[发明专利]一种带扰流肋-气膜冷却结构的三涵道S弯喷管

说明书

本发明一种带扰流肋‑气膜冷却结构的三涵道S弯喷管，属于航空发动机领域；包括收敛段、扩张段、第三涵道、扰流肋‑气膜冷却结构和流道调节装置；扰流肋‑气膜冷却结构包括气膜冷却孔和扰流肋，若干所述气膜冷却孔沿周向布置于靠近环形出口的扩张段内壁面上和喷管排气口处的扩张段外壁面上，喷管外壁面上沿中心线设置有多个环形凸起，作为扰流肋；所述流道调节装置包括可调喷管壁面和作动筒，通过作动端的伸缩控制片状结构的转动位置，进而改变第三涵道的环形出口的径向截面积；本发明解决了现有技术热应力大而发生破坏的问题、高红外辐射问题、产生的变形问题和三涵道S弯喷管在不同工况下流动控制问题。

技术领域

本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种带扰流肋-气膜冷却结构的三涵道S弯喷管。

背景技术

变循环发动机通过改变发动机内部部件位置、几何尺寸和形状来调控发动机的热力循环特性。而自适应循环发动机是构型最新颖的最新一代变循环发动机，其独特之处在于它在传统的两流道变循环发动机的基础上又增加一个流道构成三个流道，使其具备更多的工作模式。自适应循环发动机综合利用涡喷发动机高推重比、高空高速性以及涡扇发动机的低油耗、大航程等优点，可以解决新一代战斗机遇到的动力瓶颈问题。因此，它将广泛应用于具有超高音速突防和亚音速长航特点的新一代战斗机上。目前关于变循环发动机的三涵道尾喷管设计大多是针对轴对称收敛喷管，而为了实现跨声速与超声速飞行，有必要研究收扩喷管。

新一代战斗机需具备高隐身性能、超机动性能和超巡航能力。战斗机的排气系统是飞机上最强的红外辐射源以及主要的雷达反射源，而S弯喷管由于其特殊构型，可有效降低排气系统的红外、雷达信号，因此S弯喷管被广泛应用于隐身战斗机。提高战斗机机动性能最有效的办法是提高涡轮前温度，这会导致发动机的尾喷管承受高的热载荷而损坏，并且温度过高的喷管壁面与尾喷流会使排气系统的红外辐射增加，因此喷管冷却问题需要深入研究。

关于喷管冷却的研究大多针对的是轴对称喷管和二元喷管，南航张靖周的文章“气膜孔排布对排气系统中心锥冷却和红外辐射特性的影响”文章指出，气膜冷却可有效降低排气系统中心锥与尾喷流温度，从而降低排气系统的红外辐射。而相较于轴对称喷管与二元喷管，S弯喷管弯曲的构型使得喷管内部存在非均匀的流动特征，这使得喷管壁面出现复杂的应力应变分布，并且变循环发动机的三涵道S弯喷管的内壁面受到高温燃气冲刷，外壁面被第三涵道冷气流冷却，内外壁面温差大，因此热应力也很大，更容易破坏。而且为了降低自身重量，S弯喷管广泛采用新型轻质材料并采用大型薄壁结构设计，这种特殊的气动布局与材料选择使得S弯喷管结构相对柔度较大，结构非线性弹性特征更加明显，在高马赫数飞行下容易产生变形。战斗机从起飞、亚音速、跨音速、超音速工况下要想满足流出喷管的气流是完全膨胀的，就需要在低落压比(起飞、亚音速、跨音速)情况下流道是收敛的，在高落压比(超音速)情况下流道是收扩的，三涵道喷管第三涵道出口面积可调节性不强，无法满足战斗机从起飞、亚音速、跨音速、超音速工况下都可以满足流出喷管的气流是完全膨胀的。因此需要针对变循环发动机使用的三涵道S弯喷管提出合理的调节、冷却和加固方案。

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，本发明提出一种带扰流肋-气膜冷却结构的三涵道S弯喷管，通过扰流肋-气膜冷却结构和流道调节装置的配合，解决了现有技术三涵道S弯喷管因内外壁面热应力大而发生破坏的问题、高温喷管壁面与高温尾喷燃气带来的高红外辐射问题、S弯喷管因为是大型薄壁结构产生的变形问题和三涵道S弯喷管在不同工况下流动控制问题。

本发明的技术方案是：一种带扰流肋-气膜冷却结构的三涵道S弯喷管，沿气流方向依次为收敛段、扩张段，并在外围设置第三涵道；收敛段的入口为喷管的进气口，包括内涵进气口和外涵进气口，扩张段的出口为喷管的排气口，收敛与扩张的衔接处形成喷管喉道；其特征在于：还包括扰流肋-气膜冷却结构和流道调节装置；

所述第三涵道的出口是位于扩张段的环形出口，由扩张段外壁面套装于扩张段内壁面的重叠部分之间的环形缝隙构成；