CN107882654A - 扩张段压力自平衡的二元矢量喷管及具有其的航空发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空发动机喷管及排气技术领域，具体提供了扩张段压力自平衡的二元矢量喷管及具有其的航空发动机，该矢量喷管在扩张段安装压力控制压力调节片，通过压力调节片平衡喷管壁面内外压差，达到对喷管构件防振减振的目的，同时流过压力调节片的外界气流也起到了降低喷管壁温的效果，与传统矢量喷管相比，该喷管不需要额外的驱动机构即可实现喷管壁面内外压力的自平衡，矢量喷管的安全可靠性显著提高。

Description

扩张段压力自平衡的二元矢量喷管及具有其的航空发动机

技术领域

本发明涉及航空发动机喷管及排气技术领域，特别涉及扩张段压力自平衡的二元矢量喷管及具有其的航空发动机。

背景技术

传统的航空发动机用二元矢量喷管，在大面积比或者矢量偏转角较大的工况，喷管壁面附近均会出现气流分离，由此带来喷管调节片上的气动载荷不均匀并伴随振动现象的出现，这必然给矢量喷管结构、传力等的设计带来了复杂性，同时也给喷管构件的安全使用带来了风险；另外，气流分离区局部温度很高，会造成调节片局部过热，影响矢量喷管的安全可靠工作。

发明内容

为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本发明提供了扩张段压力自平衡的二元矢量喷管，包括：

一个固定段，其固定于发动机尾部；

两个收敛段，所述收敛段一端与所述固定段通过转动副连接；

两个扩张段，所述扩张段一端通过转动副与对应的所述收敛段的另一端连接，所述扩张段上开有多个槽口，该槽口周围为阶梯台限位结构；

多个压力调节片，其通过转动副连接于所述扩张段，所述压力调节片与所述槽口的阶梯台限位结构配合，使所述压力调节片关闭时与所述扩张段贴合，当所述压力调节片处的外界压力高于喷管内壁压力时，所述压力调节片向内打开，外界气流进入喷管，平衡喷管壁面内外压差，对喷管壁面进行防振减振和降低壁温，当所述压力调节片处的外界压力低于喷管内壁压力时，所述压力调节片关闭；

两个侧壁，所述侧壁对称固定在所述固定段的左右两侧，并与所述收敛段以及所述扩张段之间密封。

优选的，所述固定段为圆转方结构；

所述收敛段和所述扩张段均呈板状并对称设置在所述固定段的上下两侧；

所述侧壁呈板状；

同一所述扩张段上的所述压力调节片呈矩阵式分布。

优选的，每个所述扩张段具有1～600个所述压力调节片，其中沿轴向分布有1～20排，每排沿径向分布有1～30个。

优选的，每个所述扩张段具有12个所述压力调节片，其中沿轴向分布有3排，每排沿径向分布有4个。

本发明还提供了具有如上所述的扩张段压力自平衡的二元矢量喷管的航空发动机。

本发明提供的扩张段压力自平衡的二元矢量喷管及具有其的航空发动机，具有如下有益效果：

1、通过压力调节片平衡喷管壁面内外压差，达到对喷管构件防振减振的目的；

2、流过压力调节片的外界气流也起到了降低喷管壁温的效果；

3、不需要额外的驱动机构即可实现喷管壁面内外压力的自平衡，矢量喷管的安全可靠性显著提高。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本发明，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。

图1是本发明的一种示意性实施例的轴侧图；

图2是本发明的一种示意性实施例的扩张段的轴侧图；

图3是图1中压力调节片处于关闭状态的剖视图；

图4是图1中压力调节片处于打开状态的剖视图；

图5是图1中的二元矢量喷管处于矢量偏转状态时部分压力调节片打开状态的剖视图。

附图标记：

10固定段

20收敛段

30扩张段

40压力调节片

50侧壁

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，均仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

本发明提供了扩张段压力自平衡的二元矢量喷管，用于平衡喷管扩张段壁面内外压差、防振减振并降低壁温，主要应用于具有推力矢量功能的航空发动机上，同时也适用于类似功能的航空发动机或其他类型的航天发动机领域。如图1所示，该二元矢量喷管包括一个固定段10、两个收敛段20、两个扩张段30、多个压力调节片40和两个侧壁50。

