发动机进气道堵盖及其开闭系统技术方案

本发明专利技术公开了一种发动机进气道堵盖，包括封堵头和连接杆；封堵头为一端面绕发动机头锥中轴线旋转形成的弧状结构；该端面由类L形曲线C、经点O分别连接曲线C两端点的线段OM和ON组成；线段OM和ON旋转形成气动型面；类L形曲线C旋转后，其始段、中段和末段分别形成第一、第二、第三侧面；第一侧面与发动机头锥下锥面相适配，第三侧面与发动机进气道唇口外壁相适配；第二侧面与进气道唇口外壁之间有空隙；堵盖关闭时，第一侧面和第三侧面均与封堵头相贴合；过点O的直线将端面的∠MON分为两部分，靠近头锥部分为上角，另一部分为下角，上角14°～20°，下角16°～17°；沿气流方向，封堵头的投影面完全覆盖发动机进气道唇口。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冲压发动机自由射流试验领域，具体涉及一种发动机进气道堵盖及其开闭系统。
技术介绍
分离转级试验主要在自由射流试验条件下模拟固体助推器与液体冲压发动机的分离过程，保证固体助推器分离前后，冲压发动机进气道内的流态与真实进气道比较接近。在分离转级试验时，冲压发动机处于高速模拟环境来流中。固体助推器分离前，要求冲压发动机进气道唇口前应有堵盖遮挡并有一定的密封性要求(密封间隙不大于2mm)，以阻挡环境来流进入冲压发动机进气道。堵盖开闭系统的堵盖打开后，环境来流进入冲压发动机进气道，固体助推器在发动机进气道内气体压力的作用下被推出，实现分离过程。为了模拟真实的发动机进气道建压过程，要求堵盖开闭系统打开时间小于100ms。堵盖开闭系统打开后，需要完全离开来流喷管出口截面。现有的堵盖开闭系统，当其堵盖关闭时只能遮挡发动机进气道唇口，漏气间隙大；并且现有的堵盖开闭系统，堵盖打开时间最快达160ms，无法满足性能需求。
技术实现思路
为了解决现有堵盖无法满足密封要求，且堵盖打开时间超过100ms的问题，本专利技术提出一种发动机进气道堵盖及堵盖开闭系统，在分离转级试验中，堵盖关闭时的密封间隙仅2mm，堵盖开闭系统仅需70ms即可将堵盖完全打开，能实现冲压发动机进气道关闭和打开状态的快速转换。本专利技术的技术方案是：发动机进气道堵盖，包括封堵头和连接杆；其特殊之处在于：所述封堵头为一端面绕发动机头锥的中轴线旋转而成的弧状结构；所述端面由一条类L形曲线C、以及经同一点O分别连接曲线C两端点的线段OM和线段ON组成；所述类L形曲线C靠近发动机进气道唇口；所述线段OM和线段ON绕所述中轴线旋转后，形成气动型面；所述类L形曲线C绕所述中轴线旋转后，曲线C的始段形成第一侧面，曲线C的中段形成第二侧面，曲线C的末段形成第三侧面；所述第一侧面的形状与发动机头锥的下锥面相适配，所述第三侧面的形状与发动机进气道唇口外壁相适配；所述第二侧面与发动机进气道唇口外壁之间有一定空隙，为封堵头斜向下运动留出空间；堵盖关闭时，所述第一侧面和第三侧面均与封堵头相贴合；通过所述点O的直线，将所述端面的∠MON分为两部分，其中靠近发动机头锥部分为上角，另一部分为下角；所述上角值为14°～20°；所述下角值为16°～17°；沿气流方向，所述封堵头的投影面完全覆盖发动机进气道唇口。基于上述基本结构，本专利技术针对所述封堵头还作出如下优化和限定：上述上角为20°，下角为17°。上述类L型曲线C的中段和末段相交处为圆弧过渡，所述圆弧的圆心距发动机进气道唇口的距离为16mm～23mm。