具有流量調(diào)節(jié)功能的旁路式無(wú)源雙喉道氣動(dòng)矢量噴管及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行器推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種旁路式無(wú)源雙喉道氣動(dòng)矢量噴管。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，裝備推力矢量航空發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行器越來(lái)越多。而對(duì)于戰(zhàn)斗機(jī)及導(dǎo)彈等而言，常規(guī)飛行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和噴管的工作范圍較窄;但是當(dāng)進(jìn)行規(guī)避、截?fù)簟⒆汾s、機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，不可避免地需要進(jìn)行補(bǔ)燃加力，從而提高了噴管的工作落壓比，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)推力并提高飛行速度，從而使噴管工作范圍變寬，在這個(gè)過(guò)程中有時(shí)還會(huì)使用推力矢量技術(shù)進(jìn)行機(jī)動(dòng)飛行。因此，具備在較寬工作范圍下高效工作能力的推力矢量噴管裝置對(duì)于未來(lái)飛行器具有重大價(jià)值。
[0003]當(dāng)下，單獨(dú)對(duì)于推力矢量噴管裝置進(jìn)行的設(shè)計(jì)有很多，而這些噴管進(jìn)行流量調(diào)節(jié)多是依靠液壓作動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改變喉道通流面積來(lái)實(shí)現(xiàn)。二者相互匹配的設(shè)計(jì)難度很大，單純就推力矢量噴管來(lái)說(shuō)，多數(shù)設(shè)計(jì)就因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，可靠性差，成本高等問(wèn)題停留在紙上，很少實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。
[0004]無(wú)源式喉道偏移式氣動(dòng)矢量噴管，是近年來(lái)興起的一種新型推力矢量技術(shù)，憑借結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、可動(dòng)部件少等特點(diǎn)，越來(lái)越受到青睞。其中對(duì)于典型的旁路式無(wú)源雙喉道氣動(dòng)矢量噴管來(lái)說(shuō)，氣體依次流過(guò)第一喉道前部收斂段、第一喉道、第二喉道前部擴(kuò)張收斂段，最終從第二喉道流出。而旁路通道的進(jìn)口多為噴管的進(jìn)口(即航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪的出口)，出口多為雙喉道氣動(dòng)矢量噴管的一喉道尖點(diǎn)附近，通常情況下，通過(guò)旁路通道，將少量發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪出口的氣流引向雙喉道氣動(dòng)矢量噴管的一喉道附近，用這些氣體對(duì)流過(guò)一喉道的主流產(chǎn)生少量擾動(dòng)，使其氣動(dòng)喉道截面產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生推力矢量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種具有流量調(diào)節(jié)功能的旁路式無(wú)源雙喉道氣動(dòng)矢量噴管，用于解決傳統(tǒng)的具有流量調(diào)節(jié)功能的推力矢量噴管設(shè)計(jì)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)笨重，不適用于工程的技術(shù)問(wèn)題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案:
[0007]具有流量調(diào)節(jié)功能的旁路式無(wú)源雙喉道氣動(dòng)矢量噴管，在噴管內(nèi)的旁路通道與二喉道前部擴(kuò)張收斂段之間設(shè)置連接上述二者的流量調(diào)節(jié)通道，所述流量調(diào)節(jié)通道與旁路通道共同形成三通結(jié)構(gòu)，并在三通結(jié)構(gòu)的三個(gè)通道內(nèi)分別設(shè)置流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)。為了流量調(diào)節(jié)方便，上述流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)均設(shè)置成可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的開(kāi)關(guān)，并且可通過(guò)對(duì)每個(gè)流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)設(shè)置各自的導(dǎo)軌，利用沿各自導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)度的調(diào)節(jié)。
[0008]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述噴管內(nèi)的每個(gè)旁路通道均設(shè)置有相應(yīng)的流量調(diào)節(jié)通道并形成三通結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)三通結(jié)構(gòu)的形狀、大小相同。
[0009]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述流量調(diào)節(jié)通道內(nèi)設(shè)置有燃油噴嘴，使得燃油隨著流過(guò)流量調(diào)節(jié)通道的氣體一同噴出，并在二喉道前部擴(kuò)張收斂段內(nèi)設(shè)置點(diǎn)火器或在流量調(diào)節(jié)通道內(nèi)設(shè)置點(diǎn)火器引燃油氣混合物，進(jìn)一步提高主流氣體的總溫總壓，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)燃加力功能;而當(dāng)一側(cè)旁路通道內(nèi)注油燃燒時(shí)而另一側(cè)不注油時(shí)，則能產(chǎn)生輔助的推力矢量效果。
[0010]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，上述三通結(jié)構(gòu)可通過(guò)將所述流量調(diào)節(jié)通道設(shè)置成與相應(yīng)的旁路通道的折角處連通的方式實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
[0011]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，為了平穩(wěn)可控，將兩兩三通結(jié)構(gòu)中相應(yīng)通道內(nèi)的流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)設(shè)置在所屬通道內(nèi)相同的位置處。
