具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管

1.本发明涉及航空发动机推力矢量喷管技术领域，具体为一种具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管。


背景技术：

2.现代化战争中，为了保证地面、水面部队及设备的安全，掌握战场制空权极其重要，这对飞行器强隐身、超机动、超视距等性能的要求日益提高，发动机尾喷管在提高战机综合性能中发挥着极其重要的作用。
3.首先是战机需要在提高隐身性、减少不必要活动零件的同时，保持高机动性。推力矢量技术的应用能够大幅提高战机的超机动性和敏捷性，特别是在过失速状态下能为战机提供所需的控制力矩，从而提高了战机的作战效能。目前投入运用的机械式推力矢量喷管虽然能满足现役飞行器的需求，但是其也存在由于活动部件多而导致的重量大、密封性差、维护性差、结构复杂、冷却困难等缺陷，这些缺陷直接影响到发动机的气动性能甚至是寿命，并且会增加喷管的雷达反射面积，降低了战机的隐身性。其中，喉道偏移式气动矢量喷管作为新兴的气动推力矢量喷管的一种，通过二次流来实现对主流的调节和控制，具有总体结构简单、矢量性能突出的特点，受到了越来越多的重视。传统的喉道偏移式气动矢量喷管具体结构有喷管进口截面、等直段、一喉道前部收敛段、一喉道截面、二喉道截面前部扩张收敛段（喷管凹腔）、二喉道截面。
4.其次是随着现代战争对战机综合性能要求的提高，使得飞机航程增加、机载设备增多，导致战机重量增加、降落时的惯性更大、降落时的滑跑距离更长，这就要求战机具备更高效的减速装置。相对于只考虑着陆安全性的民用飞机，军用飞机必须考虑到战争期间跑道被破坏的影响。反推力装置通过改变发动机排气系统气流的排出方向，使气流喷向发动机的斜前方，为飞行器提供一个额外的反向推力，使战机在着陆滑跑的过程中达到快速减速的目的。对民用飞机而言，使用反推力装置后，飞机着陆滑跑的距离大大缩短，可以从3000m缩短至450m以内，降低了机场建设的要求，在跑道潮湿、结冰等不良条件下，优势更加明显，而且用反推力装置可以使飞机的减速过程更加平稳可靠，安全性更高。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明提出一种具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，通过喷管后体滑块在喷管侧壁面上的滑槽内滑动，改变喷管的内流道，产生反推力，有效缩短了飞行器降落时的滑跑距离。
6.技术方案：具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，其特征在于，包括依次连通的喷管进口截面、等直段、一喉道前部收敛段、一喉道截面、喷管后体、喷管凹腔和二喉道截面；所述喷管凹腔设置于所述一喉道截面和所述二喉道截面之间，所述喷管后体的两侧均上下对称固定连接有喷管后体滑块；
所述具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管还包括两个侧壁面，两个所述侧壁面分别设于所述一喉道前部收敛段和所述喷管后体的两侧，且两个所述侧壁面上均开设有滑槽，所述滑槽内均滑动连接所述喷管后体滑块；将所述具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管分为固定部和运动部两部分，其中所述运动部即所述喷管后体。
7.优选的，所述喷管进口截面与所述一喉道截面、二喉道截面相互平行。
8.优选的，所述喷管后体滑块和滑槽均为圆环的一段；其中，所述喷管后体滑块对应的圆心角θ的取值范围为0-80
°
，所述滑槽对应的圆心角θ1的取值范围为0-150
°
。
9.优选的，所述滑槽的右侧为第一极限位置，其左侧为第二极限位置；当所述喷管后体滑块位于第一极限位置时，所述固定部和运动部之间形成反推气流通道，气流经过所述反推气流通道向具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管的斜前方喷出，产生反推力。
10.优选的，随着所述喷管后体滑块由第二极限位置移动至第一极限位置，反推气流通道开度逐渐增加，气流逐渐从反推气流通道向具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管的斜前方喷出，产生的反推力逐渐增大。
11.优选的，所述喷管后体滑块在喷管侧壁面的滑槽内滑动时，所述喷管后体滑块到二喉道截面的距离l分别为所述喷管凹腔lc长度的10%
ꢀ‑ꢀ
50%。
12.优选的，所述喷管后体滑块位于第一极限位置和第二极限位置时，即喷管反推功能开启和关闭时，喷管后体均能发挥作用。
13.优选的，l1为喷管滑块的厚度，为保证滑块的结构强度，应满足3%≤（l
