CN115949528A - 一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器 - Google Patents

Abstract

一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器，可以有效地增强化变循环发动机低涵道比模态下内外涵道气流掺混，提高混合效率，从而提高加力燃烧室的燃烧效率。旋转格栅式后涵道引射器采用32个位于外涵道出口的格栅旋转进行面积的调节，外涵气流从格栅之间的空隙通过，气流通过格栅时由于格栅的特殊结构，会产生高强度的漩涡，且每个格栅具有一定的倾斜角度，内涵的气流能够很好的扩散至整个混合段，更大程度上的使内外涵气流混合均匀，极大的缩小了混合的距离。本发明在格栅上设置的梯形格栅具有引流的能力，能有效的降低总压损失，提高混合效率，保证了加力燃烧室的稳定燃烧和良好的加力燃烧室入口条件。

Description

一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器

技术领域

本发明涉及变循环发动机结构设计技术领域，尤其涉及一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器。

背景技术

变循环发动机作为下一代战机的动力装置，其结合了亚声速飞行条件下大涵道比涡扇发动机低油耗以及超声速条件下涡喷发动机高推力等特点，通过改变发动机一些可调部件的几何形状、尺寸或者位置来调节发动机的热力循环参数，使发动机在各种工况下拥有合适的热力循环参数，极大的提升了飞机性能。

后涵道引射器是变循环发动机改变热力循环参数的重要可调部件之一，其类似于一个可变面积的混合器，通过改变发动机内外涵道的面积比，进而调节内外涵道的流量大小，并与模式选择阀和前涵道引射器相匹配，达到调节变循环发动机热力循环参数的目的。

内外涵道的气体在经过后涵道引射器后进行内外涵道气流的掺混，掺混的效果很大程度上会影响加力燃烧室的燃烧效率从而影响发动机的推力性能。传统的平移式、转动式的面积调节方案，内外涵道气流间的掺混仅依靠一个气流接触面的剪切作用，其混合效果较差。

近年来，国内外开展了可变面积后涵道引射器的研究工作，但大部分调节方案仅考虑了完成面积调节，并没有实现高热混合效率，而本发明采用简单面积调节方法，总压损失小，热混合效率高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器，与现有后涵道引射器面积调节方案相比，本发明采用32个位于外涵道出口的格栅旋转进行面积的调节，格栅的形状设置为倾斜45°的梯形块状，当外涵气流流过格栅时，由格栅的两个侧面进行引流，从格栅之间的空隙通过，气流通过格栅时由于格栅的特殊结构，会产生一定强度的漩涡。且每个格栅具有一定的倾斜角度，内涵的气流能够很好的扩散至整个混合段，当外涵气流流进混合段时进行剧烈的掺混，内外涵气流在格栅后端形成大范围的掺混区，很大程度上的使内外涵气流混合均匀，极大的缩小了混合的距离。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器，包括格栅、作动连杆、固定环、液压作动器；所述格栅均匀分布在变循环发动机外涵出口，格栅呈梯形体设置，且梯形体面积较小的一侧朝向进气口，外涵气流从格栅缝隙进入；格栅的上端使用六角凸台结构与作动连杆的一端连接，格栅的下端采用圆锥结构置于外涵道内壁上的圆锥孔内；所述固定环套设于变循环发动机外涵出口的外壁上，所述液压作动器与固定环连接，所述作动连杆的另一端与固定环铰接；其中，通过液压作动器推动固定环带动作动连杆旋转，进而使格栅跟随作动连杆旋转，以调节外涵道面积，旋转范围为0°～90°，90°时对应变循环发动机单外涵模态，0°时对应变循环发动机双外涵模态，其他角度对应变循环发动机的过渡态。

