一种双钟型膨胀偏转喷管制造技术

本发明专利技术公开了一种双钟型膨胀偏转喷管，包括膨胀偏转塞锥、喷管收敛段、双钟型基础扩张段和双钟型延伸扩张段；膨胀偏转塞锥部分由多段圆弧曲线设计而成，并与外壁面形成环形喉道，保证气流发生不平行于发动机轴向的偏转流动；双钟型基础扩张段及双钟型延伸扩张段之间通过型面与喷管轴线切角的差异形成拐点，从而保证双钟型膨胀偏转喷管在低落压比工作时气流在拐点分离，有效利用双钟型基础扩张段与膨胀偏转塞锥形成的膨胀偏转喷管进行高度补偿，从而保持较高推力性能，在高落压比时气流一直沿双钟型延伸扩张段膨胀至喷管出口，有效利用喷管出口面积，保证高落压比下推力性能。

A double bell type expansion deflector nozzle

The invention discloses a double-bell expansion deflection nozzle, which comprises an expansion deflection plug cone, a convergence section of the nozzle, a double-bell foundation expansion section and a double-bell extension expansion section; the expansion deflection plug cone part is designed by a multi-section arc curve, and forms an annular throat with the outer wall to ensure that the air flow does not parallel to the axial direction of the engine. Deflection flow; the inflection point is formed by the difference between the expansion section of double-bell foundation and the extension section of double-bell foundation through the angle of tangent between the profile and the nozzle axis, thus ensuring that the air flow of double-bell expansion deflection nozzle is separated at the inflection point when the pressure ratio is low, and effectively utilizing the expansion deflection jet formed by the expansion section of double-bell foundation and the expansion deflection plug cone. The nozzle is compensated to maintain high thrust performance. At high drop pressure ratio, the air flow expands along the double bell expansion section to the nozzle outlet. The nozzle outlet area is effectively utilized to ensure the thrust performance at high drop pressure ratio.

