一种轴对称喷管

技术领域

本申请属于航空燃机领域，特别涉及一种轴对称喷管。

背景技术

轴对称收扩喷管由于具备良好的推力特性，目前该类喷管仍为应用最多的喷管类型，该类喷管内流型面为收敛-扩张型面，由可活动的调节片、密封片相互叠压组成喷管的内流道，作动系统通过调节机构改变收敛段调节片/密封片和扩张段调节片/密封片的开度，进而对喉道面积和出口面积进行调节。可调轴对称收扩喷管的作动系统和调节机构有很多种方案，方案的选取取决于飞机、发动机对喷管性能参数的要求、最大外廓尺寸的限制、传统的成熟的设计方法、作动系统附件的成熟程度等，基本上可分为两类：一类为双环调节，即喷管有2套作动系统，对喉道面积和出口面积分别进行调节；另一类为单环调节，即喉道面积和出口面积的调节共用一套作动系统。单环调节方案的喷管只有1套作动系统，主要用于喷管喉道面积的调节，出口面积一般是通过机械定位或机械定位与气动定位相结合的方式来确定。出口面积的机械定位是通过1套随动机构实现的，它是将扩张段、收敛段、拉杆组成的四连杆机构，在调节喉道面积的同时出口面积也作相应的变化。在设计中必须对连杆机构进行优化，以兼顾全部飞行状态，并保持主要状态下有高的推力特性。该方式的优点是结构和调节都简单，重量较轻。

轴对称喷管的作动系统通常放置在加力筒体上，作动系统在筒体上周向均匀布置，占用较长的筒体轴向空间；常规的加力筒体轴向长度较长，有较富裕的空间供喷管作动系统布置。但随着发动机功能的越来越复杂，可调结构越来越多，加力筒体上也需要布置其它流道面积调节机构，因此急需提出一种更为简洁的轴对称喷管控制机构，以适应新的需求；同时随着航空发动机轻质化的不断要求，结构简洁重量更轻的喷管控制机构方案的需求更加迫切，同时，传统的作动筒与调节片连接是会产生无法同步的情况，或者会有作动筒失力导致调节片出现个别无法动作的情况，都会对飞机的正常飞行产生影响。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种轴对称喷管，其包括，筒体，其外侧周向安装多个作动筒，作动筒的作动轴均铰接同一调节环；筒体后端铰接有周向分布的收敛调节片，每个收敛调节片的后端铰接一个扩张调节片；扩张调节片通过扩张拉杆与调节环铰接，收敛调节片通过依次铰接的收敛拉杆、摇臂、短拉杆与调节环铰接，摇臂还通过支架与筒体铰接，扩张调节片的后端通过圆柱副铰接有外调节片，筒体的外侧周向铰接多个固定拉杆，固定拉杆铰接同一个支撑环，扩张调节片的后端通过圆柱副铰接有外调节片，外调节片的另一端与支撑环铰接。

优选的是，相邻两个外调节片之间边缘处层叠布置。

优选的是，扩张调节片和外调节片的后端进行锯齿修型。

优选的是，作动筒的数量是收敛调节片数量的0.1～0.5。

优选的是，作动筒沿筒体周向等间距布置。

优选的是，每个收敛调节片与收敛拉杆夹角之间具有收敛段限位器，收敛段限位器在收敛调节片与收敛拉杆达到预设角度后与两者接触从而实现限位。

优选的是，每个扩张调节片与扩张拉杆之间具有扩张段限位器，扩张段限位器在扩张调节片与扩张拉杆达到预设角度后与两者接触从而实现限位。

优选的是，相邻两个收敛调节片以及相邻两个扩张调节片的边缘之间相互层叠。

优选的是，相邻两个收敛调节片以及相邻两个扩张调节片的边缘层叠处设置有密封片。

本申请的优点包括：通过周向均匀布置的多个作动筒，通过一个调节环将多个作用力联动成一个统一而且同步的力，能够避免作动筒意外情况使个别调节片无法按照正常情况运转，并且在实际过程中，调节片因为个体差异产生不同的调节片在同样的作动筒下运动效果不同，支撑环能够统一力的大小，并且在个别作动筒鼓掌时依旧可以正常使用。减少作动筒数量，节省喷管作动系统对加力筒体空间的占用；减少作动筒连接管路数量，提升可装配性；简化喷管控制机构，减少零件数量，使喷管重量更轻。

通过周向安装多个固定拉杆的方式，连接支撑环，固定拉杆具有沿筒体径向旋转的自由度，这样能够使支撑环形成一个固定环状支撑，能够将支撑环受到的推力变成固定拉杆的压应力，能够减少剪应力带来的破坏；同时，当支撑环受到来自拉杆的拉应力时，拉应力能够通过支撑环形成支撑环内部的压应力。

