CN106121859B - 一种用于宽速域变结构尾喷管的调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于宽速域变结构尾喷管的调节装置，采用两套相同的偏转结构，对称安装在发动机尾喷管底板上部；可伸缩液压缸的头部固定在尾喷管上部机体侧板上，液压缸活塞杆与长曲柄一端连接，另一端与短曲柄的一端连接于机体侧板的铰轴上，短曲柄的另一端与变形连杆的一端连接，变形连杆的另一端与变形桁架上端连接，变形桁架下端连接在飞行器尾喷管底板的侧板上；活塞杆与可伸缩液压缸形成滑动约束,实现尾喷管底板上下偏转。调节装置结构简单，利用喷管上部空间，在飞行器处于飞行状态时，根据尾喷管中的气流状态，驱动活塞杆对尾喷管下底板进行上下调节，改变气流状态，改善发动机性能，具有良好的传动性能和承载能力。
Description
技术领域
本发明涉及高超声速运载器超燃冲压发动机领域，具体地说，涉及一种用于宽速域变结构尾喷管的调节装置。
背景技术
对于加速型水平起降的高超声速运载器，在实际飞行中需要跨越亚声速、跨声速、超声速及高超声速几个阶段，宽速域的工作条件对发动机的性能有很高的要求，要求发动机在燃料流量一定的情况下，向飞行器提供稳定、高效且尽可能大的推力。飞行器在宽速域飞行包线下工作时，由于来流条件的不同，发动机的工作情况也会有很大不同，因此尾喷管气流一般存在三种状态：1.过膨胀；2.欠膨胀；3.完全膨胀。当飞行器的飞行状态处于设计点附近时，尾喷管气流处于完全膨胀状态，发动机往往能发挥出优秀的推力性能，但是在偏离设计点时，由于尾喷管形状固定，而外部气压变化剧烈，导致喷出的气流处于欠膨胀或者过膨胀状态，使得发动机性能急剧下降。因此为满足发动机的高性能工作要求，必须采用变结构设计，为发动机提供稳定的性能。
德国Aachen RWTH研究在喷管型面上设置凹槽来改善固定几何形状喷管在非设计工况下的性能，通过促进分离，可较大地改进喷管在低静压比、低马赫数条件下的静推力系数。这种方法在低马赫数下有较强的实用性，但在飞行马赫数较高时，没有优秀的性能。国内的科研人员通过在飞行器后体上部表面布置多个吸除槽孔，驱动上盖板使吸除槽孔处于开启或关闭状态从而改变喷管内的燃气膨胀程度改善发动机性能。但该方法主要用于提升喷管在引射模态下内部流场过膨胀状态下的工作性能。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于宽速域变结构尾喷管的调节装置，该调节装置用于宽速域高超声速飞行器在整个飞行过程中发动机尾喷管发生结构变形，使得在不同飞行状态下，改善发动机喷管内部气流的气压状态，有效利用发动机狭小的侧壁空间，设计的传力结构使得作用于尾喷管上的载荷小，更易发挥推力性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括可伸缩液压缸、长曲柄、短曲柄、变形连杆、变形桁架、尾喷管底板，采用两套相同的人字形偏转结构，对称安装在发动机尾喷管底板上部侧边，可伸缩液压缸的头部通过螺栓固定在尾喷管上部机体侧板上，可伸缩液压缸的活塞杆与长曲柄一端通过转轴连接，长曲柄另一端与短曲柄的一端连接于机体侧板的铰轴上，且绕铰轴自由转动，短曲柄另一端与变形连杆一端通过固定轴连接，变形连杆另一端与变形桁架上端通过铰轴连接，变形桁架下端与飞行器尾喷管底板上侧板通过铰链连接；活塞杆与可伸缩液压缸形成滑动约束,并带动长曲柄、短曲柄、变形连杆、变形桁架连动，实现尾喷管底板上下偏转。
所述可伸缩液压缸与长曲柄、短曲柄、变形连杆、变形桁架位于同一竖直平面内。
所述尾喷管底板上周向设有密封槽，通过填入柔性材料实现密封。
有益效果
本发明提出的一种用于宽速域变结构尾喷管的调节装置，用于宽速域高超声速飞行器在整个飞行过程中发动机尾喷管发生结构变形，使得在不同飞行状态下，改善发动机喷管内部气流的气压状态。在整个飞行过程中发动机各工作模态下均具有良好的变形效果，更好的发挥发动机的性能；调节装置占用空间小，能有效利用发动机狭小的侧壁空间；使得作用于尾喷管上的载荷小，传力结构尺寸小，更易在有限的空间内发挥效能。
本发明用于宽速域变结构尾喷管的调节装置，具有良好的传动性能和承载能力，结构简单，充分利用喷管上部空间，同时也满足喷管侧壁空间的约束。宽速域高超飞行器处于各飞行状态时，根据飞行器尾喷管中的气流状态，驱动活塞杆对尾喷管下底板进行上下偏转调节，从而改变气流状态，改善发动机性能，具有良好的操作性。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种用于宽速域变结构尾喷管的调节装置作进一步详细说明。
