仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置及控制方法

1.本发明涉及民用航空技术领域，尤其涉及一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置及控制方法。


背景技术：

2.飞机燃气涡轮发动机中的压气机可以利用叶片高速旋转给空气做功以提高空气压力，而压气机一旦发生喘振现象，将在短时间内造成机件的严重损坏。为了发动机的安全，严禁压气机进入喘振区工作。发动机稳定性控制系统可以有效防止压气机喘振，其主要包括可调静子叶片控制子系统(variable stator vane system,vsv)和可调放气活门控制子系统(variable bleed valve system,vbv)。
3.现有技术中，vbv可调放气活门控制子系统通过可调静子叶片控制子系统的vsv反馈信号控制放气活门的开启或关闭，但信号处理和传输过程会导致一定的时间延迟。这种设计使得发动机在稳定性控制方面存在迟滞性，导致放气活门难以在第一时间开启，使得vbv系统和发动机在一段时间内处于高压状态，加速零件老化，影响发动机运行稳定性。同时，vbv系统通过接受来自vsv系统的控制信号，获取并下达放气活门开启关闭的指令。vbv系统运行依赖于电控系统，一旦电控系统发生断电等故障，放气活门将无法正常开启，导致发动机内部气压急剧上升，最终可能导致发动机整体故障。除此之外，vbv系统本身也会出现机械故障，如活门卡阻、柔性轴打滑等情况。
4.因此，现有技术仍需进一步改进与发展。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，通过结构自身的机械性能实现放气活门的开启与关闭，对解决上述问题具有显著效果，本发明可搭载于飞机发动机出气口，在vbv可调放气活门控制子系统发生故障时可以不依赖控制信号，实现发动机出现超压时自动开启功能，保护零件，防止老化，确保发动机安全，而且可以通过控制流量提高效率、节能减排。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其中，包括：
8.壳体，所述壳体的上、下端面分别设置有排气口、进气口；
9.左端仿生放气活门，设置在所述壳体内，所述左端仿生放气活门一侧与壳体内部一侧插入连接，所述左端仿生放气活门另一侧设置有第一活塞腔体、以及设置有可通过主动驱动力控制开启或通过超过临界压力的自动气流控制开启的仿鸟类翼羽膜瓣结构的第一仿生膜瓣单元；
10.中部仿生放气活门，设置在所述壳体中部、并与所述左端仿生放气活门连接，所述中部仿生放气活门其中一侧设置有与所述第一活塞腔体移动连接的第一活塞滑块，以及设置有可通过主动驱动力控制开启或通过超过临界压力的自动气流控制开启的仿鸟类翼羽
膜瓣结构的第二仿生膜瓣单元；所述中部仿生放气活门的另一侧设置有第二活塞腔体、以及设置有可通过主动驱动力控制开启或通过超过临界压力的自动气流控制开启的仿鸟类翼羽膜瓣结构的第三仿生膜瓣单元；
11.右端仿生放气活门，设置在所述壳体另一侧，与所述中部仿生放气活门连接，所述右端仿生放气活门与所述中部仿生放气活门连接的一侧设置有与所述第二活塞腔体移动连接的第二活塞滑块，以及设置有可通过主动驱动力控制开启或通过超过临界压力的自动气流控制开启的仿鸟类翼羽膜瓣结构的第四仿生膜瓣单元；
12.活塞，设置在所述壳体另一侧端部，与所述右端仿生放气活门连接，用于接收外界的主动驱动力，以主动驱动控制所述左端仿生放气活门、中部仿生放气活门、右端仿生放气活门的开启与关闭控制。
13.所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其中，所述第一活塞腔体为两个分别设置所述左端仿生放气活门一侧两端部，所述第一活塞腔体为一长方形活塞腔体，所述第一活塞腔体内凹设置有用于容纳所述第一活塞滑块往返移动的第一内凹腔。
14.所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其中，所述第一仿生膜瓣单元包括：在两个所述第一活塞腔体之间交替设置的第一连接柱底座和第一仿生膜瓣长瓣，所述第一仿生膜瓣长瓣采用仿鸟类翼羽膜瓣结构设置。
15.所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其中，所述第一活塞滑块为两个，分别设置在所述中部仿生放气活门其中一侧两端，并在所述第一活塞滑块末端设置有第一止锁块；
16.所述第二仿生膜瓣单元包括：在两个第一活塞滑块之间设置的与所述第一连接柱底座插入连接的第一连接柱滑盖以及第一仿生膜瓣短瓣；所述第一仿生膜瓣短瓣采用仿鸟类翼羽膜瓣结构设置；
17.所述第二活塞腔体为两个分别设置所述中部仿生放气活门另一侧两端部，所述第二活塞腔体为一长方形活塞腔体，所述第二活塞腔体内凹设置有第二内凹腔；
