一种带冷却结构的S弯隐身喷管制造技术

本发明专利技术一种带冷却结构的S弯隐身喷管，属于航空发动机领域；包括S弯喷管、气膜冷却及加固装置；气膜冷却及加固装置设置于S弯喷管的外周面上，包括气膜冷却孔、环状加固装置、冷却气供气装置和加固支柱；环状加固装置为内环面开口的环形腔体，同轴套装于S弯喷管外围，其内环面开口贴合固定于S弯喷管的外壁面；气膜冷却孔为开于环状加固装置的内的S弯喷管壁上；环状加固装置的外环面通过加固支柱与飞机蒙皮连接；冷却气通过冷却气供气装置进入到S弯喷管内，使得射入的冷却气流覆盖在喷管内壁面上，降低S弯喷管壁面温度及排气系统的红外辐射。防止壁面因高温而损坏，同时射入的冷却气流可以降低排气系统的红外辐射，增强S弯喷管的隐身性能。

【技术实现步骤摘要】
一种带冷却结构的S弯隐身喷管
本专利技术属于航空发动机领域，具体涉及一种带冷却结构的S弯隐身喷管。
技术介绍
在当今战争中，涡轮喷气式战斗机面临着雷达制导和红外制导导弹的威胁。因此，在提高战斗机机动性能的同时，需要提高飞机的隐身性能。战斗机的排气系统具有高温壁面，并且排出高温气体，它提供了飞机上主要的雷达辐射信号(RCS)和红外辐射信号(IRS)。因此，应该采取措施降低发动机尾喷管雷达与红外信号，增强战斗机在战场上的生存能力。S弯喷管能够出色地抑制排气系统雷达信号与红外信号，因此被广泛应用于隐身轰炸机与无人机。首先，S弯喷管具有弯曲的构型，可以遮挡喷管内部高温部件的壁面，同时二元出口，有助于高温气体与周围环境气体的掺混，这有效地降低了排气系统的红外辐射。其次，雷达探测波在弯曲的喷管内反复折射并最终消失，从而降低了排气系统的雷达辐射信号。最后，S弯喷管的构型可以很好的与后机身一体化，减少了飞机的阻力，提高了战斗机的作战效能。程稳发表的文献“Influencesofshieldratioontheinfraredsignatureofserpentinenozzle.J.Sci.Technol.71(2017)299–311”表明，相较于常规的圆形轴对称喷管，S弯喷管平均可以降低28.9％的红外辐射。因此，S型喷管技术已得到国内外研究机构的高度重视。为了提高航空发动机的性能，获得更大的推力，最直接的途径就是提高涡轮前的燃气进口温度，这会造成发动机尾喷管热负荷大幅增加。S弯喷管由于是薄壁结构，且形状存在弯曲扭转，在受到高温燃气冲刷容易产生变形问题，而且高温的喷管壁面与高温的尾喷燃气容易产生较大红外辐射，影响S弯喷管的隐身性能。目前关于二元喷管冷却的研究成为热点，但是关于S弯喷管冷却的研究未有文献报道，S弯喷管冷却问题亟待解决。
技术实现思路
要解决的技术问题：为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种带冷却结构的S弯隐身喷管，解决现有技术中的S弯喷管在承受强的热负荷而产生结构变形问题，及高温喷管壁面与高温燃气带来的高的红外辐射问题。本专利技术的技术方案是：一种带冷却结构的S弯隐身喷管，其特征在于：包括S弯喷管、气膜冷却及加固装置；所述S弯喷管一端的截面为圆形，作为喷管进气口与发动机高温涡轮出口配合安装，另一端的截面为矩形，作为喷管的排气口，所述S弯喷管两端之间的喷管壁的截面由圆形逐渐过度为矩形，喷管中心轴为近S形；所述S弯喷管沿轴向分为第一喷管段和第二喷管段，所述第一喷管段位于进气口一侧，第二喷管段位于排气口一侧；所述气膜冷却及加固装置设置于S弯喷管的外周面上，包括气膜冷却孔、环状加固装置、冷却气供气装置和加固支柱；所述环状加固装置为内环面开口的环形腔体，同轴套装于S弯喷管外围，其内环面开口贴合固定于S弯喷管的外壁面；所述气膜冷却孔为开于S弯喷管的外周面上的通孔，并位于环状加固装置的内环面开口内的管壁上；所述环状加固装置的外环面通过多个沿周向分布的加固支柱与飞机蒙皮连接；所述冷却气供气装置一端与发动机的压气机连通，另一端与环状加固装置的环形内腔连通，将冷却气通入环状加固装置，再通过气膜冷却孔进入到S弯喷管内，使得射入的冷却气流覆盖在S弯喷管内壁面上，降低S弯喷管壁面温度及排气系统的红外辐射。