[發明專利]一種機械擾動型推力矢量噴管及擴張段壁面設計方法

在審

• 申請號: 202310584867.5
• 申請日: 2023-05-23
• 公開（公告）號: CN116517721A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 黃帥;徐驚雷;潘睿豐;張玉琪;陳匡世;宋光韜
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F02K1/00
• 分類號: F02K1/00;F02K1/06;F02K1/11;F02K1/82;F02K1/78
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許海洲

本發明提供一種機械擾動型推力矢量噴管及擴張段壁面設計方法，以拉瓦爾噴管（收斂?擴張噴管）為基礎，結合在特殊位置布置的機械擾動片和擴張段型面，通過機械擾動片的作動擾動主流，主流流過特殊設計的擴張段型面、實現氣流偏轉的放大；多個擾動片同時作動，可以實現推力矢量和流量調節的同時控制。通過上述技術方案，該噴管可以滿足飛行器對于推力矢量、高效低阻飛行和發動機對于流量調節的同時需要。

技術領域

本發明設計了一種機械擾動型推力矢量噴管及擴張段壁面設計方法，屬于航空發動機的先進推力矢量噴管技術領域。

背景技術

隨著科學技術的發展和實際需求的提高，未來飛行器將越來越多地使用推力矢量航空發動機。推力矢量航空發動機實現推力矢量功能的核心是推力矢量噴管。傳統機械式推力矢量噴管結構復雜，可靠性差，維護麻煩。因此開發一種結構簡單、重量輕、維護性好的推力矢量噴管迫在眉睫。

當下，流體推力矢量噴管逐漸以其結構簡單、重量輕的特點成為各國的研究重點和研究熱點，并將在不遠的未來進入工程應用。它憑借結構簡單，重量輕、矢量性能好等的特點，受到越來越多的青睞。流體推力矢量噴管的矢量產生和調節大多依靠一部分氣流（次流）產生擾動，在經過特殊設計的型面實現氣流擾動、偏轉的放大。但是，次流對主流的相互作用是非線性的，經常還伴隨著遲滯現象。所以，依靠氣流對氣流的作用、實現矢量產生和偏轉的大多數流體推力矢量噴管在未來應用中存在明顯的弊端。因此，迫切需要提出一種能夠準確控制、結構簡單、基本不受氣流流動非線性和遲滯影響的新型推力矢量噴管。

近年來，機械擾動式也成為該類別噴管矢量產生的擾動源之一，其矢量產生的機理與氣動擾動一致，只不過將擾動來源由氣流換成了機械擾動片，它可以明顯降低氣流流動非線性和遲滯影響，且不管噴管工作落壓比（NPR）如何變化，在機械擾動片旋出角度固定的情況下，矢量角較為固定，極大地簡化了該噴管與飛行器控制系統匹配的難題，且同時具備推力矢量控制和流量調節這兩個功能，加大地簡化了噴管結構，擴寬了噴管的工作包線。

因此，本專利發明了一種機械擾動型推力矢量噴管及擴張段壁面設計方法，以拉瓦爾噴管（收斂-擴張噴管）為基礎，結合在特殊位置布置的機械擾動片和擴張段型面，通過機械擾動片的作動擾動主流，主流流過特殊設計的擴張段型面、實現氣流偏轉的放大；多個擾動片同時作動，可以實現推力矢量和流量調節的同時控制。通過上述技術方案，該噴管可以滿足飛行器對于推力矢量、高效低阻飛行和發動機對于流量調節的同時需要。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明所述一種機械擾動型推力矢量噴管及擴張段壁面設計方法，以拉瓦爾噴管（收斂-擴張噴管）為基礎，結合在特殊位置布置的機械擾動片和擴張段型面，通過機械擾動片的作動擾動主流，主流流過特殊設計的擴張段型面、實現氣流偏轉的放大；多個擾動片同時作動，可以實現推力矢量和流量調節的同時控制。通過上述技術方案，該噴管可以滿足飛行器對于推力矢量、高效低阻飛行和發動機對于流量調節的同時需要。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

1.一種機械擾動型推力矢量噴管，包括依次串接的噴管等直段壁面（2）、噴管收斂段壁面（5）、噴管擴張段壁面（7），所述噴管等直段壁面（2）一側為噴管進口截面（1），所述噴管擴張段壁面（7）一側為噴管出口截面（8），所述噴管收斂段壁面（5）和所述噴管擴張段壁面（7）的交界處為噴管喉道截面（6）；

所述等直段壁面（2）末端上設有機械擾動片轉軸（3），所述機械擾動片轉軸（3）上轉動連接機械擾動片本體（4）；

所述噴管擴張段壁面（7）包括三段直線擴張段和三段過渡曲線，三段所述直線擴張段分別為BC、DE、FG，對應的擴張角分別為θ₁、θ₂、θ₃，三段所述過渡曲線分別為AB、CD、EF。

優選的，

過渡曲線AB在A點的切線水平，在B點的切線與直線擴張段BC相切；