18.所述第三仿生膜瓣单元包括：在两个所述第二活塞腔体之间交替设置的第二连接柱底座和第二仿生膜瓣长瓣，所述第二仿生膜瓣长瓣采用仿鸟类翼羽膜瓣结构设置。
19.所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其中，所述右端仿生放气活门的所述第二活塞滑块为两个，分别设置在所述右端仿生放气活门其中一侧两端，并在所述第二活塞滑块末端设置有第二止锁块；
20.所述第四仿生膜瓣单元包括：在两个第二活塞滑块之间设置的与所述第二连接柱底座插入连接的第二连接柱滑盖以及第二仿生膜瓣短瓣；所述第二仿生膜瓣短瓣采用仿鸟类翼羽膜瓣结构设置。
21.所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其中，所述活塞一端设置为与所述右端仿生放气活门连接齐平部，所述活塞另一端设置有一用于接收外界主动驱动力的活塞杆，所述活塞杆凸出所述壳体外侧设置。
22.所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其中，所述壳体包括：
23.设置在壳体上端面的上端外壳，所述出风口设置在所述上端外壳的开口上；
24.设置在壳体下端面的下端外壳，所述进风口设置在所述下端外壳的开口上；
25.设置在壳体前端面的前端外壳，
26.设置在壳体后端面的后端外壳，
27.设置在壳体左端面的左端外壳，
28.以及设置在壳体右端面的右端外壳。
29.所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其中，所述左端外壳内侧设置有与所述左端仿生放气活门插入连接的连接柱；
30.所述右端外壳外侧设置有与所述活塞杆活动导向的活塞导向套。
31.所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其中，所述仿生膜瓣短瓣的刚度小于仿生膜瓣长瓣的刚度；
32.所述左端仿生放气活门、中部仿生放气活门、右端仿生放气活门采用航空铝合金材料制备而成；
33.所述上端外壳、所述下端外壳、所述前端外壳、所述后端外壳、所述左端外壳、所述右端外壳采用航空铝合金材料制备而成；
34.所述活塞及活塞杆采用铸铁材料制备而成。
35.一种如上任一项所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的控制方法，其中，包括步骤：
36.所述放气活门装置初始状态为，当压差不足以使各仿生膜瓣单元的仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣发生分离时，仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣保持紧密贴合；
37.当压气机处于高压状态并高于一预定值时且放气活门未收到来自可调静子叶片控制子系统的信号时，放气活门装置中的仿生膜瓣单元的仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣将在压差作用下向一侧弯曲，当仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣弯曲超过一定角度时，相对的仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣保在垂直于放气活门方向上彼此分离，进气口和排气口之间形成可供气体流通的气道，此时放气活门启动自适应功能平衡气压；
38.当可调静子叶片控制子系统的信号传输到可调放气活门控制子系统后，将启动手动开启模式，通过液压系统来带动放气活门的活塞，沿着受力方向控制仿生膜瓣单元阵列会依次打开，相对的仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣沿水平方向分离，形成空隙，气体可在上端外壳开有排气口，下端下外壳开有进气口间自由通过。
39.本发明提供了一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，可以利用压差自动开启或关闭，具有自适应性。可调放气活门控制子系统(vbv)具有迟滞性，每次开启前存在短时高压响应，放气活门可以先自动开启仿生膜瓣，及时平衡压差，避免压力集中，防止零件因瞬时高压老化受损，延长零件寿命；当可调放气活门控制子系统(vbv)发生故障无法及时开启时，本发明的放气活门作为一种保护机制，可以自动开启仿生膜瓣，确保发动机及自身结构安全，避免造成严重安全事故；通过控制放气活门各部分间隔和长短膜瓣在水平方向上的分离程度来控制流量，提升效率，节约能源。
40.本发明仿鸟类翼羽膜瓣结构，设计了一种集自动开启与手动开启于一身的适用于飞机的vbv系统的发动机放气活门装置，结构简单、成本低廉、易于推广。
附图说明
41.图1是鸟类翼羽膜瓣结构示意图。
