本发明专利技术公开了一种排气喷管推力矢量控制与面积调节的装置与方法。该方法利用了喷管内不同侧的气流膨胀思想实现推力矢量控制。同时提出了利用喷管上下游压差实现所需的推力矢量控制；且该上下游压差也同时实现了喷管的面积调节。本发明专利技术同时提出了实现这种推力矢量控制与面积调节的相应装置。这种方法克服了推力矢量作动下喷管气动性能因此也是发动机性能损失较大、不利飞发一体化等缺点。而利用喷管自身的压力，同时实现喷管面积调节与推力矢量作动，消除了外带高压液压源的需求，简化了作动系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞行器(包括飞机、火箭)动力
，具体涉及一种实现排气喷管推力矢量控制与面积调节的装置与方法。
技术介绍
排气喷管是飞行器动力装置主要的部件之一。它主要的功能是排出发动机高温燃气以产生推力，同时也为发动机提供背压环境。为了能够适应飞行器在不同的高度/速度、发动机工作状况下的需求，排气喷管通常需要进行调节。由于目前排气喷管的主要形式为收扩喷管(或称拉瓦尔喷管)，因此喷管的调节涉及到喷管的喉道面积改变(主要用于飞机喷管，以适应发动机加力)和出口面积调节(为更好地适应环境压力，以获得更大的推力)。同时，随着现代空战的环境日趋复杂，对飞机和导弹的技/战术性能都提出了更高的要求。排气喷管的功能也不断增多。为了能更有效地获取战场主动权，推力矢量技术(ThrustVectoring，下简写为TV)是新一代飞机与导弹必须具有的一项能力。推力矢量技术有多种实现途径，但主要是通过喷管实现排气流的偏转而实现的，因此，矢量喷管就成为推力矢量技术发展关键的第一步。目前，进入工程实用阶段的矢量喷管是传统的液压作动的机械式推力矢量喷管，然而这种推力矢量喷管的主要问题是：喷管气动性能损失较大；需要额外的高压气源；运动部件总多；结构复杂，故障率高；与飞机的一体化困难等。难以满足未来战斗机和导弹对高隐身、高机动性、高可靠性等的要求。最典型的具有喷管面积调节和推力矢量功能的排气喷管是普惠公司和GE公司均设计并试验的轴对称推力矢量喷管(AVEN)。AVEN由3个A9转向/面积调节作动筒、4个A8喉道面积调节片作动筒、3个调节环支承、喷管控制活门等构成。该喷管的推力矢量控制与作动通过飞机携带的液压源驱动。这种轴对称矢量喷管也应用于俄罗斯的AЛ-31Ф喷管上。美国的最先进战斗机F22则采用了二元形式。基于流动控制的推力矢量喷管概念也得到了广泛关注，但是现有方案要么由于流体工作条件的不稳定、要么由于发动机推力损失较大等缺陷，因此这种技术在可预见的未来将难以进入工程实用阶段。基于排气喷管调节与推力矢量控制仍存在的不足，本专利技术提出了一种新型的推力矢量控制方法，这种方法克服了推力矢量作动下喷管气动性能因此也是发动机性能损失较大、不利飞发一体化等缺点；并进一步利用喷管自身的压力，同时实现喷管面积调节与推力矢量作动，消除了外带高压液压源的需求，简化了作动系统。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，为了解决现有飞行器动力中排气喷管推力矢量控制与面积调节方面的不足，而提出一种新型的喷管推力矢量控制与面积调节方法。技术方案：本专利技术采用一种排气喷管推力矢量控制与面积调节的装置，由喷管本体和其外侧对称设置的作动系统组成，其中：所述喷管本体为收扩形的管道，其进口截面1为高压端，连接到发动机核心机，最小截面即A8截面为喷管喉道，出口截面为A9截面；所述进口截面和所述喷管喉道之间的喷管壁面为喷管收敛段，所述喷管喉道和所述A9截面之间的喷管壁面为喷管扩张段；所述作动系统由与所述喷管本体连接的作动器组成，包括与所述A8截面相连的A8作动器、与所述A9截面连接的A9作动器、以及设置在喷管扩张段上的推力矢量即TV作动器；所述作动器均通过各自的引气管与主引气管连接，而主引气管与喷管进口通过高压端开口连接；在所述主引气管上设有稳压/冷却室和引气总管阀门。