一种带S弯流道的自引气气动矢量喷管

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机，具体涉及一种发动机排气系统上的带有S弯流道、不从前端高压部件引气的气动矢量喷管结构。

背景技术

随着军用战斗机对机动性、隐身性的要求不断提高，发动机喷管部件的矢量偏转能力和隐身性能日益得到重视。目前世界各国在役战斗机上装备的发动机喷管部件都是采用机械结构偏转的形式产生推力矢量，同时对其采用冷却或隐身涂层等隐身措施提高隐身性能。机械偏转的矢量喷管在结构上极为复杂，存在重量大、使用维护成本高、机械可靠性降低等问题，为应对上述问题，世界各国也在气动矢量技术方面开展了大量研究。

气动矢量喷管是一种在喷管流道内注入二次流，利用二次流对主流的扰动作用使主流偏转而产生推力矢量的燃气涡轮发动机排气装置，气动矢量喷管的工作特点使得其机械结构大大简化，几何流道基本固定，没有复杂的机械偏转结构，具有结构简单、重量轻、几何造型灵活易于实现高隐身设计等特点。

常规的气动矢量喷管结构如图1所示，其主喷管(1)流道为收敛-扩张喷管形式，主喷管(1)结构完全固定，在喷管喉部位置和扩张段位置，设置有次流管路出口(2a、2b、3c和3d)，气动矢量控制所需的二次流通过次流管路(4)从发动机前端高压部件(如：压气机中间级、风扇出口等)引气，二次流流经相关管路和阀门后，分别从喷管一侧喉部次流管路出口(2a或2b)和另一侧扩张段次流管路出口(3b或3a)注入喷管主流中，在二次流的干扰效应下，主流发生偏转从而产生推力矢量。但是，常规的气动矢量喷管由于需求的二次流流量较大，在需要从前端高压部件引取高达10％左右流量的情况下，发动机整机性能的影响难以承受，这影响到气动矢量技术在燃气涡轮发动机上的实际工程应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种带有S弯流道、同时采用自引气二次流方案的气动矢量喷管，解决气动矢量喷管二次流引气的问题，同时结合S弯流道，实现气动矢量喷管的高隐身能力。

本发明的目的在于，提供一种带S弯流道的自引气气动矢量喷管，所述气动矢量喷管包括依次连接的过渡段、S弯段、设置在S弯端中后部上的导流板和主喷管，所述主喷管上设有调节气流方向和大小的调节阀。

本发明所提供的一种带S弯流道的自引气气动矢量喷管，还具有这样的特征，所述导流板包括设置在所述S弯段上下两侧的上导流板和下导流板。

本发明所提供的一种带S弯流道的自引气气动矢量喷管，还具有这样的特征，上导流板与S弯段内壁的上壁面形成上次流通道，下导流板与S弯段内壁的下壁面形成下次流通道。

本发明所提供的一种带S弯流道的自引气气动矢量喷管，还具有这样的特征，所述主喷管包括上通道、中通道和下通道，所述上通道与所述上次流通道连通，所述下通道与所述下次流通道连通，所述上通道和所述下通道分别通过上、下次流注入口与所述中通道连通。

本发明所提供的一种带S弯流道的自引气气动矢量喷管，还具有这样的特征，在所述上通道和所述下通道上各设有一个调节阀，所述调节阀包括在两通阀和三通阀中选择的一种。

本发明所提供的一种带S弯流道的自引气气动矢量喷管，还具有这样的特征，所述调节阀为三通阀时，所述上次流注入口分为上喉部次流注入口和上扩张段次流注入口，所述下次流注入口分为下喉部次流注入口和下扩张段次流注入口。

本发明所提供的一种带S弯流道的自引气气动矢量喷管，还具有这样的特征，所述上喉部次流注入口、上扩张段次流注入口、下喉部次流注入口和下扩张段次流注入口与主喷管水平对称面的夹角为30-60°。

本发明所提供的一种带S弯流道的自引气气动矢量喷管，还具有这样的特征，所述导流板通过弓形架和螺栓固定在所述S弯段的机匣壁面上。

本发明所提供的一种带S弯流道的自引气气动矢量喷管，还具有这样的特征，所述主喷管远离S弯段一侧设有扩张段，所述扩张段包括从对称管道和非对称管道中选择的一种。

本发明所提供的一种带S弯流道的自引气气动矢量喷管，还具有这样的特征，所述调节阀为二通阀时，所述中通道分为依次连接的第一收敛段、扩张段和第二收敛段，所述上、下次流注入口设在第一收敛段和扩张段连接处。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1)本发明所提供的气动矢量喷管结合了S弯流道，通过S弯流道对发动机内部的高温部件如涡轮叶片、中心锥进行遮挡，有效地降低了发动机的信号特征，提高了发动机隐身性能，并且在S弯段设置了导流板，引导形成支流，取代了原本需要从发动机前端高压部件引取的次流的作用，减少了对发动机性能的影响，解决了气动矢量喷管引气量大导致性能损失大的供需矛盾问题；

