带有侧向膨胀的喉道偏移式气动矢量喷管制造技术

本发明专利技术公开了一种带有侧向膨胀的喉道偏移式气动矢量喷管，包括喷管内流道，该喷管内流道包括喷管进口、一喉道、处于喷管进口与一喉道之间的一喉道前部收敛段、二喉道以及处于一喉道、二喉道之间的二喉道前部扩张收敛段，所述的一喉道前部收敛段和/或二喉道前部扩张收敛段在宽度上具有侧向膨胀段，且二喉道出口宽度大于喷管进口宽度。因此，本发明专利技术实现了在二喉道截面高度不变的情况下喷管矢量及非矢量性能的提高；即改善了喷管的推力系数和矢量角性能。

【技术实现步骤摘要】
带有侧向膨胀的喉道偏移式气动矢量喷管
本专利技术涉及一种矢量喷管，尤其是一种带有侧向膨胀的喉道偏移式气动矢量喷管。
技术介绍
随着科学技术的发展和实际需求的提高，未来飞行器将越来越多地使用推力矢量航空发动机。推力矢量航空发动机实现推力矢量功能的核心是推力矢量喷管。传统机械式推力矢量喷管结构复杂，可靠性差，维护麻烦。因此开发一种结构简单、重量轻、维护性好的推力矢量喷管迫在眉睫。当下，流体推力矢量喷管逐渐以其结构简单、重量轻的特点成为各国的研究重点和研究热点，并将在不远的未来进入工程应用。而喉道偏移式气动矢量喷管是近年来兴起的一种新型流体推力矢量喷管，凭借结构简单，重量轻的特点，受到越来越多的青睐。传统的喉道偏移式气动矢量喷管的侧壁为平行的等直壁，在高落压比情况下其喷管的推力系数和矢量角不够理想。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，基于喉道偏移式气动矢量喷管纵向剖面，在流体力学及相关喷管设计方法的指导下，将传统喉道偏移式气动矢量喷管两侧平行的等直壁变为两侧侧壁同时逐渐扩张的型面，从而实现了在二喉道截面高度不变的情况下喷管矢量及非矢量性能的提高；即改善了喷管的流量系数和矢量角性能。为实现以上技术目的，本专利技术将采取以下的技术方案：一种带有侧向膨胀的喉道偏移式气动矢量喷管，包括喷管内流道，该喷管内流道包括喷管进口、一喉道、处于喷管进口与一喉道之间的一喉道前部收敛段、二喉道以及处于一喉道、二喉道之间的二喉道前部扩张收敛段，所述的一喉道前部收敛段和/或二喉道前部扩张收敛段在宽度上具有侧向膨胀段，且二喉道出口宽度大于喷管进口宽度。作为本专利技术的进一步改进，所述喷管内流道的型面在宽度上沿着气流的流向先膨胀后等直设置。作为本专利技术的进一步改进，所述喷管内流道的型面，与一喉道前部收敛段对应的位置处，在宽度上沿着气流的流向先膨胀后等直设置；而与二喉道前部扩张收敛段对应的位置处，在宽度上沿着气流的流向等直设置；且一喉道的出口宽度与二喉道的出口宽度相等。作为本专利技术的进一步改进，所述喷管内流道的型面在宽度上沿着气流的流向膨胀设置。作为本专利技术的进一步改进，所述喷管内流道的型面在宽度上沿着气流的流向先等直后膨胀设置。作为本专利技术的进一步改进，所述喷管内流道的型面，与一喉道前部收敛段对应的位置处，在宽度上沿着气流的流向等直设置；而与二喉道前部扩张收敛段对应的位置处，在宽度上沿着气流的流向膨胀设置。作为本专利技术的进一步改进，所述喷管内流道的等效扩张角α在0-25°范围内。作为本专利技术的进一步改进，所述的侧向膨胀段，在宽度上的一侧为膨胀型面，另一侧为等直型面。作为本专利技术的进一步改进，所述侧向膨胀段的侧壁膨胀角度可调。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：（1）通过侧壁的扩张，在保持喷管二喉道高度不变的前提下，其宽度扩大，放大了喷管二喉道的面积；（2）通过二喉道面积的扩大，较常规的侧壁为相互平行等直壁的情况，虽然总压恢复系数和流量系数有所降低，实现了矢量和非矢量工作下喷管推力系数的提高，并使矢量状态下最大矢量角提高,根据构型不同，喷管的性能参数有所变化：参照图8-图11，一般来说，总压恢复系数最大降低0.015-0.065不等，流量系数最大降低0.02-0.10不等。而带来的收益是推力系数最大可以提高0.02左右,且低落压比（NPR＜4）情况下最大矢量角最大能增加12°左右，而高落压比（NPR＞4）情况下最大矢量角最大也可以提高2°以上。而喷管最重要的考核指标是推力系数和矢量角，因此如此改进后对于喷管最重要的性能来说是提高的；（3）通过仅仅扩张侧壁，却保持喷管二喉道高度不变，使新构型喷管具备了较好的工作稳定性。附图说明图1本喷管侧壁全程为膨胀段的三维示意图。图2本喷管侧壁全程为膨胀段的俯视图。图3本喷管侧壁先膨胀段后等直段的三维示意图。图4本喷管侧壁先膨胀段后等直段的俯视图。图5本喷管侧壁先等直段后膨胀段的三维示意图。图6本喷管侧壁先等直段后膨胀段的俯视图。图7本喷管内流道纵向截面的示意图。图8是不同喷管类型的性能（矢量角）对比图。图9是不同喷管类型的性能（推力系数）对比图。图10是不同喷管类型的性能（总压恢复系数）对比图。图11是不同喷管类型的性能（流量系数）对比图。其中：喷管进口1、喉道前部收敛段2、一喉道3、二喉道前部扩张收敛段4、二喉道5。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，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例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置。表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。本专利技术是带有侧向膨胀的喉道偏移式气动矢量喷管，如图1至7所示，在保持喉道偏移式气动矢量喷管纵向剖面不变的情况下，将原本平行、等直的侧壁改为带有侧向膨胀型面的壁面，使得喷管二喉道宽度大于喷管进口宽度。从图7的喷管流道纵向截面图可以看出，本喷管内部结构依次为喷管进口、喉道前部收敛段、一喉道、二喉道前部扩张收敛段、二喉道。由此可见，其主要结构与侧壁等直的喉道偏移式气动矢量喷管一致基本一致，本喷管的控制方法也和侧壁等直的喉道偏移式气动矢量喷管一致。本专利技术正常工作状态分两种：矢量状态和非矢量状态。当一喉道处为不注入气体时，气体水平向后喷出，此时喷管无矢量效果。当在一喉道处注入气体，从而在一喉道注入的气体对气体流动产生扰动，通过二喉道前部扩张收敛段将扰动放大，实现了矢量功能。以从一喉道上部注入气体产生扰动为例，此时流经一喉道的气体将沿喷管二喉道前部扩张收敛段下壁面流动，最终在凹腔壁面的作用下向后上方喷出，产生了抬头力矩。产生低头力矩的原理、方法与前述一致，在此不做赘述。其中，矢量状态在一喉道处注入的气体来源可以是外置气源，如飞行器外部的气流、高压气瓶、气泵等，也可以是从发动机内部引气，如从风扇后部、压气机或涡轮出口等高于喷管喉部压力的位置处引气。图1和图2为本喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有侧向膨胀的喉道偏移式气动矢量喷管，包括喷管内流道，该喷管内流道包括喷管进口、一喉道、处于喷管进口与一喉道之间的一喉道前部收敛段、二喉道以及处于一喉道、二喉道之间的二喉道前部扩张收敛段，其特征在于，所述的一喉道前部收敛段和/或二喉道前部扩张收敛段在宽度上具有侧向膨胀段，且二喉道出口宽度大于喷管进口宽度。

