本發(fā)明涉及一種喉道偏移式氣動(dòng)矢量噴管及其控制方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際需求的提高，未來(lái)飛行器對(duì)機(jī)動(dòng)性能的要求越來(lái)越高，而作為提高飛行器機(jī)動(dòng)性的主要手段，推力矢量噴管被越來(lái)越多地應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中。同時(shí)，為了滿足飛行器在全飛行包線范圍內(nèi)的性能需求，對(duì)噴管的流量調(diào)節(jié)和補(bǔ)燃加力性能也提出了較高的要求。因此同時(shí)具有流量調(diào)節(jié)和推力矢量功能的噴管裝置將會(huì)在未來(lái)高機(jī)動(dòng)飛行器中受到更多地青睞。

目前，推力矢量噴管分為機(jī)械式和流體式兩種，其中流體推力矢量噴管以其原理先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且維護(hù)方便的特點(diǎn)成為各國(guó)的研究重點(diǎn)和研究熱點(diǎn)，并將在不遠(yuǎn)的未來(lái)進(jìn)入工程應(yīng)用。

喉道偏移式氣動(dòng)矢量噴管作為流體式推力矢量噴管中的后起之秀，憑借其優(yōu)異的性能和良好的可實(shí)現(xiàn)性受到越來(lái)越多的青睞。而對(duì)于傳統(tǒng)的喉道偏移式氣動(dòng)矢量噴管，由于其幾何結(jié)構(gòu)固定導(dǎo)致喉道面積不變，進(jìn)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有噴管無(wú)法實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的不足，基于喉道偏移式氣動(dòng)矢量噴管并結(jié)合流體力學(xué)知識(shí)及相關(guān)噴管設(shè)計(jì)方法，對(duì)傳統(tǒng)喉道偏移式氣動(dòng)矢量噴管中內(nèi)型面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)和再設(shè)計(jì)，使噴管內(nèi)型面由幾何固定的結(jié)構(gòu)變?yōu)榭梢苿?dòng)部件，在工作過(guò)程中，根據(jù)需要通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)構(gòu)型來(lái)改變喉道的面積進(jìn)而調(diào)節(jié)噴管流量，同時(shí)還可以達(dá)到機(jī)械輔助矢量的效果。

為實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取如下的技術(shù)方案：

一種機(jī)械輔助的流量可調(diào)喉道偏移式氣動(dòng)矢量噴管，包括處于噴管上型面、噴管下型面之間的噴管內(nèi)流道，該噴管內(nèi)流道按照流體的流向依次設(shè)置有一喉道、二喉道；噴管內(nèi)流道在緊靠著一喉道的位置處，通過(guò)布置主次流隔離塊，分隔成沿著噴管主流道軸線布置的主流道以及處于噴管內(nèi)流道壁面和主次流隔離塊之間的次流道；所述主次流隔離塊包括兩塊，對(duì)稱地分布在噴管主流道軸線的上下兩側(cè)；各主次流隔離塊的截面均呈內(nèi)腔面積可變的空心三角狀，且兩三角狀主次流隔離塊的頂點(diǎn)相鄰、底邊相背設(shè)置；另外，主次流隔離塊底邊的兩個(gè)端點(diǎn)中，與一喉道相鄰的端點(diǎn)位置固定，余下的另一個(gè)端點(diǎn)以及主次流隔離塊的頂點(diǎn)位置可動(dòng)。

所述主次流隔離塊具有三塊移動(dòng)板和三個(gè)鉸鏈；三塊移動(dòng)板之間兩兩通過(guò)鉸鏈鉸接而圍成三角狀；所述主次流隔離塊的三塊移動(dòng)板分別為可伸縮移動(dòng)板、移動(dòng)板c、移動(dòng)板d，主次流隔離塊的三個(gè)鉸鏈分別為鉸鏈a、鉸鏈b以及鉸鏈c；可伸縮移動(dòng)板為主次流隔離塊的底邊，包括移動(dòng)板a以及能夠沿著移動(dòng)板a伸縮的移動(dòng)板b；移動(dòng)板a通過(guò)鉸鏈a與移動(dòng)板c鉸接；移動(dòng)板b通過(guò)鉸鏈b與移動(dòng)板d鉸接，移動(dòng)板c與移動(dòng)板d之間通過(guò)鉸鏈c鉸接，鉸鏈c處于主次流隔離塊的頂點(diǎn)位置處。

