專利名稱：差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管。
背景技術(shù)：
高超聲速飛行器被譽(yù)為是繼螺旋槳和噴氣式飛機(jī)之后世界航空史上的第三次“革命”，也是二十一世紀(jì)航空航天領(lǐng)域的技術(shù)制高點(diǎn)，開展高超聲速飛行器研究具有前瞻性、 戰(zhàn)略性和帶動(dòng)性，將對(duì)軍事、經(jīng)濟(jì)和人類社會(huì)文明產(chǎn)生不可估量的深遠(yuǎn)影響。動(dòng)力裝置是能否實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行的主要關(guān)鍵技術(shù)。為了兼顧安全性、經(jīng)濟(jì)性和作戰(zhàn)效能的綜合要求，采用吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的高超聲速飛行器的飛行包線十分寬廣 (高度0 40km或更高，飛機(jī)馬赫數(shù)從亞聲、跨聲、超聲速到高超聲速)，這要求飛行器/推進(jìn)系統(tǒng)/尾噴管進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。單邊膨脹噴管(SERN)由于直接使用飛行器的后體下表面作為外膨脹面，使其具有獨(dú)特的滿足大膨脹比的能力。而且SERN的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使其在非設(shè)計(jì)高度飛行時(shí)，噴管具有一定的自適應(yīng)補(bǔ)償特性。這些優(yōu)點(diǎn)使得單邊膨脹噴管成為未來高超聲速飛行器最有可能采用的噴管類型?？傮w上來說，單邊膨脹噴管具有如下六大特點(diǎn)噴管落壓比非常大，達(dá)到三位數(shù)；噴管喉道面積(A8)變化范圍非常大；噴管出口面積(A9)以及A9/A8變化范圍很大；通過噴管的流量大，變化范圍大；噴管的熱負(fù)荷高；要求噴管在寬廣的飛行包線內(nèi)具有較高的推力系數(shù)。其實(shí)，除了這“四大兩高”以外，考慮到噴管的實(shí)際裝機(jī)和使用，還應(yīng)從進(jìn)氣道，發(fā)動(dòng)機(jī)和噴管的匹配角度以及與機(jī)體一體化設(shè)計(jì)等方面綜合研究排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足噴管主要工作狀態(tài)以及推力性能要求，本發(fā)明提出了一種差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管的解決方案。在設(shè)計(jì)點(diǎn)噴管面積比A9/A8達(dá)到8，落壓比約為100，可以滿足大膨脹比高落壓比要求；噴管喉道面積(A8)雙邊可調(diào)且可以實(shí)施差動(dòng)式調(diào)節(jié)，在整個(gè)飛行包線內(nèi)都滿足發(fā)動(dòng)機(jī)流量變化要求；噴管出口面積(A9)可調(diào)，在一定的飛行馬赫數(shù)范圍內(nèi)可以滿足燃?xì)饫硐胪耆蛎浺?；噴管的上腹板分為可調(diào)上腹板和固定上腹板，兩者之間存在一定的間隙，其中固定上腹板直接利用飛行器后體，這樣可以降低運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的操縱力。在跨聲速和低超聲速飛行條件下可以通過間隙向固定上腹板注入從前機(jī)身泄除的邊界層，這樣可以提高固定上腹板的壁面靜壓從而減小氣流過膨脹引起的推力損失，同時(shí)降低飛行器的俯仰力矩，保證了噴管在寬廣的飛行包線內(nèi)具有較高的推力系數(shù)；此外還可以強(qiáng)化對(duì)固定段的冷卻，降低噴管的熱負(fù)荷和紅外信號(hào)特征。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管，其特征在于包括轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣、上/下收斂調(diào)節(jié)板、下腹板、可調(diào)上腹板、固定上腹板和左/右側(cè)板。


