一种可调波瓣喷管结构

1.本发明属于发动机波瓣喷管技术领域，尤其涉及一种可调波瓣喷管结构。


背景技术：

2.在战斗机执行任务的过程中，温度较高的排气系统腔体和尾喷流是主要红外辐射源，这导致战斗机成为红外制导武器的探测和攻击目标。目前抑制腔体红外辐射可以通过遮挡技术、冷却气流和隐身涂层等多途径实现，而尾喷流红外辐射抑制较困难，研究表明引射喷管可增强热喷流与引射气流的掺混，从而可降低尾喷流的红外辐射特征。
3.引射喷管中波瓣主喷管相比常规轴对称主喷管，引射混合的速率更高，掺混后出口处的尾喷流温度更低，可以进一步降低尾喷流红外辐射。但是波瓣喷管复杂的结构难以像常规轴对称主喷管那样实现出口面积的调节，不利于发动机在很宽的速度范围内都具有良好的工作性能。为此，亟待设计一种出口面积可调的新型波瓣喷管，以满足当代战斗机的隐身和飞行性能的需求。
4.本发明设计一种可调波瓣喷管结构解决如上问题。


技术实现要素：

5.为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
6.一种可调波瓣喷管结构，它包括飞机后体、引射套筒圆筒段、引射套筒收扩段、主流套筒和波瓣喷管，所述主流套筒的后端通过销轴摆动安装有多组周向均匀分布的波瓣组件；所述波瓣组件包括两个波谷调节片和两个波峰调节片，两个波峰调节片周向相互重叠形成了波峰，两个波谷调节片周向相互重叠形成了波谷；波峰和波谷周向交替分布。
7.相邻的波谷调节片与波峰调节片之间通过同一个销轴连接；引射套筒圆筒段前端的内壁上滑动安装有两个作动环，靠前的作动环通过多个连杆组件分别与波谷调节片连接，靠后的作动环通过多个连杆组件分别与波峰调节片连接，作动环沿着引射套筒圆筒段内壁滑动带动对应的调节片绕着其销轴转动，转动中相邻调节片之间始终保持紧密接触；所述引射套筒圆筒段上安装有多个周向均匀分布的能够控制两个作动环滑动的作动筒。
8.作为优选的方案，所述波峰调节片分为波峰径向调节片和波峰周向调节片，波谷调节片分为波谷径向调节片和波谷周向调节片；组成波峰的两个波峰调节片中的两个波峰周向调节片相互重叠；组成波谷的两个波谷调节片中的两个波谷周向调节片相互重叠；组成波谷的两个波谷调节片中的两个波谷径向调节片与组成波峰的两个波峰调节片中的两个波峰径向调节片中相邻的两个调节片相互重叠。
9.作为优选的方案，组成波峰的两个波峰调节片中的两个波峰周向调节片的圆弧配合面等半径，且绕各自的销轴旋转时始终保持重叠无缝隙；组成波谷的两个波谷调节片中的两个波谷周向调节片的圆弧配合面等半径，且绕各自的销轴旋转时始终保持重叠无缝隙。
10.作为优选的方案，所述波谷中的波谷径向调节片与相邻波峰中的波峰径向调节片
相互平行且共用同一销轴。
11.作为优选的方案，所述波谷中的波谷径向调节片与相邻波峰中的波峰径向调节片的配合面平整无缝隙。
12.作为优选的方案，所述引射套筒圆筒段前端的外圆面上周向均匀地开有多个滑槽，每个作动环的前端面上均周向均匀地固定安装有多个第一连接支耳；引射套筒圆筒段上安装的作动筒与两个作动环上安装的第一连接支耳一一对应；每个作动筒的输出端上均固定安装有一个第一连杆，第一连杆远离作动筒的一端穿过引射套筒圆筒段前端外壁面上所开的滑槽与对应的第一连接支耳铰接。
13.作为优选的方案，所述连杆组件包括第二连接支耳、第二连杆、第三连杆、第一支座、第四连杆、第二支座、第五连杆、第六连杆、第三支座，其中第二连接支耳固定安装在作动环上，第二连杆的一端铰接安装在第二连接支耳上；第一支座固定安装在主流套筒上，第一支座的上侧摆动安装有第三连杆，第三连杆远离第一支座的一端与第二连杆的另一端铰接；第二支座固定安装在主流套筒上，第二支座的上侧摆动安装有第五连杆；第四连杆的一端铰接安装在第五连杆远离第二支座的一端，第四连杆的另一端铰接安装在第三连杆远离第一支座的一端；第三支座固定安装在调节片上，第六连杆的一端铰接安装在第五连杆远离第二支座的一端，第六连杆的另一端铰接安装在第三支座上。
