CN207864068U - 一种埋入隔板内部的tbcc并联尾喷管调节机构 - Google Patents

Abstract

一种埋入隔板内部的TBCC并联尾喷管调节机构，涉及TBCC尾喷管。设有调节板、连杆、作动筒和转动副；转动副包括铰链、转动铰链、铰接铰链；作动筒设于隔板内部，作动筒沿轨道左右移动，调节板与隔板通过铰链连接，调节板与连杆通过转动铰链连接，连杆与作动筒通过铰接铰链铰接；连杆、作动筒、铰链、转动铰链、铰接铰链在一个平面上。体积小，结构简单，不影响其气动性能。通过调节板的摆动不仅可以控制喷管喉道大小，还可以实现涡轮通道关闭的功能，从而获得较好的推力性能。

Description

一种埋入隔板内部的TBCC并联尾喷管调节机构

技术领域

本实用新型涉及TBCC尾喷管，尤其是涉及埋入隔板内部的TBCC并联尾喷管调节机构。

背景技术

高超声速飞行被誉为继螺旋桨推进飞行和喷气推进飞行之后航空史上的第三次“革命”，是21世纪航空航天技术的制高点。自20世纪50年代以来，各国开展了一系列的高超声速研究计划。超燃冲压发动机因为其结构简单，无需自身携带氧化剂，是高超声速飞行器的最佳动力选择。然而单靠超燃冲压发动机一种动力形式，高超声速飞行器无法自主完成从水平起飞到高超声速飞行的整个任务过程，必须借助其他类型的动力帮助其完成从起飞到高超声速飞行的全过程。因此，高超声速动力系统需要集成超燃冲压发动机、涡轮喷气发动机等动力，形成涡轮基组合循环发动机(Turbine Based Combined Cycle,TBCC)等组合动力系统。根据不同类型发动机之间的位置关系，组合动力系统可分为并联布局和串联布局，其中并联布局是一种很有潜力的动力布局形式。以TBCC动力系统为例，在低马赫数状态时，主要是涡轮发动机在工作提供动力，在高马赫数状态时，涡轮发动机关闭，由冲压发动机工作提供动力。对于TBCC的尾喷管，在低马赫数下，涡轮发动机的尾喷管要打开，并且根据飞行条件的变化，需要调节尾喷管的喉道面积，以满足喷管在低速条件下的推力性能；在高超声速下，涡轮通道的喷管需要关闭，转向依靠冲压通道的尾喷管产生推力。因此，设计TBCC动力系统时，尾喷管的调节机构设计是一个难点问题，通过调节机构控制尾喷管的喉道面积以及喷管的关闭，从而使得喷管在宽速域范围内都能满足总体对推力特性的要求。

对于高超声速飞行器，在大落压比巡航时，为了获得高的推力效率，尾喷管通常设计的比较长，占用了较大的飞行器空间。因此，高超声速飞行器的尾喷管设计，特别是对并联式TBCC动力系统等组合动力系统，其排气系统及其调节机构必然要设计的很紧凑，才能在飞行器上安装。

发明内容

本实用新型的目的旨在提供一种埋入隔板内部的TBCC并联尾喷管调节机构。

本实用新型设有调节板、连杆、作动筒和转动副；所述转动副包括铰链、转动铰链、铰接铰链；作动筒设于隔板内部，作动筒可以沿轨道左右移动，调节板与隔板之间通过铰链连接，调节板与连杆之间通过转动铰链连接，连杆与作动筒通过铰接铰链铰接；连杆、作动筒、铰链、转动铰链、铰接铰链在一个平面上；当作动筒向左移动时，通过铰接铰链带动连杆构件平移转动，连杆通过转动铰链带动调节板绕铰链逆时针转动，即调节板向上偏转，并联喷管上通道喉道逐渐减小；作动筒向右移动时，通过铰接铰链带动连杆构件平移转动，连杆通过转动铰链带动调节板绕铰链顺时针转动，即调节板向下偏转，并联喷管上通道喉道逐渐增大，从而调节出口气流膨胀状态，减小能量损失。

所述调节板的长度由所设计的并联喷管决定。

高超声速飞行器的尾喷管整体结构紧凑，为不影响其气动性能，因此，本实用新型针对TBCC喷管的调节机构设计问题，提出了埋入隔板内部的TBCC并联喷管调节机构，通过调节机构的控制使得TBCC的尾喷管在宽速域的范围内工作都能得到比较好的推力性能。