进一步的，所述每个作动器均由引气端口、分流管、高压室、活塞和推杆依次连接组成，所述引气端口连接所述主引气管，所述推杆连接所述喷管本体；所述分流管上设有阀门；其中：所述活塞将所述高压室分隔为第一高压室和第二高压室，所述分流管由两支并联组成，分别为：与所述第一高压室连接的第一分流管，与第二高压室连接的第二分流管。进一步的，所述喷管扩张段分为两段：第一扩张段和第二扩张段，且第二扩张段的长度不超过扩张段总长的1/4。进一步的，所述第一扩张段和第二扩张段之间采用可动铰接或者鱼鳞片式结构连接。进一步的，所述喷管收敛段与第一扩张段之间的喷管壁面通过铰接的作动环连接。进一步的，环绕所述喷管等间隔布置四组相同的所述作动调节系统。一种排气喷管推力矢量控制与面积调节装置的方法，为进行推力矢量控制，打开一组主引气管路上的引气总管阀门并经过冷却/稳压室、关闭A8作动器和A9的作动器上的阀门；同时开启TV作动器中与第一高压室连接的左侧阀门，关闭与第二高压室连接的右侧阀门；喷管进口的高压排气进入TV作动器内的第一高压室中，活塞在两侧压差作用下，推动推杆移动，将第一扩张段内推至流道新位置，第二扩张段也向流道内联动至新位置，且使第一扩张段与喷管轴线成0-20°的倾斜角，此时喷管扩张段形成两侧不同的形状；推力矢量任务完成后，开启TV作动器中第二高压室的右侧阀门，关闭左侧阀门，其他部件保持工作时的状态；此时第二高压室内的压差推动阀门移回原始位置，推杆把扩张段收回成原始状态；最后关闭主引气管路上的阀门。一种排气喷管推力矢量控制与面积调节装置的方法，为进行A9调节，开启所述四组作动器上的主引气管上的阀门，关闭A8控制一侧的阀门和TV控制一侧的阀门；打开A9作动器中第一高压室的左侧阀门，关闭右侧阀门，活塞推动推杆，推杆进一步推动喷口，使得A9截面积减小；切换A9作动器中高压室两侧阀门的开启状态，将扩大A9截面积；相同的模式应用于A8作动器，将进行喷管喉道的面积调节。有益效果：本专利技术提供的排气喷管推力矢量控制与面积调节的方法与装置，对比已有技术具有以下显著优点：1.利用了喷管内气流的等熵膨胀实现推力矢量作动，减少了喷管作动时喷管从而也是发动机的性能损失；2.由于在喷管作动时喷管的出口面积维持不变，显著减少了推力矢量作动对飞行器的影响，改进了飞发一体化性能；3.利用排气喷管自身的压差作为面积调节和推力矢量控制的动力源，消除了外部液压源以及液压工作过程所需的所有附件，从而极大地减轻了喷管调节/控制系统的重量，也提高了飞行器的可靠性。附图说明图1为本专利技术的喷管本体结构示意图；图2为本专利技术的作动系统结构示意图；图3为实施例2的结构示意图；图4为矢量化流场的马赫数分布示意图；图5为矢量化喷管上下壁面静压示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。本专利技术公开了一种排气喷管推力矢量控制与面积调节的方法与装置。该方法利用了喷管内不同侧的气流膨胀思想实现推力矢量控制。同时提出了利用喷管上下游压差实现所需的推力矢量控制；且该上下游压差也同时实现了喷管的面积调节。本专利技术同时提出了实现这种推力矢量控制与面积调节的相应装置。本专利技术公开的排气喷管推力矢量控制与面积调节的装置，由喷管本体和其外侧对称设置的作动系统组成。