喷管基体1形状主动改变，避免了外加驱动装置，能够达到减轻重量、提升可靠性的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (11)
1.一种基于形状记忆合金的智能尾喷管结构，其特征在于，包括：
尾喷管基体(1)，采用形状记忆合金材料一体化增材制造而成；
检测组件(2)，设置在尾喷管基体(1)内并用于检测尾喷管基体(1)的温度或者磁场强度；
调节组件(3)，设置在尾喷管基体(1)处并用于调节尾喷管基体(1)的温度或者磁场强度。
2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的智能尾喷管结构，其特征在于，尾喷管基体(1)设置有安装槽，调节组件(3)设置在所述安装槽内。
3.根据权利要求2所述的基于形状记忆合金的智能尾喷管结构，其特征在于，所述安装槽为一条，呈螺旋状设置在尾喷管基体(1)的外壁。
4.根据权利要求2所述的基于形状记忆合金的智能尾喷管结构，其特征在于，所述安装槽为多条，且每条所述安装槽均为闭合环状结构，多条所述安装槽沿尾喷管基体(1)的轴向方向间隔均布。
5.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的智能尾喷管结构，其特征在于，尾喷管基体(1)内设置有安装孔结构，调节组件(3)穿设在所述安装孔结构内。
6.根据权利要求5所述的基于形状记忆合金的智能尾喷管结构，其特征在于，所述安装孔结构为一条，呈螺旋状设置在尾喷管基体(1)内。
7.根据权利要求6所述的基于形状记忆合金的智能尾喷管结构，其特征在于，所述安装孔结构为多条，且每条所述安装孔均为闭合环状结构，多条所述安装孔沿尾喷管基体(1)的轴向方向间隔均布。
8.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的智能尾喷管结构，其特征在于，尾喷管基体(1)的外壁或者内壁设置有安装凸台，检测组件(2)设置在所述安装凸台上。
9.根据权利要求8所述的基于形状记忆合金的智能尾喷管结构，其特征在于，所述安装凸台为多个，沿尾喷管基体(1)对应的的外壁或者内壁间隔均布，且每个所述安装凸台均设置有至少一个检测组件(2)。
10.一种排气系统，包括基于形状记忆合金的智能尾喷管结构和机匣，其特征在于，所述基于形状记忆合金的智能尾喷管结构为权利要求1至9中任一项所述的基于形状记忆合金的智能尾喷管结构，所述基于形状记忆合金的智能尾喷管结构的一端与所述机匣通过螺栓连接。
11.根据权利要求10所述的排气系统，其特征在于，所述排气系统还包括控制组件，所述控制组件与所述基于形状记忆合金的智能尾喷管结构的检测组件(2)和调节组件(3)均电连接，且所述控制组件能够根据检测组件(2)的温度信号或者磁场强度信号控制调节组件(3)进行对应调节。
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| 王利等: "涡轮发电机可调喷管技术研究", 《探测与控制学报》, no. 05, pages 53 - 57 * |
| 王建锋等: "基于模型的矢量喷管控制系统设计", 《航空发动机》, no. 04 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115059553A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-16 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种采用记忆合金变形驱动控制的可调喷管 |
| CN115059553B (zh) * | 2022-05-27 | 2024-04-16 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种采用记忆合金变形驱动控制的可调喷管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114165355B (zh) | 2024-01-09 |
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