[發明專利]一種基于流固耦合的柔性噴管

有效

• 申請號: 202011121912.6
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112253337B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 任軍學;薛牧遙;袁天楠;張金堯;湯海濱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;上海新力動力設備研究所
• 主分類號: F02K9/97
• 分類號: F02K9/97;F02K9/80;F02K9/96
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 陳磊;張楨

本發明公開了一種基于流固耦合的柔性噴管，在飛行的末段，電液伺服機構處于工作狀態，在流固耦合的作用下柔性接頭發生形變，位移傳感器獲取接頭的位移信息，液壓作動器根據位移信息帶動接頭繼續形變從而使與該接頭連接的下一節噴管發生擺動，整個噴管可以等效為一個具有一定柔性的發動機噴管，與火箭發動機產生的高速燃氣流形成流固耦合作用，使柔性噴管呈一定規律擺動，從而改善發動機機動性和推力性能；在飛行的上升段和過渡段，電液伺服機構處于關閉狀態，通過牽制液壓作動器可以將所有噴管鎖定，從而實現整個噴管的剛性狀態；這樣，可以實現整個噴管的剛性與柔性兩種狀態之間的切換，拓寬了發動機的最佳工作高度，改善了發動機的推力性能。

技術領域

本發明涉及火箭發動機推力矢量技術中柔性噴管設計技術領域，尤其涉及一種基于流固耦合的柔性噴管。

背景技術

流固耦合研究變形固體在流場作用下的各種行為以及固體位形對流場的影響。流固耦合力學的重要特征是兩相介質之間的相互作用，變形固體在流體載荷作用下會產生變形或運動，變形或運動又反過來影響流體運動，從而改變流體載荷的分布和大小。

柔性噴管是一種借助于柔性接頭控制火箭發動機噴管方向，達到推力矢量控制的可控噴管，但常規火箭發動機柔性噴管的伺服作動機構頻率較低，難以提供即時、高頻的機動。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于流固耦合的柔性噴管，用以實現火箭發動機的靈活機動。

因此，本發明提供了一種基于流固耦合的柔性噴管，包括：多節噴管、多個柔性的筒狀接頭以及多組電液伺服機構；其中，

每相鄰的兩節噴管之間通過一個接頭實現連接，且每個接頭分別與連接的上下兩節噴管緊密接觸；

每個接頭與至少一組電液伺服機構對應連接；每組電液伺服機構包括位移傳感器、液壓作動器和底座；每組電液伺服機構中，位移傳感器與對應的接頭連接，底座與對應的接頭連接的上一節噴管連接，液壓作動器連接在位移傳感器與底座之間；

每組電液伺服機構中的位移傳感器，用于在飛行的上升段和過渡段，處于關閉狀態；在飛行的末段，獲取對應的接頭在流固耦合作用下的位移信息，并將獲取的位移信息發送給液壓作動器；

每組電液伺服機構中的液壓作動器，用于在飛行的上升段和過渡段，處于關閉狀態，將對應接頭連接的下一節噴管鎖定；在飛行的末段，根據接收的位移信息進行運動從而帶動對應的接頭發生形變進而使對應的接頭連接的下一節噴管發生擺動。

在一種可能的實現方式中，在本發明提供的上述基于流固耦合的柔性噴管中，每個接頭與兩組電液伺服機構對應連接，兩組電液伺服機構沿接頭的周向相隔90°。

本發明提供的上述基于流固耦合的柔性噴管，通過設計多節噴管，且相鄰兩節噴管之間通過一個柔性的接頭連接，并設計電液伺服機構中的位移傳感器與接頭連接，底座與上一節噴管連接，液壓作動器連接于位移傳感器和底座之間，這樣，在飛行的上升段和過渡段，電液伺服機構處于關閉狀態，通過牽制液壓作動器可以將所有噴管鎖定，從而實現整個噴管的剛性狀態；在飛行的末段，電液伺服機構處于工作狀態，在流固耦合的作用下，柔性接頭可以發生形變，位移傳感器獲取接頭的位移信息，液壓作動器根據位移信息帶動接頭繼續形變從而使與該接頭連接的下一節噴管發生擺動，整個噴管可以等效為一個具有一定柔性的發動機噴管，與火箭發動機產生的高速燃氣流形成流固耦合作用，使柔性噴管呈一定規律擺動，從而改變火箭發動機推力矢量，改善發動機機動性和推力性能；這樣，彈體處于不同飛行狀態時，通過電液伺服機構的關閉與工作兩種狀態之間切換，實現整個噴管的剛性與柔性兩種狀態之間的切換，等效噴管型面可變，拓寬了發動機的最佳工作高度，從而改善了發動機的推力性能。

附圖說明

圖1為本發明提供的一種基于流固耦合的柔性噴管在電液伺服機構處于關閉狀態下的結構示意圖；

圖2為本發明提供的一種基于流固耦合的柔性噴管在電液伺服機構工作后的結構示意圖；