CN117404204A - 一种矢量喷管 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开一种矢量喷管，包括喷管主体；喷管主体包括柱状部和位于柱状部底部的外表呈凸球面的球头部；球头部凸球面的球心与柱状部轴心重合；可移动的安装在球头部上的环套；可移动的安装在环套外侧的锥套；与环套铰接联接的调节板；锥套与环套之间通过直线移动副联接，以使锥套可在直线移动副运动行程内相对于环套往复运动，以使锥套驱动调节板绕铰接轴转动；还包括拉瓦尔喷管；调节板末端与拉瓦尔喷管管口的侧壁铰接；调节板被配置为在锥套的驱动下带动拉瓦尔喷管管口偏转角度变化由此改变拉瓦尔喷管管口面积。该方案中，矢量喷管调节板可获得更大的调节范围，气流推力大小的控制范围更大，实现气流加速。

Description

一种矢量喷管
技术领域
本申请涉及喷管技术领域，更具体地，本申请涉及一种矢量喷管。
背景技术
战斗机矢量技术是当今的前言热点，结构简单、性能优越的喷管可有效提高战斗机的灵活性、机动性。矢量喷管即为用于推力系统中可以产生多方向偏转以产生矢量推力的装置。相对于普通喷口的战斗机，经过尾喷管开口方向的偏转，在发动机推力基础上，提供了用以转变飞行方向的转矩，来满足姿态控制的要求。
然而，现有此种结构类型的喷管在末端收扩调节范围较小，内部缺少气流流速控制机构，不能完成完整的气流加速过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矢量喷管，以解决上述技术问题中的至少一个。
为了达到上述目的中至少一个，本申请采用下述技术方案：
本申请提供一种矢量喷管，包括
具有轴向中心通孔的喷管主体；所述喷管主体包括柱状部和位于柱状部底部的外表呈凸球面的球头部；球头部凸球面的球心与柱状部轴心重合；所述喷管主体、柱状部、以及球头部同轴设置；
可移动的安装在所述球头部上的环套；
可移动的安装在所述环套外侧的锥套；
与所述环套连接的调节板；
所述锥套与所述环套之间通过直线移动副联接，以使锥套可在直线移动副运动行程内相对于环套往复运动，以使锥套驱动所述调节板绕铰接轴转动；
所述矢量喷管还包括拉瓦尔喷管；
所述调节板末端与拉瓦尔喷管管口的侧壁铰接；所述调节板被配置为在锥套的驱动下带动所述拉瓦尔喷管管口偏转角度变化，由此改变拉瓦尔喷管管口面积。
可选地，所述拉瓦尔喷管包括有喉道；以及
以周向围绕于所述拉瓦尔喷管的驱动结构，该驱动结构可外扩或收缩以驱动拉瓦尔喷管喉道面积改变。
可选地于，所述环套包括有球心与所述柱状部轴心重合的凹球面，所述球头部凸球面与环套凹球面球副联接。
可选地，所述锥套的数量为三个，沿球头部周向均匀布置。
可选地，所述锥套内侧包括与所述环套配合的平直面，以及与调节板对应的配合斜面；
所述调节板顶面具有与所述锥套配合斜面贴合固定的倾斜面。
可选地，所述调节板具有多个，多个所述调节板沿所述喷管主体周向布置。
可选地，所述矢量喷管还包括一端与所述环套连接，另一端与所述喷管主体远离所述球头部的一端连接的SPS型直线驱动分支。
可选地，SPS型直线驱动分支具有三个，三个SPS型直线驱动分支两端分别通过球副联接喷管主体及所述环套构成3-SPS/S型并联机构。
可选地，所述拉瓦尔喷管包括位于球头部内侧的收缩部以及位于球头部底侧的扩张部；所述收缩部与扩张部的衔接处形成所述喉道；
以周向围绕于拉瓦尔喷管的多个液压机构，多个液压机构构成所述驱动结构。
可选地，所述扩张部尾端与调节板末端通过直线移动导轨联接，所述扩张部尾端与所述直线移动导轨间铰接联接。
本申请的有益效果如下：