42.图2是本发明实施例的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的等轴测视图。
43.图3是本发明实施例的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的爆炸结构示意图。
44.图4是本发明实施例的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的俯视图。
45.图5是本发明实施例的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的仰视图。
46.图6是本发明实施例的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的仿生放气活门关闭时的等轴侧视图。
47.图7是本发明实施例的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的仿生放气活门关闭时的俯视图。
48.图8是本发明实施例的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的仿生放气活门开启时的等轴侧视图。
49.图9是本发明实施例的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的仿生放气活门关闭时的a-a截面剖视图。
50.图10是本发明实施例的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的仿生放气活门关闭时的b-b截面剖视图。
51.图11是本发明实施例的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的仿生放气活门开启时的c-c截面剖视图。
52.图12是本发明实施例的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的膜瓣结构开启时的示意图。
53.图13是本发明实施例的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的d-d截面剖视图。
具体实施方式
54.本发明提供一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置及控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
55.除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
56.自然界中的生物为解决工程难题提供了创新思路和灵感来源。例如，鸟类翼羽小枝上生长了膜瓣，如图1所示，图1是鸟类翼羽膜瓣结构示意图，羽小枝的膜瓣沿羽枝根部到羽枝尖端的方向依次搭接到下一个相邻羽小枝上形成可阻挡气流通过的稳定的弹性结构。翼羽膜瓣结构可以发挥类似单向阀的作用，当气流从翼羽背部流向腹部时，其呈开启状态以允许空气流通，而当气流从翼羽腹部流向背部时，其呈关闭状态以捕获空气，当承受一定压力时，膜瓣会向背部一侧发生弯曲，如果压力持续增大超过阈值，膜瓣将与相邻的羽小枝分离形成空隙，允许气流通过以释放压力，防止翼羽羽轴及羽小枝在超压下发生折断破坏。基于工程仿生原理，将鸟类翼羽膜瓣结构引入到新型仿生放气活门的设计中，为本技术的发明人研发开发具有独特机械性能的放气活门装置提供了全新思路。
57.因此，本发明的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，适用于飞机可变放气活门系统(variable bleed valve system,vbv)，属于民用航空领域。所述放气活门装置包
括：上下端外壳、前后端外壳、活塞、右端外壳、左端仿生放气活门、中部仿生放气活门、右端仿生放气活门和左端外壳。所述上下端外壳、前后端外壳与左端外壳和右端外壳连接，仿生放气活门装置由左端仿生放气活门、右端仿生放气活门与中部仿生放气活门由活塞和连接柱连接，其中活塞可以在活塞销座中滑动，实现放气活门的开启与关闭控制。本发明所述的放气活门装置是受鸟类翼羽膜瓣结构启发，放气活门两侧存在压差，导致膜瓣结构发生弯曲，当压差超过临界值，膜瓣长短瓣发生分离形成气道，促使气体排出，达到保护飞机发动机的效果。本发明所述放气活门装置结构简单、稳定可靠、成本低廉、易于推广。
58.实施例1
59.本发明实施例1提供的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其中，包括：
60.壳体100，所述壳体100的上、下端面分别设置有排气口1-3、进气口1-2；
61.左端仿生放气活门7，设置在所述壳体100内，所述左端仿生放气活门7一侧与壳体100内部一侧插入连接，所述左端仿生放气活门7另一侧设置有第一活塞腔体71、以及设置有可通过主动驱动力控制开启或通过超过临界压力的自动气流控制开启的仿鸟类翼羽膜瓣结构的第一仿生膜瓣单元7-1，如图12所示；