本实用新型的优点：埋入隔板内部的TBCC并联喷管调节机构，首先，由于TBCC并联喷管气动性能要求很高，本实用新型提出的机构因其体积小，结构简单，不影响其气动性能。再者，通过调节板的摆动不仅可以控制喷管喉道大小，还可以实现涡轮通道关闭的功能，从而获得较好的推力性能。

附图说明

图1为组合发动机并联喷管等轴侧视图

图2为组合发动机并联喷管流场示意图

图3为冲压发动机单独工作喷管流场示意图

图4为喷管调节机构偏转示意图

图5为喷管调节机构简图

图6为4个作动筒的排布示意图

1为喷管的上壁面，2为调节板，3为两喷管通道的中间隔板，4为冲压发动机喷管的下壁面，5为调节板与隔板的连接铰链，6为调节板与连杆连接的转动铰链，7为连杆，8为连杆与作动筒铰接的铰链，9为作动筒。

具体实施方式

本实用新型所涉及的TBCC尾喷管为单边膨胀并联喷管，如图1所示，上通道为涡轮通道尾喷管，下通道为冲压通道尾喷管，通道之间有隔板及调节机构，通过调节机构的调节板转动，控制涡轮通道的喉道大小及开关。图2和图3分别是TBCC组合发动机尾喷管两个典型的工作状态，TBCC在实际的航程中有多个工作状态，并联喷管需要适应不同出口气流状态，通过旋转调节板的位置，以得到最大推力性能。TBCC随着飞行马赫数的增大，并联喷管上通道即涡轮发动机喷管的喉道需要逐渐减小，反之，在飞行马赫数减小时，涡轮发动机喷管的喉道需要逐渐增大。

本实用新型埋入隔板内部的TBCC并联喷管调节机构，可以用于改变调节板的位置，以达到调节出口气流膨胀状态的作用。

调节机构由调节板2，连杆7，作动筒9和转动副(铰链5、转动铰链6、铰接铰链8)组成。作动筒9设于隔板3内部，作动筒9可以沿轨道左右移动，连杆、调节板和作动筒之间均以铰链连接，调节板与隔板之间通过铰链5连接，调节板与连杆之间通过转动铰链6连接，连杆与作动筒通过铰接铰链8铰接；连杆7、作动筒9、铰链5、转动铰链6、铰接铰链8在一个平面上。如图4所示，当作动筒向左移动时，通过铰接铰链8带动连杆构件平移转动，连杆通过转动铰链6带动调节板绕铰链5逆时针转动，即调节板向上偏转，并联喷管上通道喉道逐渐减小。作动筒向右移动时，通过铰接铰链8带动连杆构件平移转动，连杆通过转动铰链6带动调节板绕铰链5顺时针转动，即调节板向下偏转，并联喷管上通道喉道逐渐增大。从而调节出口气流膨胀状态，减小能量损失。总之，在作动筒直线往复运动中，实现调节板的往复圆周摆动。调节板2的长度由所设计的并联喷管决定，与所提出的机构无关。图中，标记1为喷管上壁面，4为喷管下壁面。

由图4分析，机构存在行程止点。行程止点为连杆与调节板边缘成一条直线(即图4虚线的状态)。调节板所需旋转角度范围随着调节板的长度而变化，根据经验调节板与水平方向夹角在区间(60°，-20°)内。由图4可知，机构可调节范围可以在区间(90°，-30°)之间，满足所需旋转角度要求。且在调节板的长度确定后，机构可调节范围也可以通过调节板底部的角度改变，如图5所示。故调节角度满足实际应用所需。图6是作动筒4个时的排布示意图，作动筒均匀排布，最边缘的作动筒距隔板壁面为a，相邻作动筒中心距为L₀，隔板的宽度为L。

Claims (1)

1.一种埋入隔板内部的TBCC并联尾喷管调节机构，其特征在于设有调节板、连杆、作动筒和转动副；所述转动副包括铰链、转动铰链、铰接铰链；作动筒设于隔板内部，作动筒沿轨道左右移动，调节板与隔板通过铰链连接，调节板与连杆通过转动铰链连接，连杆与作动筒通过铰接铰链铰接；连杆、作动筒、铰链、转动铰链、铰接铰链在一个平面上；当作动筒向左移动时，通过铰接铰链带动连杆构件平移转动，连杆通过转动铰链带动调节板绕铰链逆时针转动，即调节板向上偏转，并联喷管上通道喉道逐渐减小；作动筒向右移动时，通过铰接铰链带动连杆构件平移转动，连杆通过转动铰链带动调节板绕铰链顺时针转动，即调节板向下偏转，并联喷管上通道喉道逐渐增大。