CN115163328B - 一种用于二元矢量喷管的改进型外调节结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于二元矢量喷管的改进型外调节结构，涉及航空发动机技术领域。包括：第一外包板、第二外包板、第三外包板、第四外包板，第一外包板与第二外包板相切，第二外包板与第三外包板相切，第三外包板与第四外包板相互搭接；连接结构，包括依次相互铰接的第一连杆、第二连杆、第三连杆，第一滑轨、第二滑轨，第一连杆固定在圆转方段上，第二连杆固定在第二外包板上，第三连杆固定在第三外包板上，第二连杆与第三连杆的铰接点在第一滑轨上配合滑动，第三连杆的末端部在第二滑轨上配合滑动；第一滑轨和第二滑轨固定在A9扩张段上，第一外包板固定在圆转方段上。本发明的外调节结构能够有效降低喷管外部阻力，提高后向隐身能力。

Description

一种用于二元矢量喷管的改进型外调节结构

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种用于二元矢量喷管的改进型外调节结构。

背景技术

二元矢量喷管由圆转方过渡段、A8收敛段、A9扩张段、侧壁及对应的作动机构组成，通过A8收敛段及其作动机构控制喷管喉道面积，通过A9扩张段及其作动机构调节出口面积和推力方向。外调节结构对喷管进行包络和遮挡，对飞行器的后体阻力及隐身水平都有较大的影响。

当喷管调节范围较大时，各段外调节片之间易发生干涉或分离，会导致喷管后体阻力增加以及隐身能力下降。因此，需要设计一种在喷管宽广调节范围内，能光滑过渡、完整包络的外调节结构。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种用于二元矢量喷管的改进型外调节结构，该结构和A9扩张段运动机构相关联，确保各个外包板之间不发生相对分离，并且能在搭接处通过自由滑动，跟随调节板一起运动，以达到降低喷管外部阻力，提高后向隐身能力的目的。

本申请实施例提供以下技术方案：一种用于二元矢量喷管的改进型外调节结构，所述二元矢量喷管包括依次连接的圆转方段、A8收敛段、A9扩张段，所述外调节结构包括：

包裹在所述二元矢量喷管外的外包板结构，所述外包板结构包括沿二元矢量喷管内气流方向依次设置的第一外包板、第二外包板、第三外包板、第四外包板，所述第一外包板和所述第四外包板的型面引导线均为直线，所述第二外包板和所述第三外包板的型面引导线均包括前段圆弧线和后段直线；所述第一外包板与第二外包板的前段圆弧相切，第二外包板与第三外包板的前段圆弧相切，第三外包板与第四外包板相互搭接；

至少一个连接结构，所述连接结构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆以及第一滑轨、第二滑轨，所述第一连杆固定在所述圆转方段上，所述第二连杆固定在所述第二外包板上，所述第三连杆固定在所述第三外包板上，所述第一连杆、第二连杆、第三连杆依次相互铰接，且所述第二连杆与第三连杆的铰接点在所述第一滑轨上配合滑动，所述第三连杆的末端部在所述第二滑轨上配合滑动；

其中，所述第一滑轨和第二滑轨固定设置在所述A9扩张段上，所述第一外包板固定在所述圆转方段上，所述第四外包板固定在所述A9扩张段上。

进一步地，所述第一滑轨和所述第二滑轨相互平行或共线。

进一步地，所述第一滑轨与所述第四外包板的型面引导线、第三外包板型面引导线的后段直线平行。

进一步地，所述第二外包板型面引导线的前段圆弧线的圆心位于所述第一连杆与第二连杆的铰接点上，所述第三外包板型面引导线的前段圆弧线的圆心位于所述第二连杆与第三连杆的铰接点上。

进一步地，所述第一连杆与第二连杆的铰接点为第一铰接点，所述第二连杆与第三连杆的铰接点为第二铰接点，所述第二外包板型面引导线的后段直线与所述第一铰接点、所述第二铰接点的连线的夹角为0~30°。

进一步地，所述第四外包板与所述第三外包板相互搭接且可以相互滑动，所述第三外包板型面引导线的后段直线与所述第四外包板的型面引导线共线。

进一步地，所述第一滑轨与所述A9扩张段之间的夹角为20°~40°。

进一步地，所述第一外包板包裹在所述第二外包板之外，所述第二外包板包裹在所述第三外包板之外，所述第三外包板包裹在所述第四外包板之外。

进一步地，所述第二外包板的圆弧段角度不小于35°；所述第三外包板的圆弧段角度不小于20°。

进一步地，所述第三外包板与所述第四外包板的搭接宽度不小于0.4倍的喉道高度。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本发明实施例的外调节片结构紧凑、外廓小，在喷管的整个调节范围内，所述的外调节片对喷管构件形成全包络；并且在整个调节范围内，外调节片相互光顺搭接无干涉，可减小飞行器后体阻力，提高后向隐身性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明实施例的外调节片结构示意图；

