CN205578133U - 一种超燃冲压发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种超燃冲压发动机，用于解决目前几何可变超然冲压发动机可变型面结构复杂的问题，包括：发动机下壁面、发动机上壁面和发动机的两个侧壁面；上壁面包括：发动机隔离段上壁面、燃烧室上壁面和喷管上壁面，燃烧室上壁面和喷管上壁面通过第一轴承构成一个平面转动副，燃烧室上壁面与发动机隔离段上壁面通过第二轴承连接，发动机隔离段上壁面固定不动，燃烧室上壁面可绕发动机隔离段上壁面旋转；喷管上壁面的外边缘与驱动装置相连，驱动装置用于产生使第一轴承向下壁面方向运动的推力，使燃烧室上壁面与隔离段上壁面的延长线形成第一夹角。该发动机结构简单，燃烧室扩张角和喷管扩张角可以调整，且可变型面的调节机制更加简便。

Description

一种超燃冲压发动机

技术领域

本实用新型涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种超燃冲压发动机。

背景技术

工作在宽速域的超燃冲压发动机的起动加速段很长，发动机在非设计点上长时间工作，需要适应不断变化的外部和内部气流环境。在常规的超燃冲压发动机/飞行器的一体化设计中，考虑的是单个设计点下的最优配置，而经常使用的设计点是巡航状态；在一系列的工作边界约束下，实现发动机的飞行范围和推进效率最大化。当在整个飞行轨道中，远离设计点的轨道所占比例较大时，这种常规的设计方法具有明显的局限性，例如，在飞行器的加速阶段、具有一定特殊性的飞行轨道或者周期性高超声速巡航轨道，此时燃烧室必须工作在较宽范围的马赫数、攻角和动压条件下。而在如此宽的马赫数下工作时，依赖于热力调节的固定几何型面发动机性能下降将会十分严重。采用可调几何型面发动机带来的性能优势是十分明显的，但是目前现存的几何可变超燃冲压发动机普遍存在可变型面调节机制复杂、可靠性低以及几何调节能力不高的缺点，同时几何可调的燃烧室的设计难点在于如何合理的设计可变几何型面，以降低发动机结构的复杂性和整体重量，同时需要解决发动机的动密封以及热防护问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种超燃冲压发动机，用于解决现有技术中几何可变超然冲压发动机可变型面结构复杂的问题。

本实用新型提供了一种超燃冲压发动机，包括：发动机下壁面、发动机上壁面以及发动机的两个侧壁面；上壁面包括：发动机隔离段上壁面、燃烧室上壁面和喷管上壁面，燃烧室上壁面和喷管上壁面通过第一轴承构成一个平面转动副，燃烧室上壁面与发动机隔离段上壁面通过第二轴承连接，发动机隔离段上壁面固定不动，燃烧室上壁面可绕发动机隔离段上壁面旋转；喷管上壁面的外边缘与驱动装置相连，驱动装置用于产生使第一轴承向下壁面方向运动的推力，使燃烧室上壁面与隔离段上壁面的延长线形成第一夹角，以改变燃烧室的扩张角和喷管的扩张角。

进一步的，上述发动机还包括：与驱动装置相连的直线位移传感器，直线位移传感器用于获取驱动装置的驱动杆的位置。

其中，在发动机处于初始状态时，燃烧室上壁面与喷管上壁面呈小于180度夹角，以使喷管上壁面受到驱动装置的推力的作用时，发动机的上壁面形成V型凹槽。

其中，上述发动机下壁面上设置有凹腔，凹腔设置于发动机下壁面的隔离段出口处。

其中，上述喷管上壁面与驱动装置的可伸缩驱动杆相连。

其中，上述发动机下壁面包括喷管下壁面，喷管下壁面和发动机的燃烧室下壁面形成一体化的一个平面。

其中，上述发动机下壁面包括隔离段下壁面，隔离段下壁面与未产生形变之前的发动机上壁面平行，平面与发动机隔离段下壁面的延长线之间形成第二夹角，当第二夹角大于第一夹角时，发动机工作在超燃模态，当第二夹角小于第一夹角时，发动机工作在亚燃模态。

进一步的，上述发动机包括：限位板，该限位板固定于隔离段上壁面，遮挡燃烧室上壁面的一部分。

其中，上述发动机下壁面与发动机的进气道相连。

其中，上述发动机的下壁面的几何结构固定不变。

本实用新型有益效果如下：

本实用新型提供的超燃冲压发动机具有几何型面可变的上壁面，在受到驱动装置的驱动力的情况下，燃烧室上壁面以及喷管上壁面形成的平面转动副会沿着驱动力的方向转动，使得发动机的上壁面产生形变，从而调节燃烧室扩张角和喷管扩张角，而且该发动机结构简单，可变型面调节机制也更加简便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型实施例1提供的超燃冲压发动机的上壁面以及下壁面的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的超燃冲压发动机的上壁面产生向下的较大形变后的示意图；

