一种尾喷管调节机构及设计方法

1.本技术涉及尾喷管技术领域，具体涉及一种尾喷管调节机构及设计方法。


背景技术：

2.实现高超声速飞行是提升我国综合国力的重要科技手段，但是仅仅靠单一的吸气式发动机难以实现高超声速飞行。所以为满足高超声速飞行，组合式发动机应运而生。
3.组合式发动机包含rbcc（火箭基组合循环）发动机和tbcc（涡轮基组合循环）发动机两大类。其中发动机是将涡轮发动机(包括涡喷、涡扇发动机)和冲压发动机(包括亚燃、超燃和双模态燃烧冲压发动机)的两种技术相结合后研制的,其整合了涡轮发动机和冲压发动机在各自适用飞行范围内的优势，使其具有可常规起降、重复使用、可靠性高、低速性能好、技术风险小等优点，具有很好的工程应用前景。
4.尾喷管是发动机的重要组成部分，也是发动机的重要动力来源。随着高超声速飞行器马赫数的变化，尾喷管需调节自身的喉道面积和出口截面积，使出口截面处的空气完全膨胀，达到最有效的推力效果，展现发动机最优异的性能。且尾喷管开关需匹配进气道开关，在各种工况下关闭相应的发动机通道，实现飞行状态的改变。
5.组合式发动机的发明所带来的其中之一问题为如何匹配每个发动机的运行方式，在各个工况下实现发动机的开关与闭合，实现各个发动机的模态转换。以发动机为例，为了实现尾喷管的模态转换问题，在节省推力的系统要求下，实现尾喷管对气流的最好调节性能，需要设计相应的尾喷管调节机构实现涡轮通道的开关与闭合。只靠转动单隔板的方式实现尾喷管的模态转换存在漏气问题，且存在气流边界层分离，加剧了流量损失，在转换过程中分流板会承受高温和过度空气载荷问题。因此，有必要对尾喷管调节机构提出新的设计方法，以改变气流性能，提高飞行效率。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本技术提供一种尾喷管调节机构及设计方法。
7.在本技术的一个方面提出了一种尾喷管调节机构的设计方法，包括以下步骤：s1：在尾喷管圆型收敛段和尾喷管方型扩张段之间设计扇型过渡区域；s2：采用转动加平动复合双板结构，在平动板外表面铰接连杆以及在平动板一端与转动板一端可转动连接；转动板另一端可转动的与圆型扩收敛段固接，且转动前端连接平动板，平动板与尾喷管方型扩张段紧密贴合，且转动板外表面还通过液压推杆与平动板连接，并使得平动板与转动板做协同运动。
8.通过以上技术方案平动板在驱动力作用下带动转动板运动至平动板完全贴合尾喷管的下壁面即可实现喷管管道完全闭合的特性，且驱动平动板运动的驱动力经液压推杆链接带动转动板转动，从而实现喷管面积的连续调节、随时启停的目的。
9.优选的，将圆型尾喷管向内延伸转化为方型结构，使尾喷管在各个部分都具有相同的喉道面积，确保尾喷管性能前后差异不大，在尾喷管圆型收敛段和尾喷管方型扩张段
之间设置所述扇型过渡区域。
10.通过以上技术方案，尾喷管在各个部分都具有相同的喉道面积，尾喷管性能前后差异不大，且使尾喷管喉道面积可调。
11.在具体的实施例中，尾喷管包括尾喷管圆型收敛段、尾喷管方型扩张段、尾喷管扇型过渡区域。
12.优选的，尾喷管圆型收敛段上方设置有固定底座，且固定底座通过主动推杆及从动转杆与平动板相连，并能驱动平动板运动。
13.优选的，平动板为弧形结构，且平动板内表面轮廓与尾喷管方型扩张段的下壁面轮廓相同。
14.优选的，转动板被设置于尾喷管扇型过渡区域。
15.通过以上技术方案，分流板采用转动的方式可以改善膨胀比，提升气流性能；采用平动的方式可以扩大喉道面积，兼顾各喷管推力性能与流量需求，易于保持气密性；采用转动加平动的调节方式，外加液压推杆联接转动板和平动板，提高了调节机构的可靠性；而且，平动板设计为一定弧度的曲线形状，避免边界层分离，曲面形结构有利于气流的顺畅流通，减少气体流量损失，避免了高温和过高的空气载荷现象。
16.在本技术的另一个方面，提出了一种尾喷管调节机构包括：尾喷管、平动板、转动板，转动板一端与所述尾喷管可转动的固定连接，转动板另一端与所述平动板可转动的固定连接；平动板具有一定弧度，且平动板在运动时能带动转动板转动。
17.尾喷管包括尾喷管圆型收敛段、尾喷管方型扩张段、尾喷管扇型过渡区域。
18.平动板内表面轮廓与尾喷管方型扩张段的下壁面轮廓相同，使平动板内表面能与尾喷管方型扩张段的下壁面紧密贴合。
19.转动板被设置于所述尾喷管扇型过渡区域。
20.尾喷管圆型收敛段上方设置有固定底座，且所述固定底座通过主动推杆及从动转杆与所述平动板相连，并能驱动所述平动板运动。