图2是本发明实施例的外调节片结构中心截面剖视图；

图3是本发明实施例中喷管最小喉道收扩状态时外调节片包络结构示意图；

图4是本发明实施例中喷管最大喉道收扩状态时外调节片包络结构示意图；

图5是本发明实施例中喷管非加力矢量状态时外调节片包络结构示意图；

图6是本发明实施例中喷管加力矢量状态时外调节片包络结构示意图；

其中，第一外包板-1、第二外包板-2、第三外包板-3、第四外包板-4、圆转方段-5、A8收敛段-6、A9扩张段-7、第一连杆-8、第二连杆-9、第三连杆-10、第一滑轨-11-1、第二滑轨-11-2、第一铰接点-300、第二铰接点-400。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

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，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种用于二元矢量喷管的改进型外调节结构，该外调节结构设置在二元矢量喷管的运动机构的外部，且与运动机构关联起来，在运动机构工作时，外调节结构能够跟随运动机构进行相应的动作，从而降低喷管后体的阻力，提高隐身能力。在本具体实施方式中，外调节结构包括位于二元矢量喷管的运动机构外部的外包结构，外包结构包括外包板结构和至少1个与外包板结构连接的连接结构。

如图1-图2所示，本发明实施例的一种用于二元矢量喷管的改进型外调节结构，所述二元矢量喷管包括依次连接的圆转方段5、A8收敛段6、A9扩张段7，所述外调节结构包括：包裹在所述二元矢量喷管外的外包板结构，所述外包板结构包括沿二元矢量喷管内气流方向依次设置的第一外包板1、第二外包板2、第三外包板3、第四外包板4，所述第一外包板1包裹在所述第二外包板2之外，所述第二外包板2包裹在所述第三外包板3之外，所述第三外包板3包裹在所述第四外包板4之外。通过将上述4个外包板沿二元矢量喷管内气流方向依次搭接起来，在外包板结构在连接结构的作用下跟随运动机构一起运动时，4个外包板之间不会发生相对分离，且能在包裹搭接处自由滑动，外包板结构的外部为光滑的平面可以降低喷管后体的阻力。

其中，所述第一外包板1和所述第四外包板4的型面引导线均为直线，所述第二外包板2和所述第三外包板3的型面引导线均包括前段圆弧线和后段直线；所述第一外包板1与第二外包板2的前段圆弧相切，第二外包板2与第三外包板3的前段圆弧相切，第三外包板3与第四外包板4相互搭接；所述第一外包板1固定在所述圆转方段5上，所述第四外包板4固定在所述A9扩张段7上。

至少一个连接结构，所述连接结构包括第一连杆8、第二连杆9、第三连杆10以及第一滑轨11-1、第二滑轨11-2，所述第一连杆8的一端固定在所述圆转方段5上，所述第二连杆9固定在所述第二外包板2上，所述第三连杆10固定在所述第三外包板3上，所述第一连杆8的另一端经第一铰接点300与所述第二连杆9铰接，所述第二连杆9的一端与所述第一连杆8铰接，另一端经第二铰接点400与第三连杆10铰接的同时，还通过第二铰接点400与第一滑轨11-1连接，可在所述第一滑轨11-1上配合滑动；所述第三连杆10的末端部在所述第二滑轨11-2上配合滑动；其中，所述第一滑轨11-1和第二滑轨11-2固定设置在所述A9扩张段7上。

本发明实施例将外调节片分为四段，各段之间相互搭接，通过外调节片型面和滑动副运动机构相关联的设计，在矢量喷管大范围调节时，外调节片跟随调节板运动，在搭接处自由滑动，各段外调节片之间不发生相对分离。

其中，第一外包板1和第四外包板4的型面引导线均为直线，第二外包板2和第三外包板3的型面引导线均包括前段圆弧线和后段直线，同时采用连杆与滑轨组成的滑动副结构，并且将滑轨设置在A9扩张段7上，使得外包板的变形更小。根据喷管外调节片的载荷分布情况，外调节片后段的气动载荷最小，且受到的为向内的载荷。由于滑动副搭接面的空间限制，使得滑动副结构的刚性很难提高，因此本申请实施例将刚性较弱的滑动副设计在受力较小的外调节片后段，使得整个外调节结构的受力更均匀，变形较小，且滑动副更靠近承力构件，整体结构的刚性更佳。

在一种优选的实施方式中，所述第一滑轨11-1和所述第二滑轨11-2相互平行或共线。其中在具体设置时，如图2所示，所述第一滑轨11-1与所述第四外包板4的型面引导线kt、第三外包板3型面引导线的后段直线gl平行。

在具体实施时，为避免第二外包板2圆弧段与圆转方段机匣干涉，第二外包板2的前段圆弧半径R1与第一铰接点300到圆转方段后段的安装边距离L1满足关系式R1<1.6 L1；

为保证第一外包板1和第二外包板2的搭接不分离，所述第二外包板2的圆弧段角度不小于35°；为保证第二外包板2与第三外包板3的搭接不分离，第三外包板3的圆弧角度不小于20°。