[0012]進(jìn)一步的，將一般的具有上下兩個(gè)旁路通道的旁路式無(wú)源雙喉道氣動(dòng)矢量噴管改造后使之符合上文中所述的結(jié)構(gòu)，并做如下定義:
[0013]以噴管的中軸線所在水平面將噴管內(nèi)的旁路通道劃分為上側(cè)旁路通道和下側(cè)旁路通道，上側(cè)旁路通道位于噴管的中軸線所在水平面之上，下側(cè)旁路通道位于噴管的中軸線所在水平面之下；將三通結(jié)構(gòu)中的三個(gè)通道的交匯點(diǎn)與旁路通道進(jìn)口之間、與旁路通道出口之間、與流量調(diào)節(jié)通道之間的三個(gè)通道上的開(kāi)關(guān)分別定義為為流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)a、流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)b和流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)c ;上述每個(gè)流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)；可通過(guò)控制上述流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變噴管出口處的流量的大小和方向，針對(duì)不同的要求控制方法如下:
[0014]在非矢量狀態(tài)下，隨著噴管工作落壓比的提高，逐步同步開(kāi)啟所有流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)a和流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)c，實(shí)現(xiàn)流量的提尚；
[0015]在矢量狀態(tài)下，當(dāng)需要產(chǎn)生向某一側(cè)的推力矢量時(shí)，開(kāi)啟該側(cè)的旁路通道和與之連通的流量調(diào)節(jié)通道中的流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)a和流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)b，并隨著噴管工作落壓比的提高，逐漸開(kāi)啟另一側(cè)的旁路通道和與之連通的流量調(diào)節(jié)通道中的流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)a和流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)Co
[0016]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，流量調(diào)節(jié)通道可以按照設(shè)計(jì)成為收斂-擴(kuò)張形的通道，這可以對(duì)于提高噴管推力有所貢獻(xiàn)。
[0017]有益效果:
[0018]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于旁路式無(wú)源雙喉道氣動(dòng)矢量噴管，利用其內(nèi)部型面的特點(diǎn)及內(nèi)流場(chǎng)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，將旁路通道折角與二喉道前部擴(kuò)張收斂段之間連通起來(lái)，設(shè)置為流量調(diào)節(jié)通道。在旁路通道和流量調(diào)節(jié)通道內(nèi)上下對(duì)稱(chēng)設(shè)置6個(gè)可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，通過(guò)對(duì)于開(kāi)關(guān)的作用實(shí)現(xiàn)了流量調(diào)節(jié)，并保證了噴管的推力矢量性能不變。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020](1)在基本不改變旁路式無(wú)源雙喉道氣動(dòng)矢量噴管內(nèi)部型面的前提下，設(shè)置流量調(diào)節(jié)通道，使本噴管同時(shí)具備了高噴管落壓比工作狀態(tài)下流量調(diào)節(jié)和推力矢量的功能，滿足了旁路式無(wú)源雙喉道氣動(dòng)矢量噴管在高噴管落壓比下工作的要求，提高了裝備旁路式無(wú)源雙喉道氣動(dòng)矢量噴管的飛行器在高空高速、加力飛行和機(jī)動(dòng)飛行時(shí)的性能，擴(kuò)大了其工作范圍；
[0021](2)能方便地與飛機(jī)后機(jī)體一體化設(shè)計(jì)，不管是否使用加力補(bǔ)燃裝置，二元噴口都可以方便地與飛行器后機(jī)身進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，減小后體阻力，降低機(jī)體紅外輻射；
[0022](3)可在流量調(diào)節(jié)通道內(nèi)設(shè)置燃油噴嘴，使得燃油隨著流過(guò)流量調(diào)節(jié)通道的氣體一同噴出，并在二喉道前部擴(kuò)張收斂段內(nèi)設(shè)置點(diǎn)火器或在流量調(diào)節(jié)通道內(nèi)設(shè)置點(diǎn)火器引燃油氣混合物，進(jìn)一步提高主流氣體的總溫總壓，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)燃加力功能;而當(dāng)一側(cè)旁路通道內(nèi)注油燃燒、而另一側(cè)不注油時(shí)，則能產(chǎn)生輔助的推力矢量效果；
[0023](4)本噴管關(guān)鍵技術(shù)可以配合包括反推型、垂直起降型、全向矢量型在內(nèi)的其他喉道偏移式氣動(dòng)矢量噴管的改型使用，使用范圍廣泛。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明應(yīng)用于二元雙喉道噴管內(nèi)型面結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0025]圖2為本發(fā)明應(yīng)用于三元雙喉道噴管內(nèi)型面的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0027]如圖1所示的本發(fā)明應(yīng)用于二元雙喉道噴管內(nèi)型結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，該結(jié)構(gòu)具有如下組成部分:噴管壁面1、一喉道前部收斂段2、一喉道3、旁路通道4、流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)a 5、流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)a的開(kāi)關(guān)導(dǎo)軌6、流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)b 7、流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)b的開(kāi)關(guān)導(dǎo)軌8、流量調(diào)節(jié)通道9、流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)c 10、流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)c的開(kāi)關(guān)導(dǎo)軌1