21.平动板与所述转动板之间通过一液压推杆相连，从而能在平动板运动时，带动转动板绕尾喷管收敛段转动。
22.与现有技术相比，本技术的有益成果在于：模态转换调节过程可控，满足尺寸受限及空间受限的内部要求，平动板与尾喷管上下壁面紧密贴合，匹配尾喷管构型，平动薄板既可以满足方型通道的完全闭合，又避免了对机身整体重量产生过大负担，其能满足飞行器在高空高速飞行下的复杂环境；平动板外铰接连杆转轴结构，达到节省推力的系统要求，调节机构安置在机身外，无需占用内部尾喷管空间；本发明的设计思路和功能原理适用于方型管道及类方型管道中，推动平动板带动转动板转动来调节管道通风口面积的方案。
附图说明
23.包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本技术的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地
理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
24.图1是根据本技术实施例的一种尾喷管调节机构打开时的结构示意图；图2是根据本技术实施例的一种尾喷管调节机构关闭时的结构示意图；图3是根据本技术实施例的一种尾喷管调节机构的爆炸视图；图4是根据本技术实施例的一种尾喷管调节机构的添加扇型过渡区域后的圆转方喷管结构示意图。
25.图中各编号的含义：1、固定底座；2、主动推杆；3、液压推杆外壳；4、从动转杆；5、平动板；6、尾喷管；7、液压推杆；8、转动板；9、尾喷管圆型收敛段；10、扇形过渡区域；11、尾喷管方型扩张段。
实施方式
26.在以下详细描述中，参考附图，该附图形成详细描述的一部分，并且通过其中可实践本技术的说明性具体实施例来示出。对此，参考描述的图的取向来使用方向术语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等。因为实施例的部件可被定位于若干不同取向中，为了图示的目的使用方向术语并且方向术语绝非限制。应当理解的是，可以利用其他实施例或可以做出逻辑改变，而不背离本技术的范围。因此以下详细描述不应当在限制的意义上被采用，并且本技术的范围由所附权利要求来限定。
27.本技术提出了一种尾喷管调节机构及设计方法，图1是根据本技术实施例的一种尾喷管调节机构打开时的结构示意图，图2是根据本技术实施例的一种尾喷管调节机构关闭时的结构示意图，结合图1、图2所示，固定底座1设置在尾喷管圆型收敛段9上方，主动推杆2一端与固定底座1连接，主动推杆2另一端铰接从动转杆4；从动转杆4与平动板5铰接，在驱动力作用下，主动推杆2带动从动转杆4运动，从而使得平动板5运动，进一步的，转动板8外表面铰接一液压推杆7，并通过液压推杆7与平动板5连接；在平动板5运动时，平动板5能通过液压推杆7带动转动板8旋转，使得转动板8与平动板5的闭合过程连续调节可控，直到平动板5完全贴合尾喷管6的下壁面为完全关闭状态。
28.图3是根据本技术实施例的一种尾喷管调节机构的爆炸视图，图4是根据本技术实施例的一种尾喷管调节机构的添加扇型过渡区域后的圆转方喷管结构示意图，如图3、4所示，尾喷管6包括尾喷管圆型收敛段9、扇形过渡区域10、尾喷管方型扩张段11，转动板8一端与尾喷管圆型扩张段9可转动的连接，另一端与平动板5可转动连接，且转动板8设置于扇形过渡区域10上方，其外表面还通过一液压推杆7与平动板5连接，平动板5外表面还铰接一从动转杆4，从动转杆4与主动推杆2相连，主动推杆2与固定底座1相连，通过这种连接方式将驱动力提供给平动板5。
29.此外，平动板5具有一定弧度，使运动到闭合状态时，能与尾喷管方型扩张段11内壁贴合，平动板5左右边缘形状设计与尾喷管方型扩张段11区域两侧壁面轮廓紧密贴合，保证完全关闭时的密闭特性。
30.本发明适用于方型管道及类方型管道中，推动平动板带动转动板转动来调节管道通风口面积的方案。
31.显然，本领域技术人员在不偏离本技术的精神和范围的情况下可以作出对本技术的实施例的各种修改和改变。以该方式，如果这些修改和改变处于本技术的权利要求及其
等同形式的范围内，则本技术还旨在涵盖这些修改和改变。词语“包括”不排除未在权利要求中列出的其它元件或步骤的存在。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当被认为限制范围。

