CN115653781B - 一种用于矢量喷管侧向的组合密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空发动机密封技术领域，公开了一种用于矢量喷管侧向的组合密封结构，主要包括密封片I、密封片II、弧形密封片一、弧形密封片二和密封圈；密封片I、密封片II安装在调节板组件两侧；弧形密封片一和弧形密封片二与转轴同轴；密封片I、密封片II、弧形密封片一和弧形密封片二与侧壁接触时处于受挤压状态形成线接触密封；密封圈安装在转轴两端，与矢量喷管的侧壁接触。本发明中调节板组件的两侧通过弹性的密封片、密封圈组合结构与矢量喷管侧壁实现线接触密封，通过结构设计使得密封片可以具有优良的弹性，通过预先干涉保持弹性密封部处于受挤压状态，和侧壁实现紧密接触，在不同的工作状态下，均可以实现主流高温燃气的有效密封。

Description

一种用于矢量喷管侧向的组合密封结构

技术领域

本发明涉及航空发动机密封技术领域，公开了一种用于矢量喷管侧向的组合密封结构。

背景技术

二元矢量喷管可使飞机具备良好的隐身性、高机动性和便于飞/发一体化设计等特点，是先进航空发动机尾喷管的优选对象。二元矢量喷管流道横截面为矩形，由上、下可动调节板及左、右固定侧壁组成。矢量喷管密封不仅影响气动和隐身性能，还对矢量喷管安全工作及寿命有重要影响，因此密封设计是二元矢量喷管设计中的重点和难点。通常发明仅考虑了调节板侧面和侧壁之间的密封，且结构复杂，成本高。在收敛调节板和扩张调节板相对转动的铰点处，都大多没有提出可行的技术措施来解决该处的密封。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于矢量喷管侧向的组合密封结构，可以显著提升密封性能，从而提高喷管推力性能，并保证矢量喷管安全可靠工作。

为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：

一种用于矢量喷管侧向的组合密封结构，主要包括密封片I、密封片II、弧形密封片一、弧形密封片二和密封圈；密封片I安装在收敛调节板两侧，密封片II安装在扩张调节板两侧，收敛调节板与扩张调节板设置有可相互铰接的转轴；弧形密封片一位于密封片I靠近转轴的一端，弧形密封片二位于密封片II靠近转轴的一端；弧形密封片一和弧形密封片二的轴心与转轴同轴；密封片I、密封片II、弧形密封片一和弧形密封片二与侧壁接触时处于受挤压状态，形成线接触密封；密封圈安装在转轴两端，与弧形密封片一和弧形密封片二保持同轴，并与矢量喷管的侧壁接触。

进一步地，密封片I和密封片II的横截面呈W形、V型或C型。

进一步地，弧形密封片一和弧形密封片二的横截面呈V型或C型。

进一步地，弧形密封片一的内径大于或等于弧形密封片二的外径。

进一步地，密封圈周向上设计有两处外沿翻边，外沿翻边向侧壁方向翻折；外沿翻边在弧形密封片一和弧形密封片二对应的位置设置有活动槽。

进一步地，密封圈轴心处设置有圆柱体，圆柱体外径小于或等于弧形密封片二的内径；圆柱体周向设置有多处密封辐条，密封辐条与弧形密封片一的内圆弧相搭接。

进一步地，密封辐条靠近弧形密封片一的端头与弧形密封片一的内圆弧之间存在径向间隙；相邻密封辐条之间存在容积大于径向间隙的空腔。径向间隙和空腔彼此联通，构成流通面积急剧变化的迷宫形泄露通道。

进一步地，密封片I、密封片II、弧形密封片一、弧形密封片二为单层或双层结构。

与现有技术相比，本发明所具备的有益效果是：

1、本发明中调节板组件的两侧密封片与矢量喷管侧壁线接触实现密封，密封片为弹性材料，通过结构设计使得密封片可以具有优良的弹性，通过预先干涉保持弹性密封部处于受挤压状态，和侧壁实现紧密接触，在不同的工作状态下，均可以实现主流高温燃气的有效密封。

2、本发明在弧形密封片一、弧形密封片二两者相对转动的铰接转杆两端头均设置有可与矢量喷管内壁相接触的密封圈，密封圈为外侧周向根据转动角度范围设计有两处外沿翻边，两个外沿翻边之间即为可供弧形密封片一、弧形密封片二转动且能对转动角进行限位的活动槽，保证收敛调节板、扩张调节板能够正常相对转动的同时，可对两个弧形密封片起到限位和定心的作用，保证密封性能。

3、本发明在铰接转杆的两侧同轴设置有与矢量喷管侧壁接触的圆柱体，并在圆柱体周向上设计了多个半径不同的密封辐条，长短相间，和相邻密封辐条间的空腔构成迷宫密封，将通过泄露通道的泄露降到最低。