2)本发明所提供的气动矢量喷管次流流路显著简化，同时减少了气动矢量喷管中的可动构件数量，有利于降低喷管的重量，提高结构可靠性；

3)本发明所提供的气动矢量喷管，可以在不从发动机前端高压部件引气的情况下，实现10°以上的气动矢量偏转，具备工程实用性。

附图说明

图1为现有技术中所提供的气动矢量喷管结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的带S弯流道的自引气气动矢量喷管结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的气动矢量喷管的S弯段与主喷管的放大图；

图4为本发明实施例所提供的气动矢量喷管的主喷管的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的气动矢量喷管的非对称主喷管结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的气动矢量喷管的矢量偏转示意图；

图7为本发明实施例所提供的气动矢量喷管在双喉道气动矢量喷管的应用示意图，

其中，1：主喷管；2a：上喉部次流管路出口；2b：下喉部次流管路出口；3a：上扩张段次流管路出口；3b：下扩张段次流管路出口；4：次流管路；5：过渡段；6：S弯段；7a：上导流板；7b：下导流板；8：弓形架；9：三通调节阀；10a：上喉部次流注入口；10b：下喉部次流注入口；11a：上扩张段次流注入口；11b：下扩张段次流注入口；12：二通阀。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所提供的气动矢量喷管作具体阐述。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“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，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，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创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

如图2所示，本发明所提供的带S弯流道的自引气气动矢量喷管包括依次连接的过渡段、S弯段、设置在S弯段中后部上的导流板和主喷管，主喷管上设有调节气流方向和大小的调节阀。导流板包括设置在S弯段上下两侧的上导流板和下导流板。其中调节阀为可动构件，其余部件均为静止件。

上导流板与S弯段内壁的上壁面形成上次流通道，下导流板与S弯段内壁的下壁面形成下次流通道。主喷管包括上通道、中通道和下通道，上通道与上次流通道连通，下通道与下次流通道连通，上通道和下通道分别通过上、下次流注入口与中通道连通。以S弯段为入口、主喷管处为出口，形成了在喷管内部连通的循环回路，取代了气动矢量喷管中原本需要从前端高压部件引取的次流；中通道为主流通道，气流在此通道膨胀、加速、对外做功，产生推力，主流偏转时产生矢量推力。

在本发明的部分实施例中，如图3-4所示，调节阀为三通阀(9)，上次流注入口分为上喉部次流注入口(10a)和上扩张段次流注入口(11a)，下次流注入口分为下喉部次流注入口(10b)和下扩张段次流注入口(11b)。三通阀(9)调节流动方向和流量大小，使次流在主喷管(1)上的喉部次流注入口(10a或10b)或者扩张段次流注入口(11a或11b)重新注入主流中，对主流施加影响。为保证次流注入的气动效果，应使次流以一定角度注入主流中，一般采用30～60°的角度注入。

在本发明的部分实施例中，上导流板(7a)、下导流板(7b)与S弯段(6)之间设置了若干个弓形架(8)，弓形架(8)起到了支撑支流通道和连接内外两层机匣的作用，弓形架(8)通过螺栓连接或铆接的方式分别连接在上、下导流板(7a和7b)与S弯段(6)上。弓形架(8)的数量根据载荷和变形的大小确定，应满足结构承载和控制变形的需要。上导流板(7a)和下导流板(7b)的型面是S弯段(6)壁面的等距偏置面，偏置的距离取决于所需的支流流量大小，通常该距离取值在10～30mm之间。上导流板(7a)和下导流板(7b)的位置通常在S弯段(6)流道后部1/3～1/2位置。

在本发明的部分实施例中，出于隐身和后机身一体化等需要，可以采用非对称的收敛-扩张流道形式的主喷管，如图5所示，采用非对称的流道形式后，可以对特定的探测角度形成遮挡关系，提高隐身能力。调节阀为三通阀时，工作状态调节方式如下：

利用三通调节阀(9)对上下两侧次流流量大小和流动方向的控制，实现喷管工作状态的调节。

在非矢量状态，上、下两侧的三通调节阀(9)使用相同的阀门位置，使上、下两侧次流以相同的流量开度注入主喷管(1)上下两侧相同的次流注入口，此时主流不发生偏转，调节阀门开度可以在一定范围内调节喷管气动喉道面积。

在矢量状态，上、下两侧的三通调节阀(9)位于不同的阀门位置，使得上、下两侧的次流注入主流的流量和位置不同，如图7所示，当上、下两侧次流主要在上喉部次流注入口(10a)与下扩张段次流注入口(11b)注入时，主流向上偏转，产生斜向上的矢量推力；反之，当上、下两侧次流主要在上扩张段次流注入口(11a)与下喉部次流注入口(10b)注入时，主流向下偏转，产生斜向下的矢量推力。

在本发明的部分实施例中，如图7所示，调节阀为二通阀(12)，主喷管(1)的中通道分为依次连接的第一收敛段、扩张段和第二收敛段，上、下次流注入口设在第一收敛段和扩张段连接处。通过上导流板(7a)、下导流板(7b)和S弯段(6)形成的上下两股次流，流经主喷管(1)、两通调节阀(12)后，非对称注入主喷管(1)的上、下次流注入口处，也可以使主流产生偏转，产生推力矢量。此时，由于双喉道气动矢量喷管仅需在第一喉道处注入次流，此时次流通道结构进一步简化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。