本专利技术的进一步技术方案是：所述S弯喷管内沿轴向依次分为第一气流偏转部、第二气流偏转部和第三气流偏转部，第一气流偏转部靠近喷管进气口，第二气流偏转部位于第一喷管段和第二喷管段的过渡段，第三气流偏转部靠近喷管排气口；三个气流偏转部之间通过两个拐点实现气流的方向偏转；所述第一气流偏转部使得沿涡轮轴向的气流向下偏转，第二气流偏转部使得向下偏转的气流转为向上偏转并趋向于涡轮轴线的方向，第三气流偏转部使得向上偏转的气流转为与涡轮排气口轴线平行的方向。本专利技术的进一步技术方案是：多个所述气膜冷却及加固装置沿所述S弯喷管内气流流动方向均布。本专利技术的进一步技术方案是：所述气膜冷却及加固装置包括多排气膜冷却孔，相邻两排气膜冷却孔为插排或者顺排；由多个气膜冷却孔组成。本专利技术的进一步技术方案是：每排气膜冷却孔包括多个沿所述S弯喷管的周向均布的气膜冷却孔。本专利技术的进一步技术方案是：所述气膜冷却孔轴向与设置冷却孔处切平面的夹角在0°到90°之间。本专利技术的进一步技术方案是：所述气膜冷却孔的形状为圆形孔、异型孔、梯形孔或槽缝式长孔。本专利技术的进一步技术方案是：所述第一喷管段与第二喷管段沿高温涡轮出口的轴线方向的长度之比在2:3至2:5之间，且所述第二喷管段和所述第一喷管段的长度之和与所述第二喷管段的最大直径之比小于2。本专利技术的进一步技术方案是：所述第一喷管段的中心线纵向偏距与所述第一喷管段轴向长度之比在0.14至0.56之间。本专利技术的进一步技术方案是：所述第二喷管段的中心线纵向偏距与所述第二喷管段轴向长度之比也在0.14至0.56之间。有益效果本专利技术的有益效果在于：应用本专利技术技术方案的带冷却结构的S弯隐身喷管，通过设置“S”形的第一喷管段、“S”形的第二喷管段和气膜冷却及加固装置，在不破坏结构完整性与可靠性的前提下，通过冷却孔射入冷却气流覆盖在高温S弯喷管壁面上，从而降低喷管壁面温度，防止壁面因高温而损坏，同时射入的冷却气流可以降低排气系统的红外辐射，增强S弯喷管的隐身性能。其具体做法为让环状加固装置内的冷却空气通过在喷管壁面上分散布局的孔或者槽缝流出，使其与喷管壁面表面的燃气掺混后在喷管壁面表面形成温度低的气膜层，如图1所示。此时燃气到喷管壁面的对流换热热量为：Q＝Ahf1(Tm-Tw1),其中，A为被冷却区域喷管壁面的面积，hf1为喷管壁面与燃气之间的对流换热系数，Tw1为壁面温度，Tm为喷出的冷却气体与喷管壁面表面原有的燃气掺混过后的温度，这个温度介于冷却气体的温度Tf2与燃气的温度Tf1,因此相较于没有气膜冷却的结构，燃气向壁面的对流换热量会减小，壁面温度得到有效降低。应用本专利技术技术方案的发动机尾喷管结构，解决了现有技术中S弯喷管由于薄壁结构在受到高温燃气冲刷产生的变形问题，及高温喷管壁面与高温尾喷燃气产生的高红外辐射问题，优化了S弯喷管的隐身性能。附图说明图1是本专利技术实施例的气膜冷却示意图；图2是根据本专利技术实施例可选的一种带冷却结构的S弯隐身喷管的轴截面示意图。附图标记说明：1、第一喷管段；11、进气口；2、第二喷管段；21、排气口；3、气膜冷却及加固装置；31、气膜冷却孔；32、环状加固装置；33、冷却气供气装置；34、加固支柱；4、飞机蒙皮；5、第一气流偏转部；6、第二气流偏转部；7、第三气流偏转部。