【技术实现步骤摘要】
一种双钟型膨胀偏转喷管
本专利技术涉及航空航天
，更具体的说是涉及一种双钟型膨胀偏转喷管，主要应用于宽落压比高推力性能要求的航空发动机。
技术介绍
随着航空航天技术的发展，水平起降高超声速飞行器因其具有即时打击、快速突防等优点成为近年来的重点发展方向，尾喷管作为高超声速飞行器动力装置的核心部件也面临着前所未有的全新技术挑战，其推力特性，流量特性将直接影响着推进系统的工作效率及运行能力。与以往航空发动机尾喷管不同，高超声速发动机尾喷管需要在极宽的落压比内均保持较高的推力性能，并且由于排气温度过高带来的结构可实现性等问题的限制，很难做到膨胀面积比自由调节。目前针对高超声速发动机尾喷管的研究主要集中在钟型喷管，双钟型喷管、膨胀偏转喷管、塞式喷管等喷管类型，除钟型喷管外，其余几种喷管都是具有一定高度补偿特性的喷管。但是上述几种喷管也都具有一定的缺点，双钟型喷管只能保证两个设计压比下推力性能较好，但在两个设计压比之间工作时，会出现不可避免的推力低点；膨胀偏转喷管只在一定压比范围内具有高度补偿特性，并且工作在高度过膨胀工况下时，膨胀偏转喷管塞锥底部压力过低将会导致推力性能急剧恶化；塞式喷管也因为冷却面积过大，补偿效果存在争议而没有得到广泛应用。因此，如何提供一种在宽落压比范围内持续具有高度补偿性能的尾喷管是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种双钟型膨胀偏转喷管，将膨胀偏转喷管与双钟型喷管相结合，利用双钟型喷管具有两个设计压比的特点，将膨胀偏转喷管设计点下移，从而有效保证固定几何轴对称喷管在宽落压比范围内的高推力性能。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种双钟型膨胀偏转喷管，包括：膨胀偏转塞锥、喷管收敛段、双钟型基础扩张段和双钟型延伸扩张段，其中，所述喷管收敛段、所述双钟型基础扩张段和所述双钟型延伸扩张段依次相接，所述膨胀偏转塞锥位于所述喷管收敛段和双钟型基础扩张段的内部。进一步，所述膨胀偏转塞锥包括塞锥枢轴段、入口圆弧段、偏转圆弧段、反向偏转圆弧段和喉道后圆弧，其中，所述塞锥枢轴段、所述入口圆弧段、所述偏转圆弧段、所述反向偏转圆弧段和所述喉道后圆弧依次相接。进一步，所述喷管收敛段包括依次相接的等直段和喉道前倒圆段，所述喉道前倒圆段的末端与所述反向偏转圆弧段的末端之间为喷管喉道。进一步，所述双钟型基础扩张段和所述双钟型延伸扩张段相接处设置有拐点。所述拐点(301)的偏转角为：θo＝θi+α(νp-νo)(1)其中α为过膨胀系数，取值为1.4～2.0；θi表示双钟型基础扩张段的出口轴向切角，θ0表示双钟型延伸扩张段的入口轴向切角；Map表示双钟型延伸扩张段出口马赫数，Mao表示双钟型基础扩张段出口马赫数，νp为双钟型延伸扩张段普朗特—迈耶尔流动角，νo为双钟型基础扩张段普朗特—迈耶尔流动角，γ表示气体比热比。进一步，所述喷管喉道的面积为环形面积，根据发动机流量设置喷管喉道的圆环面积，得出所述喷管喉道环宽ND为Gt。进一步，所述塞锥枢轴段的高度Yd设置为0.5Gt～2Gt，所述入口圆弧段的圆弧半径RAB设置为1Gt～4Gt，所述偏转圆弧段的圆弧半径RBC与所述反向偏转圆弧段的圆弧RCD半径相同，均设置为1Gt～2Gt，所述喉道后圆弧的圆弧半径RDE设置为1Gt～2Gt，所述喉道前倒圆段的圆弧RMN半径设置为1/3RAB～1/4RAB。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种双钟型膨胀偏转喷管，具有以下优点：(1)有效结合了双钟型喷管及膨胀偏转喷管的优点，将膨胀偏转喷管的设计膨胀比定为双钟型喷管基础扩张段膨胀比，从而防止膨胀偏转喷管工作在高度过膨胀工况下，有效利用其高度补偿特性。(2)在低可用压比情况下气流在双钟型基础扩张段与延伸扩张段之间的拐点处分离，进而防止燃气在低落压比下过度膨胀，造成推力损失。(3)在高可用压比情况下，尾流关闭，气流一直沿着双钟型延伸扩张段膨胀到喷管出口，从而有效避免高落压比时燃气欠膨胀问题。(4)可根据具体落压比数据及流量需求快速的完成双钟型膨胀偏转喷管的设计，该设计方法通用，有效且可操作性强，只需快速确定数个设计参数即可得到喷管型面，并且可以有效保证喷管在宽落压比范围内的高推力性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术提供的一种双钟型膨胀偏转喷管整体结构示意图。图2附图为本专利技术双钟型-膨胀偏转喷管塞锥部分示意图。图3附图为本专利技术双钟型-膨胀偏转喷管塞锥型面结构说明图。图4附图为本专利技术双钟型-膨胀偏转喷管扩张段型面结构说明图。图5附图为本专利技术双钟型-膨胀偏转喷管与具有同等设计推力的钟型喷管推力特性比较图，其中，Bellnozzle表示钟型喷管，Dualbellnozzle表示本专利技术设计的双钟型-膨胀偏转喷管。其中，各部分表示：1、膨胀偏转塞锥，101、入口圆弧段，102、偏转圆弧段，103、反向偏转圆弧段，104、喉道后圆弧，105、塞锥枢轴段，2、喷管收敛段，201、等直段，202、喉道前倒圆段，203、喷管喉道，3、双钟型基础扩张段，301、拐点，4、双钟型延伸扩张段。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。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。本专利技术实施例公开了一种双钟型膨胀偏转喷管，结合图1-2，包括：膨胀偏转塞锥1、喷管收敛段2、双钟型基础扩张段3和双钟型延伸扩张段4，其中，喷管收敛段2、双钟型基础扩张段3和双钟型延伸扩张段4依次相接，膨胀偏转塞锥1位于喷管收敛段2和双钟型基础扩张段3的内部；膨胀偏转塞锥1包括塞锥枢轴段105、入口圆弧段101、偏转圆弧段102、反向偏转圆弧段103和喉道后圆弧104，其中，塞锥枢轴段105、入口圆弧段101、偏转圆弧段102、反向偏转圆弧段103和喉道后圆弧104依次相接；喷管收敛段2包括依次相接的等直段201和喉道前倒圆段202，喉道前倒圆段202末端与反向偏转圆弧段103末端之间的缝隙为喷管喉道203；双钟型基础扩张段3和双钟型延伸扩张段4相接处设置有拐点301。下面对采用本专利技术双钟型-膨胀偏转喷管的参数设计进行叙述：对于尾喷管来说，首先应该按照发动机实际工作参数确定设计压比及喉道面积，结合图3，双钟型膨胀偏转喷管喉道位置不同于常规轴对称拉瓦尔喷管，该喷管喉道203位于膨胀偏转塞锥反向偏转圆弧RCD与喷管收敛段喉道前圆弧RMN所夹狭缝处，即图中直线ND处，因为喷管是轴对称形式，喉道面积折算时应取此处圆环面积。根据发动机流量要求选定喷管喉道面积后，将直线ND的实际长度定为单位长度Gt，方便后续膨胀偏转塞锥参数的无量纲化选取与优化。结合图3，设计膨胀偏转塞锥1的基本型面，主要待定参数包括选择塞锥入口圆弧RAB、偏转圆弧RBC、反向偏转圆弧RCD、喉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双钟型膨胀偏转喷管，其特征在于，包括：膨胀偏转塞锥(1)、喷管收敛段(2)、双钟型基础扩张段(3)和双钟型延伸扩张段(4)，其中，所述喷管收敛段(2)、所述双钟型基础扩张段(3)和所述双钟型延伸扩张段(4)依次相接，所述膨胀偏转塞锥(1)位于所述喷管收敛段(2)和所述双钟型基础扩张段(3)的内部。

