面对称引射式全矢量尾喷管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型是一种航空发动机尾喷管，尤其是一种面对称引射式全矢量尾喷管。
【背景技术】
[0002]推力矢量技术已经成为近年来国内外航空技术的热门课题，因为推力矢量技术不仅可以显著的提高在役、在研飞机(战斗机)的机动性能以及作战效能，并且进一步发展，可以减小甚至取消飞机的尾翼，导致无尾翼飞机的诞生，带来飞机设计领域的技术革命。20世纪80年代后期，世界主要航空大国都对各型矢量尾喷管方案进行了研究，其重要性自然不言而喻。
[0003]所谓的矢量推力就是通过改变发动机尾喷管射流方向，来为飞机提供俯仰力矩，偏航力矩及横滚力矩甚至反推力，来补充甚至取代常规飞机由气动舵面或其它装置产生的气动力力矩进行飞行姿态控制。
[0004]现在已经发展成型的矢量喷管分为轴对称矢量喷管和二兀矢量喷管两类。
[0005]上世纪80年代末，美国展开了对轴对称矢量喷管技术的系统研究，提出的方案是在现有的轴对称收-扩喷管的基础上，增添了推力偏转机构和控制系统，研制出圆形截面的轴对称矢量尾喷管。该喷管保持原喷管收敛段不变，在扩张段新增加了一套转向机构，使其可以在360°范围内偏转0°?17°，这样，安装了该类型尾喷管发动机的飞机就可以获得俯仰，偏航，滚转(对于双发飞机)全方位的矢量推力力矩。就现在世界范围内对轴对称矢量尾喷管的研究大致分为两类，即整个尾喷管的运动和只有扩张段矢量动作。其中前者需要一个万向转接头的装置将发动机与尾喷管连接起来。一种方案是采用一个球形转接头，将尾喷管罩在发动机尾部。二者之间为球面接触约束，这样尾喷管就可以在一定角度内向任意方向转动。但是存在密封问题，因为两个球面贴的太紧会导致摩擦力太大使活动不便。
[0006]轴对称矢量尾喷管优缺点:
[0007]优点:可以产生全向的控制力矩；内流特性好；重量相对小:便于现役飞机改装。
[0008]缺点:矩形后机身与圆形喷管会在两个喷管外蒙皮之间形成一道“沟槽”，这在跨声速飞行时会产生干扰阻力，在超声速飞行时会产生激波阻力。红外特征信号较二元矢量喷管高。结构相对复杂，所以设计较有难度。
[0009]美国的F119发动机具有俯仰推力矢量的二元收-扩喷管，其装备于美国第四代战斗机F-22，二元矢量喷管由可以提供二元矢量推力的喷管和发动机与喷管之间的过渡段构成。转接段的功能是将发动机圆截面流道过渡为喷管的矩形截面流道。二元矢量喷管由2块扩张板、2块收敛板和2块侧板构成喷管本体。
[0010]二元矢量尾喷管优缺点:
[0011]优点:
[0012]1.隐身特性好，燃气流道由圆形过渡到矩形，可减小尾喷管红外特征；
[0013]2.超音速阻力小，特别对于双发飞机，二元喷管的矩形喷口与后机身可以在外形设计上获得良好的匹配，大大降低飞机尾部阻力，并将减小尾喷管的安装损失；
[0014]3.便于实现反推力和较大的推力矢量角，结构简单，便于控制。
[0015]缺点:不能产生偏航力矩；内流由圆形截面过度到矩形截面，存在推力损失；重量较轴对称大。
[0016]由此可见二兀矢量喷管以其矩形的喷口比轴对称矢量喷管具备很大的优势，尤其对于新式战斗机。其在功能上与轴对称矢量喷管的差距主要在于不能提供偏航控制力矩，所以设计一款矩形喷口且能提供360°全向矢量推力的尾喷管将是未来的主要研究方向。
【发明内容】
[0017]针对上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种结构简单、能提供360°全向矢量推力的矩形截面的新型矢量尾喷管。
[0018]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:面对称引射式全矢量尾喷管，采用引射式喷管，外环为引射套筒，内环为主喷管，引射套筒和主喷管采用相同结构，该结构包括四个球铰链、四个等腰梯形的主导流板、导流板转轴、副导流板、矩形流道和作动筒，主导流板为双层结构，四根主导流板转轴分别固定于矩形流道出口的四边，四个主导流板绕主导流板转轴转动，四个球铰链固定于矩形流道出口的四个角上，球铰链的球心位于相邻两根主导流板转轴的延长线交点，副导流板绕球铰链转动并插入主导流板夹层中，副导流与主导流板之间为平面接触约束，并在主导流板的夹层里做平面运动。每块主导流板会与两面副导流板接触，每根球铰链上固定两面副导流板。作动筒主导流板固定连接。
[0019]面对称引射式全矢量尾喷管的优点:
[0020]1.该型尾喷管可提供俯仰±15°，偏航±12°，以及角向19°的全向矢量控制力矩；
[0021]2.隐身特性好，燃气流道由圆形过渡到矩形，可减小尾喷管红外特征；
[0022]3.超音速阻力小，特别对于双发飞机，二元喷管的矩形喷口与后机身可以在外形设计上获得良好的匹配，大大降低飞机尾部阻力，并将减小尾喷管的安装损失；
