CN103696872A - 喷气发动机尾部横截面为矩形的矢量喷管 - Google Patents

Abstract

本发明是喷气发动机尾部截面为圆形管首先渐变成矩形管，矩形管通过轴与四块矩形活动挡板的连接，在四块矩形活动挡板的周围有八块辅助挡板，任何一块矩形活动挡板与其两侧的两块辅助挡板都可以形成同一个内平面。两块相对的矩形活动挡板可以同时偏转，偏转的角度可以不同，这样可以调节喷口面积的大小。但是，在两块相对的矩形活动挡板偏转时，要求另两块矩形活动挡板必须与各自侧面两块辅助挡板处于同一个内平面，而且这后两个内平面互相平行，这种结构使尾喷管既可以左右偏转又可以上下偏转。这种结构也使得制造工艺简单，操作简便，容易实现。利用本发明可以制造可以垂直或短距起降的矢量飞机。还可以制造尾喷管可以上下或左右偏转的矢量飞机。

Description

喷气发动机尾部横截面为矩形的矢量喷管

所属技术领域

本发明涉及一种喷气发动机矢量喷管。

背景技术

现阶段我国的航天技术有了较快的进步，但是中国的矢量飞机特别是能垂直或短距起降的飞机还没有制造出来，美国和俄罗斯有了自己的这样的飞机，尤其美国的F-35B飞机此项技术已经十分成熟，我国急需这样的飞机。

发明内容：

本发明采用矩形尾喷管，即将喷气发动机的尾喷管部分横截面由圆形首先渐变成方形或长方形，然后通过尾喷管的活动挡板的使用以及辅助挡板的使用，使喷气发动机尾喷管具有了既可以左右偏转又可以上下偏转的功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：尾喷管截面先由圆形渐变成方形或长方形后，矩形管的四条边通过四个轴与四块矩形活动挡板相连，为了保证活动挡板摆动时挡板的周围不漏气，在四块活动挡板的周围还设有捌块辅助挡板。

本发明的有益效果是：1.本发明的结构简单，加工工艺简单，容易实现。2.操作简便。由于其结构简单，四块矩形活动挡板的活动只需要四个液压作动筒或四个电机就够了，矢量尾喷管主要是要求上下和左右能够偏转，而这样的两个方向正好是这种结构预先设定好的，换句话说这种结构只能允许尾喷管上下和左右的偏转，由于这种简单的结构，给操作带来了方便。3.利用这种矢量尾喷管技术，可以制造尾喷管既可以偏转的又可以垂直或短距起降飞机。

附图说明

图1是喷气发动机尾部截面积为矩形的矢量喷管结构示意简图

图2是矢量喷管的四个矩形活动挡板与各自两边的辅助挡板处于同一内平面时，相对两块矩形活动挡板的内平面彼此平行，相邻两块矩形活动挡板彼此垂直的四块矩形活动挡板彼此的位置关系示意图

图3是相邻两块辅助挡板相互垂直的彼此位置关系示意图

图4是作动筒与其中一块矩形活动挡板和发动机机身连接的示意图

图5是矩形矢量喷管的一种应用，飞机的喷气发动机的尾喷管既可以上下左右偏转，飞机又可以垂直或短距起降的喷气发动机的双矩形矢量喷管构造示意图

图6是图5中主要控制后矩形矢量喷管和下矩形矢量喷管的气体排放量的阀门(活动挡板)与作动筒的连接和作动筒与发动机机身侧壁连接的示意图

图7是利用图5所示的矢量发动机制成的飞机，即具有尾喷管可以偏转又具有垂直／短距起降功能的飞机

图中101是喷气发动机的尾部横截面积由圆形渐变成矩形的矩形管；102是组成矩形矢量喷管的上矩形活动挡板；103是组成矩形矢量喷管的左矩形活动挡板；104是组成矩形矢量喷管的下矩形活动挡板；201是四个矩形活动挡板的内平面105是组成矩形矢量喷管的右矩形活动挡板；106至113是组成矢量喷管的辅助挡板；501是后矩形矢量喷管；502是下矩形矢量喷管601是控制后矩形矢量喷管和下矩形矢量喷管排气量大小的阀门602是连接阀门(601)和喷气发动机机身的作动筒。

具体实施方式：

图1中103、102、105、104四块矩形活动挡板分别由bcgf、abfe、adhe、cdhg围成的，其中bc、ab、ad、dc分别是四块矩形活动挡板的轴，四块挡板都可以绕轴转动一定的角度，其中上(102)下(104)矩形活动挡板形状、大小一样，左(103)右(105)矩形活动挡板的形状、大小也一样，在每一块矩形活动挡板的两侧，都有两块辅助挡板，当矩形活动挡板转动到某一角度时，两块辅助挡板的内平面与此矩形活动挡板的内平面形成同一个内平面。