圖1為差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管的構(gòu)造。圖2為噴管作動(dòng)系統(tǒng)示意圖。圖3為轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣構(gòu)造與裝配圖。圖4為上/下收斂調(diào)節(jié)板構(gòu)造圖。圖5為下腹板構(gòu)造和裝配圖。圖6為可調(diào)上腹板構(gòu)造圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的噴管方案圖見圖1，其噴管包括前安裝邊(1)、圓轉(zhuǎn)矩過渡段( 、后安裝邊C3)、轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣(4)、上/下收斂調(diào)節(jié)板( 、下腹板(6)、可調(diào)上腹板(7)、固定上腹板(8)、左/右側(cè)板(9)、支撐橫梁(10)以及步進(jìn)電機(jī)(11)等。作動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的作動(dòng)系統(tǒng)包括步進(jìn)電機(jī)(11)、階梯軸 (12)、安裝座(13)、微型軸承(14)、固定槽道(15)和雙頭拉桿(16)，其中步進(jìn)電機(jī)(11)通過與之連接的安裝座(1 將軸向位移傳遞給階梯軸(12)，階梯軸(1 做軸向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)微型軸承(14)在固定槽道(1 上滾動(dòng)。雙頭拉桿(16)的一端通過旋轉(zhuǎn)副與階梯軸 (12)連接，另一端與收斂調(diào)節(jié)板( 上的吊鉤(18)通過第四銷軸(17)連接。步進(jìn)電機(jī) (11)做軸向位移時(shí)，噴管喉道面積(A8)和噴管出口面積(A9)按照一定的規(guī)律進(jìn)行變化。轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如圖3所示，轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣(4)包括上/下框(19) 和左/右框00)的組合，為整個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要承力部件。從圖3中可以看出轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣(4)與左/右側(cè)板(9)以及上/下收斂調(diào)節(jié)板(5)的裝配關(guān)系，上/下收斂調(diào)節(jié)板(5) 上的左/右雙頭吊耳0 通過第一銷軸與轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣(4)連接。上/下收斂調(diào)節(jié)板如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的上/下收斂調(diào)節(jié)板( 包括底板(23)、 左/右雙頭吊耳(22)、支撐吊耳04)和吊鉤(18)。上/下收斂調(diào)節(jié)板( 前端用左/右雙頭吊耳0 通過第一銷軸與轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣(4)連接，上/下收斂調(diào)節(jié)板(5)后端通過第二銷軸0 分別與可調(diào)上腹板(7)和下腹板(6)連接。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)(11)向前做軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，上/下收斂調(diào)節(jié)板( 繞第一銷軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)噴管喉道面積(A8)的變小； 當(dāng)八8變大時(shí)，噴管內(nèi)的氣動(dòng)力通過調(diào)節(jié)板由雙頭拉桿(16)傳給階梯軸(12)，再由步進(jìn)電機(jī) (11)的操縱力來平衡。噴管最大和最小喉道面積比值約為3。下腹板如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的下腹板(6)包括支撐吊耳(M)，底板 (26)和支架07)。從圖5中可以看出下腹板(6)與滑槽08)和左/右側(cè)板(9)的裝配關(guān)系。支架(XT)安裝在底板06)中間位置，滑槽08)固定在左/右側(cè)板(9)上，第三銷軸穿過支架07)與微型軸承(30)配合。下腹板(6)前端繞第二銷軸0 轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)微型軸承(30)在滑槽08)中滾動(dòng)，其中開口銷(31)的作用是防止微型軸承(30)從第三銷軸09)上脫落?；?8)的安裝角對(duì)噴管出口面積(A9)有較大的影響當(dāng)滑槽08)垂直放置時(shí)，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中A9保持不變；當(dāng)滑槽08)水平放置時(shí)，這時(shí)A9的變化范圍最大。綜合考慮A9的變化范圍和噴管外阻的影響，在一個(gè)具體實(shí)施例中安裝角取30°?？烧{(diào)上腹板如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可調(diào)上腹板(7)包括支撐吊耳(M)、底板(3 和滑塊(3 。