一种用于航发尾喷管冷气通道的可调降压装置

1.本发明属于航空发动机热管理技术领域，涉及一种用于带隔热屏的航空发动机尾喷管的冷气通道可调降压装置。


背景技术：

2.随着超音速航空发动机推力性能的提高，通过尾喷管的主流燃气温度也越来越高，对超音速航空发动机尾喷管收缩和扩张调节片及其控制系统造成极大威胁。尾喷管中应用带冷却气孔的隔热屏与尾喷管收缩和扩张调节片形成冷气通道，冷气通道和隔热屏将超音速航空发动机尾喷管收缩和扩张调节片及其控制系统与高温主流燃气隔开，能够有效保护超音速航空发动机尾喷管收缩和扩张调节片及其控制系统。
3.超音速航空发动机尾喷管主流燃气通过喉部时达到音速，并在扩张段进入超音速，主流燃气压力大幅降低，而冷气通道内一直维持高压状态基本不变，造成扩张段通过隔热屏冷却气孔的压差过大，致使扩张段冷气在冷气通道和主流燃气高压差作用下用量过高，同时对主流产生强烈扰动，影响推力性能。目前，冷气通道中通常没有降压装置或无法调节的迷宫式降压装置。迷宫式降压装置结构过于复杂对整体结构的减重设计带来挑战，且该结构不具有可调节性，不具有使冷气通道压力降压程度与不同飞行工况主流压降及时匹配的功能。
4.为使喷管冷气通道压降程度与主流扩张段快速降压相匹配，本发明设计一种用于带隔热屏航空发动机尾喷管冷气通道的可调降压装置。