本专利技术同时提供了一种采用上述发动机进气道堵盖的堵盖开闭系统，其特殊之处在于：所述堵盖开闭系统还包括滚动滑槽、第一支撑座、动力气缸和锁紧气缸；所述堵盖的连接杆穿过滚动滑槽后与动力气缸的气缸杆销轴连接；所述第一支撑座的上端与滚动滑槽的下端面固连；所述动力气缸以中间轴销形式固定在第一支撑座上；所述锁紧气缸固定安装在滚动滑槽的第一侧壁上，用于锁紧所述连接杆。上述锁紧气缸和连接杆间采用插销方式锁紧；上述第一侧壁和连接杆上，与锁紧气缸的气缸杆对应位置处开设有孔或槽。上述锁紧气缸的气缸杆处设置有万向挠性件。上述堵盖开闭系统还包括设置在滚动滑槽的第二侧壁上的第二支撑座。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的堵盖，其封堵头的密封结构巧妙地利用了发动机进气道唇口的外壁面以及发动机头锥的下锥面，通过第一侧面、第二侧面和第三侧面整体形成的一半包围结构将发动机进气道唇口包裹，且该半包围结构的两端分别与发动机头锥的下锥面和发动机进气道唇口外壁面紧密贴合，当堵盖关闭时，密封间隙≤2mm，能有效阻止气流进入发动机进气道。本专利技术封堵头迎风面(边OM和ON绕发动机头锥中轴线旋转而成的面)为一气动型面，这种设计一方面能减小作用在迎风面上的气动力，从而保证封堵头在高速大流量气流冲击下的强度和刚度，并且减小了封堵头运动的摩擦力；另一方面能产生大小合适的推动堵盖运动的附加作用力。本专利技术巧妙的利用附加气动力(气动力计算如下表1所示)为堵盖运动提速，堵盖在动力气缸的作用下，快速打开，打开时间＜100ms，最快时仅70ms。表1附图说明图1是发动机进气道堵盖开闭系统的原理示意图；图2是发动机进气道堵盖开闭系统的结构示意图；图3是堵盖封堵头的结构示意图；图4是堵盖封堵头的端面；图5是堵盖封堵发动机进气道唇口时的示意图；其中，1-堵盖；11-封堵头；111-第一侧面；112-第二侧面；113-第三侧面；12-连接杆；2-滚动滑槽；3-第一支撑座；4-动力气缸；5-锁紧气缸；6-第二支撑座；7-发动机；71-唇口。具体实施方式如图2所示，本专利技术所提供的发动机进气道堵盖开闭系统，包括堵盖1、滚动滑槽2、第一支撑座3、动力气缸4和锁紧气缸5。堵盖1包括封堵头11和连接杆12。封堵头11的结构如图3所示，封堵头11为端面A绕发动机头锥的中轴线旋转而成的弧状结构。线段OM和线段ON绕发动机头锥的中轴线旋转后，形成气动型面。类L形曲线C绕发动机头锥的中轴线旋转后，曲线C的始段形成第一侧面111，曲线C的中段形成第二侧面112，曲线C的末段形成第三侧面113；第一侧面111的形状与发动机头锥的下锥面相适配，第三侧面113的形状与发动机进气道唇口71外壁相适配；第二侧面112与发动机进气道唇口外壁之间有一定空隙，为封堵头11斜向下运动留出空间。通过端面A点O的直线，将∠MON分为两部分，其中靠近发动机头锥部分为上角(14°～20°)，另一部分为下角(16°～17°)。本实施例中，上角等于20°，下角等于17°，如图4所示。沿气流方向，封堵头11的投影面完全覆盖发动机进气道唇口71，当堵盖关闭时，封堵头11便可完全包裹发动机进气道唇口71，且封堵头11的第一侧面111和第三侧面113分别与发动机头锥下锥面和发动机进气道唇口外壁紧密贴合，从而实现封堵和密封，有效保证了堵盖关闭时密封间隙＜2mm。堵盖关闭时，堵盖封堵发动机进气道唇口的示意图如图5所示。考虑到堵盖1在下移过程中受到来流冲击，类L型曲线C的中段和末端相交处为圆弧过渡，该圆弧的圆心距发动机进气道唇口的距离为16mm～23mm，以避免来流冲击造成的封堵头11与发动机磕碰。