4、本发明设计方案结构简单，在降低成本的同时，也提高了密封的可靠性。

附图说明

图1为实施例中用于矢量喷管侧向的组合密封结构装配示意图；

图2为实施例中密封片I或密封片II横截面形状示意图；

图3为实施例中弧形密封片一、弧形密封片二及密封圈的装配示意图；

图4为实施例中弧形密封片一的横截面形状示意图；

图5为实施例中弧形密封片一、弧形密封片二在转动铰点处密封圈局部放大图；

图6为实施例中密封片I及其弧形密封片一的立体结构图。

其中，1、收敛调节板；2、扩张调节板；3、侧壁；4、收敛承力架；5、扩张承力架；6、密封片I；7、密封圈；8、密封片II；9、螺栓；10、安装孔；11、弧形密封片一；12、弧形密封片二；13、圆柱体；14、外沿翻边；15、泄露通道；16、密封辐条。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

参见图1-6，一种用于矢量喷管侧向的组合密封结构，主要包括密封片I6、密封片II8、弧形密封片一11、弧形密封片二12和密封圈7；密封片I6安装在收敛调节板1两侧，密封片II8安装在扩张调节板2两侧，收敛调节板1与扩张调节板2设置有可相互铰接的转轴；弧形密封片一11位于密封片I6靠近转轴的一端，弧形密封片二12位于密封片II8靠近转轴的一端；弧形密封片一11和弧形密封片二12的轴心与转轴同轴；密封片I6、密封片II8、弧形密封片一11和弧形密封片二12与侧壁3接触时处于受挤压状态，形成线接触密封；密封圈7安装在转轴两端，与弧形密封片一11和弧形密封片二12保持同轴，并与矢量喷管的侧壁3接触。

在本实施例中，用于矢量喷管侧向的组合密封结构装配示意如图1所示，收敛调节板1和扩张调节板2为两组，图1给出了其中一组的结构示意图，其中虚线为对称轴，另一组收敛调节板1和扩张调节板2的初始位置可图1中的收敛调节板1和扩张调节板2相对于对称轴对称设置。本实施例中密封片I6和密封片II8可以为金属材质，也可以是其他具有弹性且耐高温的材质，在收敛调节板1的侧向通过安装孔10、螺栓9或其他紧固方式将密封片I6安装在收敛承力架4上，在扩张调节板2的侧向通过安装孔10、螺栓9或其他紧固方式将密封片II8安装在扩张承力架5上。本实施例中的驱动机构可选用分别独立控制收敛承力架4和扩张承力架5的液压作动筒，可以实现收敛承力架4带动收敛调节板1沿其在固定机匣的铰点相对转动，以及可以实现扩张承力架5沿其与收敛承力架4的铰点相对转动，实现对主流道的收敛、扩张形状调节。

本实施例中，收敛调节板1两侧的密封片I6，以及扩张调节板2两侧的密封片II8，均与矢量喷管侧壁3相接触实现密封，通过该结构设计使得密封结构可以具有优良的弹性，通过预先干涉保持弹性密封部处于受挤压状态，和侧壁3实现紧密接触，在不同的工作状态下，当密封结构与矢量喷管侧壁3间隙发生变化时，均可以实现主流高温燃气的有效密封。

弧形密封片一11、弧形密封片二12在两者相对转动的铰接转杆两端头均设置有可与矢量喷管侧壁3相接触的密封圈7，密封圈7为外侧周向根据转动角度范围设计有两处外沿翻边14，弧形密封片一11、弧形密封片二12均同轴设置于密封圈7内，两个外沿翻边14之间即为可供弧形密封片一11、弧形密封片二12转动且能对转动角进行限位的活动槽，可对两个金属密封片起到限位和定心的作用，保证密封性能。本实施例中密封圈7可以与收敛承力架4一体化设计，也可以独立设计。

如果弧形密封片一11、弧形密封片二12的配合处半径取值不一样，会存在一条泄露通道15。因此本实施例中铰接转杆的两侧同轴设置有与矢量喷管侧壁3接触的圆柱体13，圆柱体13外径小于等于弧形密封片二12的内径，在圆柱体13周向上设计了多个密封辐条16(密封辐条16可设置为长短相间)。本实施例中密封辐条16靠近弧形密封片一11的端头与弧形密封片一11的内圆弧之间存在径向间隙；相邻密封辐条16之间存在容积大于径向间隙的空腔构成流通面积急剧变化的迷宫形泄露通道15，泄露燃气在相邻通道面积大幅变化的空间内，压力急剧下降，和外界压差大幅减小，将通过泄露通道15的泄露降到最低。本实施例中弧形密封片一11和弧形密封片二12两者半径差通常在1～4mm范围内，当然此处密封辐条16的数量和半径(长度)值可根据调节片的转动范围、主流气动参数等进行设计，数量通常取3～6处。