针对目前现有技术中存在的问题，本发明提供一种矢量喷管，在直线移动副的作用下，锥套相对环套往复移动，调节板在锥套的带动下绕环套转动，实现调节板末端移动，调节板末端与拉瓦尔喷管管口的侧壁铰接，由此可使调节板带动拉瓦尔喷管管口偏转角度发生变化，从而改变拉瓦尔喷管管口面积。相较于现有设计本发明调节板顶部外侧与锥套顶部内侧抵接连接，锥套驱动调节板转动，从而使调节板向外扩张或者向内收拢，由此调节板可获得更大的调节范围，可提高气流推力，从而能够完成完整的气流加速过程，实现气流加速至超音速。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本申请的一个实施例中的矢量喷管的结构示意图一。
图2示出本申请的一个实施例中的矢量喷管的结构示意图二。
图3示出本申请的一个实施例中的矢量喷管的结构示意图三。
图4示出本申请的一种实施方式中的拉瓦尔喷管的整体结构示意图四。
图5示出本申请的一种实施方式中的拉瓦尔喷管的部分结构示意图一。
图6示出本申请的一个实施例中的拉瓦尔喷管的部分结构示意图二。
图7示出本申请的一个实施例中的矢量喷管的整体结构示意图四。
图8示出本申请的一个实施例中的拉瓦尔喷管的管口的直线移动导轨的结构示意图。
图9示出本申请的一个实施例中的拉瓦尔喷管的扩张部的结构示意图。
图10示出本申请的一个实施例中的矢量喷管中调节板的结构示意图。
图11示出本申请的一个实施例中的矢量喷管中驱动结构形成喉道的结构示意图。
具体实施方式
在下述的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或者多个实施方式的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施方式。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
还需要说明的是，在本申请的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为解决现有技术中存在的问题，本申请的一个实施例提供一种矢量喷管，如图1-11所示，喷管包括具有轴向中心通孔的喷管主体；所述喷管主体包括柱状部11和位于柱状部11底部的外表呈凸球面的球头部12；球头部12凸球面的球心与柱状部11轴心重合；所述喷管主体、柱状部11、以及球头部12同轴设置；可移动的安装在所述球头部12上的环套2；可移动的安装在所述环套2外侧的锥套3；与所述环套2铰接联接的调节板5，调节板5的顶部与锥套3的顶部抵接；具体的，所述环套2与调节板5铰接；所述锥套3与所述环套2之间通过直线移动副联接，以使锥套3可在直线移动副运动行程内相对于环套2往复运动，以使锥套3驱动所述调节板5绕铰接轴转动；所述矢量喷管还包括拉瓦尔喷管；所述调节板5末端(即调节板5远离所述锥套3的一端)与拉瓦尔喷管管口的侧壁铰接；所述调节板5被配置为在锥套3的驱动下带动所述拉瓦尔喷管管口偏转角度变化，由此改变拉瓦尔喷管管口面积。
本申请的上述实施例中，在直线移动副的作用下，锥套3相对环套2往复移动，调节板5在锥套3的带动下绕环套2转动，实现调节板5末端移动，调节板5末端与拉瓦尔喷管管口的侧壁铰接，由此可使调节板5带动拉瓦尔喷管管口偏转角度发生变化，从而改变拉瓦尔喷管管口面积，相较于现有设计本发明调节板5顶部外侧与锥套3顶部内侧抵接连接，锥套3驱动调节板5转动，从而使调节板5向外扩张或者向内收拢，由此调节板5可获得更大的调节范围，从而扩大喷管气流推力方向的调节范围，可提高气流推力，从而能够完成完整的气流加速过程，实现气流加速至超音速。