采用可调拉杆与调节环铰接，通过所述圆柱副进行扩张调节片与外调节片之间的相对运动，收敛拉杆、扩张拉杆、收敛调节片、扩张调节片构成平面四杆机构，平面四杆机构能够更有效的输出力矩以及控制调节片的杆长关系和运动关系，同时，调节环铰接摇臂、摇臂铰接短拉杆、短拉杆铰接收敛调节片，摇臂通过与筒体铰接来承受运动过程中横向力形成，并且让作动筒的推力转变成垂直于收敛调节片的力，大大减小了压力角的大小，提高了收敛调节片受力效率。

附图说明

图1是轴对称收扩喷管控制机构示意图；

图2是轴对称收扩喷管结构示意图；

图3是轴对称收扩喷管结构示意图；

图4是轴对称收扩喷管结构示意图；

其中，1-筒体；2-作动筒安装座；3-作动筒；4-调节环；5-支架；6-摇臂；7-短拉杆；8-收敛拉杆；9-扩张拉杆；10-收敛调节片；11-扩张调节片；12-外调节片；13-收敛密封片；14-扩张密封片；15-收敛段限位器；16-扩张段限位器；17-扩张段限位器；18-支撑环；19-固定拉杆；A-外调节片铰接点；B-扩张拉杆铰接点；C-短拉杆铰接点。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。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。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

如图1～4所示，一种轴对称收扩喷管控制机构，其特征在于，实现上述设计的步骤如下：

确定轴对称收扩喷管的结构组成方案；轴对称收扩喷管主要有筒体1、作动筒安装座2、作动筒3、调节环4、支架5、摇臂6、短拉杆7、收敛拉杆8、扩张拉杆9、收敛调节片10、扩张调节片11、外调节片12、收敛密封片13、扩张密封片14、收敛段限位器15、扩张段限位器16、扩张段限位器17、支撑环18、固定拉杆19等部分组成。

筒体1、调节环4、支撑环18数量为1个；作动筒安装座2、作动筒3数量为3个，周向均匀布置；支架5、摇臂6、短拉杆7、扩张拉杆9、收敛调节片10、扩张调节片11、外调节片12、收敛密封片13、扩张密封片14、收敛段限位器15、扩张段限位器16、扩张段限位器17、固定拉杆19数量为15个，周向均匀布置；收敛拉杆8为30个；

喷管控制机构运动原理为：作动筒驱动调节环，调节环带动短拉杆，短拉杆带动摇臂，摇臂带动收敛拉杆，收敛拉杆带动收敛调节片运动，从而实现喷管喉道面积的调节控制；调节环带动扩张拉杆，扩张拉杆带动扩张调节片，从而实现出口面积的调节；外调节片一端与扩张调节片滑动连接，一端与支撑环铰接，外调节片随扩张调节片的运动而运动。

为了提升雷达隐身性能扩张调节片和外调节片出口进行锯齿修型设计；外调节片相邻两片之间叠加设计；

相邻两片收敛调节片之间放置收敛密封片，收敛密封片上的限位器挂在两调节片上起到限位的作用；相邻两片扩张调节片之间放置扩张密封片，扩张密封片上的限位器挂在两扩张调节片上起到限位的作用；

摇臂通过支架固定，同一个摇臂与两个收敛拉杆连接，两个收敛拉杆分别与相邻的收敛调节片连接，此方案使筒体一个摇臂带动相邻收敛调节片运动，而支架限制摇臂只能转动，因此，该方案具有较强的机械同步功能；

外调节片的载荷通过支撑环可以有效传递到筒体上，从而调节环的载荷只受内流路载荷作用，作动筒所受载荷更为单一，可有效提升作动筒控制可靠性。

支撑环仅作为外调节片一端的支撑作用，因此支撑环仅受外载荷作用，支撑环的设计由于只受外载荷作用，其结构设计变量减少，设计难度降低。

通过周向均匀布置的多个作动筒，通过一个调节环将多个作用力联动成一个统一而且同步的力，能够避免作动筒意外情况使个别调节片无法按照正常情况运转，并且在实际过程中，调节片因为个体差异产生不同的调节片在同样的作动筒下运动效果不同，支撑环能够统一力的大小，并且在个别作动筒鼓掌时依旧可以正常使用。减少作动筒数量，节省喷管作动系统对加力筒体空间的占用；减少作动筒连接管路数量，提升可装配性；简化喷管控制机构，减少零件数量，使喷管重量更轻。

通过周向安装多个固定拉杆的方式，连接支撑环，固定拉杆具有沿筒体径向旋转的自由度，这样能够使支撑环形成一个固定环状支撑，能够将支撑环受到的推力变成固定拉杆的压应力，能够减少剪应力带来的破坏；同时，当支撑环受到来自拉杆的拉应力时，拉应力能够通过支撑环形成支撑环内部的压应力。

采用可调拉杆与调节环铰接，通过所述圆柱副进行扩张调节片与外调节片之间的相对运动，同时，调节环铰接摇臂、摇臂铰接短拉杆、短拉杆铰接收敛调节片，摇臂通过与筒体铰接来承受运动过程中横向力形成，并且让作动筒的推力转变成垂直于收敛调节片的力，大大减小了压力角的大小，提高了收敛调节片受力效率。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。