所述作动连杆的一端呈六角内孔设置，格栅与作动连杆通过六角凸台和六角内孔配合固定连接。

所述固定环与作动连杆通过螺栓铰接，固定环上设有通孔，所述作动连杆的长度小于固定环上相邻两通孔之间的距离。

所述格栅与水平夹角为45°，格栅的两侧边的倾角为40°。

所述格栅设有32个。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

本发明的每个格栅具有45°的倾斜角度，内涵的气流能够很好地扩散至整个混合段。在变循环发动机小涵道比模态下，此时外涵的面积最小，格栅对应的旋转角度为90°，从格栅之间的空隙通过的外涵气流，气流通过格栅时由于格栅的特殊结构，会产生高强度的漩涡，外涵气流从31个格栅缝隙注入已经充满整个混合段的内涵气流中，形成巨大的掺混区，快速进行能量交换，达到提高混合效率和缩短混合段的目的。且格栅为梯形块状，两倾角为40°的侧边能很好的引流，从而降低总压损失。在变循环发动机双外涵模态下，此时格栅对应的旋转角度为0°，气流流经格栅时，由于格栅一面为曲面，能够扰动气流产生漩涡，能与内涵气流进行充分混合从而提升热混合效率。

本发明更大程度上地使内外涵气流混合均匀，极大地缩小了混合的距离。进而最大程度上提升加力燃烧室进口的气流均匀度，增加加力燃烧室的燃烧效率从而提高变循环发动机的推力性能。

附图说明

图1为变循环发动机单外涵模态下，格栅处于90°时的结构示意图；

图2为作动连杆的结构示意图；

图3为固定环的结构示意图；

图4为格栅安装分布示意图；

图5为图4中A部作动连杆和格栅连接的放大图；

图6为本发明的整体装配示意图。

附图中的标记：1-外涵道入口，2-内涵道入口，3-中心锥，4-格栅，5-作动连杆，6-固定环，7-液压作动器。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图6所示，变循环发动机后涵道引射器设有外涵道入口1、内涵道入口2和中心锥3，本发明所述一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器的变面积部分设于外涵道。

如图1～6所示，本实施例一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器，包括格栅4、作动连杆5、固定环6、液压作动器7；

所述格栅4均匀分布在变循环发动机外涵出口，格栅4呈梯形体设置，且梯形体边短的一侧朝向进气口，外涵气流从格栅缝隙进入；格栅4的上端面与作动连杆5的一端连接，格栅4的下端面与外涵道的内壁连接；所述固定环6套设于变循环发动机外涵出口的外壁上，所述液压作动器7与固定环6连接，所述作动连杆5的另一端与固定环6铰接；

其中，通过液压作动器7推动固定环6带动作动连杆5旋转，进而使格栅4跟随作动连杆5旋转，以调节外涵道面积，旋转范围为0°～90°，90°时对应变循环发动机单外涵模态，0°时对应变循环发动机双外涵模态，其他角度对应变循环发动机的过渡态。

所述格栅4的上端面设有六角凸台，所述作动连杆5的一端呈六角内孔设置，格栅4与作动连杆5通过六角凸台和六角内孔配合固定连接。

所述格栅4的下端面设有圆锥体，所述外涵道的内壁设有与圆锥体适配的圆锥孔，以使圆锥体在圆锥孔内转动。

所述格栅4设置为梯形体，如此，可降低总压损失，外涵道气流易经过格栅4的侧面经过格栅4间的缝隙流出。具体地，本实施例中，32个格栅均匀分布在外涵出口，格栅4与水平夹角为45°，格栅4尺寸大小依据发动机外涵尺寸确定，格栅4的下端为圆锥体与圆柱凸台结合的固定脚，与外涵道内壁面上的圆锥孔进行连接；上端为圆柱凸台与六角凸台结合的连接端，与作动连杆连接。以上圆柱凸台尺寸依据格栅尺寸确定。格栅与变循环发动机外涵的内外壁面的间隙不超过格栅面积的十分之一，使小涵道比情况下外涵气流主要从格栅之间的间隙通过。

所述作动连杆5连接格栅4一端的形状为六角内孔，其长度略短于六角凸台长度，作动连杆5连接固定环6一端为圆形，圆心处开有一M5的通孔。固定环6上均匀分布32个M5的通孔，其位置与均匀分布的作动连杆5上的通孔相对应。

