一种带双钟型引射套管的引射喷管制造技术

本发明专利技术公开了一种带双钟型引射套管的引射喷管，包括主喷管及引射套管，主喷管为定喉道收扩喷管，引射套管包括引射套管收敛段，引射套管第一扩张段和引射套管第二扩张段，引射套管喉道面积由发动机进气道工作特性确定，用以控制各个飞行状态下的引射抽吸流量；引射套管第一扩张段和引射套管第二扩张段的差异形成拐点，从而保证引射喷管工作在低落压比时气流在拐点分离，防止气流过度膨胀；在高落压比时，引射通道进入壅塞状态，气流一直沿引射套管第二扩张段膨胀至喷管出口，保证高落压比下推力性能。通过对引射喷管气流在壁面分离位置的控制，有效保证引射喷管在宽落压比范围内持续的高推力性能。

【技术实现步骤摘要】
一种带双钟型引射套管的引射喷管
本专利技术涉及航空航天
，更具体的说是涉及一种带双钟型引射套管的引射喷管，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
水平起降高超声速飞行器是近年来航空航天领域的研究重点，高超声速的动力装置则是高超声速飞行器的关键技术。水平起降高超声速动力装置，基于安全性、经济性等因素的考虑，要求必须能够兼顾从起飞、亚声速、跨声速、低超声速最后到高超声速飞行过程中极大的速度范围内较高效率的工作能力，这就要求高超声速发动机尾喷管需要在宽落压比范围内保持较高的推力性能。目前针对高超声速巡航发动机固定喉道面积的尾喷管研究主要有收扩锥型喷管、钟型喷管，双钟型喷管，膨胀偏转喷管等。其主要问题是上述几种尾喷管在宽落压比范围内不能持续保证较高的推力性能。针对高超声速巡航的强预冷发动机，英国布里斯托大学的科研团队围绕双钟型喷管、膨胀偏转喷管进行的研究表明，前述两种喷管都具有一定的高度补偿特性，但是在过膨胀状态下尾喷管的推力性能仍然会不可避免的大幅度下降。引射喷管可以通过引射套管产生抽吸作用，从发动机进气道或机身引入的冷气流会在引射套管中形成环形气壁，从而有效控制主流燃气的可用膨胀面积，尤其是主喷管工作在较低的可用压比下时，可以有效避免燃气的过渡膨胀，但是传统引射喷管的主要问题在于其只能工作在一定落压比范围内，如果不可调面积的引射喷管设计落压比过大，在低落压比工作时，推力性能下降明显。因此，如何提供一种保持较高推力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带双钟型引射套管的引射喷管，解决了现有几何不可调节尾喷管不能在较高落压比范围内持续保持较高推力性能的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种带双钟型引射套管的引射喷管，包括：主喷管和双钟型引射套管；所述双钟型引射套管包括依次相接的引射套管收敛段、引射套管第一扩张段和引射套管第二扩张段，其中，所述引射套管收敛段和所述引射套管第一扩张段相接部位形成引射套管喉道，所述第一扩张段的出口切线角和引射套管第二扩张段的入口切线角之间的差异形成引射套管拐点，所述主喷管位于所述引射套管收敛段内；所述主喷管包括主喷管收敛段、主喷管喉道和主喷管扩张段，所述主喷管扩张段延伸至主喷管出口，且所述主喷管出口与所述引射套管喉道位于同一轴向截面上，所述主喷管收敛段、所述主喷管喉道和所述主喷管扩张段均设置在所述引射套管收敛段内。进一步，所述引射套管收敛段收敛角为15°～30°。进一步，所述引射套管第一扩张段和所述引射套管第二扩张段均为曲线型面。进一步，所述引射套管第一扩张段和所述引射套管第二扩张段相接部位形成引射套管拐点截面，所述引射套管第二扩张段末端截面为出口截面。进一步，所述拐点的偏转角为：θo＝θi+α(ν27-ν26)(1)其中α为过膨胀系数，取值为1.6～2.0；θi表示引射套管第一扩张段的出口切线角，θ0表示引射套管第二扩张段的入口切线角；Ma26表示引射套管拐点截面的马赫数，Ma27表示出口截面的马赫数，ν26为引射套管拐点截面普朗特—迈耶尔流动角，ν27为出口截面普朗特—迈耶尔流动角，γ表示气体比热比。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带双钟型引射套管的引射喷管，具有以下优点：(1)本专利技术带双钟型引射套管的高引射流量引射喷管将引射套管喉道设计在主喷管出口截面上，将引射喷管引射流量增大，有效防止主流过渡挤压次流，从而避免双钟型引射喷管过早的进入壅塞状态，进而在低落压比下保持较高推力性能。(2)本专利技术带双钟型引射套管的引射喷管将引射套管设计为双钟型型面，低可用压比时气流在引射套管第一扩张段与第二扩张段之间的拐点产生稳定分离，从而避免了燃气在低落压比下沿壁面过渡膨胀，造成推力损失。(3)本专利技术带双钟型引射套管的引射喷管在高可用压比时将引射通道关闭，使主喷管流出的燃气继续利用引射套管膨胀，从而有效避免高落压比时燃气欠膨胀问题。