1 / lc）*100%≤7%。
14.有益效果：本发明提供的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，相对于现有技术，具有以下优点：（1）提出了一种具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，为具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管与飞机后机体一体化提供了一种新的形式。
15.（2）可通过控制喷管后体滑块在滑槽中的位置来控制反推气流通道的开度，进而控制喷管反推力的大小。
附图说明
16.图1是本发明所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管（反推功能关闭，滑槽在后）的三维主视图。
17.图2是本发明所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管（反推功能关闭，滑槽在前）的三维主视图。
18.图3是本发明所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管（反推功能关闭，去掉滑槽所在的固定壁面）的二维示意图。
19.图4是本发明所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管（反推功能开启，滑槽在后）的三维主视图。
20.图5是本发明所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管（反推功能开启，滑槽在前）的三维主视图。
21.图6是本发明所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管反推功能开启/关
闭时（去掉滑槽所在的固定壁面）的二维对比图。
22.图7是本发明所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管反推流量系数变化规律图。
23.图8是本发明所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管反推效率变化规律图。
24.图中：喷管进口截面（1）、等直段（2）、一喉道前部收敛段（3）、一喉道截面（4）、喷管后体（5）、喷管后体滑块（6）、二喉道截面（7）。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
26.图1、图2为具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管示意图，此时喷管后体滑块位于第二极限位置，反推功能关闭，所述示意图依次包括喷管进口截面（1）、等直段（2）、一喉道前部收敛段（3）、一喉道截面（4）、喷管后体（5）、喷管后体滑块（6）、二喉道截面（7），其特征在于，喷管为二元结构，图3为去掉喷管侧壁面时的二维示意图。
27.将所述具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管分为固定部和运动部两部分，其中所述运动部即所述喷管后体。
28.其中，喷管后体、喷管后体滑块和喷管侧壁面的滑槽共同组成了本发明的作动机构。
29.需保证喷管后体滑块的喷管侧壁面的滑槽所对应圆环的圆心位于喷管上下两侧凹腔外壁面之间的区域，将喷管后体滑块由第二极限位置滑动到第一极限位置为喷管反推功能开启的过程，从而保证喷管固定壁面上的滑槽和喷管后体滑块无论喷管后体在任何姿态时，均不影响喷管的内流道。
30.当反推功能关闭时，喷管固定壁面和喷管后体内流道平滑连接，共同组成了喷管的内流道；所述喷管后体滑块和喷管固定壁面上的滑槽均为圆环的一段，以此限定了喷管后体的运动姿态，喷管后体通过喷管后体滑块在喷管固定壁面上的滑槽内由第二极限位置滑动到第一极限位置，使喷管内流道发生改变，气流由反推气流通道喷向喷管的斜前方，从而产生反推力。
31.当喷管后体滑块位于第二极限位置时，喷管反推功能关闭，喷管内流道即为典型喉道偏移式气动矢量喷管的内流道，此时本发明对原喉道偏移式气动矢量喷管的性能没有影响。
32.如图3所示，对于本发明所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，θ为喷管后体滑块圆心角，θ1为喷管固定壁面上滑槽的圆心角，l为喷管后体滑块到喷管二喉道截面的距离，lc为喷管凹腔的长度，l1为喷管滑块的厚度。
33.图4、图5为喷管反推功能开启时的示意图，此时喷管后体滑块位于第一极限位置，反推功能开启，喷管后体上板和喷管后体下板相接触，反推气流通道开启，气流向喷管的斜前方喷出，喷管产生反推力。