62.中部仿生放气活门6，设置在所述壳体100中部、并与所述左端仿生放气活门7连接，所述中部仿生放气活门6其中一侧设置有与所述第一活塞腔体71移动连接的第一活塞滑块62，以及设置有可通过主动驱动力控制开启或通过超过临界压力的自动气流控制开启的仿鸟类翼羽膜瓣结构的第二仿生膜瓣单元6-1，如图12所示；所述中部仿生放气活门6的另一侧设置有第二活塞腔体12、以及设置有可通过主动驱动力控制开启或通过超过临界压力的自动气流控制开启的仿鸟类翼羽膜瓣结构的第三仿生膜瓣单元6-2；本发明实施例中较佳地，所述中部仿生放气活门6为2个依次连接设置，当然在另外的实例中可以根据需要增加中部仿生放气活门6的个数；
63.右端仿生放气活门5，设置在所述壳体100另一侧，与所述中部仿生放气活门6连接，所述右端仿生放气活门5与所述中部仿生放气活门6连接的一侧设置有与所述第二活塞腔体12移动连接的第二活塞滑块51，以及设置有可通过主动驱动力控制开启或通过超过临界压力的自动气流控制开启的仿鸟类翼羽膜瓣结构的第四仿生膜瓣单元5-3；
64.活塞3，设置在所述壳体100另一侧端部，与所述右端仿生放气活门5连接，用于接收外界的主动驱动力，以主动驱动控制所述左端仿生放气活门7、中部仿生放气活门6、右端仿生放气活门5的开启与关闭控制。
65.其中，如图3所示，所述第一活塞腔体71为两个分别设置所述左端仿生放气活门7一侧两端部，所述第一活塞腔体71为一长方形活塞腔体，所述第一活塞腔体71内凹设置有用于容纳所述第一活塞滑块62往返移动的第一内凹腔711，便于第一活塞滑块62插入并在内部往返移动。
66.其中，所述第一仿生膜瓣单元7-1包括：在两个所述第一活塞腔体71之间交替设置的第一连接柱底座72和第一仿生膜瓣长瓣73，所述第一仿生膜瓣长瓣73采用仿鸟类翼羽膜瓣结构设置。
67.本发明较佳地，所述第一活塞滑块62为两个，分别设置在所述中部仿生放气活门6其中一侧两端，并在所述第一活塞滑块62末端设置有第一止锁块621，可以起到活塞作用，并可保证活塞滑块与活塞腔体连接的牢靠性，又可防止所述第一活塞滑块62从所述第一活
塞腔体71内脱落。
68.所述第二仿生膜瓣单元6-1包括：在两个第一活塞滑块62之间设置的与所述第一连接柱底座72插入连接的第一连接柱滑盖63以及第一仿生膜瓣短瓣64；所述第一仿生膜瓣短瓣64采用仿鸟类翼羽膜瓣结构设置；
69.本发明实施例所述的放气活门装置，仿生膜瓣长瓣和仿生膜瓣短瓣是受鸟类翼羽膜瓣结构启发，当放气活门装置两侧存在压差，导致仿生膜瓣长瓣和仿生膜瓣短瓣结构发生弯曲，当压差超过临界值，仿生膜瓣长瓣和仿生膜瓣短瓣发生分离形成气道，促使气体排出，达到保护飞机发动机的效果
。
70.进一步地，所述第二活塞腔体12为两个分别设置所述中部仿生放气活门6另一侧两端部，所述第二活塞腔体12为一长方形活塞腔体，所述第二活塞腔体12内凹设置有第二内凹腔67。
71.如图3和图12所示，所述第三仿生膜瓣单元6-2包括：在两个所述第二活塞腔体12之间交替设置的第二连接柱底座65和第二仿生膜瓣长瓣66，所述第二仿生膜瓣长瓣66采用仿鸟类翼羽膜瓣结构设置。
72.本发明所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，如图3和图12所示，所述右端仿生放气活门5的所述第二活塞滑块51为两个，分别设置在所述右端仿生放气活门5其中一侧两端，并在所述第二活塞滑块51末端设置有第二止锁块511；可以起到活塞作用，并可保证活塞滑块与活塞腔体连接的牢靠性，又可防止所述第二活塞滑块51从所述第二活塞腔体12内脱落。
73.如图3和图12所示，所述第四仿生膜瓣单元5-3包括：在两个第二活塞滑块51之间设置的与所述第二连接柱底座65插入连接的第二连接柱滑盖以及第二仿生膜瓣短瓣；所述第二仿生膜瓣短瓣采用仿鸟类翼羽膜瓣结构设置。
74.本发明实施例中，所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其中，所述活塞3一端设置为与所述右端仿生放气活门5连接齐平部，所述活塞3另一端设置有一用于接收外界主动驱动力的活塞杆31，所述活塞杆31凸出所述壳体100外侧设置。
75.进一步地，本发明实施例所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，如图2和图3所示，所述壳体100包括：
76.设置在壳体100上端面的上端外壳1，所述出风口1-3设置在所述上端外壳1的开口上；
77.设置在壳体100下端面的下端外壳1-1，所述进风口1-2设置在所述下端外壳的开口上；
78.设置在壳体100前端面的前端外壳2，
79.设置在壳体100后端面的后端外壳2-1，
80.设置在壳体100左端面的左端外壳8，