堵盖1的连接杆12穿过滚动滑槽2后与动力气缸4的气缸杆销轴连接，以防止堵盖运动过程中出现机械卡死。第一支撑座3的上端与滚动滑槽2的下端面固连。动力气缸4以中间轴销形式固定在第一支撑座3上，以避免出现机械卡死。锁紧气缸5固定安装在滚动滑槽2的第一侧壁上，用于锁紧连接杆12。锁紧气缸5和连接杆12间可采用插销方式锁紧；相应地，在滚动滑槽2的第一侧壁和连接杆12上，与锁紧气缸5的气缸杆对应位置处均需开设有孔或槽。另外，为使锁紧气缸能够承受较大的径向载荷，在锁紧气缸的气缸杆处设置有万向挠性件。为了便于堵盖开闭系统在试验现场更好更方便的固定，在滚动滑槽2的第二侧壁上设置第二支撑座6。下面结合图1对堵盖开闭系统的工作原理进行说明。堵盖1的连接杆12在滚动滑槽2的约束下，单自由度(直线)运动。在试车前，动力气缸4的气缸杆伸出至最大行程位置，此时，堵盖1的封堵头11遮挡封堵发动机进气道唇口，锁紧气缸5将堵盖1锁紧；试车过程中，锁紧气缸5解锁，动力气缸本文档来自技高网...

【技术保护点】
发动机进气道堵盖，包括封堵头和连接杆；其特征在于：所述封堵头为一端面绕发动机头锥的中轴线旋转形成的弧状结构；所述端面由一条类L形曲线C、以及经同一点O分别连接曲线C两端点的线段OM和线段ON组成；所述类L形曲线C靠近发动机进气道唇口；所述线段OM和线段ON绕所述中轴线旋转后，形成气动型面；所述类L形曲线C绕所述中轴线旋转后，曲线C的始段形成第一侧面，曲线C的中段形成第二侧面，曲线C的末段形成第三侧面；所述第一侧面的形状与发动机头锥的下锥面相适配，所述第三侧面的形状与发动机进气道唇口外壁相适配；所述第二侧面与发动机进气道唇口外壁之间有一定空隙，为封堵头斜向下运动留出空间；堵盖关闭时，所述第一侧面和第三侧面均与封堵头相贴合；通过所述点O的直线，将所述端面的∠MON分为两部分，其中靠近发动机头锥部分为上角，另一部分为下角；所述上角值为14°～20°；所述下角值为16°～17°；沿气流方向，所述封堵头的投影面完全覆盖发动机进气道唇口。

【技术特征摘要】
1.发动机进气道堵盖，包括封堵头和连接杆；其特征在于：所述封堵头为一端面绕发动机头锥的中轴线旋转形成的弧状结构；所述端面由一条类L形曲线C、以及经同一点O分别连接曲线C两端点的线段OM和线段ON组成；所述类L形曲线C靠近发动机进气道唇口；所述线段OM和线段ON绕所述中轴线旋转后，形成气动型面；所述类L形曲线C绕所述中轴线旋转后，曲线C的始段形成第一侧面，曲线C的中段形成第二侧面，曲线C的末段形成第三侧面；所述第一侧面的形状与发动机头锥的下锥面相适配，所述第三侧面的形状与发动机进气道唇口外壁相适配；所述第二侧面与发动机进气道唇口外壁之间有一定空隙，为封堵头斜向下运动留出空间；堵盖关闭时，所述第一侧面和第三侧面均与封堵头相贴合；通过所述点O的直线，将所述端面的∠MON分为两部分，其中靠近发动机头锥部分为上角，另一部分为下角；所述上角值为14°～20°；所述下角值为16°～17°；沿气流方向，所述封堵头的投影面完全覆盖发动机进气道唇口。2.根据权利要求1所述的发动机进气道堵盖，其特征在于：所述上角为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱舒扬，
申请(专利权)人：西安航天动力试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61