一种飞行器射流推力矢量控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种飞行器射流推力矢量控制系统。使用本发明专利技术能够实现飞行器360°飞行姿态控制，缩短控制系统响应时间，同时提高系统控制精度，实现全方位控制，简化控制系统结构，减轻飞行器重量。本发明专利技术的飞行器射流推力矢量控制系统包括燃气涡轮发动机、主气流通道、二次流喷管、二次流通道组件和康达效应面。从发动机压缩腔中引出小部分气体作为矢量推力控制系统的同向二次流气源，注入到二次流通道中，利用康达效应，即与主气流同向的二次流流经康达效应面后产生附壁作用，进而引导主气流沿附壁方向产生康达效应，从而获得偏转力矩。通过控制二次流的流出方位其流量，从而实现对飞行器俯仰、偏航、滚转的精确控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种飞行器射流推力矢量控制系统，属于航空航天

技术介绍
在传统的飞行器控制系统设计中，人们通过舵面偏转产生不对称的气动力矩作为 操纵力矩对飞行器的转弯、爬升、俯冲、横滚等飞行姿态实施操控。这种控制模式必须辅以 许多复杂笨重的液压或电液驱动舵机和其他配套的相关设备才能进行，而且舵面的安装破 坏了连续光滑的机翼，存在很多缝隙，从而产生很大的泄漏阻力，同时舵面偏转还将增加飞 行器的雷达散射截面(RCS)值，不利于隐身。之后，人们在飞行器尾部发动机之后安装燃气 舵面，通过改变发动机燃气流的方向来产生飞行姿态控制侧向力，但是燃气残渣易堵塞气 路，必须精心设计过滤装置，并且燃气舵面所产生的力矩较小。推力矢量控制技术正逐步应 用于第四代战机及先进的弹道导弹上，目前的推力矢量控制技术一般采用机械方法，如发 动机喷管摆动、发动机喷管外加装可调节挡板或者偏转扩张段的调节片。机械推力矢量喷 管在带来大量优点的同时，也使推进系统付出了较大代价，增加了系统机械复杂性、喷管 的成本、质量等。用于推力矢量控制的部件如铰链、密封片、液压作动系统、偏转片多达成百 套部件和上千个零件，同时对飞机的维护、隐身和机身配平十分不利。随着未来作战飞机超紧凑、高生存力和可承受性进排气系统的设计要求，传统的 机械式推力矢量控制系统已经不能满足这些要求。这些因素导致寻求无外部活动部件的 矢量推力产生方法，出现了基于射流原理的保形矢量推力技术。保形推力矢量技术是指在 保持或不大改变飞机整体流线型(保形)的气动布局的前提下，发动机推力通过喷管或尾喷 流的偏转产生的推力分量来替代原飞机的操纵面或增强飞机的操纵功能，对飞机的飞行进 行实时控制的技术。射流推力矢量控制喷管不同于机械调节式矢量喷管，它通过气流间的 相互作用，使用康达(Coanda)效应来控制细小的旁路气流变化，而旁路气流的改变可以引 起比其大得多的流动发生矢量偏转。Coanda效应指的是流体(水流或气流)有离开本来的 流动方向，改为随着凸出的物体表面流动的倾向，当流体与它流过的物体表面之间存在表 面摩擦时，流体的流速会减慢，只要物体表面的曲率不是太大，依据流体力学中的伯努利原 理，流速的减缓会导致流体被吸附在物体表面上流动。Coanda效应最早应用于动力增升襟 翼和机翼后缘环量控制技术，用于提高升力，它是射流推力矢量控制系统的核心技术。目前 Coanda效应应用于射流推力矢量实现飞行器360°姿态控制的系统仍未见到相关应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种飞行器射流推力矢量控制系统，能够实现飞行器 360°飞行姿态控制，缩短控制系统响应时间，同时提高系统控制精度，实现全方位控制，简 化控制系统结构，减轻飞行器重量。飞行器射流推力矢量控制系统包括燃气涡轮发动机、主气流通道、二次流喷管、二 次流通道组件和康达效应面。其中，主气流通道设置在燃气涡轮发动机收缩喷管尾部，与发动机同轴。二次流通道组件与主气流通道同轴，通过法兰固定在主气流通道的尾部，二次流通道组件包括内壁和外壁，内、外壁的截面均为矩形；内、外壁之间为二次流通道。其中，内壁作为主气流通道的延伸，将主气流通道和二次流通道隔开。在内壁的四个角上设置二次流通道挡板，将二次流通道分为上、下、左、右个部分，其中，上、下面的二次流通道比左、右面的二次流通道宽。每个方向的二次流通道分别用二次流子通道挡板分隔成2个大小相同的二次流子通道。在燃气涡轮发动机压缩腔上设置引气口，引出小部分气体作为矢量推力控制系统的同向二次流气源，所述二次流气源不超过发动机压缩腔中全部气体的5%。在每个二次流子通道外壁设置注气口 ；在主气流通道外侧安装8根二次流喷管，8根二次流喷管分别与8 个注气口连接；在主气流通道外侧设置分气管道，分气管道连接注气口和8根二次流喷管。在二次流通道组件的外壁尾部4面分别安装康达效应面。在每个二次流喷管上安装控制阀。为减轻射流推力矢量控制系统的重量，可以在燃气涡轮发动机收缩喷管和轴向主气流通道之间留有2(T30cm的间隙。为加工方便，可以将主气流通道设计为长方体，在主气流通道外侧的上、下、左、右 4面沿着轴向分别安装2根二次流喷管。