14.作为优选的方案，所述第三连杆、第五连杆、第四连杆以及第一支座和第二支座之间的连线构成了平行四边形结构。
15.作为优选的方案，所述主流套筒的后端固定安装有周向均匀分布的支撑板，调节片上具有支耳，调节片通过其上的支耳与主流套筒上的支撑板通过销轴连接。
16.与现有的技术相比，本发明的优点在于：
17.1、本发明设计的调节装置的调节方式采用固定套筒段和运动段的组合形式，实现了喷管出口面积可调的技术效果；运动段由调节片、作动筒、作动环和连杆等构成，结构简单可靠，且装配方便。
18.2、本发明设计的调节装置采用“主流套筒壁面与调节片壁面组成可调流道壁面，调节片与主流套筒壁面以销轴形式连接，在流道壁面处以与流道等宽的圆弧面形式配合；”、“波谷调节片与波峰调节片以销轴形式连接，波谷调节片和波峰调节片之间的侧壁配合面平整无缝隙；”、“相邻的波谷调节片和波峰调节片叠置”等技术措施使得该调节装置在实现喷管出口面积可调的基础上具有较好的密封性。
19.3、本发明中作动筒位于引射套筒圆筒段机匣外侧，与气流完全隔绝；连杆与作动环位于引射套筒圆筒段内侧，与高温燃气完全隔离；作动筒、作动环和连杆受到气流和高温燃气的影响相对较小，调节装置的可靠性相对较高。
附图说明
20.图1是整体部件剖视示意图。
21.图2是主流套筒的结构示意图。
22.图3是飞机后体、引射套筒圆筒段、主流套筒和调节片的分布示意图。
23.图4是作动筒的安装示意图。
24.图5是引射套筒圆筒段前端的结构示意图。
25.图6是调节片和连杆组件的连接示意图。
26.图7是调节片的安装示意图。
27.图8是调节片的结构示意图。
28.图9是波谷调节片的结构示意图。
29.图10是波峰调节片的结构示意图。
30.图11是作动筒和作动环的连接示意图。
31.图12是连杆组件的结构示意图。
32.图13是波瓣主喷管几何参数示意图。
33.图14是轴对称主喷管使用的几何参数示意图。
34.图中标号名称：1、飞机后体；2、引射套筒圆筒段；3、主流套筒；4、作动筒；5、波瓣组件；6、连杆组件；7、作动环；8、第一连杆；9、滑槽；10、波谷调节片；11、波峰调节片；12、第一连接支耳；13、第二连接支耳；14、第二连杆；15、第三连杆；16、第一支座；17、第四连杆；18、第二支座；19、第五连杆；20、第六连杆；21、第三支座；22、支撑板；23、波峰周向调节片；24、波峰径向调节片；25、波谷周向调节片；26、波谷径向调节片；27、引射套筒收扩段。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例或者附图用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
36.一种可调波瓣喷管结构，如图1、3所示，它包括飞机后体1、引射套筒圆筒段2、主流套筒3、作动筒4、波瓣组件5、连杆组件6、作动环7、引射套筒收扩段27，其中如图3所示，主流套筒3、引射套筒圆筒段2和飞机后体1从内到外依次分布；引射套筒圆筒段2前端与主流套筒3之间的空间形成了低速引射流入口通道，引射套筒圆筒段2的后端具有引射套筒收扩段27，引射套筒收扩段27为射流掺混过程提供空间，使得不同压力的两股流体混合形成混合流；如图7所示，所述主流套筒3的后端通过销轴摆动安装有多组周向均匀分布的波瓣组件5，波瓣组件形成波瓣主喷管，波瓣组件5与主流套筒3之间的圆弧配合面完整且等半径；如图8、9、10所示，所述波瓣组件5包括两个波谷调节片10和两个波峰调节片11，两个波峰调节片11周向相互重叠形成了波峰，两个波谷调节片10周向相互重叠形成了波谷；波峰和波谷周向交替分布；如图8所示，相邻的波谷调节片10与波峰调节片11之间通过销轴连接。