【技术特征摘要】
1.一种带有侧向膨胀的喉道偏移式气动矢量喷管，包括喷管内流道，该喷管内流道包括喷管进口、一喉道、处于喷管进口与一喉道之间的一喉道前部收敛段、二喉道以及处于一喉道、二喉道之间的二喉道前部扩张收敛段，其特征在于，所述的一喉道前部收敛段和/或二喉道前部扩张收敛段在宽度上具有侧向膨胀段，且二喉道出口宽度大于喷管进口宽度。2.根据权利要求1所述的带有侧向膨胀的喉道偏移式气动矢量喷管，其特征在于，所述喷管内流道的型面在宽度上沿着气流的流向先膨胀后等直设置。3.根据权利要求2所述的带有侧向膨胀的喉道偏移式气动矢量喷管，其特征在于，根据权利要求1所述的带有侧向膨胀的喉道偏移式气动矢量喷管，其特征在于，所述喷管内流道的型面，与一喉道前部收敛段对应的位置处，在宽度上沿着气流的流向先膨胀后等直设置；而与二喉道前部扩张收敛段对应的位置处，在宽度上沿着气流的流向等直设置；且一喉道的出口宽度与二喉道的出口宽度相等。4.根据权利要求1所述的带有侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄帅，徐惊雷，汪阳生，
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