[发明专利]一种低红外特征喷管

说明书

本发明涉及一种低红外特征喷管，包括内涵和外涵，内涵主体以及出口处均位于外涵的涵道中，外涵与内涵之间的流道为外涵流道，内涵中的流道为内涵流道，内涵和外涵的主体部分的纵切面均为圆形，其中：内涵主体至内涵出口通过平滑的圆转矩形使内涵出口为具有一定宽高比的矩形出口，内涵的出口端安装有伸缩结构，外涵流道流体能推动伸缩结构，使其伸出，减小外涵流道的宽度，从而增加外涵流道内的流体压力，迫使外涵进口处的部分流量流入内涵，被动调节内涵和外涵的涵道比。本发明通过涵道气流压力的变化对流通截面面积进行调节，有效解决了低红外辐射特征的S弯矩形喷管使用时出现的涵道比异常变化的问题。

技术领域

本发明涉及航空发动机结构设计领域，具体为一种陶瓷基涡轮转子结构，特别涉及一种低红外特征喷管。

背景技术

随着红外特征技术的发展，飞行器红外隐身需求逐渐增加。飞行器3-5um波段上的红外辐射主要来源于航空发动机高温部件，其中高温部件的红外辐射占70%以上。对于涡轮、加力燃烧室以及中心锥等部件而言，由于其特殊的气动与热力环境，对其采用冷却措施具有较大的困难，所以，采用S弯喷管对高温部件红外辐射特征加以遮挡是一项高效红外抑制措施。如图1所示，采用S弯喷管后，喷管腔体高温部件（进口面左侧）受到了明显遮挡，其在后向小角度内的可探测红外辐射强度显著降低。

另外，采用矩形喷管由于其可以强化喷管角区涡旋，强化尾喷流的掺混，使得尾喷流的红外辐射有所降低，而且其较小的后视面积可以缩小高温部件在尾后小角度范围内的红外辐射特征，用其代替轴对称喷管可以进一步强化红外抑制效果。图2所示为等面积的轴对称喷管B与矩形喷管C的后视面积比较，可以看出，采用矩形喷管后，后视面积减小为图中的交叉区域A，明显小于轴对称喷管B，对喷管进口上游的高温部件形成有效的遮挡。另外，从图3可以看出，矩形喷管在出口处形成对称分布的涡结构，强化了尾喷流掺混，降低了尾喷流的红外辐射强度，其降幅可以达到50%以上。如图4所示，轴对称喷管尾喷流的高温尾焰长度为D，而使用矩形喷管后，高温尾焰长度缩减为E。对喷管整体而言，采用宽高比为4以上的矩形喷管，红外抑制效果可以达到70%以上。综上，矩形喷管的采用可以对高温部件与尾喷流均起到显著的红外抑制效果。

因此，采用圆转矩形S弯矩形喷管能够大幅降低喷管红外辐射特征，是一项有效的红外抑制技术。

但是对于矩形喷管而言，其型面形式区别于原有的轴对称喷管型面，这种区别将带来喷管内部的流动特性的变化，改变喷管原有的涵道比，这对喷管的工作特性将会有严重影响，也制约了矩形喷管的应用前景。研究表明，采用本发明的调节装置能够有效调节矩形喷管涵道比。图5 中给出了本发明中的喷管与传统轴对称喷管涵道比随内外涵压比的变化。

发明内容

为了解决在低红外辐射特征的S弯矩形喷管使用过程中，流通面积的变化导致的喷管涵道比的变化问题，本发明提出一种低红外特征喷管，具有低红外辐射特征的圆转矩形S弯喷管的自适应弹性结构，以控制调节涵道比的大小。通过涵道气流压力的变化对流通截面面积进行调节，有效解决了低红外辐射特征的S弯矩形喷管使用时出现的涵道比异常变化的问题。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种低红外特征喷管，包括内涵和外涵，内涵主体以及出口处均位于外涵的涵道中，外涵与内涵之间的流道为外涵流道，内涵中的流道为内涵流道，内涵和外涵的主体部分的纵切面均为圆形，其中：内涵主体至内涵出口通过平滑的圆转矩形使内涵出口为具有一定宽高比的矩形出口，内涵的出口端安装有伸缩结构，外涵流道流体能推动伸缩结构，使其伸出，减小外涵流道的宽度，从而增加外涵流道内的流体压力，迫使外涵进口处的部分流量流入内涵，被动调节内涵和外涵的涵道比。

为优化上述结构形式，采取的具体措施还包括：

上述的外涵主体至外涵出口通过平滑的圆转矩形使外涵出口为矩形出口，外涵出口的宽高比与内涵出口的宽高比成反比。