[发明专利]轴对称通道的流量调节装置、使用所述装置的尾喷管及调节方法

权利要求书

1.一种使用流量调节装置的尾喷管，用于航空发动机上，其特征在于：

所述流量调节装置包括轴对称结构的流量通道，所述流量通道内设有垂直于流量通道轴线方向的旋转挡板和基本板，旋转挡板和基本板的型面结构均为分叶化设计的轴对称结构；

所述基本板固定安装在流量通道内，包括位于中心位置的第一内环镂空部、若干交替设置且均匀分布于第一内环镂空部外侧的第一外环分叶部和第一外环镂空部；旋转挡板包括位于中心位置的第二内环镂空部、若干交替设置且均匀于第二内环镂空部外侧的第二外环分叶部和第二外环镂空部；

所述流量通道的外部设有驱动装置，驱动装置沿流量通道外表面的周向设置，用于驱动旋转挡板绕流量通道轴线旋转；第一外环镂空部被第二外环分叶部遮挡住的面积随旋转挡板的转动而变化，用于实现流量调节；

所述旋转挡板与其基本板按流量通道内流体流向内嵌套设置，基本板采取夹层式设计，包括前片和后片，旋转挡板置于基本板的夹层中并与基本板的前片、后片接触；

所述基本板设置于流量通道的最小截面积处，基本板与流量通道为一体成型结构；

所述基本板的第一外环镂空部与第一外环分叶部的数量、面积相等，旋转挡板的第二外环分叶部与基本板的第一外环镂空部的数量、面积相等；

所述使用流量调节装置的尾喷管包括轴对称结构的尾喷管，尾喷管在轴向上包括依次连接的收缩段、喉道和扩张段，构成轴对称结构的流量通道；所述基本板和旋转挡板轴向置于尾喷管喉道处，并与发动机主轴和喉道同心设置；

所述旋转挡板采取分叶化等分设计，各第二外环分叶部的面积由发动机在全飞行包线内最大流量与最小流量之差、第二外环分叶部的数量确定，第二内环镂空部的面积由发动机全飞行包线内最小流量决定，并根据基本气体动力学计算求得，公式如下：

A₁＝At_min

A₂＝2At_max-At_min

其中m_min、m_max分别为发动机在全飞行包线内最小流量和最大流量，且分别对应状态一和状态二；At_min、At_max分别为状态一和状态二下的喉道处的实际流通面积；T_t1、T_t2分别为状态一和状态二下的喉道处的燃气总温，P_t1、P_t2分别为状态一和状态二下的喉道处的燃气总压；K为与燃气物性相关的气体常数；A₁为喉道旋转挡板内环总面积、即第二内环镂空部面积，A₂为喉道旋转挡板外环总面积、即第二外环分叶部的总面积；

所述基本板采取镂空等分化设计，第一外环镂空部与第一外环分叶部的数量相同、面积相同，旋转挡板的第二外环分叶部的形状、面积与各第一外环镂空部的形状、面积相等；第一内环镂空部为一个完整的圆通道，圆通道的面积由发动机在全飞行包线内最小流量确定，根据基本气体动力学计算求得，公式如下：

其中N为第一外环分叶部的数量，A_n为单个第一外环分叶部的面积。

2.根据权利要求1所述的一种使用流量调节装置的尾喷管，其特征在于：所述轴对称尾喷管的流量增大时，旋转挡板绕尾喷管轴线顺时针旋转，转动角度α，此时第二外环分叶部逐渐打开被其遮挡的第一外环镂空部，增大尾喷管喉道实际流通面积；

当轴对称尾喷管流量减小时，旋转挡板绕尾喷管轴线逆时针旋转，转动角度α，此时第二外环分叶部逐渐遮挡已经打开的第一外环镂空部，减小尾喷管喉道实际流通面积；

转动角度α由喉道半径、第一内环镂空部半径与喉道通流流量构成的函数唯一确定，公式如下：

其中N为第一外环分叶部的数量，m为发动机飞行包线中任意流量；T_t和P_t分别为对应状态下轴对称尾喷管喉道处燃气总温、燃气总压；K为与燃气物性相关的气体常数。

3.权利要求1-2任一所述尾喷管的流量调节方法，其特征在于，包括步骤：

(1)、当轴对称尾喷管处于最小流量状态下，旋转挡板位于初始位置，旋转挡板分叶部与各基本板镂空部完全重合，尾喷管喉道整体呈现圆环状；

(2)、当轴对称尾喷管流量增大时，其旋转挡板绕尾喷管轴线顺时针旋转；当轴对称尾喷管流量减小时，旋转挡板绕尾喷管轴线逆时针旋转，不同的转动角度下，旋转挡板分叶部与各基本板镂空部的重合部分面积不同，对应不同面积的喉道流通截面；

(3)、当尾喷管处于最大流量状态下，旋转挡板外环分叶部与各基本板外环分叶部完全重合，所有基本板镂空部成为喉道流通截面的一部分。