當(dāng)上收斂調(diào)節(jié)板( 做喉道的收放運(yùn)動(dòng)時(shí)，可調(diào)上腹板(7)前端做角向運(yùn)動(dòng)其后端滑塊(3 做跟隨滑動(dòng)。可調(diào)上腹板(7)和固定上腹板(8)之間存在一定的間隙，如圖1所示。其大小隨著喉道面積(A8)的變小而變小，在設(shè)計(jì)點(diǎn)狀態(tài)(喉道面積最小)間隙達(dá)到最小。在非設(shè)計(jì)點(diǎn)狀態(tài)特別是在跨聲速和低超聲速飛行條件下，間隙是較大的，可以注入從前機(jī)身泄除的邊界層，這樣可以減小氣流過膨脹引起的推力損失，同時(shí)降低飛行器的俯仰力矩，此外還可以降低噴管的熱負(fù)荷。固定上腹板根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的固定上腹板(8)如圖1所示，是個(gè)斷面類似于矩形的盒形結(jié)構(gòu)，其下表面作為氣流的外膨脹面。其中間是空腔，沿流向采用了多根(如3根)加強(qiáng)肋保證其剛性。固定上腹板(8)作為一個(gè)獨(dú)立的單元體直接與左/右側(cè)板(9)聯(lián)結(jié)固定，
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。左右側(cè)板及支撐橫梁參見圖1。由于噴管喉道面積(A8)和出口面積(A9)可調(diào)，左/右側(cè)板(9)與上/ 下收斂調(diào)節(jié)板(5)、下腹板(6)和可調(diào)上腹板(7)必須保持一定的間隙；在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，該間隙為1mm。其中左/右側(cè)板(9)與轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣G)、固定上腹板(8) 和支撐橫梁(10)通過固定螺釘連接。左/右側(cè)板(9)的構(gòu)型對(duì)噴管性能有較大的影響，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，左/右側(cè)板(9)的形狀是通過CFD計(jì)算優(yōu)化得到的，其兼顧了噴管重量和推力性能的要求。
權(quán)利要求
1.差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管，其特征在于包括 轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣⑷；上/下收斂調(diào)節(jié)板(5)； 下腹板(6)； 可調(diào)上腹板(7)； 固定上腹板⑶； 左/右側(cè)板(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管，其特征在于轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣(4)包括上/下框(19)， 左/右框(20)，其中上/下收斂調(diào)節(jié)板( 上的左/右雙頭吊耳0 通過第一銷軸與轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣⑷連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管，其特征在于上/下收斂調(diào)節(jié)板(5)包括底板(23)，所述左/右雙頭吊耳02)， 支撐吊耳(24), 吊鉤(18)，其中，上/下收斂調(diào)節(jié)板( 前端用左/右雙頭吊耳0 通過第一銷軸與轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣(4)連接，上/下收斂調(diào)節(jié)板( 后端通過第二銷軸0 分別與可調(diào)上腹板(7) 和下腹板(6)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管，其特征在于進(jìn)一步包括作動(dòng)系統(tǒng)，所述作動(dòng)系統(tǒng)包括步進(jìn)電機(jī)(11)， 階梯軸(12)， 安裝座(13)， 微型軸承(14)， 固定槽道(15)， 雙頭拉桿(16)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)(11)向前做軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，上/下收斂調(diào)節(jié)板( 繞第一銷軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)噴管喉道面積(A8)的變??