一种矢量喷管及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种矢量喷管及其控制方法，由多个结构相同的伸缩臂机构周向排列形成环形喷管臂，所述伸缩臂机构沿环形基座轴向可伸缩，使得喷管出口形成为不同的阶梯状，从而控制喷管出口气体的流动方向，进而改变推力方向，实现矢量推进功能。从而可在喷管自身不发生偏转的情况下360度全方位控制航空发动机尾部喷流方向，不存在扭转等复杂的运动控制要求，简化了设备结构，控制方式简单，克服了转动喷管进行气流方向控制所需要的复杂控制问题，能够快速、高效和可靠的改变喷管的喷射角度。

【技术实现步骤摘要】
一种矢量喷管及其控制方法
本专利技术属于矢量发动机领域，更具体地，涉及一种矢量喷管及其控制方法。
技术介绍
为了应对未来新型飞行器在空中越来越复杂的机动性控制要求，装备具有推力矢量功能的航空发动机成为了一个必然的趋势，而矢量推力喷管技术是实现推力矢量功能的航空发动机中的关键核心技术之一。得到过实飞验证的矢量推进发动机均是依靠复杂精细的机械结构控制发动机尾喷管的偏转来产生矢量推进动力。当下，矢量推力喷管技术逐步向简化控制结构、减轻重量的趋势进行发展。例如，中国专利CN201410253892.6、CN201910425150.X、CN201410739739.4等均采用不同控制方案来优化矢量推力喷管技术，实现简化控制结构的有益效果。但是，上述控制方法最终都是通过尾喷管的偏转来改变航空发动机尾喷流的喷射方向实现矢量推进能力，这必然会涉及到航空发动机高温尾气与尾喷管结构间的相互作用，对尾喷管的材料性能有一定要求。由此可见，如何降低矢量推力喷管技术中机械结构的复杂性、提高控制的稳定性，是当前亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种矢量喷管及其控制方法，其目的在于解决现有的矢量发动机喷管存在的结构复杂、控制方式不稳定的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种矢量喷管，包括环形基座和多个结构相同的伸缩臂机构；多个伸缩臂机构周向排列形成环形喷管臂，环形喷管臂的一端与环形基座相接作为喷管的入口，环形喷管臂的另一端作为喷管出口；所述伸缩臂机构沿环形基座轴向可伸缩，使得喷管出口形成为不同的阶梯状，从而控制喷管出口气体的流动方向。优选地，所述伸缩臂机构包括固定壁、移动壁、拉杆和用于驱动拉杆的驱动机构；所述固定壁和移动壁错位对接；所述拉杆与移动壁的外侧相接；所述驱动机构与固定壁外侧相接；所述拉杆和驱动机构用于控制移动壁沿固定壁滑动，以使所述伸缩臂机构沿环形基座轴向伸缩。优选地，所述驱动机构为液压驱动机构；或，所述驱动机构为直线电机；或，所述驱动机构为气压驱动机构。优选地，所述液压驱动机构包括液压油腔和液压油路。优选地，所述固定壁具有卡槽，所述移动壁嵌入所述卡槽，所述卡槽为所述移动壁的滑动轨道。优选地，所述拉杆通过第一铰链座与移动壁的外侧铰接，所述驱动机构通过第二铰链座与固定壁外侧铰接。优选地，所述固定壁的外侧还通过第一连接杆与环形基座连接。优选地，所述第一连接杆的一端通过第三铰链座与固定壁的外侧铰接，另一端通过环形基座铰链座与环形基座铰接；所述第三铰链座还与第二连接杆的一端铰接，第二铰链座还与第二连接杆的另一端铰接。优选地，所述固定壁的壁面宽度对应的圆心角为5-10°；所述移动壁的壁面长度为所述固定壁的壁面长度的2-3倍。按照本专利技术的第二方面，提供了一种矢量喷管控制方法，应用于如第一方面所述的矢量喷管，包括：S1，根据矢量推进控制指令，确定与所述控制指令对应的喷管出口目标形状；S2，基于各伸缩臂的当前伸缩量，分别计算使喷管出口由当前形状变为目标形状时，各伸缩臂的运动行程；S3，根据各伸缩臂的运动行程，分别控制各伸缩臂的伸缩。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下优点：1、本专利技术提供的矢量喷管由多个结构相同的伸缩臂机构周向排列形成环形喷管臂，所述伸缩臂机构沿环形基座轴向可伸缩，使得喷管出口形成为不同的阶梯状，控制喷管出口气体的流动方向，进而改变推力方向，能够快速、高效、可靠的改变喷管喷射角度，实现矢量推进功能。可在喷管自身不发生偏转的情况下360度全方位控制航空发动机尾部喷流方向，不存在扭转等复杂的运动控制要求，克服了偏转喷管进行喷流方向控制所需要的复杂控制问题，控制算法简单、响应迅速；简化了设备结构，降低了制作工艺难度和生产成本；此外，高温尾气喷流方向与喷管出口结构近似平行，降低了对喷管结构材料性能要求。2、伸缩臂包括固定壁、移动壁、拉杆及用于驱动拉杆的驱动机构，各拉杆独立控制移动臂沿固定臂滑动以实现各伸缩臂的伸缩，从而改变喷管出气口的形状，控制喷管出气口气体的流动方向，控制方式简单，反应迅速，能够增强控制的同步性，降低控制延时。3、采用第一铰链座、第二铰链座实现拉杆两端分别与移动壁和固定壁的活动连接，使移动壁沿固定壁更加顺畅地滑动且能够防止卡死，从而提高整体结构的可靠性。附图说明图1是本专利技术提供的矢量喷管结构示意图；图2是本专利技术提供的矢量喷管侧视图之一；图3是本专利技术提供的矢量喷管侧视图之二；图4是本专利技术提供的固定壁与移动壁装配关系示意图；图5为本专利技术提供的固定壁的截面结构示意图；图6为本专利技术提供的矢量喷管喷流试验纹影图；图7为本专利技术提供的矢量喷管控制方法流程图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-环形基座；2-固定孔；3-第二连接杆；4-液压油路；5-拉杆；6-移动壁；7-第一铰链座；8-液压油腔；9-环形基座铰链座；10-第一连接杆；11-固定壁。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术实施例提供了一种矢量喷管，如图1所示，包括环形基座1和多个结构相同的伸缩臂机构；多个伸缩臂机构周向排列形成环形喷管臂，环形喷管臂的一端与环形基座相接作为喷管的入口，环形喷管臂的另一端作为喷管出口；所述伸缩臂机构沿环形基座轴向可伸缩，使得喷管出口形成为不同的阶梯状，从而控制喷管出口气体的流动方向。具体地，多个结构相同的伸缩臂机构呈周向排列，构成完整环状结构，形成所述矢量喷管的环形喷管臂。环形喷管臂的一端与环形基座1相接作为喷管的入口，环形喷管臂的另一端作为喷管出口。如图2所示，图中箭头所示为喷管的进气和喷流出口方向，其中喷管进气侧与航空发动机的尾喷口相连，如图3所示，所述伸缩臂机构沿环形基座轴向可伸缩，从而调整该伸缩臂机构的壁面长度，使得喷管出口形成为不同的阶梯状，即喷管出口截面为截面法向方向朝一定方向的斜面，从而控制喷管出口气体的流动方向。如图1所示，所述环形基座上具有固定孔2与环形基座铰链座9，所述环形基座通过其上的固定孔2与航空发动机尾端接连；环形基座铰链座9与固定孔2等间距间隔分布。本专利技术实施例提供的矢量喷管，由多个结构相同的伸缩臂机构周向排列形成环形喷管臂，所述伸缩臂机构沿环形基座轴向可伸缩，使得喷管出口形成为不同的阶梯状，从而控制喷管出口气体的流动方向，进而改变推力方向，可以实现360°全方位的矢量推进控制需要，且结构简单，易于制造生产，克服了转动喷管进行气流方向控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矢量喷管，其特征在于，包括环形基座和多个结构相同的伸缩臂机构；多个伸缩臂机构周向排列形成环形喷管臂，环形喷管臂的一端与环形基座相接作为喷管的入口，环形喷管臂的另一端作为喷管出口；所述伸缩臂机构沿环形基座轴向可伸缩，使得喷管出口形成为不同的阶梯状，从而控制喷管出口气体的流动方向。/n

