[发明专利]应用于火箭基组合循环发动机的自适应火箭喷管

说明书

一种应用于火箭基组合循环发动机的自适应火箭喷管，包括喷管本体，喷管本体上设有补流抽吸通道和气动突片通道。火箭基组合循环发动机处于引射模态工作时，火箭发动机会有一股高速气流沿着气动突片通道喷射至喷管本体外侧，形成气动突片，与喷管本体外部的气流相互作用形成流向涡，强化火箭射流与外部气流的掺混，并且随着火箭发动机不同的工况，气动突片的穿透深度会发生变化。当火箭基组合循环发动机处于亚燃或超燃模态时，火箭发动机关闭，喷管本体外部的气流会因为内外压差，自主地从喷管本体外侧沿着补流抽吸通道流入喷管本体内部，降低喷管产生的底阻。本发明具备一定的自适应调节能力，利于提升整体气动性能。

技术领域

本发明涉及一种应用于火箭基组合循环发动机的自适应火箭喷管，主要应用于吸气式组合发动机等需要内外流掺混的动力系统。

背景技术

随着科学技术的进步，航空航天发动机对引射掺混的要求越来越高。如何有效的强化内外流的气流掺混，缩短发动机长度，降低阻力是各国研究的一个热点。

常规强化掺混的手段是通过波瓣、固体小突片等方式进行掺混，这会对发动机带来5％-15％的推力损失，而且结构复杂，防热困难，制造成本大。

因此开发一种结构简单，效果自适应可调的火箭喷管具有很强的实用价值。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种应用于火箭基组合循环发动机的自适应火箭喷管。本发明其在火箭喷管内安装了补流抽吸通道、气动突片通道，从而改变火箭喷管内的流动结构，根据火箭基组合循环发动机不同的工作模态，实现自适应调节气动突片强化掺混效果和外流补流降低火箭喷管阻力的积极效果。

为实现本发明的技术目的，采用以下技术方案：

一种应用于火箭基组合循环发动机的自适应火箭喷管，该自适应火箭喷管位于火箭基组合循环发动机的发动机内流道内，自适应火箭喷管包括喷管本体，喷管主体内设有喷管内流道，所述喷管内流道依次设有喷管直线段、喷管收敛段和喷管扩张段，喷管收敛段的末端处也即喷管内流道中横截面最小处为喷管内流道的喉道，喉道的高度为Ht。所述喷管本体上设有补流抽吸通道以及气动突片通道。所述补流抽吸通道的进口设置在喷管本体的外侧壁上，补流抽吸通道的出口设置在喷管本体其喉道下游的喷管本体的内侧壁上；所述气动突片通道的进口位于补流抽吸通道其出口下游的喷管本体的内侧壁上，气动突片通道的出口设置在喷管本体的外侧壁上。

所述补流抽吸通道能够在火箭基组合循环发动机处于亚燃或超燃模态时，火箭发动机关闭，根据喷管本体内外侧产生的压力差，喷管本体外侧的气流自主地通过补流抽吸通道流入喷管内流道的喷管扩张段，与此同时气动突片通道会在该工况时由于喷管本体内外侧气流的作用出现气动堵塞。所述的气动突片通道能够在火箭基组合循环发动机处于引射模态时，根据喷管本体内外侧产生的压力差，在喷管本体外侧产生气动突片，与喷管本体外部的气流相互作用形成流向涡，强化喷管本体所喷射的火箭射流与外部气流的掺混；与此同时补流抽吸通道会在该工况时由于喷管本体内外侧气流的作用出现气动堵塞。这样，补流抽吸通道和气动突片通道均不需要设置控制开关和进出口挡片，根据发动机的工作状况，补流抽吸通道和气动突片通道的工作状态自行进行调节和切换。

进一步地，补流抽吸通道是一条倾斜设置的通道，相对于喷管本体其喷管扩张段末端的喷口，补流抽吸通道的出口靠近喷口，而补流抽吸通道的进口远离喷口。气动突片通道是一条倾斜设置的通道，相对于喷管本体其喷管扩张段末端的喷口，气动突片通道的进口远离喷口，气动突片通道的出口靠近喷口。补流抽吸通道与背向喷口的水平方向的夹角为α，α的范围为6°≦α≦45°。气动突片通道与背向喷口的水平方向的夹角为β，β的范围为90°≦β≦160°