81.以及设置在壳体100右端面的右端外壳4。其中，所述左端外壳8内侧设置有与所述左端仿生放气活门7插入连接的连接柱81；所述左端外壳8通过所述连接柱81与所述左端仿生放气活门7固定连接，这样连接更牢靠方便。
82.进一步地，所述右端外壳4外侧设置有与所述活塞杆31活动导向的活塞导向套41。通过活塞导向套41可以进一步增加所述活塞杆31活动导向方向，并保护所述活塞杆31使用
寿命更长。
83.本发明实施例中较佳地，所述仿生膜瓣短瓣的刚度小于仿生膜瓣长瓣的刚度；第一仿生膜瓣短瓣和第二仿生膜瓣短瓣的刚度小于、所述第一仿生膜瓣长瓣和第二仿生膜瓣长瓣；因为，仿生膜瓣短瓣受气压面积小，而仿生膜瓣长瓣受气压面积大，这样达到仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣同时在压气机处于高压状态并高于一预定值时，仿生膜瓣单元的仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣将在压差作用下同时向一侧弯曲，可以自动开启仿生膜瓣，确保发动机及自身结构安全，避免造成严重安全事故。
84.本发明实施例中，较佳地，所述左端仿生放气活门、中部仿生放气活门6、右端仿生放气活门5采用航空铝合金材料制备而成；所述上端外壳、所述下端外壳、所述前端外壳、所述后端外壳、所述左端外壳、所述右端外壳采用航空铝合金材料制备而成；所述活塞及活塞杆采用铸铁材料制备而成。
85.如图2和图3所示，本发明实施例提供的一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其中，所述上端外壳1、下端外壳1-1与前端外壳2、后端外壳2-1固定连接，上端外壳开有进气口1-2和排气口；所述上端外壳1、下端外壳1-1、前端外壳2、后端外壳2-1与活塞端右端外壳4连接；所述上端外壳1、下端外壳1-1、前端外壳2、后端外壳2-1与左端外壳8连接。所述上端外壳1、下端外壳1-1、前端外壳2、后端外壳2-1、活塞3、右端外壳4和左端外壳8构成仿生放气活门壳体。本发明实施例中，较佳地，所述仿生放气活门外壳为长方体结构，长l1为200mm，宽l2为150mm，高h1为30mm；其中，所述上端外壳1、下端外壳1-1上开有长方形进排气口，较佳地，所述长方形进排气口长l4为110mm，宽l3为100mm，并设有圆角，半径d1为10mm；设置圆角的作用有两个，1).改善出气气流均匀性，2).避免排气口1-3四角发生应力集中，提高零件使用寿命。
86.所述上端外壳1、下端外壳1-1、前端外壳2、后端外壳2-1、左端外壳8、右端外壳4采用航空铝合金材料，铝合金材料型号可以但不限于7050-t7451、7050-7351、7050-t7452、7050-t6、7090-t6。所述上端外壳1、下端外壳1-1上通过冲压形成进气口1-2，壳体固接方式采用螺纹连接或焊接。右端外壳4中心设置液压连杆套筒。
87.如图3和图5所示，左端仿生放气活门7以及左端外壳8连接，较佳地，左端外壳8上的连接柱81与左端仿生放气活门7连接。本发明实施例中较佳地，所述连接柱81的长l5为30mm，所述生放气活门的长l7为110mm，宽l8为150mm，高h2为20mm。本发明实施例中较佳地，仿生放气活门采用航空铝合金材料，铝合金材料型号可以但不限于7050-t7451、7050-7351、7050-t7452、7050-t6、7090-t6。如图3和图5所示，所述右端仿生放气活门5和活塞3固接，活塞可以在仿生放气活门壳体内侧滑动l6为60mm，活塞3及活塞杆(液压连杆)采用铸铁材料，铸铁型号包括但不限于ht100、ht150、ht200、ht250、ht300、ht350。
88.其中，如图3、图5和图8所示，所述左端仿生放气活门7一侧(右侧)两端分别设置第一活塞腔体71供第一活塞滑块62移动，两端的所述第一活塞腔体71之间交替设置第一连接柱底座72和第一仿生膜瓣长瓣73。所述第一活塞腔体71为长方形结构。
89.所述中部仿生放气活门6的一侧(左侧)的两端部设置有与所述第二活塞腔体12配合活塞连接的第一活塞滑块62，两端的第一活塞滑块62中间设置有与第一连接柱底座72插入连接的第一连接柱滑盖63以及第一仿生膜瓣短瓣64，所述中部仿生放气活门6的另一侧(右侧)的两端部位设置第二活塞腔体12，两端的所述第二活塞腔体12之间交替设置第二连
接柱底座65和第二仿生膜瓣长瓣66。本发明实施例中较佳地，所述中部仿生放气活门6为两个，并且两个所述中部仿生放气活门6依次连接。
90.如图2至图13所示，所述右端仿生放气活门5的一侧(内侧)两端设置第二活塞滑块51，两端的第二活塞滑块51之间设置第二连接柱滑盖15和第二仿生膜瓣短瓣52；所述左端仿生放气活门7、两个中部仿生放气活门6和右端仿生放气活门5通过活塞和连接柱进行依次连接，组成仿生放气活门。所述仿生放气活门可以在水平方向(x轴)上滑动，活塞和连接柱为控制放气活门开启和关闭提供足够的灵活度。