37.主流套筒3的后端固定安装有周向均匀分布的支撑板22，调节片上具有支耳，调节片通过其上的支耳与主流套筒3上的支撑板22通过销轴连接。
38.如图10所示，所述波峰调节片11分为波峰径向调节片24和波峰周向调节片23，如图9所示，波谷调节片10分为波谷径向调节片26和波谷周向调节片25；如图8所示，组成波峰的两个波峰调节片11中的两个波峰周向调节片23相互重叠；组成波谷的两个波谷调节片10中的两个波谷周向调节片25相互重叠；组成波谷的两个波谷调节片10中的两个波谷径向调节片26与组成波峰的两个波峰调节片11中的两个波峰径向调节片24中相邻的两个调节片相互重叠；组成波峰的两个波峰调节片中的两个波峰周向调节片的圆弧配合面等半径，且绕各自的销轴旋转时始终保持重叠无缝隙；组成波谷的两个波谷调节片中的两个波谷周向调节片的圆弧配合面等半径，且绕各自的销轴旋转时始终保持重叠无缝隙；所述波谷中的波谷径向调节片与相邻波峰中的波峰径向调节片相互平行；所述波谷中的波谷径向调节片
与相邻波峰中的波峰径向调节片的配合面平整无缝隙。
39.本发明中因同一波峰中的两个波峰调节片11、同一波谷中的两个波谷调节片10的转轴不共线，周向调节片在摆动过程中不能完全重叠，同时有干涉力存在；在摆动过程中周向调节会变形，但是始终保持部分重叠且重叠处无缝隙，保证了气密性和运动的可行性。
40.如图5所示，所述引射套筒圆筒段2前端的外圆面上周向均匀的开有多个滑槽9，如图2、6所示，引射套筒圆筒段2前端的内壁上滑动安装有两个作动环7，靠前的作动环7通过多个连杆组件6与波谷调节片10连接，靠后的作动环7通过多个连杆组件6与波峰调节片11连接；如图2、11所示，所述两个作动环7上安装的连杆组件6与主流套筒3上安装的波瓣组件5一一对应，每个作动环7的前端面上均周向均匀的固定安装有多个第一连接支耳12；如图2、4所示，多个作动筒4周向均匀地固定安装在引射套筒圆筒段2的外壁上，引射套筒圆筒段2上安装的作动筒4与两个作动环7上安装的第一连接支耳12一一对应；如图11所示，每个作动筒4的输出端上均固定安装有一个第一连杆8，第一连杆8远离作动筒4的一端穿过引射套筒圆筒段2前端外壁面上所开的滑槽9与对应的第一连接支耳12铰接。
41.本发明中作动筒4工作时可伸长或缩短，作动筒4伸长或者缩短时会通过第一连杆8带动作动环7沿着引射套筒圆筒段2内壁面滑动。
42.本发明设计的调节装置采用“主流套筒3壁面与波瓣组件5壁面组成可调流道壁面，波瓣组件5与主流套筒3壁面以销轴形式连接，在流道壁面处以与流道等宽的圆弧面形式配合；”、“波谷调节片10与波峰调节片11以销轴形式连接，波谷调节片10和波峰调节片11之间的侧壁配合面平整无缝隙；”、“相邻、叠置的波谷调节片10和波峰调节片11的圆弧配合面等半径，且绕各自的销轴旋转时始终保持重叠无缝隙”等技术措施使得该调节装置在实现主喷管出口面积可调的基础上具有较好的密封性。
43.本发明中调节片和主流套筒摆动过程中形成的缝隙尽量相对较小，安装时，可合理控制缝隙的大小使得该处的缝隙尽量小，保证整个运动区间内，气流的流动具有较好的密封性，不会导致主流流道内大量的热气进入到次流流道中。
44.如图12所示，所述连杆组件6包括第二连接支耳13、第二连杆14、第三连杆15、第一支座16、第四连杆17、第二支座18、第五连杆19、第六连杆20、第三支座21，其中第二连接支耳13固定安装在作动环7上，第二连杆14的一端铰接安装在第二连接支耳13上；第一支座16固定安装在主流套筒3上，第一支座16的上侧摆动安装有第三连杆15，第三连杆15远离第一支座16的一端与第二连杆14的另一端铰接；第二支座18固定安装在主流套筒3上，第二支座18的上侧摆动安装有第五连杆19；第四连杆17的一端铰接安装在第五连杆19远离第二支座18的一端，第四连杆17的另一端铰接安装在第三连杆15远离第一支座16的一端；第三支座21固定安装在波瓣组件5上，第六连杆20的一端铰接安装在第五连杆19远离第二支座18的一端，第六连杆20的另一端铰接安装在第三支座21上；所述第三连杆15、第五连杆19、第四连杆17以及第一支座16和第二支座18之间的连线构成了平行四边形结构；能够将作动筒的安装靠前，为引射套筒收扩段27调节的作动结构提供安装空间。