【技术特征摘要】
1.一种矢量喷管，其特征在于，包括环形基座和多个结构相同的伸缩臂机构；多个伸缩臂机构周向排列形成环形喷管臂，环形喷管臂的一端与环形基座相接作为喷管的入口，环形喷管臂的另一端作为喷管出口；所述伸缩臂机构沿环形基座轴向可伸缩，使得喷管出口形成为不同的阶梯状，从而控制喷管出口气体的流动方向。


2.如权利要求1所述的矢量喷管，其特征在于，所述伸缩臂机构包括固定壁、移动壁、拉杆和用于驱动拉杆的驱动机构；
所述固定壁和移动壁错位对接；所述拉杆与移动壁的外侧相接；所述驱动机构与固定壁外侧相接；
所述拉杆和驱动机构用于控制移动壁沿固定壁滑动，以使所述伸缩臂机构沿环形基座轴向伸缩。


3.如权利要求2所述的矢量喷管，其特征在于，所述驱动机构为液压驱动机构；
或，所述驱动机构为直线电机；
或，所述驱动机构为气压驱动机构。


4.如权利要求3所述的矢量喷管，其特征在于，所述液压驱动机构包括液压油腔和液压油路。


5.如权利要求2所述的矢量喷管，其特征在于，所述固定壁具有卡槽，所述移动壁嵌入所述卡槽，所述卡槽为所述移动壁的滑动轨道。

【专利技术属性】
技术研发人员：薛涛，赵家权，吴杰，张臻，赵觅，费飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42