91.本发明实施例中仿生膜瓣长瓣和仿生膜瓣短瓣采用模仿鸟类翼羽中的膜瓣结构，并且仿生膜瓣长瓣和仿生膜瓣短瓣交错搭接，部分重叠，组成仿生膜瓣结构，这种结构可以在膜瓣两侧存在一定压差时自动开启或关闭；根据不同型号发动机对放气性能的需求，可以调整仿生膜瓣的大小及个数。
92.进一步地，本发明实施例中，如图3至图9所示，所述左端仿生放气活门7的前后布置的用于活塞滑块移动的第一活塞腔体71的长l9为30mm，如图7所示，第一活塞滑块62可在其中滑动20mm。本发明实施例较佳地，所述第一活塞腔体71通过铝合金压铸制成，两个第一活塞腔体之间交替设置有3个第一连接柱底座72和3个长l
10 20mm，宽l
12 32mm，厚度d
2 2mm第一仿生膜瓣长瓣73，所述第一连接柱底座72上端设置为凸字形通过铣削制成，并焊接于所述左端仿生放气活门7一侧。
93.进一步地，如图2至图11所示，所述中部仿生放气活门6一侧前后部位分别固定连接的第一活塞滑块62之间设置有3个第一连接柱滑盖63，每两个第一连接柱滑盖63的间距l
13
为32mm和3个长l
11 15mm，宽l
12 32mm，厚度d
1 2mm的第一仿生膜瓣短瓣64，所述中部仿生放气活门6的另一侧(右侧)前后部位分别设的第二活塞腔体12之间交替设置有3个第二连接柱底座65和3个长l
10
为32mm，宽l
12
为20mm，高d2为2mm第二仿生膜瓣长瓣66。
94.在一种实施方式中，所述右端仿生放气活门5一侧的前后两端固定连接的第二活塞滑块51，之间设置有3个第二连接柱滑盖15和3个长l
11
为15mm，宽l
12
为32mm，厚d1为2mm第二仿生膜瓣短瓣52，所述第二连接柱滑盖15下部设置有凹槽，所述凹槽通过铣削制成，并焊接于所述右端仿生放气活门5。本发明实施例中，当仿生放气活门完全打开时，仿生放气活门右端5、中部仿生放气活门6和左端仿生放气活门7间距l
13
为60mm，仿生放气活门右端5、中部仿生放气活门6和仿生放气活门左端7底板厚d3为5mm，在水平方向上设置两个中部仿生放气活门6，仿生放气活门共有9个仿生膜瓣单元，其中每一个仿生膜瓣长瓣和一仿生膜瓣短瓣组成一仿生膜瓣单元。本实施例中较佳地，仿生膜瓣长瓣和仿生膜瓣短瓣采用弹性橡胶材料，根据所需仿生放气活门开启的临界压力需要，可用的橡胶材料包括但不限于丁苯橡胶、环氧氯丙烷橡胶、聚异戊二烯橡胶、氢化丁腈橡胶，仿生膜瓣短瓣所用的橡胶材料弹性应小于仿生膜瓣长瓣，保证仿生放气活门未开启时的气密性能；仿生膜瓣长瓣和仿生膜瓣短瓣通过3d打印制成，通过胶粘剂固定于仿生放气活门。
95.本发明中，在x轴方向上装置中间设置2个中部仿生放气活门6，中部两个仿生放气活门6通过活塞腔体配与活塞滑块配合形成的活塞结构、以及第一连接柱滑盖63与第二连接柱底座65配合形成的滑动连接结构连接；而中部相互连接的两个仿生放气活门6两侧分别放置左端仿生放气活门7和右端仿生放气活门5。其中，每行(y轴方向)共有3个仿生膜瓣单元，本发明每列(x轴方向)设置3个仿生膜瓣，仿生放气活门共有3x3，即9个仿生膜瓣单
元。
96.活塞3与右端仿生放气活门5连接，其中，活塞3的活塞杆31通过右端外壳4与液压系统相连，驱动仿生放气活门开启或关闭。随着活塞3的驱动，中间三列仿生膜瓣基本单元依次打开，实现对放气活门的开启或关闭操作，同时，不同列的仿生膜瓣顺次开启。此外，还可以通过选择开启部分膜瓣，达到控制流量的目的。
97.发明原理和工作过程如下：
98.本发明通过模仿鸟类翼羽中的膜瓣结构，设置了一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置。仿生膜瓣结构可以使放气活门自适应开启或关闭以解决可调放气活门控制子系统(vbv)的迟滞性问题。仿生膜瓣结构由相对的仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣保组成，仿生膜瓣短瓣刚度小于长瓣，当压差不足以使长短膜瓣发生分离时，长短膜瓣可以保证紧密贴合，有助于保持整体装置具有良好的气密性。本发明，在水平方向(x轴)上，活塞可以带动仿生放气活门进行相对滑动，使仿生放气活门各部分间距增大，长短膜瓣在水平方向上分离并在中间形成气道，以供气体自由流通，实现对放气活门开关的主动控制。同时，该放气活门的自适应开启功能不需要额外的控制系统，避免了因机械结构润滑欠佳等原因而导致的放气活门故障。
99.本发明实施例的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，工作过程如下：