通过以上组合密封的方式，将矢量喷管侧向的泄露降到最低，保证矢量喷管的性能和工作安全。

密封片I6、密封片II8、弧形密封片一11、弧形密封片二12为单层或双层结构。如图2所示的密封片I6或密封片II8为沿厚度方向设置的双层结构；使用过程中，内侧(与收敛调节板1或扩张调节板2接触的一侧)材料线膨胀系数大，外侧(与侧壁3直接接触的一侧)材料线膨胀系数小，由于线膨胀系数不同，使用过程中内侧变形大，外侧变形小，变形大的就会促使变形小的与侧壁3进一步压紧，提高密封性。

本实施例中收敛调节板1一端与矢量喷管固定机匣转动连接，收敛调节板1的另一端与扩张调节板2之间沿转轴铰接成型，且收敛调节板1位于矢量喷管气流方向的上游，扩张调节板2位于矢量喷管气流方向的下游；收敛调节板1和扩张调节板2上两侧均设置有密封片。

本实施例中的密封片I6和密封片II8均为金属材质的密封片，横截面形状如图2所示，为W型弹性密封部。密封片I6的末端为一个大圆弧的V型弧形密封片一11，密封片II8前端设计有一个小圆弧的V型弧形密封片二12，弧形密封片一11和弧形密封片二12同轴设置在两者相对转动的铰接转杆两侧端头，弧形密封片一11的内径大于等于弧形密封片二12的外径。本实施例中弧形密封片一11和弧形密封片二12分别与收敛调节板1和扩张调节板2的密封片(金属密封片)一体成型。弧形密封片一11和弧形密封片二12两者的横截面为V型弹性密封部，同样可与矢量喷管侧壁3相接触形成密封，由于两者固定在对应的承力架上，工作过程中可以相互自由转动。在侧向由于W型密封部或V形密封部具有优良的弹性，通过预先干涉保持和侧壁3的紧密接触。本实施例中根据设计需要，预紧量可在1～5mm之间选取；在工作状态下，当金属密封片和矢量喷管侧壁3之间的距离变大时，由于预紧量的存在，依然可以保持调节片与侧壁3的紧密接触，在不同的工作状态下，均可以实现主流高温燃气的有效密封。根据实际需要，弧形密封片一11和弧形密封片二12可以设计为单层或双层，双层结构时选择不同线膨胀系数的材料，以增强密封性能。

需要说明的是，本实施例列举了弹性密封部为W形、V形的结构和效果，其他可以与矢量喷管内侧壁3相接触形成密封结构的W形、V形、C形等结构及其组合结构同样适用于本发明。

以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于矢量喷管侧向的组合密封结构，其特征在于，主要包括密封片I、密封片II、弧形密封片一、弧形密封片二和密封圈；密封片I安装在收敛调节板两侧，密封片II安装在扩张调节板两侧，收敛调节板与扩张调节板设置有可相互铰接的转轴；弧形密封片一位于密封片I靠近转轴的一端，弧形密封片二位于密封片II靠近转轴的一端；弧形密封片一和弧形密封片二的轴心与转轴同轴；密封片I、密封片II、弧形密封片一和弧形密封片二与侧壁接触时处于受挤压状态，形成线接触密封；密封圈安装在转轴两端，与弧形密封片一和弧形密封片二保持同轴，并与矢量喷管的侧壁接触。

2.根据权利要求1所述的用于矢量喷管侧向的组合密封结构，其特征在于，密封片I和密封片II的横截面呈W形、V型或C型。

3.根据权利要求1所述的用于矢量喷管侧向的组合密封结构，其特征在于，弧形密封片一和弧形密封片二的横截面呈V型或C型。

4.根据权利要求1所述的用于矢量喷管侧向的组合密封结构，其特征在于，弧形密封片一的内径大于或等于弧形密封片二的外径。

5.根据权利要求1所述的用于矢量喷管侧向的组合密封结构，其特征在于，密封圈周向上设计有两处外沿翻边，外沿翻边向侧壁方向翻折；外沿翻边在弧形密封片一和弧形密封片二对应的位置设置有活动槽。

6.根据权利要求5所述的用于矢量喷管侧向的组合密封结构，其特征在于，密封圈轴心处设置有圆柱体，圆柱体外径小于或等于弧形密封片二的内径；圆柱体周向设置有多处密封辐条，密封辐条与弧形密封片一的内圆弧相搭接。

7.根据权利要求6所述的用于矢量喷管侧向的组合密封结构，其特征在于，密封辐条靠近弧形密封片一的端头与弧形密封片一的内圆弧之间存在径向间隙；相邻密封辐条之间存在容积大于径向间隙的空腔；径向间隙和空腔彼此联通，构成流通面积急剧变化的迷宫形泄露通道。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的用于矢量喷管侧向的组合密封结构，其特征在于，密封片I、密封片II、弧形密封片一、弧形密封片二为单层或双层结构。