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带双钟型引射套管的引射喷管整体结构示意图。图2附图为本专利技术提供的一种带双钟型引射套管的引射喷管详细结构图。图3附图为本专利技术提供的一种带双钟型引射套管的拐点型面说明图。图4附图为本专利技术提供的实例图；图5附图为本专利技术提供的一种带双钟型引射套管的引射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，Dualbellejectornozzle表示本专利技术带双钟型引射套管的引射喷管。其中，各部件表示：1、主喷管，11、主喷管收敛段，12、主喷管喉道，13、主喷管扩张段，14、主喷管出口，2、双钟型引射套管，21、引射套管收敛段，22、引射套管第一扩张段，23、引射套管第二扩张段，24、引射套管喉道，25、引射套管拐点，26、引射套管拐点截面，27、出口截面，28、引射通道，A101、入口截面，A102、主喷管喉道截面，A103、主喷管出口截面，A201、引射套管喉道截面。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带双钟型引射套管的引射喷管，包括主喷管1和双钟型引射套管2，主喷管1为定喉道收扩喷管，双钟型引射套管2包括依次相接的引射套管收敛段21、引射套管第一扩张段22和引射套管第二扩张段23，如图1所示。结合图2，主喷管包括主喷管收敛段11、主喷管喉道12、主喷管扩张段13。主喷管收敛段11的入口截面A101与航空发动机前面级燃烧室或涡轮相接，引入高温高压燃气，主喷管喉道12截面A102面积根据发动机设计工作状态选定，为了缩短主喷管扩张段13的长度，可以将主喷管扩张段13设计为钟型喷管型面，主喷管出口截面A103面积根据发动机的工作状态，选定为保证发动机地面起飞状态时主喷流从主喷管喷出时完全与引射套管第一扩张段22及引射套管第二扩张段壁面23分离的膨胀面积。引射套管收敛段21收敛角可取为15°～30°，引射套管收敛段21与引射套管第一扩张段22相接，中间为引射套管喉道24，引射套管喉道截面A201的面积固定，用以控制引射喷管的抽吸流量，从前面级的发动机仓内或进气道抽吸而来的冷空气在此处加速到声速，需将引射套管喉道面积尽可能设计的较大，以保证在低落压比时引射套管可以抽吸入足够的冷流气体对主流核心喷流的膨胀形成抑制，以减缓主喷流过度膨胀、引射套管喉道截面A201与主喷管出口截面A103在发动机轴向位于同一截面，以避免主喷管工作在低可用压比下时，主喷管出口截面A103喷出的燃气对引射套管引射入的冷空气过度挤压造成严重的过膨胀进而影响引射喷管推力性能。引射套管第一扩张段22紧接在引射套管收敛段21之后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带双钟型引射套管的引射喷管，其特征在于，包括：主喷管(1)和双钟型引射套管(2)；所述双钟型引射套管(2)包括依次相接的引射套管收敛段(21)、引射套管第一扩张段(22)和引射套管第二扩张段(23)，其中，所述引射套管收敛段(21)和所述引射套管第一扩张段(22)相接部位形成引射套管喉道(24)，所述第一扩张段(22)的出口切线角和引射套管第二扩张段(23)的入口切线角之间的差异形成引射套管拐点(25)；所述主喷管(1)包括主喷管收敛段(11)、主喷管喉道(12)和主喷管扩张段(13)，所述主喷管扩张段(13)延伸至主喷管出口(14)，且所述主喷管出口(14)与所述引射套管喉道(24)位于同一轴向截面上，其中，所述主喷管收敛段(11)、所述主喷管喉道(12)和所述主喷管扩张段(13)均设置在所述引射套管收敛段(21)内。

【技术特征摘要】
1.一种带双钟型引射套管的引射喷管，其特征在于，包括：主喷管(1)和双钟型引射套管(2)；所述双钟型引射套管(2)包括依次相接的引射套管收敛段(21)、引射套管第一扩张段(22)和引射套管第二扩张段(23)，其中，所述引射套管收敛段(21)和所述引射套管第一扩张段(22)相接部位形成引射套管喉道(24)，所述第一扩张段(22)的出口切线角和引射套管第二扩张段(23)的入口切线角之间的差异形成引射套管拐点(25)；所述主喷管(1)包括主喷管收敛段(11)、主喷管喉道(12)和主喷管扩张段(13)，所述主喷管扩张段(13)延伸至主喷管出口(14)，且所述主喷管出口(14)与所述引射套管喉道(24)位于同一轴向截面上，其中，所述主喷管收敛段(11)、所述主喷管喉道(12)和所述主喷管扩张段(13)均设置在所述引射套管收敛段(21)内。2.根据权利要求1所述的一种带双钟型引射套管的引射喷管，其特征在于，所述引射套管收敛段(...

【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