技术特征：
1.一种尾喷管调节机构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在尾喷管圆型收敛段和尾喷管方型扩张段之间设计扇型过渡区域；s2：采用转动加平动复合双板结构，在平动板外表面铰接连杆以及在平动板一端与转动板一端可转动连接；所述转动板另一端可转动的与圆型扩收敛段连接，且所述转动板的前端连接平动板，所述平动板与所述尾喷管方型扩张段紧密贴合，且所述转动板外表面还通过液压推杆与所述平动板连接，并使得所述平动板与所述转动板做协同运动。2.根据权利要求1所述的一种尾喷管调节机构的设计方法，其特征在于，所述s1中采用等截面积轴对称设计方法，将圆型尾喷管向内延伸转化为方型结构，在所述尾喷管圆型收敛段和所述尾喷管方型扩张段之间设置所述扇型过渡区域。3.根据权利要求2所述的一种尾喷管调节机构的设计方法，其特征在于，所述尾喷管圆型收敛段上方设置有固定底座，且所述固定底座通过主动推杆及从动转杆与所述平动板相连，并能驱动所述平动板运动。4.根据权利要求2所述的一种尾喷管调节机构的设计方法，其特征在于，所述平动板为弧形结构，且所述平动板内表面轮廓与所述尾喷管方型扩张段的下壁面轮廓相同。5.根据权利要求2所述的一种尾喷管调节机构的设计方法，其特征在于，转动板被设置于所述尾喷管扇型过渡区域。6.根据权利要求2所述的一种尾喷管调节机构的设计方法，其特征在于，所述平动板与所述转动板之间通过一液压推杆相连。7.根据权利要求2所述的一种尾喷管调节机构的设计方法，其特征在于，所述转动板在闭合状态时与所述尾喷管圆型收敛段后端贴合。8.一种尾喷管调节机构，其特征在于，所述尾喷管调节机构由如权利要求1-7中任一项的设计方法制成。

技术总结
本申请提出了一种尾喷管调节机构及设计方法，步骤包括：S1：在尾喷管圆型收敛段和尾喷管方型扩张段之间设计扇型过渡区域；S2：采用转动加平动复合双板结构，在平动板外表面铰接连杆以及在平动板一端与转动板一端可转动连接；所述转动板另一端可转动的与圆型扩收敛段固接，且所述转动前端连接平动板，所述平动板与所述尾喷管方型扩张段紧密贴合，且所述转动板外表面还通过液压推杆与所述平动板连接，并使得所述平动板与所述转动板做协同运动。通过该设计方法在实现开合的过程中，其满足对尾喷管喉道面积的改变，可随时启停、连续调节，满足推力要求，并在完全关闭时满足气密性的条件。并在完全关闭时满足气密性的条件。并在完全关闭时满足气密性的条件。


技术研发人员：穆瑞 孙望 陈锦豪 张凯瑞 尤延铖 朱呈祥
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/5/13