100.当压气机处于高压状态且放气活门未收到来自vsv系统的信号时，本发明涉及的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置中的仿生膜瓣单元将在压差作用下向一侧弯曲，当弯曲超过一定角度时，相对的仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣保在垂直于放气活门方向上彼此分离，进气口1-2和排气口之间形成可供气体流通的气道，此时放气活门启动自适应功能平衡气压。由于下方的柔性板刚度小于上方柔性板。因此，下方柔性板在弯曲过程中会贴合于上方柔性板直至两个板之间产生间隙，起到保持良好气密性的作用。
101.当可调静子叶片控制子系统(vsv)系统的信号传输到可调放气活门控制子系统(vbv)后，将启动手动开启模式，通过液压系统来带动放气活门的活塞3，沿着受力方向膜瓣阵列会依次打开，膜瓣沿水平方向分离，形成空隙，气体可在上端外壳开有排气口，下端下外壳开有进气口1-2间自由通过。
102.当可调放气活门控制子系统(vbv)发生故障时，放气活门无法正常开启，此时可以利用本发明涉及的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的自适应性，在压差的驱动下使仿生膜瓣弯曲形成间隙，使气体正常流通来确保机体安全。
103.由上可见，本发明实施例的本发明提供了一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，可以利用压差自动开启或关闭，具有自适应性。可调放气活门控制子系统(vbv)具有迟滞性，每次开启前存在短时高压响应，放气活门可以先自动开启仿生膜瓣，及时平衡压差，避免压力集中，防止零件因瞬时高压老化受损，延长零件寿命；当可调放气活门控制子系统(vbv)发生故障无法及时开启时，本发明的放气活门作为一种保护机制，可以自动开启仿生膜瓣，确保发动机及自身结构安全，避免造成严重安全事故；通过控制放气活门各部分间隔和长短膜瓣在水平方向上的分离程度来控制流量，提升效率，节约能源。
104.本发明仿鸟类翼羽膜瓣结构，设计了一种集自动开启与手动开启于一身的适用于飞机vbv系统的发动机放气活门装置，结构简单、成本低廉、易于推广。
105.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可
以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其特征在于，包括：壳体，所述壳体的上、下端面分别设置有排气口、进气口；左端仿生放气活门，设置在所述壳体内，所述左端仿生放气活门一侧与壳体内部一侧插入连接，所述左端仿生放气活门另一侧设置有第一活塞腔体、以及设置有可通过主动驱动力控制开启或通过超过临界压力的自动气流控制开启的仿鸟类翼羽膜瓣结构的第一仿生膜瓣单元；中部仿生放气活门，设置在所述壳体中部、并与所述左端仿生放气活门连接，所述中部仿生放气活门其中一侧设置有与所述第一活塞腔体移动连接的第一活塞滑块，以及设置有可通过主动驱动力控制开启或通过超过临界压力的自动气流控制开启的仿鸟类翼羽膜瓣结构的第二仿生膜瓣单元；所述中部仿生放气活门的另一侧设置有第二活塞腔体、以及设置有可通过主动驱动力控制开启或通过超过临界压力的自动气流控制开启的仿鸟类翼羽膜瓣结构的第三仿生膜瓣单元；右端仿生放气活门，设置在所述壳体另一侧，与所述中部仿生放气活门连接，所述右端仿生放气活门与所述中部仿生放气活门连接的一侧设置有与所述第二活塞腔体移动连接的第二活塞滑块，以及设置有可通过主动驱动力控制开启或通过超过临界压力的自动气流控制开启的仿鸟类翼羽膜瓣结构的第四仿生膜瓣单元；活塞，设置在所述壳体另一侧端部，与所述左端仿生放气活门连接，用于接收外界的主动驱动力，以主动驱动控制所述左端仿生放气活门、中部仿生放气活门、右端仿生放气活门的开启与关闭控制。2.根据权利要求1所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其特征在于，所述第一活塞腔体为两个分别设置所述左端仿生放气活门一侧两端部，所述第一活塞腔体为一长方形活塞腔体，所述第一活塞腔体内凹设置有用于容纳所述第一活塞滑块往返移动的第一内凹腔。3.根据权利要求1所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其特征在于，所述第一仿生膜瓣单元包括：在两个所述第一活塞腔体之间交替设置的第一连接柱底座和第一仿生膜瓣长瓣，所述第一仿生膜瓣长瓣采用仿鸟类翼羽膜瓣结构设置。4.根据权利要求3所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其特征在于，所述第一活塞滑块为两个，分别设置在所述中部仿生放气活门其中一侧两端，并在所述第一活塞滑块末端设置有第一止锁块；所述第二仿生膜瓣单元包括：在两个第一活塞滑块之间设置的与所述第一连接柱底座插入连接的第一连接柱滑盖以及第一仿生膜瓣短瓣；所述第一仿生膜瓣短瓣采用仿鸟类翼羽膜瓣结构设置；所述第二活塞腔体为两个分别设置所述中部仿生放气活门另一侧两端部，所述第二活塞腔体为一长方形活塞腔体，所述第二活塞腔体内凹设置有第二内凹腔；所述第三仿生膜瓣单元包括：在两个所述第二活塞腔体之间交替设置的第二连接柱底座和第二仿生膜瓣长瓣，所述第二仿生膜瓣长瓣采用仿鸟类翼羽膜瓣结构设置。5.根据权利要求4所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其特征在于，所述右端仿生放气活门的所述第二活塞滑块为两个，分别设置在所述右端仿生放气活门其中一侧两端，并在所述第二活塞滑块末端设置有第二止锁块；