45.本发明中作动筒4位于引射套筒圆筒段2机匣外侧，与气流完全隔绝；连杆与作动环7位于引射套筒圆筒段2内侧，与高温燃气完全隔离；作动筒4、作动环7和连杆受到气流和高温燃气的影响相对较小，调节装置的可靠性相对较高。
46.本发明设计的调节装置的调节方式采用固定套筒段和运动段的组合形式，实现了
主喷管出口面积可调的技术效果；运动段由波瓣组件5、作动筒4、作动环7和连杆等构成，结构简单可靠，且装配方便。
47.一般的波瓣出口面积不可调，本发明设计的波瓣主喷管实现了波瓣出口面积的可调，且调节后的波瓣出口面积和各个工况不同飞行速度下的使用改型前普通轴对称主喷管出口面积是相等的，轴对称主喷管改型波瓣主喷管后不影响各个工况下的飞行，保证了目前引射喷管的改型要求。
48.附图13中(a)为主流套筒和波瓣主喷管几何参数示意图，(b)为波瓣尾缘横截面参数示意图；几何参数包括波瓣主喷管长度l、波瓣入口段半径r0、波瓣尾缘波谷处半径r1、波瓣尾缘波峰处半径r2、波瓣尾缘波谷周向角α、波瓣尾缘波峰周向角β、波瓣周期数n(或包含一个完整波峰和一个完整波谷的扇形角度θ＝360
゜
/n)。
49.附图14中(a)为主流套筒和轴对称主喷管的几何参数示意图，(b)为喷管尾缘周向角为2θ的横截面参数示意图。所述的参数包括轴对称喷管长度l、喷管入口段半径r0、喷管尾缘处半径r
p
。
50.在轴对称主喷管向波瓣主喷管改型后调节时，各个工况不同飞行速度下的波瓣收敛段出口面积与改型前轴对称主喷管出口面积是相等的，即满足全任务段发动机对主喷管面积的要求。
51.轴对称主喷管向波瓣主喷管改型后调节时，波瓣主喷管的尾缘参数选择遵循以下公式：
[0052][0053]
飞行状态不同时，主喷管的波瓣处能够调节，改变波瓣主喷管的出口面积，保证主流在波瓣尾缘达到1马赫；引射套筒收扩段也能够随波瓣处的调节而调节，改变引射套筒收扩段喉道面积，从而调节次流流道面积，改变次流流速，实现主流和次流的良好掺混，改变引射套筒收扩段出口面积，使得主流、次流掺混后在引射套筒最后的出口处完全膨胀；针对不同飞行状态，根据飞行状态可以定下主流波瓣出口、引射套筒收扩段喉道的理想面积，在波瓣出口面积一定的情况，可以调节波峰波谷的运动位置，达到较好的掺混效果和较低的气动损失；在具体调节波瓣主喷管时可以将上述两点结合起来以确定波瓣的具体运动位置。
[0054]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
[0055]
实施方式：当使用本发明设计的调节装置，在不同飞行状态下，已知波瓣主喷管出口面积，引射套筒收扩段的喉道和出口面积；调节波瓣时，当发动机处于某一状态时，根据该状态下波瓣主喷管的面积，可控制作动筒4工作，作动筒4工作时可伸长或缩短，作动筒4伸长或者缩短时会通过第一连杆8带动作动环7沿着引射套筒圆筒段2内壁面滑动；当作动环7被驱动沿着引射套筒圆筒段2内壁面滑动时，作动环7会通过第二连接支耳13、第二连杆14、第三连杆15、第四连杆17、第五连杆19拉动对应的调节片绕着各自的销轴相对主流套筒3摆动，实现波峰和波谷的调节。

技术特征：