所述一喉道和二喉道之間的噴管上型面、噴管下型面均配裝有凹腔型面結(jié)構(gòu)。

凹腔型面結(jié)構(gòu)具有三塊移動(dòng)板以及四個(gè)鉸鏈；凹腔型面結(jié)構(gòu)的三塊移動(dòng)板分別為移動(dòng)板e(cuò)、移動(dòng)板f和移動(dòng)板g；凹腔型面結(jié)構(gòu)的四個(gè)鉸鏈分別為鉸鏈d、鉸鏈e、鉸鏈f和鉸鏈g；移動(dòng)板e(cuò)的一端通過(guò)鉸鏈d定位安裝在一喉道出口位置處的噴管內(nèi)流道的壁面，移動(dòng)板e(cuò)的另一端則通過(guò)鉸鏈e與移動(dòng)板f的一端鉸接，而移動(dòng)板f的另一端則通過(guò)鉸鏈f與移動(dòng)板g的一端鉸接，移動(dòng)板g的另一端則定位安裝在二喉道出口位置處的噴管內(nèi)流道的壁面；鉸鏈e、鉸鏈f位置可動(dòng)，而移動(dòng)板f與移動(dòng)板g之間能夠形成凹腔；可伸縮移動(dòng)板與噴管內(nèi)流道壁面之間的間隙形成次流道的進(jìn)口段，而移動(dòng)板e(cuò)與移動(dòng)板d之間的間隙形成次流道的出口段。

所述移動(dòng)板d與移動(dòng)板e(cuò)相互平行設(shè)置，而鉸鏈c與鉸鏈e等高設(shè)置，鉸鏈b與鉸鏈d等高設(shè)置。

移動(dòng)板a與移動(dòng)板b通過(guò)交錯(cuò)搭接結(jié)構(gòu)連接。

次流道的進(jìn)口處安裝有閥門。

本發(fā)明的另一技術(shù)目的是提供一種機(jī)械輔助的流量可調(diào)喉道偏移式氣動(dòng)矢量噴管的控制方法，包括：在非矢量狀態(tài)下，通過(guò)閉合上下兩個(gè)次流道進(jìn)口處的閥門，關(guān)閉次流道；需要調(diào)節(jié)噴管內(nèi)流道的流量時(shí)，同步移動(dòng)主次流隔離塊的各活動(dòng)部件；鉸鏈a沿著噴管內(nèi)流道軸線的平動(dòng)將帶動(dòng)鉸鏈c相對(duì)于噴管內(nèi)流道的升降運(yùn)動(dòng)，從而改變噴管一喉道面積，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的目的；矢量狀態(tài)下，根據(jù)矢量角的需求，差動(dòng)打開(kāi)上下兩個(gè)次流道進(jìn)口處的閥門，并差動(dòng)控制上下兩個(gè)主次流隔離塊的各活動(dòng)部件，使得上下兩個(gè)主次流隔離塊的頂點(diǎn)產(chǎn)生水平方向的位移，促使一喉道的物理位置產(chǎn)生偏移，達(dá)到輔助矢量的效果。

根據(jù)上述的技術(shù)方案，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）通過(guò)對(duì)噴管內(nèi)型面的改進(jìn)和再設(shè)計(jì)，使得其可以根據(jù)工作狀態(tài)的需要?jiǎng)討B(tài)的調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的功能。

（2）本發(fā)明通過(guò)控制上下次流通道的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)對(duì)于矢量角度的控制，通過(guò)控制主次流隔離塊的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于噴管流量的調(diào)節(jié)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述偏移式氣動(dòng)矢量噴管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、噴管上型面；2、噴管下型面；3、主流道；4、次流道；5、一喉道；6、凹腔；7、二喉道；8主次流隔離塊；8-1、鉸鏈a；8-2、可伸縮移動(dòng)板；8-3、移動(dòng)板c；8-4、鉸鏈c、8-5、移動(dòng)板d；8-6、鉸鏈b；9-1、鉸鏈d；9-2、移動(dòng)板e(cuò)；9-3、鉸鏈e；9-4、移動(dòng)板f；9-5、鉸鏈f；9-6、移動(dòng)板g；9-7、鉸鏈g。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說(shuō)明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。除非另外具體說(shuō)明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說(shuō)明書(shū)的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來(lái)描述如在圖中所示的一個(gè)器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語(yǔ)“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)。

