[发明专利]一种变循环发动机全遮挡双S形二元引射喷管

说明书

本发明公开了一种变循环发动机全遮挡双S形二元引射喷管，属于航空发动机技术领域。其包括双S形收敛段以及设置于双S形收敛段出口处的二元引射喷口；二元引射喷口的出口偏距为0；双S形收敛段包括内部的外涵道S形收敛段和外围的第三涵道S形收敛段，外涵道S形收敛段与第三涵道S形收敛段的横截面均为超椭圆，两者具有同一S弯中心线且两者互不连通，外涵道S形收敛段出口处总压和温度较高的主流通过引射第三涵道S形收敛段出口处总压和温度较低的次流，使次流贴附于二元引射喷口壁面排出。相比现有技术，本发明在提高红外隐身能力的同时，兼顾了喷管的低流阻特性，提升发动机推力。

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种变循环发动机全遮挡双S形二元引射喷管。

背景技术

红外搜索与跟踪系统和红外制导导弹的飞速发展给飞行器战场生存能力带来了愈发严重的威胁，为了使飞行器更好的适应战场，必须发展飞行器红外隐身技术，其中，利用喷管自身型面遮挡排气系统内部的涡轮叶片、中心锥等高温部件是一种可行的措施。目前，喷管型面遮挡应用较多的是二元喷管，如F-117A应用了大宽高比的二元喷管，F-22应用了小宽高比的二元喷管等。然而，二元喷管很难做到在飞行器正后方对排气系统内部高温部件的全遮挡，虽然增大宽高比可以增加遮挡效果，增强红外隐身效果，但过大的宽高比会使喷管的推力性能严重降低。因此，一种新型的喷管型面遮挡技术被提出、论证、甚至已应用到现役涡扇发动机上—S形喷管技术，如美国B-2隐身轰炸机采用的S形排气系统。S形喷管作为一种更有效的遮挡技术，可以大幅度削减排气系统可探测到的红外辐射信号。

目前，国外已计划在下一代战斗机上采用变循环发动机。变循环发动机是通过改变发动机可调部件的几何尺寸及位置，实现发动机循环参数变化的燃气涡轮发动机。国外于20世纪70年代就开展了变循环发动机技术的研究，如美国开展单涵道变循环发动机实验、双涵道变循环发动机GE21、F120发动机、第四代变循环发动机可控压比发动机、新一代三流道自适应变循环发动机等实验。目前国内研究主要集中在变循环发动机的总体性能方面，对部件结构的研究较少。相比现役的涡扇发动机，新一代三流道自适应变循环发动机增加了第三涵道，因此无法将传统涡扇发动机的S形喷管直接应用于变循环发动机，而必须针对变循环发动机的结构与气动特性对其喷管重新设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种变循环发动机全遮挡双S形二元引射喷管，在提高采用变循环发动机战机的红外隐身能力的同时，兼顾了喷管的低流阻特性，提升发动机推力。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种变循环发动机全遮挡双S形二元引射喷管，包括用于在整个发动机后半球面内恰好完全遮挡住发动机排气系统内强红外辐射源的双S形收敛段，以及设置于双S形收敛段出口处的二元引射喷口；所述二元引射喷口的出口偏距为0；所述双S形收敛段包括内部的外涵道S形收敛段和外围的第三涵道S形收敛段，外涵道S形收敛段与第三涵道S形收敛段的横截面均为超椭圆，两者具有同一S弯中心线且两者互不连通，外涵道S形收敛段出口处总压和温度较高的主流引射第三涵道S形收敛段出口处总压和温度较低的次流，使次流贴附于二元引射喷口壁面排出。

进一步地，所述双S形收敛段的型面设计方法包括以下步骤：

步骤1、根据超椭圆面积公式计算外涵道S形收敛段的末端截面半高；

步骤2、建立外涵道S形收敛段上、下轮廓线的公切线恰好经过支板的下端点的约束方程；

步骤3、建立外涵道S形收敛段的横截面半高表达式、横截面面积表达式、S弯中心线曲线方程以及上、下轮廓线上切点P₁、P₂与它们在S弯中心线上的垂直投影点P_c1、P_c2之间的关系式；

步骤4、依据步骤3所建立的曲线方程和关系式，对所述约束方程进行求解，得到S弯中心线的最佳偏距以及外涵道S形收敛段各中间横截面的参数；