如果四块矩形活动挡板其中任意相邻两块互相垂直时，四块矩形活动挡板与它们各自的辅助挡板必定形成同一个内平面。，所有相邻矩形活动挡板互相垂直如图2所示，不难理解，如果要求左(103)右(105)矩形活动挡板左右摆动时，上(102)矩形活动挡板应与其辅助挡板(107)和(112)形成同一个内平面，下(104)矩形活动挡板应与其辅助挡板(108)和(111)形成同一个内平面，形成的两个内平面平行；如果要求上(102)下(104)矩形活动挡板上下摆动时，左(103)矩形活动挡板应与其辅助挡板(106)和(109)形成同一个内平面，右(105)矩形活动挡板应与其辅助挡板(110)和(113)形成同一个内平面，形成的两个内平面平行。

那么辅助挡板所起的作用是什么呢?设想一下，如果没有辅助挡板，当矩形活动挡板摆动时，如向左摆动(从飞行员角度看)，一些气体会从上下矩形活动挡板的左面跑出，当有了辅助挡板时，如图1所示，由bfi和aen围成的平面(107)和(112)的底面(内平面)与上(102)矩形活动挡板的底面(内平面)为同一个内平面，由cgj和doh围成的平面(108)和((111)的上平面(内平面)与下(104)矩形活动挡板的上平面(内平面)为同一个内平面，由图2所示的四块活动挡板的位置关系知道，左(103)右(105)矩形活动挡板左右摆动时，在左(103)右(105)矩形活动挡板的上下边缘沿上(102)矩形活动挡板及其辅助挡板形成的内平面以及下(104)矩形活动挡板及其辅助挡板形成的内平面左右滑动，这样气体不会从侧面跑出。

同理，使左(103)右(105)矩形活动挡板与各自辅助挡板形成了各自的内平面，此时两个内平面平行，而此两个内平面与上(102)下(104)矩形活动挡板的内平面垂直。上(102)下(104)矩形活动挡板的上下摆动是上(102)下(104)矩形活动挡板的左右边缘沿左(103)矩形活动挡板及其辅助挡板组成的内平面和右(105)矩形活动挡板及其辅助挡板组成的内平面滑动(只要不超出辅助挡板的边缘)时，侧面也不会漏气。

实际上相邻辅助挡板可以形成一个整体，如图3所示，将它们的一端(图3的左端)固定在发动机的机身上，然后将辅助挡板的另一端(图3的右端)彼此相邻从外侧固定，换句话说，所有辅助挡板是固定不动的。

尾喷管的截面积可以是正方形和长方形，即为矩形，因为正方形是边长相等的矩形。

要说明的是，两块相对的矩形活动挡板(上下活动的挡板或者左右活动的挡板)摆动的角度可以不同，这样可以控制喷口面积的大小。

这样的设计，尾喷管周围的密闭性比较好，而且结构简单，容易制造，接受动作的指令后，不该摆动的矩形活动挡板立即回到和其两块辅助挡板形成同一个平面的位置，然后是该摆动的矩形活动挡板再动作，动作程序简单，而且摆动的角度范围较大，如图4所示，只要使用四个作动筒或四个电机就可以完成此四个矩形活动挡板的摆动。

图5是利用本发明设计的尾喷管可以改变方向而且可以垂直或短距起降的喷气发动机的主要部分的示意图。

图中尾喷管横截面先由圆形过渡到矩形，然后在尾喷管中部底面上开有一个矩形的开口，有一个可活动矩形挡板可以密封住此开口，矩形活动挡板的轴靠近发动机的尾部，挡板轴的对面的一条边离尾部稍远，矩形挡板的两条侧边之间的距离等于矩形喷管左右内壁之间的距离，即当挡板绕轴摆动时，挡板的两条侧边可以沿矩形喷管左右侧内壁滑动。当与活动挡板的轴相对的一边旋转至矩形喷管的中间位置时，气体可走两个通道，即向下和向后的通道，不难看出，向下和向后的排气量，可由矩形活动挡板的位置进行调节。当此活动挡板的上沿(轴的对边)旋转至矩形喷管的上壁时，气体完全走向下通道。当活动挡板完全密封住尾喷管底面开口时，气体完全走向后的通道，如果我们将下通道也安装上像图1一样的矩形矢量喷管，不难想到这样的一种喷气发动机完全可以应用在垂直／短距起降飞机上，而且后喷管和下喷管都是矢量喷管。如图5所示。