技术实现要素：

5.针对现用航空发动机尾喷管热防护工艺，本发明从结构和功能上进行以下设计，提供一种用于带隔热屏航空发动机尾喷管冷气通道的可调降压装置。
6.本发明所采用的技术方案为：
7.一种用于带隔热屏的航空发动机尾喷管冷气通道的可调降压装置，所述的可调降压装置包括：尾喷管ⅰ和可调降压装置ⅱ。
8.所述尾喷管ⅰ包括隔热屏6、调节片7，隔热屏6、调节片7通过螺杆固定连接。所述隔热屏6设置在调节片7的内侧，与所述调节片7之间形成冷气通道。所述调节片7与整个可调降压装置外部的作动器连接，作动器带动调节片7动作。
9.所述可调降压装置ⅱ布置于尾喷管ⅰ内，包括凸轮节流结构1、通流孔2、轴承结构3、转轴4、作动杆5。所述可调降压装置主体为凸轮节流结构1，设置在所述调节片7与隔热屏6之间的冷气流道中，凸轮节流结构1两侧交叉排布置有通流孔2。所述凸轮节流结构1的两端固定在轴承结构3上，两个轴承结构3安装于调节片7内表面，所述轴承结构3还与转轴4连接，受力能够实现转动，轴承结构3带动凸轮节流结构1同步运动。所述的作动杆5的一端固定在轴承结构3上，另一端与外部作动器连接，作动器带动作动杆5动作，凸轮节流结构1通过作动杆5实现联动。
10.通过作动杆5实现凸轮节流结构1转动不同角度，进而控制流道横截面积变化，即控制冷气通道通流面积，起节流降压的效果，实现不同工况下冷气通道压力与主流压力的快速匹配；同时，该转动角度可与调节片7运动角度同步调节，使冷气通道压力降压程度与不同工况主流压降及时快速匹配。
11.进一步的，所述的凸轮节流结构1为中空结构，其垂向截面为锥形结构，其尺寸由靠近隔热屏6的一端向靠近调节片7的方向递增；两侧面均间隔设有多个通流孔2，且两侧面的通流孔2交叉排布。能够满足通过转动不同角度控制流道横截面积变化，起节流降压的效果，同时该转动角度可与调节片运动角度相应调节，使冷气通道压力降压程度与不同工况主流压降及时匹配。
12.进一步的，所述的冷气流道入口高度为15-20mm。
13.进一步的，所述凸轮节流结构1的垂向高度为12-18mm，最大宽为2-6mm，最大节流状态节流面积为通流面积1/2～3/4；最小节流状态节流面积为通流面积1/8～1/4。
14.本发明的有益效果为：1)本发明实现了航空发动机尾喷管冷气通道冷气的节流降压效果；2)利用凸轮节流结构与联动装置实现随调节片偏转同步调节冷气流道横截面积的功能，从而达到冷气通道压力变化程度与主流压力变化程度快速匹配的效果；3本发明设计的降压装置有利于实现航空发动机尾喷管的轻量化设计。
附图说明
15.图1为可调降压的尾喷管冷器通道示意图；
16.图2为可调降压装置不同节流状态；
17.图3为可调降压装置在地面台架工况与超音速巡航工况下的降压效果；
18.图中：1凸轮节流结构；2通流孔；3轴承结构；4转轴；5作动杆；6隔热屏；7调节片。
具体实施方式
19.本发明将参考附图来详细说明。
20.介绍本发明的主要结构部分。
21.一种用于带隔热屏的航空发动机尾喷管冷气通道的可调降压装置，所述的可调降压装置包括：尾喷管ⅰ和可调降压装置ⅱ。
22.所述尾喷管ⅰ包括隔热屏6、调节片7，隔热屏6、调节片7通过螺杆固定连接。所述隔热屏6设置在调节片7的内侧，与所述调节片7之间形成冷气通道。所述调节片7与整个可调降压装置外部的作动器连接，作动器带动调节片7动作。
23.所述可调降压装置ⅱ布置于尾喷管ⅰ内，包括凸轮节流结构1、通流孔2、轴承结构3、转轴4、作动杆5。所述可调降压装置主体为凸轮节流结构1，设置在所述调节片7与隔热屏6之间的冷气流道中，凸轮节流结构1两侧交叉排布置有通流孔2。所述凸轮节流结构1的两端固定在轴承结构3上，两个轴承结构3安装于调节片7内表面，所述轴承结构3还与转轴4连接，受力能够实现转动，轴承结构3带动凸轮节流结构1同步运动。所述的作动杆5的一端固定在轴承结构3上，另一端与外部作动器连接，作动器带动作动杆5动作，凸轮节流结构1通过作动杆5实现联动。
24.通过作动杆5实现凸轮节流结构1转动不同角度，进而控制流道横截面积变化，即
控制冷气通道通流面积，起节流降压的效果，实现不同工况下冷气通道压力与主流压力的快速匹配；同时，该转动角度可与调节片7运动角度同步调节，使冷气通道压力降压程度与不同工况主流压降及时快速匹配。
25.本实施例中，所述的凸轮节流结构1为中空结构，其垂向截面为锥形结构，其尺寸由靠近隔热屏6的一端向靠近调节片7的方向递增；两侧面均间隔设有多个通流孔2，且两侧面的通流孔2交叉排布。
26.本实施例中，所述的冷气流道入口高度为20mm。
27.本实施例中，所述凸轮节流结构1的垂向高度为15mm，最大宽为6mm，最大节流状态节流面积为通流面积3/4；最小节流状态节流面积为通流面积1/4。
28.为适应飞机在不同工作状态下的需求，得到尽可能大的推力系数和较低的耗油率，尾喷管通过调节片7运动实现喷管喉部面积和出口面积的变化当调节片7扩张角增大/减小时，凸轮节流结构相应转动一定角度，增大/减小冷气通道通流面积：当俯仰角变化时，本降压结构通过联动装置5实现凸轮节流结构1与调节片7同步运动，当调节片7扩张角增大/减小时，凸轮节流结构1相应转动一定角度，增大/减小冷气通道通流面积。当俯仰角达最大需求时，凸轮节流结构1转至最小节流状态，适应主流流量变化；当俯仰角最小需求时，凸轮节流结构1转至最大节流状态，实现冷气侧最佳降压效果，从而实现冷气通道压力变化程度与主流压力变化程度快速匹配。
29.以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于带隔热屏的航空发动机尾喷管冷气通道的可调降压装置，其特征在于，所述的可调降压装置包括：尾喷管(ⅰ)和可调降压装置(ⅱ)；所述尾喷管(ⅰ)包括隔热屏(6)、调节片(7)，所述隔热屏(6)设置在调节片(7)的内侧，与调节片(7)之间形成冷气通道；所述调节片(7)与外部作动器连接；所述可调降压装置(ⅱ)布置于尾喷管(ⅰ)内，其主体为凸轮节流结构(1)，凸轮节流结构(1)转动不同角度能够控制流道横截面积变化，起节流降压的效果，实现不同工况下冷气通道压力与主流压力的快速匹配；同时，该转动角度可与调节片(7)运动角度同步调节，使冷气通道压力降压程度与不同工况主流压降及时快速匹配。2.根据权利要求1所述的一种用于带隔热屏的航空发动机尾喷管冷气通道的可调降压装置，其特征在于，所述可调降压装置(ⅱ)包括凸轮节流结构(1)、通流孔(2)、轴承结构(3)、转轴(4)、作动杆(5)；所述凸轮节流结构(1)设置在冷气流道中，凸轮节流结构(1)两侧交叉排布置有通流孔(2)；所述凸轮节流结构(1)的两端固定在轴承结构(3)上，两个轴承结构(3)安装于调节片(7)内表面，所述轴承结构(3)还与转轴(4)连接，受力能够实现转动，轴承结构(3)带动凸轮节流结构(1)同步运动；所述的作动杆(5)的一端固定在轴承结构(3)上，另一端与外部作动器连接，作动器带动作动杆(5)动作，凸轮节流结构(1)通过作动杆(5)实现联动。3.根据权利要求2所述的一种用于带隔热屏的航空发动机尾喷管冷气通道的可调降压装置，其特征在于，所述的凸轮节流结构(1)为中空结构，其垂向截面为锥形结构，其尺寸由靠近隔热屏(6)的一端向靠近调节片(7)的方向递增；两侧面均间隔设有多个通流孔(2)，且两侧面的通流孔(2)交叉排布。4.根据权利要求3所述的一种用于带隔热屏的航空发动机尾喷管冷气通道的可调降压装置，其特征在于，所述凸轮节流结构(1)的垂向高度为12-18mm，最大宽为2-6mm，最大节流状态节流面积为通流面积1/2～3/4；最小节流状态节流面积为通流面积1/8～1/4。5.根据权利要求1所述的一种用于带隔热屏的航空发动机尾喷管冷气通道的可调降压装置，其特征在于，所述的冷气流道入口高度为15-20mm。

技术总结
本发明提供一种用于带隔热屏的航空发动机尾喷管的冷气通道可调降压装置，属于航空发动机热管理技术领域。该装置包括尾喷管和可调降压装置，所述尾喷管包括调节片和隔热屏，所述隔热屏设置在所述调节片的内侧，与所述外壁形成冷气通道；所述可调降压装置为凸轮结构，设置在所述外壁与所述隔热屏之间。本发明主要利用在尾喷管的冷气腔内设置凸轮降压结构有效降低冷气的压力，起到在降低尾喷管对冷气的需求量的同时提高冷却效果的作用，能够实现冷气通道压降程度与不同工况主流压降及时匹配的功能。的功能。的功能。


技术研发人员：刘红 马天歌 奚溪 徐胜利 王博 谢蓉 赵传奇 叶留增 李季
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/22