为达到较好的康达效应，本专利技术中康达效应面与二次流通道组件的外壁之间的剪切角范围为5° ^lO0。本专利技术中的控制阀可以是比例控制阀，从而可以精确调节二次流气流流量，提高飞行控制的定位精度。有益效果 (I)本专利技术利用康达效应,通过改变二次流的方向带动主气流方向的改变,从而对飞行器进行实时控制，本专利技术无需操纵机械部件，不改变飞行器的整体的气动布局，安装简单，成本低，控制过程响应时间小。(2)本专利技术在发送机收缩喷管和轴向主气流通道之间留有2(T30cm的间隙，有效减轻射流推力矢量控制系统的重量。( 3 )本专利技术从发动机压缩腔中弓丨出的二次流气源不超过发动机压缩腔中全部气体的5%，不影响发动机的轴向推力。(4)本专利技术在二次流喷管上安装比例控制阀，可以精确调节二次流气流流量，提高飞行控制的定位精度。附图说明图1为飞行器射流推力矢量控制系统装置立体图。图2为飞行器射流推力矢量控制系统装置立体侧视图。图3为飞行器射流推力矢量控制系统装置后视图。图4为飞行器射流推力矢量控制系统装置右视图。图5为飞行器射流推力矢量控制系统装置俯视图。其中，1-发动机，2-引气口，3-分气管道，4- 二次流喷管，5-控制阀，6_法兰，7_注气口，8-二次流子通道挡板，9-二次流通道，10-康达效应面，11-主气流通道，12-二次流通道挡板，13-1号二次流子通道，14-2号二次流子通道，15-3号二次流子通道，16-4号二次流子通道，17-5号二次流子通道，18-6号二次流子通道，19-7号二次流子通道，20-8号二次流子通道，21-二次流通道组件的内壁，22-二次流通道组件的外壁。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种飞行器射流推力矢量控制系统，包括燃气涡轮发动机1、主气流通道11、二次流喷管4、二次流通道组件和康达效应面10，如图1所示。其中，主气流通道11设置在发动机I收缩喷管尾部，与发动机I同轴，为加工方便，可将主气流通道11设置为长方体。发动机I的收缩喷管排出高压燃气作为控制系统的轴向主气流，主气流沿着轴向主气流通道11流向射流推力矢量控制系统尾部，产生轴向推进力，推动飞行器前进。利用涡轮增压发动机高压喷射气流的定向性，即该喷射气流在一定距离内沿着喷射方向运动，不会散射，在发送机I收缩喷管和轴向主气流通道11之间设计 2(T30cm的间隙，从而减轻射流推力矢量控制系统的重量。二次流通道组件与主气流通道11同轴，通过法兰6固定在主气流通道11的尾部， 二次流通道组件包括内壁21和外壁22，内、外壁的截面均为矩形；内、外壁之间为二次流通道9，其中，内壁21作为主气流通道11的延伸，将主气流通道11和二次流通道9隔开，在内壁的四个角上设置二次流通道挡板12，将二次流通道9分为上、下、左、右4个部分，如图2、 图3所示。为保证飞行器俯仰力大于偏航力，上、下面的二次流通道比左、右面的二次流通道宽。每个方向的二次流通道分别用二次流子通道挡板8分隔成2个大小相同的二次流子通道，如图3所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行器射流推力矢量控制系统，其特征在于包括燃气涡轮发动机（1）、主气流通道（11）、二次流喷管（4）、二次流通道组件和康达效应面（10）；其中，主气流通道（11）设置在燃气涡轮发动机（1）收缩喷管尾部，与发动机（1）同轴；二次流通道组件与主气流通道（11）同轴，通过法兰（6）固定在主气流通道（11）的尾部，二次流通道组件包括内壁（21）和外壁（22），内、外壁的截面均为矩形；内、外壁之间为二次流通道（9），其中，内壁（21）作为主气流通道的延伸，将主气流通道和二次流通道隔开；在内壁的四个角上设置二次流通道挡板（12），将二次流通道（9）分为上、下、左、右4个部分，其中，上、下面的二次流通道比左、右面的二次流通道宽；每个方向的二次流通道分别用二次流子通道挡板（8）分隔成2个大小相同的二次流子通道（13，14；15，16；17，18；19，20）；在燃气涡轮发动机（1）压缩腔上设置引气口（2），引出小部分气体作为矢量推力控制系统的同向二次流气源，所述二次流气源不超过发动机压缩腔中全部气体的5%；在每个二次流子通道（13，14，15，16，17，18，19，20）外壁设置注气口（7）；在主气流通道（11）外侧安装8根二次流喷管（4），8根二次流喷管（4）分别与8个注气口（7）连接；在主气流通道（11）外侧设置分气管道（3），分气管道（3）连接注气口（2）和8根二次流喷管（4）；在二次流通道组件的外壁（22）尾部4面分别安装康达效应面（10）；在每个二次流喷管（4）上安装控制阀（5）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柴森春，李俊，董立静，张百海，夏元清，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：