[发明专利]一种无源被动二次流多轴耦合推力矢量喷管

说明书

本发明公开了一种无源被动二次流多轴耦合推力矢量喷管，涉及矢量喷管领域，能够使流体矢量喷管实现多轴矢量效果。本发明包括：包括收缩段和喷管矢量控制段。收缩段为内部中空的长方体，收缩段的入口为圆形，出口为正方形，且出口截面积小于入口截面积，收缩段的中空内腔将圆形入口截面过渡为正方形出口截面，喷管矢量控制段也是内部中空的长方体，喷管矢量控制段包括外壁、静压腔、康达壁面、流量阀、控制孔；本发明通过控制流量阀的开关状态，实现两个以上方向的矢量推力，与现有的无源二次流单轴矢量喷管相比，能够实现无源二次流多轴矢量推力，具有无源二次流多轴偏转的矢量效果，并且结构简单，无需外接控制气源，重量轻。

技术领域

本发明涉及矢量喷管技术领域，尤其涉及一种无源被动二次流多轴耦合推力矢量喷管。

背景技术

传统气动舵面的控制难以满足非常规姿态下的飞行器姿态控制，推力矢量技术在军用、民用航空器上都有较大的需求，可用于提高飞机的机动性、减小配平阻力、增加升力等目的。目前常见的推力矢量分为机械推力矢量和流体推力矢量两种。

机械推力矢量利用机械装置带动喷管或整个发动机旋转，导致结构复杂、重量大，但是原理简单、技术成熟，已经有多种型号飞行器应用。

流体推力矢量分为有源流体式和无源流体式，其中有源流体式通过注入二次流控制喷流的偏转流动，因此喷管的壁面无需活动，使矢量喷管能够大幅减重；但注入二次流需要额外的气源，如从发动机压气机、喷管中引气或携带高压气瓶、挥发性液体，导致系统不紧凑和复杂化，可能会抵消其减重的效果；无源流体式推力矢量技术无需额外的气源，具有结构简单、轻便的特点。流体推力矢量目前还难以实用，只在一些弹道导弹或者小型无人验证机上应用。近年来，出现了一种新形式的无源流体矢量喷管，其利用喷流卷吸引射的作用产生无源二次流，以控制康达效应实现喷流偏转，因此无需携带气源，能量损失极低，使流体矢量喷管距离实用更进一步。

利用康达效应的流体矢量喷管存在固有的缺点，即对喷流康达效应的控制是通过改变分离泡的大小实现的。不稳定的分离泡对喷管结构的尺寸参数敏感，需要精确的设计与加工才能实现控制喷流稳定偏转，特别是对控制缝的尺寸精度要求高，否则可能会发生推力矢量控制时的突跳，即喷流与壁面的夹角无法连续改变，只能稳定在一些特定的角度或角度区间。在流体矢量喷管内喷流的偏转具有迟滞性，即在相同阀门开度下，阀门从开到关与从关到开喷流的偏转角度不一致。目前流体矢量喷管的研究及应用还只限于二维单轴推力矢量，流体多轴矢量喷管研究很少，距离实用还有一定距离。

发明内容

本发明提供一种无源被动二次流多轴耦合推力矢量喷管，能够使流体矢量喷管实现多轴矢量效果。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种无源被动二次流多轴耦合推力矢量喷管，包括收缩段和喷管矢量控制段，所述收缩段为内部中空的长方体，所述收缩段的入口为圆形，出口为正方形，且出口截面积小于入口截面积，所述收缩段的中空内腔将圆形入口截面过渡为正方形出口截面；

所述喷管矢量控制段也是内部中空的长方体，该长方体包括四个外壁，每个外壁的内侧设置有一个康达壁面，同一侧的康达壁面与外壁之间具有一定的夹角，同一侧的康达壁面和外壁形成一个独立的静压腔，共四个静压腔，各个静压腔相互独立；

所有的所述康达壁面在所述矢量控制段内侧也组成了一个入口小，出口大的腔体，所述腔体的入口和所述收缩段内中空内腔的出口紧密连接，在所述康达壁面靠近所述腔体的入口位置上设置多个控制孔。

作为优选的一种技术方案，同一个康达壁面上的所有控制孔的面积之和不超过该康达壁面面积的10％。

作为优选的一种技术方案，相邻两个控制孔的孔圆心间距不超过所述控制孔半径的三倍。

作为优选的一种技术方案，所述康达壁面与同侧的外壁之间的夹角角度范围在10-30°之间。

作为优选的一种技术方案，所述外壁外侧设置流量阀，所述流量阀和所述静压腔连通。