1.一种可调波瓣喷管结构，包括飞机后体、引射套筒圆筒段、引射套筒收扩段、主流套筒，其特征在于：所述主流套筒的后端通过销轴摆动安装有多组周向均匀分布的波瓣组件；所述波瓣组件包括两个波谷调节片和两个波峰调节片，两个波峰调节片周向相互重叠形成了波峰，两个波谷调节片周向相互重叠形成了波谷；波峰和波谷周向交替分布；相邻的波谷调节片与波峰调节片之间通过同一个销轴连接；引射套筒圆筒段前端的内壁上滑动安装有两个作动环，靠前的作动环通过多个连杆组件分别与波谷调节片连接，靠后的作动环通过多个连杆组件分别与波峰调节片连接，作动环沿着引射套筒圆筒段内壁滑动带动对应的调节片绕着其销轴转动，转动中相邻调节片之间始终保持紧密接触；所述引射套筒圆筒段上安装有多个周向均匀分布的能够控制两个作动环滑动的作动筒。2.根据权利要求1所述的一种可调波瓣喷管结构，其特征在于：所述波峰调节片分为波峰径向调节片和波峰周向调节片，波谷调节片分为波谷径向调节片和波谷周向调节片；组成波峰的两个波峰调节片中的两个波峰周向调节片相互重叠；组成波谷的两个波谷调节片中的两个波谷周向调节片相互重叠；组成波谷的两个波谷调节片中的两个波谷径向调节片与组成波峰的两个波峰调节片中的两个波峰径向调节片中相邻的两个调节片相互重叠。3.根据权利要求2所述的一种可调波瓣喷管结构，其特征在于：组成波峰的两个波峰调节片中的两个波峰周向调节片的圆弧配合面等半径，且绕各自的销轴旋转时始终保持重叠无缝隙；组成波谷的两个波谷调节片中的两个波谷周向调节片的圆弧配合面等半径，且绕各自的销轴旋转时始终保持重叠无缝隙。4.根据权利要求2所述的一种可调波瓣喷管结构，其特征在于：所述波谷中的波谷径向调节片与相邻波峰中的波峰径向调节片相互平行且共用同一销轴。5.根据权利要求4所述的一种可调波瓣喷管结构，其特征在于：所述波谷中的波谷径向调节片与相邻波峰中的波峰径向调节片的配合面平整无缝隙。6.根据权利要求1所述的一种可调波瓣喷管结构，其特征在于：所述引射套筒圆筒段前端的外圆面上周向均匀地开有多个滑槽，每个作动环的前端面上均周向均匀地固定安装有多个第一连接支耳；引射套筒圆筒段上安装的作动筒与两个作动环上安装的第一连接支耳一一对应；每个作动筒的输出端上均固定安装有一个第一连杆，第一连杆远离作动筒的一端穿过引射套筒圆筒段前端外壁面上所开的滑槽与对应的第一连接支耳铰接。7.根据权利要求6所述的一种可调波瓣喷管结构，其特征在于：所述连杆组件包括第二连接支耳、第二连杆、第三连杆、第一支座、第四连杆、第二支座、第五连杆、第六连杆、第三支座，其中第二连接支耳固定安装在作动环上，第二连杆的一端铰接安装在第二连接支耳上；第一支座固定安装在主流套筒上，第一支座的上侧摆动安装有第三连杆，第三连杆远离第一支座的一端与第二连杆的另一端铰接；第二支座固定安装在主流套筒上，第二支座的上侧摆动安装有第五连杆；第四连杆的一端铰接安装在第五连杆远离第二支座的一端，第四连杆的另一端铰接安装在第三连杆远离第一支座的一端；第三支座固定安装在调节片上，第六连杆的一端铰接安装在第五连杆远离第二支座的一端，第六连杆的另一端铰接安装在第三支座上。8.根据权利要求7所述的一种可调波瓣喷管结构，其特征在于：所述第三连杆、第五连杆、第四连杆以及第一支座和第二支座之间的连线构成了平行四边形结构。9.根据权利要求1所述的一种可调波瓣喷管结构，其特征在于：所述主流套筒的后端固
定安装有周向均匀分布的支撑板，调节片上具有支耳，调节片通过其上的支耳与主流套筒上的支撑板通过销轴连接。

技术总结
本发明属于发动机波瓣喷管技术领域，尤其涉及一种可调波瓣喷管结构，它包括飞机后体、引射套筒圆筒段、引射套筒收扩段、主流套筒、作动筒、调节片、连杆组件、作动环；其中主流套筒、引射套筒圆筒段和飞机后体从内到外依次分布；主流套筒的后端通过销轴摆动安装有多组周向均匀分布的调节片，调节片与主流套筒之间的圆弧配合面完整且等半径；一般的波瓣喷管出口面积不可调，本发明设计的波瓣主喷管实现了波瓣出口面积的可调，且调节后的波瓣出口面积和各个工况不同飞行速度下的改型前轴对称主喷管出口面积是相等的。运动段由调节片、作动筒、作动环和连杆等构成，结构简单可靠，且装配方便。且装配方便。且装配方便。


技术研发人员：俞凡 王丰 施小娟 吉洪湖
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/5/25