图1为本发明调节装置安装于飞行器尾喷管的轴测图。
图2为本发明调节装置安装于飞行器尾喷管的主视图。
图3为本发明调节装置使尾喷管底板向上偏转时示意图。
图4为本发明调节装置使尾喷管底板向下偏转时示意图。
图5为本发明宽速域变结构尾喷管的调节装置结构示意图。
图中:
1.可伸缩液压缸 2.长曲柄 3.短曲柄 4.变形连杆 5.变形桁架 6.尾喷管底板
具体实施方式
本实施例是一种用于宽速域变结构尾喷管的调节装置。用于宽速域高超声速飞行器在整个飞行过程中发动机尾喷管发生结构变形，使得在不同飞行状态下，改善发动机喷管内部气流的压力状态，在整个飞行过程中发动机各工作模态下均具有良好的变形效果，更好的发挥发动机的性能；调节装置占用空间小，能有效利用发动机狭小的侧壁空间，使得作用于尾喷管上的载荷小，传力结构在有限的空间内发挥推力性能。
参阅图1～图5，本实施例用于宽速域变结构尾喷管的调节装置，由可伸缩液压缸1、长曲柄2、短曲柄3、变形连杆4、变形桁架5、尾喷管底板6组成；采用两套相同的人字形偏转结构，对称安装在飞行器发动机尾喷管底板上部侧边。可伸缩液压缸1的头部通过螺栓固定在尾喷管上部机体侧板上，可伸缩液压缸1活塞杆与长曲柄2一端通过铰轴连接，长曲柄2另一端与短曲柄3的一端连接于机体侧板的铰轴上，且绕铰轴自由转动；短曲柄3的另一端与变形连杆4的一端通过固定轴连接，变形连杆4的另一端与变形桁架5上端通过铰轴连接，变形桁架5下端与飞行器尾喷管底板6上侧板通过铰链连接。活塞杆与可伸缩液压缸1形成滑动约束,并带动长曲柄2、短曲柄3、变形连杆4、变形桁架5连动；实现尾喷管底板6上下偏转。
各组成部分的作用:
可伸缩液压缸1在调节装置中为控制尾喷管底板6上下偏转的主动机构，活塞杆与可伸缩液压缸1形成滑动约束；长曲柄2和短曲柄3在该机构中为可伸缩液压缸1与驱动尾喷管底板偏转的变形连杆4的连接机构，机构避免可伸缩液压缸1与变形连杆4直接连接，从而充分利用喷管上部机体空间，不影响喷管性能，同时也使其不受侧壁空间的约束；变形连杆4在机构中直接驱动尾喷管底板6偏转，但其并没有直接与尾喷管底板6相连接，而是通过变形桁架与尾喷管底板6连接，通过其连接方式缩短连杆的长度，以减小占用喷管侧壁的空间。
当需要控制飞行器尾喷管底板6偏转时，飞行器控制装置给出控制指令驱动活塞杆在可伸缩液压缸1中进行伸缩一定距离即可。当尾喷管底板6需要向上偏转时，需控制可伸缩液压缸1活塞杆向内收缩；当尾喷管底板6需要向下偏转时，需控制可伸缩液压缸1活塞杆向外伸长。随后可伸缩液压缸1活塞杆推动长曲柄2与短曲柄3偏转，短曲柄3推动与其相固连的变形连杆4偏转，变形连杆4驱动变形桁架5控制尾喷管底板6上下偏转。
宽速域高超飞行器在飞行过程中所处的飞行状态变化较大，对尾喷管变结构的需求是不断变化的；通过本实例用于宽速域变结构尾喷管的调节装置，由飞行器控制装置给出控制指令控制可伸缩液压缸1活塞杆的伸缩距离，实现尾喷管底板6的上下连续偏转，改变尾喷管内部的气流状态，从而使宽速域高超发动机发挥良好的性能。
Claims (3)
1.一种用于宽速域变结构尾喷管的调节装置，其特征在于:包括可伸缩液压缸、长曲柄、短曲柄、变形连杆、变形桁架、尾喷管底板，采用两套相同的人字形偏转结构，对称安装在尾喷管底板上部侧边，可伸缩液压缸的头部通过螺栓固定在尾喷管上部机体侧板上，可伸缩液压缸的活塞杆与长曲柄一端通过转轴连接，长曲柄另一端与短曲柄的一端连接于机体侧板的铰轴上，且绕铰轴自由转动，短曲柄另一端与变形连杆一端通过固定轴连接，变形连杆另一端与变形桁架上端通过铰轴连接，变形桁架下端与尾喷管底板上侧板通过铰链连接；活塞杆与可伸缩液压缸形成滑动约束,并带动长曲柄、短曲柄、变形连杆、变形桁架连动，实现尾喷管底板上下偏转。
2.根据权利要求1所述的用于宽速域变结构尾喷管的调节装置，其特征在于:所述可伸缩液压缸与长曲柄、短曲柄、变形连杆、变形桁架位于同一平面内。
3.根据权利要求1所述的用于宽速域变结构尾喷管的调节装置，其特征在于:所述尾喷管底板上周向设有密封槽，通过填入柔性材料实现密封。
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