固定段10作为二元矢量喷管的支撑构件，其固定于发动机尾部。本实施例中，固定段10为圆转方结构。收敛段20一端通过转动副与固定段10连接，实现喷管喉道面积的调节，另一端通过转动副与对应的扩张段30连接，本实施例中，收敛段20和扩张段30呈板状并对称设置在固定段10的上下两侧。扩张段30上开有多个槽口，该槽口周围为阶梯台限位结构，扩张段30同样实现喷管出口面积的调节，并保证发动机在不同状态下喷管均具有较优的性能。侧壁50对称固定在固定段10的左右两侧，并与收敛段20以及扩张段30之间密封，防止气体从固定段10尾部的两侧喷出。本实施例中，侧壁50呈板状。

如图2所示，压力调节片40通过转动副连接于扩张段30，压力调节片40的数量和槽口数量相同，压力调节片40与槽口的阶梯台限位结构配合，使压力调节片40关闭时与扩张段30贴合，确保气流无泄漏的同时不影响喷管的气动性能。本实施例中，同一扩张段30上的压力调节片40呈矩阵式分布，每个扩张段30具有1～600个压力调节片40，其中沿轴向分布有1～20排，每排沿径向分布有1～30个。本实施例中，每个扩张段30具有12个压力调节片40，其中沿轴向分布有3排，每排沿径向分布有4个。

如图3至图4所示，当压力调节片40处的外界压力高于喷管内壁压力时，压力调节片40向内打开，外界气流如图中箭头所示进入喷管并沿内壁流动，平衡喷管壁面内外压差，起到对喷管壁面防振减振和降低壁温的目的，保证了喷管安全可靠工作，当压力调节片40处的外界压力低于喷管内壁压力时，压力调节片40关闭，喷管此时与无压力调节片情况无异。如图5所示，当两扩张段30均向同一方向进行矢量偏转时，两个扩张段30内壁的压力不同，因此与偏转方向同侧的扩张段30上的压力调节片40打开，对侧的扩张段30上的压力调节片40关闭。

本发明还提供了具有如上所述的扩张段压力自平衡的二元矢量喷管的航空发动机，该发动机不需要额外的驱动机构即可实现喷管壁面内外压力的自平衡，矢量喷管的安全可靠性显著提高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.扩张段压力自平衡的二元矢量喷管，其特征在于，包括：

一个固定段(10)，其固定于发动机尾部；

两个收敛段(20)，所述收敛段(20)一端与所述固定段(10)通过转动副连接；

两个扩张段(30)，所述扩张段(30)一端通过转动副与对应的所述收敛段(20)的另一端连接，每个所述扩张段(30)上开有多个槽口，该槽口周围为阶梯台限位结构；

多个压力调节片(40)，其通过转动副连接于所述扩张段(30)，所述压力调节片(40)与所述槽口的阶梯台限位结构配合，使所述压力调节片(40)关闭时与所述扩张段(30)贴合，当所述压力调节片(40)处的外界压力高于喷管内壁压力时，所述压力调节片(40)向内打开，外界气流进入喷管，平衡喷管壁面内外压差，对喷管壁面进行防振减振和降低壁温，当所述压力调节片(40)处的外界压力低于喷管内壁压力时，所述压力调节片(40)关闭；

两个侧壁(50)，所述侧壁(50)对称固定在所述固定段(10)的左右两侧，并与所述收敛段(20)以及所述扩张段(30)之间密封。

2.根据权利要求1所述的二元矢量喷管，其特征在于，所述固定段(10)为圆转方结构；

所述收敛段(20)和所述扩张段(30)均呈板状并对称设置在所述固定段(10)的上下两侧；

所述侧壁(50)呈板状；

同一所述扩张段(30)上的所述压力调节片(40)呈矩阵式分布。

3.根据权利要求2所述的二元矢量喷管，其特征在于，每个所述扩张段(30)具有1～600个所述压力调节片(40)，其中沿轴向分布有1～20排，每排沿径向分布有1～30个。

4.根据权利要求3所述的二元矢量喷管，其特征在于，每个所述扩张段(30)具有12个所述压力调节片(40)，其中沿轴向分布有3排，每排沿径向分布有4个。

5.航空发动机，其特征在于：包含如权利要求1至4中任一权利要求所述的扩张段压力自平衡的二元矢量喷管。