在一具体实施例中，所述拉瓦尔喷管包括有喉道61；以及以周向围绕于所述拉瓦尔喷管的驱动结构62，该驱动结构62可外扩或收缩以驱动拉瓦尔喷管喉道61面积改变。通过驱动结构62驱动拉瓦尔喷管喉道61面积发生变化；因此，在锥套3、环套2、直线移动副和驱动结构62的作用下可以控制拉瓦尔喷管的管口面积和喉道61面积比，从而改变气流流速，气流可以加速至超音速，提高了气流大小的控制范围，当调节拉瓦尔喷管管口以及喉道61面积时，简化了两者之间的解算耦合以及运动学逆解的运算复杂度。如图1-3所示，分别为本申请提供的喷管的三个不同状态的示意图。
在一具体示例中，所述拉瓦尔喷管包括位于球头部12内侧的收缩部63以及位于球头部12底侧的扩张部64；所述收缩部63与扩张部64的衔接处形成所述喉道61；以周向围绕于拉瓦尔喷管的多个液压机构，液压机构可以为液压缸，多个液压机构构成所述驱动结构62。液压机构62的数量优选为12个。即通过12个液压机构实现拉瓦尔喷管喉道61面积的变大或者缩小。本领域可以理解的，拉瓦尔喷管喉道61面积变大或者缩小是指在由多个液压机构所构成的驱动结构62中每一个相互配合的液压机构所限制的行程范围内。
在一具体实施例中，所述扩张部64尾端与调节板5末端通过直线移动导轨8联接，所述扩张部64尾端与所述直线移动导轨8间铰接联接。即扩张部64尾端可相对于调节板5在直线移动导轨8所限定的行程内移动。由此，扩张部64尾端在调节板5的驱动下扩张、收缩或者偏转时，拉瓦尔喷管的扩张部64可随调节板5产生相对的扩张、收缩或者偏转运动，改变拉瓦尔喷管管口偏转角度，从而改变扩张部64尾端的扩张面积，实现拉瓦尔喷管的管口面积和上述喉道61面积比的改变，从而改变气流流速。
在一具体示例中，直线移动导轨8包括沿调节板5的延伸方向形成的条形孔81，该条形孔81位于调节板5的末端，扩张部64尾端包括有位于条形孔81中的且可沿条形孔81往复移动的连接块82。在环套2和锥套3的共同作用下，调节板5转动，在调节板5的带动下，条形孔81带动连接块82移动，从而改变扩张部64管口的偏转角度及面积。
在一具体实施例中，所述环套2包括有球心与所述柱状部11轴心重合的凹球面，所述球头部12凸球面与环套2凹球面球副联接。凹球面的设置使得环套2能与凸球面贴合，在直线移动副的作用下相对移动时更加稳定。
在一具体实施例中，所述锥套3的数量为三个，沿球头部12周向均匀布置。三个锥套3在驱动调节板5时施力更加均匀，能更好的控制拉瓦尔喷管的管口偏转角度和管口面积。
在一具体示例中，所述锥套3内侧包括与所述环套2配合的平直面(图中未标出)，以及与调节板5对应的配合斜面(图中未标出)；所述调节板5顶面具有与所述锥套3配合斜面贴合固定的倾斜面(图中未标出)。锥套3配合斜面和平直面均朝向锥套3内侧，倾斜面朝向调节板5外侧。在直线移动副的作用下，锥套3相对环套2移动，锥套3带动调节板5移动时，锥套3与环套2，以及锥套3与调节板5之间的配合度更高，而且这样的设计锥套3并未夹设在环套2和调节板5之间，提高了调节板5的转动角度，从而扩大了拉瓦尔喷管管口偏转角度范围。
在一具体示例中，所述调节板5具有多个，多个所述调节板5沿所述喷管主体周向布置。这样喷管主体可以与调节板5均匀连接，调节板5在带动喷管管口移动时，施力更加均匀，管口始终保持圆环形，不会变形。
具体的，所述调节板5的顶部的一个角部与所述环套2通过销轴31铰接固定；所述调节板5为矩形锥状板状结构，其顶部朝向底部方向厚度逐渐减小。这样拉瓦尔喷管自喉道61至管口的开口面积逐渐增大。
在一具体实施例中，上述直线移动副包括丝杠41及驱动电机42；所述驱动电机42的电机轴穿过所述球头部12凸台的轴向通孔与所述丝杠41的一端同轴键联接，丝杠41的另一端与锥套3上螺纹通孔螺纹联接。在驱动电机42的驱动下丝杠41转动，丝杠41带动锥套3移动，锥套3带动带动调节板5转动，实现拉瓦尔喷管管口偏转角度和面积的改变。