；當(dāng)A8變大時(shí)，噴管內(nèi)的氣動(dòng)力通過調(diào)節(jié)板由雙頭拉桿(16)傳給階梯軸(12)，再由步進(jìn)電機(jī)(11)的操縱力來平衡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管，其特征在于噴管最大和最小喉道面積比值約為3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管，其特征在于下腹板(6)包括 支撐吊耳(24),底板(26)，支架(27)，所述支架(27)安裝在底板(26)中間位置，固定在左/右側(cè)板(9)上的滑槽08)，穿過支架(XT)的第三銷軸09)，與第三銷軸09)配合的微型軸承(30)，其中下腹板(6)的前端繞第二銷軸0 轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)微型軸承(30)在滑槽08)中滾動(dòng)，開口銷(31)用于防止微型軸承(30)從第三銷軸09)上脫落。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管，其特征在于滑槽08)的安裝角影響噴管出口面積(A9)，即當(dāng)滑槽08)垂直放置時(shí)，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中噴管出口面積(A9)保持不變；當(dāng)滑槽08)水平放置時(shí)，這時(shí)噴管出口面積(A9)的變化范圍最大。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管，其特征在于可調(diào)上腹板(7)包括支撐吊耳(24),底板(32)，滑塊(33)，其中，當(dāng)上收斂調(diào)節(jié)板( 做喉道的收放運(yùn)動(dòng)時(shí)，可調(diào)上腹板(7)前端做角向運(yùn)動(dòng)，可調(diào)上腹板(7)的后端滑塊(3 做跟隨滑動(dòng)，可調(diào)上腹板(7)和固定上腹板(8)之間存在一定的間隙，該間隙的大小隨著喉道面積(A8)的減小而變小，在設(shè)計(jì)點(diǎn)狀態(tài)即喉道面積(A8)最小時(shí)間隙達(dá)到最小，在非設(shè)計(jì)點(diǎn)狀態(tài)特別是在跨聲速和低超聲速飛行條件下間隙較大，可以向間隙注入從前機(jī)身泄除的邊界層，從而減小氣流過膨脹引起的推力損失，降低飛行器的俯仰力矩，降低噴管的熱負(fù)荷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管，其特征在于固定上腹板(8)為斷面類似于矩形的盒形結(jié)構(gòu)，其下表面作為氣流的外膨脹面，其中間是空腔，沿流向采用了多根加強(qiáng)肋保證其剛性，所述固定上腹板(8)作為一個(gè)獨(dú)立單元體直接與左/右側(cè)板(9)聯(lián)結(jié)固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管，其特征在于左/右側(cè)板(9)與上/下收斂調(diào)節(jié)板(5)、下腹板(6)和可調(diào)上腹板(7)之間保持一定的間隙，左/右側(cè)板(9)與轉(zhuǎn)動(dòng)件固定機(jī)匣G)、固定上腹板(8)和支撐橫梁(10)固定連接，左/右側(cè)板(9)的形狀兼顧了噴管重量和推力性能的要求。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種差動(dòng)式可調(diào)單邊膨脹噴管。噴管喉道面積雙邊可調(diào)且可實(shí)施差動(dòng)式調(diào)節(jié)，在整個(gè)飛行包線內(nèi)都滿足發(fā)動(dòng)機(jī)流量變化要求；噴管出口面積可調(diào)，在一定的飛行馬赫數(shù)范圍內(nèi)可滿足燃?xì)饫硐胪耆蛎浺螅粐姽苌细拱宸譃榭烧{(diào)上腹板和固定上腹板，兩者之間存在一定的間隙，其中固定上腹板直接利用飛行器后體，這樣可以降低運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的操縱力。在跨聲速和低超聲速飛行條件下可通過間隙向固定上腹板注入從前機(jī)身泄除的邊界層，這樣可以提高固定上腹板的壁面靜壓從而減小氣流過膨脹引起的推力損失，同時(shí)降低飛行器的俯仰力矩，保證了噴管在寬廣的飛行包線內(nèi)都具有較高的推力系數(shù)；此外還可強(qiáng)化對(duì)固定上腹板的冷卻，降低噴管的熱負(fù)荷和紅外信號(hào)特征。
文檔編號(hào)F02K1/11GK102251879SQ20111015445
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者季鶴鳴, 岳明, 杜剛, 王慧汝, 譚杰, 金捷 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)