[发明专利]差动式可调单边膨胀喷管

说明书

技术领域

本发明涉及差动式可调单边膨胀喷管。

技术背景

高超声速飞行器被誉为是继螺旋桨和喷气式飞机之后世界航空史上的第三次“革命”，也是二十一世纪航空航天领域的技术制高点，开展高超声速飞行器研究具有前瞻性、战略性和带动性，将对军事、经济和人类社会文明产生不可估量的深远影响。

动力装置是能否实现高超声速飞行的主要关键技术。为了兼顾安全性、经济性和作战效能的综合要求，采用吸气式发动机为动力的高超声速飞行器的飞行包线十分宽广(高度0～40km或更高，飞机马赫数从亚声、跨声、超声速到高超声速)，这要求飞行器/推进系统/尾喷管进行一体化设计。单边膨胀喷管(SERN)由于直接使用飞行器的后体下表面作为外膨胀面，使其具有独特的满足大膨胀比的能力。而且SERN的非对称结构，使其在非设计高度飞行时，喷管具有一定的自适应补偿特性。这些优点使得单边膨胀喷管成为未来高超声速飞行器最有可能采用的喷管类型。

总体上来说，单边膨胀喷管具有如下六大特点：

喷管落压比非常大，达到三位数；

喷管喉道面积(A₈)变化范围非常大；

喷管出口面积(A₉)以及A₉/A₈变化范围很大；

通过喷管的流量大，变化范围大；

喷管的热负荷高；

要求喷管在宽广的飞行包线内具有较高的推力系数。

其实，除了这“四大两高”以外，考虑到喷管的实际装机和使用，还应从进气道，发动机和喷管的匹配角度以及与机体一体化设计等方面综合研究排气系统的设计。

发明内容

为了满足喷管主要工作状态以及推力性能要求，本发明提出了一种差动式可调单边膨胀喷管的解决方案。在设计点喷管面积比A₉/A₈达到8，落压比约为100，可以满足大膨胀比高落压比要求；喷管喉道面积(A₈)双边可调且可以实施差动式调节，在整个飞行包线内都满足发动机流量变化要求；喷管出口面积(A₉)可调，在一定的飞行马赫数范围内可以满足燃气理想完全膨胀要求；喷管的上腹板分为可调上腹板和固定上腹板，两者之间存在一定的间隙，其中固定上腹板直接利用飞行器后体，这样可以降低运动机构的操纵力。在跨声速和低超声速飞行条件下可以通过间隙向固定上腹板注入从前机身泄除的边界层，这样可以提高固定上腹板的壁面静压从而减小气流过膨胀引起的推力损失，同时降低飞行器的俯仰力矩，保证了喷管在宽广的飞行包线内具有较高的推力系数；此外还可以强化对固定段的冷却，降低喷管的热负荷和红外信号特征。

根据本发明的一个方面，提供了一种差动式可调单边膨胀喷管，其特征在于包括：转动件固定机匣、上/下收敛调节板、下腹板、可调上腹板、固定上腹板和左/右侧板。

附图说明

图1为差动式可调单边膨胀喷管的构造。

图2为喷管作动系统示意图。

图3为转动件固定机匣构造与装配图。

图4为上/下收敛调节板构造图。

图5为下腹板构造和装配图。

图6为可调上腹板构造图。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例的喷管方案图见图1，其喷管包括前安装边(1)、圆转矩过渡段(2)、后安装边(3)、转动件固定机匣(4)、上/下收敛调节板(5)、下腹板(6)、可调上腹板(7)、固定上腹板(8)、左/右侧板(9)、支撑横梁(10)以及步进电机(11)等。

作动系统

如图2所示，根据本发明的一个实施例的作动系统包括步进电机(11)、阶梯轴(12)、安装座(13)、微型轴承(14)、固定槽道(15)和双头拉杆(16)，其中步进电机(11)通过与之连接的安装座(13)将轴向位移传递给阶梯轴(12)，阶梯轴(12)做轴向运动的同时带动微型轴承(14)在固定槽道(15)上滚动。双头拉杆(16)的一端通过旋转副与阶梯轴(12)连接，另一端与收敛调节板(5)上的吊钩(18)通过第四销轴(17)连接。步进电机(11)做轴向位移时，喷管喉道面积(A₈)和喷管出口面积(A₉)按照一定的规律进行变化。

转动件固定机匣