在一种具体的实施方式中，所述第四外包板4与所述第三外包板3相互搭接且可以相互滑动，型面引导线kt与gl共线，也可根据需要设计两者之间的间隙；并且，为保证第三外包板3与第四外包板4的搭接不分离，在设计点工况下，第三外包板3与第四外包板4的搭接量kl不小于0.4倍的喉道高度。

在一种具体的实施方式中，如图2所示，所述第二外包板2型面引导线的前段圆弧线ef的圆心q位于所述第一连杆8与第二连杆9的第一铰接点300上，所述第三外包板3型面引导线的前段圆弧线pg的半径为R2，其圆心m位于所述第二连杆9与第三连杆10的第二铰接点400上。

优选的，所述第二外包板2型面引导线的后段直线fg与所述第一铰接点300、所述第二铰接点400的连线qm的夹角为0~30°。

优选的，所述第一滑轨11-1与所述A9扩张段7之间的夹角为20°~40°。

本发明实施例的改进型外调节结构中，在喷管A8收敛段6、A9扩张段7运动时，A9扩张段7带动第二铰接点400在第一滑轨11-1内滑动，同时带动第三拉杆10在第一滑轨11-1和第二滑轨11-2滑动。在第一滑轨11-1和第二滑轨11-2的约束下，第三外包板3的运动方向始终沿kl方向，因此第三外包板3与第四外包板4始终保持接触，随A8收敛段6和A9扩张段7的运动而运动，且两者互不干涉。同时由于第二连杆9铰接在第二铰接点400上，第二铰接点400为圆弧段pg的圆心，在第二连杆9摆动过程中，第二外包板2与圆弧段pg保持相切关系，第一外包板1与第二外包板2始终相切的原理类似。如图3-图6所示，分别给出了喷管处于四种典型状态下外调节包络的示意图，本发明实施例在大喉道面积收扩状态、小喉道面积收扩状态、大喉道面积矢量状态、小喉道面积矢量状态这四种典型工作状态下，均形成了很好的包络。

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权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于二元矢量喷管的改进型外调节结构，所述二元矢量喷管包括依次连接的圆转方段、A8收敛段、A9扩张段，其特征在于，所述外调节结构包括：

包裹在所述二元矢量喷管外的外包板结构，所述外包板结构包括沿二元矢量喷管内气流方向依次设置的第一外包板、第二外包板、第三外包板、第四外包板，所述第一外包板和所述第四外包板的型面引导线均为直线，所述第二外包板和所述第三外包板的型面引导线均包括前段圆弧线和后段直线；所述第一外包板与第二外包板的前段圆弧相切，第二外包板与第三外包板的前段圆弧相切，第三外包板与第四外包板相互搭接；

至少一个连接结构，所述连接结构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆以及第一滑轨、第二滑轨，所述第一连杆固定在所述圆转方段上，所述第二连杆固定在所述第二外包板上，所述第三连杆固定在所述第三外包板上，所述第一连杆、第二连杆、第三连杆依次相互铰接，且所述第二连杆与第三连杆的铰接点在所述第一滑轨上配合滑动，所述第三连杆的末端部在所述第二滑轨上配合滑动；

其中，所述第一滑轨和第二滑轨固定设置在所述A9扩张段上，所述第一外包板固定在所述圆转方段上，所述第四外包板固定在所述A9扩张段上；

所述第二外包板型面引导线的前段圆弧线的圆心位于所述第一连杆与第二连杆的铰接点上，所述第三外包板型面引导线的前段圆弧线的圆心位于所述第二连杆与第三连杆的铰接点上；

所述第一连杆与第二连杆的铰接点为第一铰接点，所述第二连杆与第三连杆的铰接点为第二铰接点，所述第二外包板型面引导线的后段直线与所述第一铰接点、所述第二铰接点的连线的夹角为0~30°；

所述第一滑轨与所述A9扩张段之间的夹角为20°~40°；

所述第二外包板的圆弧段角度不小于35°；所述第三外包板的圆弧段角度不小于20°；

所述第三外包板与所述第四外包板的搭接宽度不小于0.4倍的喉道高度。

2.根据权利要求1所述的用于二元矢量喷管的改进型外调节结构，其特征在于，所述第一滑轨和所述第二滑轨相互平行或共线。

3.根据权利要求1所述的用于二元矢量喷管的改进型外调节结构，其特征在于，所述第一滑轨与所述第四外包板的型面引导线、第三外包板型面引导线的后段直线平行。

4.根据权利要求1所述的用于二元矢量喷管的改进型外调节结构，其特征在于，所述第四外包板与所述第三外包板相互搭接且可以相互滑动，所述第三外包板型面引导线的后段直线与所述第四外包板的型面引导线共线。

5.根据权利要求1所述的用于二元矢量喷管的改进型外调节结构，其特征在于，所述第一外包板包裹在所述第二外包板之外，所述第二外包板包裹在所述第三外包板之外，所述第三外包板包裹在所述第四外包板之外。

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