所述第四仿生膜瓣单元包括：在两个第二活塞滑块之间设置的与所述第二连接柱底座插入连接的第二连接柱滑盖以及第二仿生膜瓣短瓣；所述第二仿生膜瓣短瓣采用仿鸟类翼羽膜瓣结构设置。6.根据权利要求5所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其特征在于，所述活塞一端设置为与所述左端仿生放气活门连接齐平部，所述活塞另一端设置有一用于接收外界主动驱动力的活塞杆，所述活塞杆凸出所述壳体外侧设置。7.根据权利要求6所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其特征在于，所述壳体包括：设置在壳体上端面的上端外壳，所述出风口设置在所述上端外壳的开口上；设置在壳体下端面的下端外壳，所述进风口设置在所述下端外壳的开口上；设置在壳体前端面的前端外壳，设置在壳体后端面的后端外壳，设置在壳体左端面的左端外壳，以及设置在壳体右端面的右端外壳。8.根据权利要求7所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其特征在于，所述左端外壳内侧设置有与所述左端仿生放气活门插入连接的连接柱；所述右端外壳外侧设置有与所述活塞杆活动导向的活塞导向套。9.根据权利要求7所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置，其特征在于，所述仿生膜瓣短瓣的刚度小于仿生膜瓣长瓣的刚度；所述左端仿生放气活门、中部仿生放气活门、右端仿生放气活门采用航空铝合金材料制备而成；所述上端外壳、所述下端外壳、所述前端外壳、所述后端外壳、所述左端外壳、所述右端外壳采用航空铝合金材料制备而成；所述活塞及活塞杆采用铸铁材料制备而成。10.一种如权利要求1-9任一项所述的仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置的控制方法，其特征在于，包括步骤：所述放气活门装置初始状态为，当压差不足以使各仿生膜瓣单元的仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣发生分离时，仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣保持紧密贴合；当压气机处于高压状态并高于一预定值时且放气活门未收到来自可调静子叶片控制子系统的信号时，放气活门装置中的仿生膜瓣单元的仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣将在压差作用下向一侧弯曲，当仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣弯曲超过一定角度时，相对的仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣保在垂直于放气活门方向上彼此分离，进气口和排气口之间形成可供气体流通的气道，此时放气活门启动自适应功能平衡气压；当可调静子叶片控制子系统的信号传输到可调放气活门控制子系统后，将启动手动开启模式，通过液压系统来带动放气活门的活塞，沿着受力方向控制仿生膜瓣单元阵列会依次打开，相对的仿生膜瓣短瓣和仿生膜瓣长瓣沿水平方向分离，形成空隙，气体可在上端外壳开有排气口，下端下外壳开有进气口间自由通过。

技术总结
本发明公开仿鸟类翼羽膜瓣结构的放气活门装置及控制方法，包括：壳体、活塞、左端仿生放气活门、中部仿生放气活门、右端仿生放气活门，所述壳体的上、下端面分别设置有排气口、进气口。仿生放气活门装置由左端仿生放气活门、右端仿生放气活门与中部仿生放气活门由活塞和连接柱连接，活塞可以在活塞销座中滑动，实现放气活门的开启与关闭控制。本发明所述的放气活门装置是受鸟类翼羽膜瓣结构启发，放气活门两侧存在压差，导致膜瓣结构发生弯曲，当压差超过临界值，膜瓣长短瓣发生分离形成气道，促使气体排出，达到保护飞机发动机的效果。本发明的放气活门装置结构简单、稳定可靠、成本低廉、易于推广。易于推广。易于推广。


技术研发人员：韩志武 于赫瑄 穆正知 宋文达 张芷嫣 王宇飞 张爽 王泽 李博 牛士超 张俊秋 任露泉
受保护的技术使用者：吉林大学威海仿生研究院
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/6/28