图3是本实用新型实施例1提供的具有限位板的发动机上壁面的结构示意图；

图4是本实用新型实施例2提供的发动机的主视结构图；

图5是本实用新型实施例2中提供的发动机的仰视图。

具体实施方式

为了解决现有技术中几何可变超然冲压发动机可变型面结构复杂的问题，本实用新型提供了一种超燃冲压发动机，以下结合附图以及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型。

实施例1

本实施例提供了一种超燃冲压发动机，如图1所示，该发动机包括以下组成部分：发动机下壁面、发动机上壁面以及发动机的两个侧壁面(该两个侧壁面图中未示出)；如图1所示，发动机的上壁面包括：发动机隔离段上壁面5、燃烧室上壁面6和喷管上壁面7，其中，燃烧室上壁面6和喷管上壁面7通过第一轴承10构成一个平面转动副，燃烧室上壁面6与发动机隔离段上壁面5通过第二轴承9连接，发动机隔离段上壁面5固定不动，燃烧室上壁面6可绕发动机隔离段上壁面5旋转；喷管上壁面7的外边缘与驱动装置8相连，驱动装置8用于产生使第一轴承10向下壁面方向运动的推力，使燃烧室上壁面6与隔离段上壁面5的延长线形成第一夹角，以改变燃烧室的扩张角和喷管的扩张角，其中，燃烧室扩张角指燃烧室上、下壁面之间的扩张夹角，喷管扩张角指喷管上下壁面之间的夹角，图2是发动机上壁面发生形变后的示意图，如图2所示，α角即是燃烧室上壁面6与水平面产生第一夹角。

优选的，本实施例中的发动机下壁面与发动机的进气道1相连，更进一步的，发动机下壁面上设置有凹腔3，该凹腔3设置于发动机下壁面的隔离段出口处。

其中，本实施例中喷管上壁面7与驱动装置8的可伸缩驱动杆通过第三轴承11相连。

优选的，图1中所示的第一轴承10、第二轴承9以及第三轴承11均可以采用轮毂轴承来实现，驱动装置8可以采用液压驱动系统。

其中，发动机下壁面包括喷管下壁面，喷管下壁面和发动机的燃烧室下壁面形成一体化的一个平面，即图1中所示的4，进一步的，发动机下壁面包括隔离段下壁面2，隔离段下壁面2与未产生形变之前的发动机上壁面平行，平面4与发动机隔离段下壁面2的延长线之间形成第二夹角，如图中所示的β角；燃烧室扩张角是第二夹角β和第一夹角α之差，当燃烧室扩张角大于0时，发动机工作在超燃模态，当燃烧室扩张角小于0时，发动机工作在亚燃模态。

为了使驱动装置8能够控制燃烧室上壁面6和喷管上壁面7连接的部分向下运动，形成V型结构变形，驱动装置8产生的推力需要有一个向下的分量。进一步的，为了进一步限制燃烧室上壁面6以及喷管上壁面7的转动方向，如图2所示，本实施例中的发动机还可以包括：与驱动装置8相连的直线位移传感器14，优选的，该直线位移传感器用于获取驱动装置8的驱动杆的位置，驱动装置用于根据驱动杆的位置来控制上述第一夹角α，当驱动杆向前移动的时候，上述第一夹角变大，反之第一夹角变小。从而限制喷管上壁面7的位置，保证图中所示出的第一夹角始终大于0度，从而使液压装置产生的推力具有向下的分量，即，使得燃烧室上壁面6和喷管上壁面7的连接的部分向下运动，形成V型结构变形。如图2所示，喷管扩张角是角γ和角β之和，随着变形增大，喷管扩张角也会增加，以满足发动机气流的膨胀需求。此外，在本实施例中，也可以通过驱动装置的安装角度来使得驱动装置产生斜向下的力，从而使得燃烧室上壁面6和喷管上壁面7向下运动，产生如图2中所示的夹角，在该种情况下，则无需使上述第一夹角始终大于0度。

进一步的，如图3所示，本实施例提供的发动机还可以包括：固定在发动机隔离段上壁面5上的限位板15，该限位板15超出第二轴承9，遮挡燃烧室上壁面5的一部分，该限位板15可以与处于水平状态的平面转动副平行，用于限制燃烧室上壁面6和喷管上壁面7的运动方向，以确保燃烧室上壁面6和喷管上壁面7在受到驱动装置产生的驱动力作用时不会向上转动。