图7是利用上面所讲的喷气发动机(具有图5所示两个矢量喷管)设计的飞机。

当飞机开始起飞时，用活动挡板形成的阀门的上沿向上旋转到矩形尾喷管内上壁，喷气发动机气体由下矩形矢量喷管喷出，根据牛顿第三定律使飞机产生向上的推力，可以使飞机能够垂直起飞。当飞机飞到一定高度时，可以使活动挡板向下旋转，此时从下方喷管喷出的气体逐渐减少，气体向后喷的量逐渐增多，随着活动挡板继续向下旋转，此时向上的推力在逐渐减小，向前的推力逐渐增大，向上的推力用来克服飞机自身的重力，向前的推力推动飞机向前运行，随着飞机向前运行的速度的加快，可以通过机翼的迎角来获得向上的升力，活动挡板逐渐可以将下矩形矢量喷管完全封闭，气体完全由后矩形矢量喷管喷出，此时飞机与普通的喷气式飞机一样。

当飞机需要降落时，首先应降低飞行速度，然后使活动挡板逐渐上翘，使飞机产生向上的推力来克服一部分重力的影响，此时向上的升力有两个：一个是飞机机翼本身的仰角和飞机向前运行时产生的升力，一个是气体由下矩形矢量喷管喷出时产生的向上的推力，这两个力相加可以抵消飞机本身的重力，不致于使飞机摔到地上，随着活动挡板的逐渐向上翘起，飞机的后矩形矢量喷管喷出的气体越来越少，下矩形矢量喷管喷出的气体越来越多，飞机向前的动力越来越小，向上的推力越来越大，最后活动挡板完全挡住后矩形矢量喷管通道，此时飞机靠惯性向前飞行，那么怎样使飞机完成垂直降落呢?

首先，空气对飞机的阻力使飞机越飞越慢。

机翼、副翼、尾翼都可以对飞机的平衡起作用，这里要说的是，由于下矩形矢量喷管前后左右都可以偏转，可以产生不同方向的力和力矩，故对飞机的平衡，也会起到不小的作用。

飞机的下矩形矢量喷管可以向前下方的偏转，同时产生了向上和向后的分力，这个向后的分力和空气的阻力可以使飞机停下来，此时当飞机下矩形矢量喷管产生的向上的推力和飞机自身的重力相等时，飞机在空中悬停，可以掌握使飞机的重力稍大于飞机的向上的推力，飞机可以慢慢降下来。

采用矩形活动挡板作为双矢量矩形尾喷管阀门的好处是：1.由垂直起飞到向前正常飞行的过程或逆过程是逐渐完成的，使用活动挡板作阀门，使这种渐变的过程更加顺畅，阀门的结构虽然简单，但能解决问题，而且容易制造。

Claims (4)

1.一种喷气发动机尾部横截面积为矩形的矢量喷管，将普通喷气发动机尾部横截面由圆形管渐变为矩形管，矩形管通过四个轴(ab、bc、cd、da)与四块矩形活动挡板(102、103、104、105)连接，在每一块活动挡板的两侧有两块辅助挡板，其特征为，每块矩形活动挡板都可以偏转一定的角度，辅助挡板固定在喷气发动机机身上，每块矩形活动挡板的内平面与其两侧辅助挡板的内平面可以形成同一个内平面，由四块矩形活动挡板和八块辅助挡板可以围出向上下左右四个方向弯曲的管道，辅助挡板的作用是使管道周围不会漏气。

2.权利要求1中提到的喷气发动机尾部横截面积为矩形的矢量喷管，其特征为，当任意两块相邻活动挡板都彼此垂直时，每块活动挡板与各自两侧的两块辅助挡板一定形成同一个内平面，此时相对的两个内平面互相平行，而且相对应的边长相等，与矩形活动挡板的轴两侧的邻边之间的距离等于另两个相对的活动挡板的内平面之间的距离。

3.权利要求1和2中提到矩形活动挡板，其特征为，其中任何两块相对的矩形活动挡板偏转之前，其相邻的两块矩形活动挡板的内平面必须与各自相邻辅助挡板形成同一个内平面，这样形成的两个内平面彼此平行，这可以方便发生偏转的矩形活动挡板的两个侧面沿周边的两个内平面滑动；发生偏转的两块矩形活动挡板偏转的角度可以不同，这可以方便调节喷口的面积。

4.利用权利要求1、2、3中涉及到的喷气发动机尾部为矩形的矢量喷管，可以制成具有双矩形矢量喷管且两喷管喷出的气体的多少可以由一个阀门来调节的，可以垂直／短距起降的矢量发动机，其特征为，阀门的形状为矩形，阀门的轴在矩形管的底部，轴到对边的距离大于矩形管的高度，轴的对边朝向发动机的头部，阀门的宽度等于矩形管的内壁之间的距离；阀门既可以封闭住后矩形矢量喷管通道，也可以封闭住下矩形矢量喷管通道，也可以使两个通道处于半封闭状态，这将便于调节两个喷管的排气量。

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