[发明专利]一种带冷却结构的S弯隐身喷管

说明书

本发明一种带冷却结构的S弯隐身喷管，属于航空发动机领域；包括S弯喷管、气膜冷却及加固装置；气膜冷却及加固装置设置于S弯喷管的外周面上，包括气膜冷却孔、环状加固装置、冷却气供气装置和加固支柱；环状加固装置为内环面开口的环形腔体，同轴套装于S弯喷管外围，其内环面开口贴合固定于S弯喷管的外壁面；气膜冷却孔为开于环状加固装置的内的S弯喷管壁上；环状加固装置的外环面通过加固支柱与飞机蒙皮连接；冷却气通过冷却气供气装置进入到S弯喷管内，使得射入的冷却气流覆盖在喷管内壁面上，降低S弯喷管壁面温度及排气系统的红外辐射。防止壁面因高温而损坏，同时射入的冷却气流可以降低排气系统的红外辐射，增强S弯喷管的隐身性能。

技术领域

本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种带冷却结构的S弯隐身喷管。

背景技术

在当今战争中，涡轮喷气式战斗机面临着雷达制导和红外制导导弹的威胁。因此，在提高战斗机机动性能的同时，需要提高飞机的隐身性能。战斗机的排气系统具有高温壁面，并且排出高温气体，它提供了飞机上主要的雷达辐射信号(RCS)和红外辐射信号(IRS)。因此，应该采取措施降低发动机尾喷管雷达与红外信号，增强战斗机在战场上的生存能力。S弯喷管能够出色地抑制排气系统雷达信号与红外信号，因此被广泛应用于隐身轰炸机与无人机。首先，S弯喷管具有弯曲的构型，可以遮挡喷管内部高温部件的壁面，同时二元出口，有助于高温气体与周围环境气体的掺混，这有效地降低了排气系统的红外辐射。其次，雷达探测波在弯曲的喷管内反复折射并最终消失，从而降低了排气系统的雷达辐射信号。最后，S弯喷管的构型可以很好的与后机身一体化，减少了飞机的阻力，提高了战斗机的作战效能。程稳发表的文献“Influences of shield ratio on the infrared signature ofserpentine nozzle.J.Sci.Technol.71(2017)299–311”表明，相较于常规的圆形轴对称喷管，S弯喷管平均可以降低28.9％的红外辐射。因此，S型喷管技术已得到国内外研究机构的高度重视。

为了提高航空发动机的性能，获得更大的推力，最直接的途径就是提高涡轮前的燃气进口温度，这会造成发动机尾喷管热负荷大幅增加。S弯喷管由于是薄壁结构，且形状存在弯曲扭转，在受到高温燃气冲刷容易产生变形问题，而且高温的喷管壁面与高温的尾喷燃气容易产生较大红外辐射，影响S弯喷管的隐身性能。目前关于二元喷管冷却的研究成为热点，但是关于S弯喷管冷却的研究未有文献报道，S弯喷管冷却问题亟待解决。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种带冷却结构的S弯隐身喷管，解决现有技术中的S弯喷管在承受强的热负荷而产生结构变形问题，及高温喷管壁面与高温燃气带来的高的红外辐射问题。

本发明的技术方案是：一种带冷却结构的S弯隐身喷管，其特征在于：包括S弯喷管、气膜冷却及加固装置；所述S弯喷管一端的截面为圆形，作为喷管进气口与发动机高温涡轮出口配合安装，另一端的截面为矩形，作为喷管的排气口，所述S弯喷管两端之间的喷管壁的截面由圆形逐渐过度为矩形，喷管中心轴为近S形；

所述S弯喷管沿轴向分为第一喷管段和第二喷管段，所述第一喷管段位于进气口一侧，第二喷管段位于排气口一侧；

所述气膜冷却及加固装置设置于S弯喷管的外周面上，包括气膜冷却孔、环状加固装置、冷却气供气装置和加固支柱；所述环状加固装置为内环面开口的环形腔体，同轴套装于S弯喷管外围，其内环面开口贴合固定于S弯喷管的外壁面；所述气膜冷却孔为开于S弯喷管的外周面上的通孔，并位于环状加固装置的内环面开口内的管壁上；所述环状加固装置的外环面通过多个沿周向分布的加固支柱与飞机蒙皮连接；所述冷却气供气装置一端与发动机的压气机连通，另一端与环状加固装置的环形内腔连通，将冷却气通入环状加固装置，再通过气膜冷却孔进入到S弯喷管内，使得射入的冷却气流覆盖在S弯喷管内壁面上，降低S弯喷管壁面温度及排气系统的红外辐射。