实施例2

本实施例在上述实施例1的基础上公开更多的技术细节，以对本实施例提供的技术方案进行进一步解释说明。

本实施例提供一种下壁面固定、上壁面可变的超燃冲压发动机。该发动机的几何型面可以快速、实时和连续调节，以实现在任意工作状态下发动机的几何构型都处于最佳位置为目的。

图4是本实用新型实施例2提供的发动机的主视结构图，如图4所示，本实施例中的发动机的下壁面的几何结构固定，包括：进气道以及前体1、隔离段下壁面2、凹腔3，以及，燃烧室和喷管下壁面4，发动机的前体以及进气道与发动机下壁面相连。设置于发动机下壁面的隔离段出口处的凹腔作为稳燃器。其上壁面12的形状是可变的，如图1中所示，包括：燃烧室上壁面和喷管上壁面，燃烧室上壁面和喷管上壁面共同构成一个平面转动副，其中，喷管上壁面作为原动件，燃烧室上壁面作为从动件；燃烧室上壁面的前端与发动机隔离段通过轮毂轴承连接，并可以围绕隔离段出口旋转，从而改变燃烧室上壁面和喷管上壁面的扩张角；喷管上壁面前端通过轮毂轴承连接燃烧室上壁面后端，可以在平面内自由运动，并带动燃烧室上壁面转动，从而在发动机上壁面上产生凹陷的V型结构变形；喷管上壁面后端和液压驱动装置相连，共同构成一个平面移动副，即可以在水平方向实现前后平移运动，图5是本实施例中提供的发动机的仰视图，图中所示出的13是发动机的燃料喷油孔，如图5所示，发动机整体采用轴对称的矩形结构。

本实用新型提供的超燃冲压发动机通过液压装置驱动上壁面的平面移动副和平面转动副，可以使得发动机的燃烧室上壁面围绕隔离段上壁面出口旋转，使发动机的上壁面产生凹陷的形变，进而改变了燃烧室上壁面和喷管上壁面的扩张角，满足宽速域燃烧释热对发动机壁面的需求，在提高燃烧效率的同时也避免发动机不起动的现象。

本实用新型提供的超燃冲压发动机在飞行器低飞行速度情况下，液压驱动装置向前运动，可以在发动机内形成几何喉道，并能根据需要改变喉道的大小，实现亚声速燃烧；在高飞行速度时，液压驱动装置向后运动，发动机的几何喉道会消失，实现超声燃烧。

本实用新型提供的超燃冲压发动机具有系统复杂性低、可靠性高、调节范围宽和实时、连续调节等优点。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种超燃冲压发动机，其特征在于，包括：

发动机下壁面、发动机上壁面以及发动机的两个侧壁面；

所述上壁面包括：发动机隔离段上壁面、燃烧室上壁面和喷管上壁面，所述燃烧室上壁面和喷管上壁面通过第一轴承构成一个平面转动副，所述燃烧室上壁面与所述发动机隔离段上壁面通过第二轴承连接，所述发动机隔离段上壁面固定不动，所述燃烧室上壁面可绕所述发动机隔离段上壁面旋转；所述喷管上壁面的外边缘与驱动装置相连，所述驱动装置用于产生使所述第一轴承向所述下壁面方向运动的推力，使所述燃烧室上壁面与所述隔离段上壁面的延长线形成第一夹角，以改变所述燃烧室的扩张角和所述喷管的扩张角。

2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，还包括：

与所述驱动装置相连的直线位移传感器，所述直线位移传感器用于获取所述驱动装置的驱动杆的位置。

3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，在所述发动机处于初始状态时，所述燃烧室上壁面与所述喷管上壁面呈小于180度夹角，以使所述喷管上壁面受到所述驱动装置的推力作用时，所述发动机的上壁面形成V型凹槽。

4.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述发动机下壁面上设置有凹腔，所述凹腔设置于所述发动机下壁面的隔离段出口处。

5.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述喷管上壁面与所述驱动装置的可伸缩驱动杆相连。

6.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述发动机下壁面包括喷管下壁面，所述喷管下壁面和所述发动机的燃烧室下壁面形成一体化的一个平面。

7.根据权利要求6所述的发动机，其特征在于，所述发动机下壁面包括隔离段下壁面，所述隔离段下壁面与未产生形变之前的所述发动机上壁面平行，所述平面与所述发动机隔离段下壁面的延长线之间形成第二夹角，当 所述第二夹角大于所述第一夹角时，所述发动机工作在超燃模态，当所述第二夹角小于所述第一夹角时，所述发动机工作在亚燃模态。

8.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，还包括：

限位板，该限位板固定于所述隔离段上壁面，遮挡所述燃烧室上壁面的一部分。

9.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述发动机下壁面与所述发动机的进气道相连。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的发动机，其特征在于，所述发动机的下壁面的几何结构固定不变。