如圖1所示，本發(fā)明所述的機(jī)械輔助的流量可調(diào)喉道偏移式氣動(dòng)矢量噴管，包括處于噴管上型面、噴管下型面之間的噴管內(nèi)流道，該噴管內(nèi)流道按照流體的流向依次設(shè)置有一喉道、二喉道；噴管內(nèi)流道在緊靠著一喉道的位置處，通過(guò)布置主次流隔離塊，分隔成沿著噴管主流道軸線布置的主流道以及處于噴管內(nèi)流道壁面和主次流隔離塊之間的次流道，同時(shí)所述一喉道和二喉道之間的噴管上型面、噴管下型面均配裝有凹腔型面結(jié)構(gòu)，其中：

所述主次流隔離塊包括兩塊，對(duì)稱地分布在噴管主流道軸線的上下兩側(cè)；各主次流隔離塊的截面均呈內(nèi)腔面積可變的空心三角狀，且兩三角狀主次流隔離塊的頂點(diǎn)相鄰、底邊相背設(shè)置；另外，主次流隔離塊底邊的兩個(gè)端點(diǎn)中，與一喉道相鄰的端點(diǎn)位置固定，余下的另一個(gè)端點(diǎn)以及主次流隔離塊的頂點(diǎn)位置可動(dòng)。

所述主次流隔離塊具有三塊移動(dòng)板和三個(gè)鉸鏈；三塊移動(dòng)板之間兩兩通過(guò)鉸鏈鉸接而圍成三角狀；所述主次流隔離塊的三塊移動(dòng)板分別為可伸縮移動(dòng)板、移動(dòng)板c、移動(dòng)板d，主次流隔離塊的三個(gè)鉸鏈分別為鉸鏈a、鉸鏈b以及鉸鏈c；可伸縮移動(dòng)板為主次流隔離塊的底邊，包括移動(dòng)板a以及能夠沿著移動(dòng)板a伸縮的移動(dòng)板b；移動(dòng)板a通過(guò)鉸鏈a與移動(dòng)板c鉸接；移動(dòng)板b通過(guò)鉸鏈b與移動(dòng)板d鉸接，移動(dòng)板c與移動(dòng)板d之間通過(guò)鉸鏈c鉸接，鉸鏈c處于主次流隔離塊的頂點(diǎn)位置處。

換句話說(shuō)，主次流隔離塊為可動(dòng)部件，其中鉸鏈a為主動(dòng)件；移動(dòng)板a為活動(dòng)件，可以前后平移；移動(dòng)板b和鉸鏈b為固定件；移動(dòng)板c和鉸鏈c為活動(dòng)件，其受到其他運(yùn)動(dòng)件影響而產(chǎn)生被動(dòng)運(yùn)動(dòng)；移動(dòng)板d為活動(dòng)件，其可以繞鉸鏈b轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述次流道入口氣流來(lái)源于噴管進(jìn)口，次流道進(jìn)口處設(shè)置閥門以調(diào)節(jié)次流流量。主次流隔離塊中各部件幾何尺寸根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)選取，既需要考慮噴管矢量角的大小，還需要考慮噴管全工作壓比內(nèi)流量調(diào)節(jié)的范圍，最終達(dá)到既可以產(chǎn)生氣動(dòng)矢量，又可以實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的功能。

所述凹腔型面結(jié)構(gòu)具有三塊移動(dòng)板以及四個(gè)鉸鏈；凹腔型面結(jié)構(gòu)的三塊移動(dòng)板分別為移動(dòng)板e(cuò)、移動(dòng)板f和移動(dòng)板g；凹腔型面結(jié)構(gòu)的四個(gè)鉸鏈分別為鉸鏈d、鉸鏈e、鉸鏈f和鉸鏈g；移動(dòng)板e(cuò)的一端通過(guò)鉸鏈d定位安裝在一喉道出口位置處的噴管內(nèi)流道的壁面，移動(dòng)板e(cuò)的另一端則通過(guò)鉸鏈e與移動(dòng)板f的一端鉸接，而移動(dòng)板f的另一端則通過(guò)鉸鏈f與移動(dòng)板g的一端鉸接，移動(dòng)板g的另一端則定位安裝在二喉道出口位置處的噴管內(nèi)流道的壁面；鉸鏈e、鉸鏈f位置可動(dòng)，而移動(dòng)板f與移動(dòng)板g之間能夠形成凹腔?？缮炜s移動(dòng)板與噴管內(nèi)流道壁面之間的間隙形成次流道的進(jìn)口段，而移動(dòng)板e(cuò)與移動(dòng)板d之間的間隙形成次流道的出口段。所述移動(dòng)板d與移動(dòng)板e(cuò)相互平行設(shè)置，而鉸鏈c與鉸鏈e等高設(shè)置，鉸鏈b與鉸鏈d等高設(shè)置。