本发明提供的一种可以有效加强航空发动机内外涵道气流掺混的和相对降低掺混过程总压损失的一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器，工作原理如下：

图1为格栅的立体图，气流在流经这些格栅，大多的从倾角为40°的两侧边流过，侧边能很好的引流再经过格栅空隙流入掺混段，从而降低总压损失。从格栅之间的空隙通过的外涵气流，气流通过格栅时由于格栅的特殊结构，会产生高强度的漩涡，外涵气流从31个格栅缝隙注入已经充满整个混合段的内涵气流中，增大了内外涵道气流的接触面积，形成巨大的掺混区，快速进行能量交换，达到提高混合效率和缩短混合段的目的。如图2为本发明作动连杆5的立体图，其连接固定环6与格栅4，当液压作动器7工作时带动固定环6移动，而作动连杆5与固定环6连接，进而带动作动连杆5旋转，作动连杆5同时带动格栅4旋转达到调节面积的目的。

本发明的格栅4与水平的45°倾角，格栅4为梯形状，其两侧面的40°倾角，以及相关的尺寸都应在变循环发动机后涵道引射器的的尺寸和保证内外涵面积满足总体要求的内外涵气动面积前提下，尽可能提高内外涵气流混合效率和降低总压损失。

图3为固定环6的立体图，所有的作动连杆5固定在同一倾斜角度以确保所有的格栅4在进行面积调节的时候，其转动的角度是相等的。图4为格栅4安装分布示意图，主要用于确定格栅4的旋向、角度、数量和几何分布。

本发明设置32个格栅，大部分外涵气流从格栅之间的空隙通过的外涵气流，气流通过格栅时由于格栅的特殊结构，会产生高强度的漩涡，从而在格栅后形成巨大的掺混区，快速进行能量交换，达到提高混合效率和缩短混合段的目的。而在在变循环发动机大涵道比模态下，气流流经格栅时，由于格栅一面为曲面，能够对流经的气流产生大的扰动，进入混合段后也能很好的与内涵气流充分混合。本发明设计的旋转格栅式后涵道引射器相比于传统的平动式、转动式面积调节的后涵道引射器具有非常大的优势，更大程度上使内外涵气流混合均匀，极大缩小混合的距离。进而最大程度上提升加力燃烧室进口的气流均匀度，增加加力燃烧室的燃烧效率从而提高变循环发动机的推力性能，且其原理简单具有很高的应用前景。

Claims (5)

1.一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器，其特征在于：包括格栅、作动连杆、固定环、液压作动器；所述格栅均匀分布在变循环发动机外涵出口，格栅呈梯形体设置，且梯形体面积较小的一侧朝向进气口，外涵气流从格栅缝隙进入；格栅的上端使用六角凸台结构与作动连杆的一端连接，格栅的下端采用圆锥结构置于外涵道内壁上的圆锥孔内；所述固定环套设于变循环发动机外涵出口的外壁上，所述液压作动器与固定环连接，所述作动连杆的另一端与固定环铰接；其中，通过液压作动器推动固定环带动作动连杆旋转，进而使格栅跟随作动连杆旋转，以调节外涵道面积，旋转范围为0°～90°，90°时对应变循环发动机单外涵模态，0°时对应变循环发动机双外涵模态，其他角度对应变循环发动机的过渡态。

2.如权利要求1所述的一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器，其特征在于：所述作动连杆的一端呈六角内孔设置，格栅与作动连杆通过六角凸台和六角内孔配合固定连接。

3.如权利要求1所述的一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器，其特征在于：所述固定环与作动连杆通过螺栓铰接，固定环上设有供螺栓置入的通孔，所述作动连杆的长度小于固定环上相邻两通孔之间的距离。

4.如权利要求1所述的一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器，其特征在于：所述格栅与水平夹角为45°，格栅的两侧边的倾角为40°。

5.如权利要求1所述的一种用于变循环发动机的旋转格栅式后涵道引射器，其特征在于：所述格栅设有32个。

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