【技术特征摘要】
1.一种双钟型膨胀偏转喷管，其特征在于，包括：膨胀偏转塞锥(1)、喷管收敛段(2)、双钟型基础扩张段(3)和双钟型延伸扩张段(4)，其中，所述喷管收敛段(2)、所述双钟型基础扩张段(3)和所述双钟型延伸扩张段(4)依次相接，所述膨胀偏转塞锥(1)位于所述喷管收敛段(2)和所述双钟型基础扩张段(3)的内部。2.根据权利要求1所述的一种双钟型膨胀偏转喷管，其特征在于，所述膨胀偏转塞锥(1)包括塞锥枢轴段(105)、入口圆弧段(101)、偏转圆弧段(102)、反向偏转圆弧段(103)和喉道后圆弧(104)，其中，所述塞锥枢轴段(105)、所述入口圆弧段(101)、所述偏转圆弧段(102)、所述反向偏转圆弧段(103)和所述喉道后圆弧(104)依次相接。3.根据权利要求2所述的一种双钟型膨胀偏转喷管，其特征在于，所述喷管收敛段(2)包括依次相接的等直段(201)和喉道前倒圆段(202)，所述喉道前倒圆段(202)末端与所述反向偏转圆弧段(103)末端之间的缝隙为喷管喉道(203)。4.根据权利要求3所述的一种双钟型膨胀偏转喷管，其特征在于，所述双钟型基础扩张段(3)和所述双钟型延伸扩张段(4)相接处设置有拐点(301)。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：额日其太，武文臻，邹正平，王勇，张振，丁文豪，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11