Tf1、燃气的温度；Tf2、冷却气体的温度；Tw1、被冷却喷管壁面温度；Tm、喷出的冷却气体与喷管壁面表面原有的燃气掺混过后的温度。具体实施方式下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术一种带冷却结构的S弯隐身喷管，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带冷却结构的S弯隐身喷管，其特征在于：包括S弯喷管、气膜冷却及加固装置；所述S弯喷管一端的截面为圆形，作为喷管进气口与发动机高温涡轮出口配合安装，另一端的截面为矩形，作为喷管的排气口，所述S弯喷管两端之间的喷管壁的截面由圆形逐渐过度为矩形，喷管中心轴为近S形；/n所述S弯喷管沿轴向分为第一喷管段和第二喷管段，所述第一喷管段位于进气口一侧，第二喷管段位于排气口一侧；/n所述气膜冷却及加固装置设置于S弯喷管的外周面上，包括气膜冷却孔、环状加固装置、冷却气供气装置和加固支柱；所述环状加固装置为内环面开口的环形腔体，同轴套装于S弯喷管外围，其内环面开口贴合固定于S弯喷管的外壁面；所述气膜冷却孔为开于S弯喷管的外周面上的通孔，并位于环状加固装置的内环面开口内的管壁上；所述环状加固装置的外环面通过多个沿周向分布的加固支柱与飞机蒙皮连接；所述冷却气供气装置一端与发动机的压气机连通，另一端与环状加固装置的环形内腔连通，将冷却气通入环状加固装置，再通过气膜冷却孔进入到S弯喷管内，使得射入的冷却气流覆盖在S弯喷管内壁面上，降低S弯喷管壁面温度及排气系统的红外辐射。/n

【技术特征摘要】
1.一种带冷却结构的S弯隐身喷管，其特征在于：包括S弯喷管、气膜冷却及加固装置；所述S弯喷管一端的截面为圆形，作为喷管进气口与发动机高温涡轮出口配合安装，另一端的截面为矩形，作为喷管的排气口，所述S弯喷管两端之间的喷管壁的截面由圆形逐渐过度为矩形，喷管中心轴为近S形；
所述S弯喷管沿轴向分为第一喷管段和第二喷管段，所述第一喷管段位于进气口一侧，第二喷管段位于排气口一侧；
所述气膜冷却及加固装置设置于S弯喷管的外周面上，包括气膜冷却孔、环状加固装置、冷却气供气装置和加固支柱；所述环状加固装置为内环面开口的环形腔体，同轴套装于S弯喷管外围，其内环面开口贴合固定于S弯喷管的外壁面；所述气膜冷却孔为开于S弯喷管的外周面上的通孔，并位于环状加固装置的内环面开口内的管壁上；所述环状加固装置的外环面通过多个沿周向分布的加固支柱与飞机蒙皮连接；所述冷却气供气装置一端与发动机的压气机连通，另一端与环状加固装置的环形内腔连通，将冷却气通入环状加固装置，再通过气膜冷却孔进入到S弯喷管内，使得射入的冷却气流覆盖在S弯喷管内壁面上，降低S弯喷管壁面温度及排气系统的红外辐射。


2.根据权利要求1所述带冷却结构的S弯隐身喷管，其特征在于：所述S弯喷管内沿轴向依次分为第一气流偏转部、第二气流偏转部和第三气流偏转部，第一气流偏转部靠近喷管进气口，第二气流偏转部位于第一喷管段和第二喷管段的过渡段，第三气流偏转部靠近喷管排气口；
三个气流偏转部之间通过两个拐点实现气流的方向偏转；所述第一气流偏转部使得沿涡轮轴向的气流向下偏转，第二气流偏转部使得向下偏转的气流转为向上偏转并趋向于涡轮轴线的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠中豪，史经纬，周莉，王占学，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61