34.图6中的虚线部分即为反推功能开启时的示意图，实线部分为为反推功能关闭时的示意图。
35.为了使喷管后体滑块和喷管侧壁面上的滑槽不影响喷管反推功能开启/关闭时的
内流道，同时缩短喷管后体的运动距离，选定喷管后体滑块圆心角θ的范围为0-80
°
，喷管固定壁面上滑槽圆心角θ1的范围为0-150
°
；喷管后体滑块在喷管固定壁面的滑槽内滑动时，喷管后体滑块到二喉道的距离l和喷管凹腔长度lc满足10%≤（l / lc）*100%≤50%，此时喷管的反推流量系数可达0.98，反推效率可达0.70，如图7、图8所示；同时，为保证滑块的结构强度，应满足3%≤（l
1 / lc）*100%≤7%。
36.喷管后体滑块应配备有伺服机构，使得上下两个喷管后体滑块6运动的时候保持同步。
37.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，其特征在于，包括依次连通的喷管进口截面（1）、等直段（2）、一喉道前部收敛段（3）、一喉道截面（4）、喷管后体（5）、喷管凹腔和二喉道截面（7）；所述喷管凹腔设置于所述一喉道截面（4）和所述二喉道截面（7）之间，所述喷管后体（5）的两侧均上下对称固定连接有喷管后体滑块（6）；所述具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管还包括两个侧壁面，两个所述侧壁面分别设于所述一喉道前部收敛段（3）和所述喷管后体（5）的两侧，且两个所述侧壁面上均开设有滑槽，所述滑槽内均滑动连接所述喷管后体滑块（6）；将所述具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管分为固定部和运动部两部分，其中所述运动部即所述喷管后体（5）。2.根据权利要求1所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，其特征在于，所述喷管进口截面（1）与所述一喉道截面（4）、二喉道截面（7）相互平行。3.根据权利要求1所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，其特征在于，所述喷管后体滑块（6）和滑槽均为圆环的一段；其中，所述喷管后体滑块（6）对应的圆心角θ的取值范围为0-80
°
，所述滑槽对应的圆心角θ1的取值范围为0-150
°
。4.根据权利要求1所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，其特征在于，所述滑槽的右侧为第一极限位置，其左侧为第二极限位置；当所述喷管后体滑块（6）位于第一极限位置时，所述固定部和运动部之间形成反推气流通道，气流经过所述反推气流通道向具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管的斜前方喷出，产生反推力。5.根据权利要求4所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，其特征在于，随着所述喷管后体滑块（6）由第二极限位置移动至第一极限位置，反推气流通道开度逐渐增加，气流逐渐从反推气流通道向具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管的斜前方喷出，产生的反推力逐渐增大。6.根据权利要求4所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，其特征在于，所述喷管后体滑块（6）在喷管侧壁面的滑槽内滑动时，所述喷管后体滑块（6）到二喉道截面（7）的距离l为所述喷管凹腔l
c
长度的10%
ꢀ‑ꢀ
50%。7.根据权利要求4所述的具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，其特征在于，所述喷管后体滑块（6）位于第一极限位置和第二极限位置时，即喷管反推功能开启和关闭时，喷管后体（5）均能发挥作用。

技术总结
本发明公开了具有反推功能的喉道偏移式气动矢量喷管，包括喷管本体，其内流道依次包括喷管进口截面、等直段、一喉道前部收敛段、一喉道截面、二喉道截面、一喉道截面和二喉道截面之间的喷管凹腔；喷管本体为二元式双喉道喷管；喷管本体的内流道由喷管固定壁面内腔以及喷管后体内腔拼接而成；喷管后体沿喷管本体内流道分成喷管后体上板和喷管后体下板；喷管后体上板、喷管后体下板通过连接滑块在喷管侧壁面的滑槽内滑动。本发明不需要专门设计反推力装置，在喷管增加了反推功能的同时，实现了喷管后体的功能共用，减小了喷管重量的增加程度。度。度。


技术研发人员：张玉顶 徐惊雷 黄帅 潘睿丰 张玉琪 李瑶
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/6/26