喷管本体为收扩形的管道，其进口截面1为高压端，连接到发动机核心机，最小截面即A8截面为喷管喉道2，出口截面为A9截面3，进口截面1和喷管喉道2之间的喷管壁面为喷管收敛段4，喷管喉道2和A9截面3之间的喷管壁面为喷管扩张段；作动系统由与喷管本体连接的作动器组成，包括与A8截面相连的A8作动器15、与A9截面连接的A9作动器17、以及设置在喷管扩张段上的推力矢量即TV作动器16，作动器均通过各自的引气管与主引气管9连接，而主引气管9与喷管进口通过高压端开口13连接，在主引气管9上设有稳压/冷却室12和引气总管阀门14。其中，每本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种排气喷管推力矢量控制与面积调节的装置，其特征在于：由喷管本体和其外侧对称设置的作动系统组成，其中：所述喷管本体为收扩形的管道，其进口截面(1)为高压端，连接到发动机核心机，最小截面即A8截面为喷管喉道(2)，出口截面为A9截面(3)；所述进口截面(1)和所述喷管喉道(2)之间的喷管壁面为喷管收敛段(4)，所述喷管喉道(2)和所述A9截面(3)之间的喷管壁面为喷管扩张段；所述作动系统由与所述喷管本体连接的作动器组成，包括与所述A8截面相连的A8作动器(15)、与所述A9截面连接的A9作动器(17)、以及设置在喷管扩张段上的推力矢量即TV作动器(16)；所述作动器均通过各自的引气管与主引气管(9)连接，而主引气管(9)与喷管进口通过高压端开口(13)连接；在所述主引气管(9)上设有稳压/冷却室(12)和引气总管阀门(14)。
【技术特征摘要】
1.一种排气喷管推力矢量控制与面积调节的装置，其特征在于：由喷管本体和其外侧对称设置的作动系统组成，其中：所述喷管本体为收扩形的管道，其进口截面(1)为高压端，连接到发动机核心机，最小截面即A8截面为喷管喉道(2)，出口截面为A9截面(3)；所述进口截面(1)和所述喷管喉道(2)之间的喷管壁面为喷管收敛段(4)，所述喷管喉道(2)和所述A9截面(3)之间的喷管壁面为喷管扩张段；所述作动系统由与所述喷管本体连接的作动器组成，包括与所述A8截面相连的A8作动器(15)、与所述A9截面连接的A9作动器(17)、以及设置在喷管扩张段上的推力矢量即TV作动器(16)；所述作动器均通过各自的引气管与主引气管(9)连接，而主引气管(9)与喷管进口通过高压端开口(13)连接；在所述主引气管(9)上设有稳压/冷却室(12)和引气总管阀门(14)。2.根据权利要求1所述的排气喷管推力矢量控制与面积调节的装置，其特征在于：所述每个作动器均由引气端口(18)、分流管、高压室、活塞(23)和推杆(26)依次连接组成，所述引气端口(18)连接所述主引气管(9)，所述推杆(26)连接所述喷管本体；所述分流管上设有阀门；其中：所述活塞(23)将所述高压室分隔为第一高压室(24)和第二高压室(25)，所述分流管由两支并联组成，分别为：与所述第一高压室(24)连接的第一分流管(19)，与第二高压室(25)连接的第二分流管(20)。3.根据权利要求1所述的排气喷管推力矢量控制与面积调节的装置，其特征在于：所述喷管扩张段分为两段：第一扩张段(5)和第二扩张段(6)，且第二扩张段的长度不超过扩张段总长的1/4。4.根据权利要求3所述的排气喷管推力矢量控制与面积调节的装置，其特征在于：所述第一扩张段(5)和第二扩张段(6)之间采用可动铰接或者鱼鳞片式结构连接(8)。5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪明生，李琦，王垚，余祖潮，张凯，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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