在一具体实施例中，所述矢量喷管还包括一端与所述环套2连接，另一端与所述喷管主体远离所述球头部12的一端连接的SPS型直线驱动分支7。环套2在SPS型直线驱动分支7的驱动下，实现在球头部12的凸球面上往复移动。
具体的，SPS型直线驱动分支7具有三个，三个SPS型直线驱动分支7两端分别通过球副联接喷管主体及所述环套2构成3-SPS/S型并联机构。3-SPS/S型并联机构、锥套3和直线移动副的配合驱动下带动调节板5移动，实现拉瓦尔喷管管口面积以及偏转角度的改变。
本申请提供的喷管在使用时，首先通过运动学解算，得到预期位姿下的SPS型直线驱动分支7以及直线移动副的运动情况，实现拉瓦尔喷管管口偏转控制，SPS型直线驱动分支7的驱动力则通过负载(此时即为气流推力的反作用力)结合动力学解算得到；构建拉瓦尔喷管管口的面积和锥套3之间的运动模型，得到SPS型直线驱动分支7与拉瓦尔喷管管口面积的关系；喉道61面积控制采用近似环形分布的液压缸控制，构建喉道61面积与液压缸伸缩长度之间的运动学关系，进而完成面积控制。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种矢量喷管，其特征在于，包括
具有轴向中心通孔的喷管主体；所述喷管主体包括柱状部和位于柱状部底部的外表呈凸球面的球头部；球头部凸球面的球心与柱状部轴心重合；
可移动的安装在所述球头部上的环套；
可移动的安装在所述环套外侧的锥套；
与所述环套铰接联接的调节板；
所述锥套与所述环套之间通过直线移动副联接，以使锥套可在直线移动副运动行程内相对于环套往复运动，以使锥套驱动所述调节板绕铰接轴转动；
所述矢量喷管还包括拉瓦尔喷管；
所述调节板末端与拉瓦尔喷管管口的侧壁铰接；所述调节板被配置为在锥套的驱动下带动所述拉瓦尔喷管管口偏转角度变化由此改变拉瓦尔喷管管口面积。
2.根据权利要求1所述的矢量喷管，其特征在于，所述拉瓦尔喷管包括有喉道；以及
以周向围绕于所述拉瓦尔喷管的驱动结构，该驱动结构可外扩或收缩以驱动拉瓦尔喷管喉道面积改变。
3.根据权利要求1所述的矢量喷管，其特征在于，所述环套包括有球心与所述柱状部轴心重合的凹球面，所述球头部凸球面与环套凹球面球副联接。
4.根据权利要求1所述的矢量喷管，其特征在于，所述锥套的数量为三个，沿球头部周向均匀布置。
5.根据权利要求1所述的矢量喷管，其特征在于，所述锥套内侧包括与所述环套配合的平直面，以及与调节板对应的配合斜面；
所述调节板顶面具有与所述锥套配合斜面贴合固定的倾斜面。
6.根据权利要求1所述的矢量喷管，其特征在于，所述调节板具有多个，多个所述调节板沿所述喷管主体周向布置。
7.根据权利要求1所述的矢量喷管，其特征在于，所述矢量喷管还包括一端与所述环套连接，另一端与所述喷管主体远离所述球头部的一端连接的SPS型直线驱动分支。
8.根据权利要求7所述的矢量喷管，其特征在于，SPS型直线驱动分支具有三个，三个SPS型直线驱动分支两端分别通过球副联接喷管主体及所述环套构成3-SPS/S型并联机构。
9.根据权利要求2所述的矢量喷管，其特征在于，所述拉瓦尔喷管包括位于球头部内侧的收缩部以及位于球头部底侧的扩张部；所述收缩部与扩张部的衔接处形成所述喉道；
以周向围绕于拉瓦尔喷管的多个液压机构，多个液压机构构成所述驱动结构。
10.根据权利要求9所述的矢量喷管，其特征在于，所述扩张部尾端与调节板末端通过直线移动导轨联接，所述扩张部尾端与所述直线移动导轨间铰接联接。
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