換句話說(shuō)，本發(fā)明凹腔型面結(jié)構(gòu)中，鉸鏈e為主動(dòng)件；移動(dòng)板e(cuò)為活動(dòng)件，可以繞鉸鏈d轉(zhuǎn)動(dòng)。鉸鏈g為固定件；移動(dòng)板f、移動(dòng)板g及鉸鏈f為活動(dòng)件，其受到其他運(yùn)動(dòng)件影響而產(chǎn)生被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

為保證所述主次流隔離塊運(yùn)動(dòng)時(shí)次流通道的密封效果，板a和板b采用交錯(cuò)搭接的方式。

工作原理：

非矢量狀態(tài)下，本發(fā)明與傳統(tǒng)的喉道偏移式氣動(dòng)矢量噴管的工作原理相同，此時(shí)本發(fā)明中噴管上下型線對(duì)稱，上下次流道均關(guān)閉。當(dāng)噴管流量需要增大時(shí)，通過(guò)安置于噴管側(cè)壁面的驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)鉸鏈a和移動(dòng)板a水平向左移動(dòng)；在鉸鏈a的帶動(dòng)下，移動(dòng)板c和鉸鏈c在水平向左平移的同時(shí)也存在著繞鉸鏈a的轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)移動(dòng)板d在鉸鏈c的帶動(dòng)下繞鉸鏈b轉(zhuǎn)動(dòng)。為保證流量調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)性，移動(dòng)板e(cuò)需要繞鉸鏈d轉(zhuǎn)動(dòng)并始終與移動(dòng)板d保持平行。這里上下對(duì)稱的各機(jī)構(gòu)均作同步運(yùn)動(dòng)。這樣的運(yùn)動(dòng)過(guò)后，鉸鏈c在豎直方向會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的位移，從而導(dǎo)致噴管喉道面積增大進(jìn)而使噴管流量增加。當(dāng)噴管流量需要減小時(shí)，噴管中相應(yīng)部件作與前面所述相反的運(yùn)動(dòng)。

矢量狀態(tài)下，本發(fā)明與傳統(tǒng)的喉道偏移式氣動(dòng)矢量噴管的工作原理類似，差動(dòng)打開(kāi)，比如：噴管上次流通道關(guān)閉，下次流通道打開(kāi)，氣流從下次流道通過(guò)后在一喉道處注入主流道并對(duì)主流產(chǎn)生擾動(dòng)。擾動(dòng)在凹腔的作用下經(jīng)過(guò)放大使得氣流在噴管出口處產(chǎn)生低頭矢量。當(dāng)噴管流量需要增大時(shí)，通過(guò)安置于噴管側(cè)壁面的驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)鉸鏈a和移動(dòng)板a水平向左移動(dòng)；在鉸鏈a的帶動(dòng)下，移動(dòng)板c和鉸鏈c在水平向左平移的同時(shí)也存在著繞鉸鏈a的轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)移動(dòng)板d在鉸鏈c的帶動(dòng)下繞鉸鏈b轉(zhuǎn)動(dòng)。為保證流量調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)性，移動(dòng)板e(cuò)需要繞鉸鏈d轉(zhuǎn)動(dòng)并始終與移動(dòng)板d保持平行。這里所有運(yùn)動(dòng)部件均為噴管上側(cè)部件，噴管下側(cè)各機(jī)構(gòu)保持固定不動(dòng)。當(dāng)噴管流量需要減小時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件均為噴管下側(cè)部件，噴管上側(cè)各機(jī)構(gòu)保持固定不動(dòng)。