[0023]4.还具有减速板功能，结构简单，便于控制。
[0024]5.本实用新型为平面结构，便于密封。
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型的结构示意图。
[0026]图2是图1的左视图。
[0027]图3是图1的俯视图。
[0028]图4是图1的A-A剖视图。
[0029]图5是主导流板的结构示意图。
[0030]图6是图5的右视图。
[0031]图7是副导流板的结构示意图。
[0032]图8是图7的左视图。
[0033]图9是球铰链的结构示意图。
[0034]图10是本实用新型提供俯仰动作时的结构示意图。
[0035]图11是本实用新型提供偏航动作时的结构示意图。
[0036]图12是本实用新型提供角向控制力矩的结构示意图。
[0037]图13是图12的B-B剖视图。
[0038]图14是图12的A-A剖视图。
[0039]图15本实用新型实现收缩控制的结构示意图。
[0040]图16是本实用新型实现减速板功能的结构示意图。
[0041]图17是图16的A-A剖视图。
[0042]图18是图16的B-B剖视图。
【具体实施方式】
[0043]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0044]如图1-图9所示:面对称引射式全矢量尾喷管，采用引射式喷管，以气动壁面代替物理结构壁面，其正视图类似“回”字结构，外环为引射套筒，内环为主喷管。引射套筒和主喷管采用相同结构，该结构包括四个球铰链4、四面等腰梯形的主导流板(包括两块俯仰主导流板6、15和两块偏航主导流板1、14)、四根主导流板转轴11、八面副导流板(包括四面俯仰副导流板5和四面偏航副导流板2)、矩形流道8以及四个作动筒7。四根主导流板转轴11分别固定于矩形流道8出口的四边，主导流板可以绕主导流板转轴11转动，四个球铰链4固定于矩形流道8出口的四个角上，球铰链4可做空间转动，其球心位于相邻两根主导流板转轴11的延长线交点，副导流板绕球铰链4转动并插入主导流板夹层中，与主导流板之间为平面接触约束，使之可以在主导流板的夹层里做平面运动。每块主导流板会与两面副导流板接触，每根球铰链4上套两面副导流板(一面俯仰副导流板，一面偏航副导流板)。该结构的四个角均为相同构造。所以整个尾喷管共有八个作动筒，八根主导流板转轴和八块主导流板，八个球铰链，十六面副导流板。
[0045]当需要提供某一方向控制力矩时，由作动筒带动主导流板转动，继而带动副导流板和球铰链，形成偏向这一方向的管道，从而达到使发动机尾喷管射流方向改变的目的。
[0046]如图10所示:当面对称引射式全矢量尾喷管提供抬头控制力矩时，作动筒控制上下两块俯仰主导流板向上偏转，俯仰主导流板带动俯仰副导流板向上偏转，进而带动球铰链向上偏转，球铰链带动偏航副导流板从偏航主导流板中抽出(但不会分离)，而位于下面的偏航副导流板则在相链球铰链的带动下插进偏航主导流板。偏航主导流板不动。由此便形成了一个向上偏转的管道，从而产生向上偏转的射流；机构提供低头控制力矩时各零件活动方向相反。
[0047]如图11所示:当面对称引射式全矢量尾喷管提供右偏航控制力矩时，作动筒控制左右两块俯仰主导流板向右偏转，偏航主导流板带动偏航副导流板向右偏转，进而带动球铰链向右偏转，球铰链带动俯仰副导流板从俯仰主导流板中抽出(但不会分离)，而位于左面的偏航副导流板则在相连球铰链的带动下插进偏航主导流板。俯仰主导流板不动由此便形成了一个向右偏转的管道，从而产生向右偏转的射流；提供左偏航控制力矩时，各零件活动方向相反。
[0048]如图12-14所示:当面对称引射式全矢量尾喷管提供右上角的控制力矩时，作动筒带动俯仰主导流板(上)和偏航主导流板(右)向外偏转，俯仰主导流板(下)和偏航主导流板(左)向内偏转，球铰链和各副导流板随之运动，最终形成向右上的流道，产生向右上的尾喷管射流。
[0049]如图15所示:当发动机需要节流时，各作动筒带动各主导流板向内偏转，各球铰链和副导流板随动，形成收缩喷口，达到节流目的。
[0050]如图16-18所示:本实用新型还可以提供减速板功能，套筒上的作动筒带动四面主导流板向外偏转，球铰链和副导流板随之活动，使尾部机体截面积增大，达到减速效果。
【主权项】
1.面对称引射式全矢量尾喷管，采用引射式喷管，外环为引射套筒，内环为主喷管，弓丨射套筒和主喷管采用相同结构，该结构包括四个球铰链、四个等腰梯形的主导流板、导流板转轴、副导流板、矩形流道和作动筒，主导流板为双层结构，四根主导流板转轴分别固定于矩形流道出口的四边，四个主导流板绕主导流板转轴转动，四个球铰链固定于矩形流道出口的四个角上，球铰链的球心位于相邻两根主导流板转轴的延长线交点，副导流板绕球铰链转动并插入主导流板夹层中，副导流与主导流板之间为平面接触约束，并在主导流板的夹层里做平面运动，每块主导流板会与两面副导流板接触，每根球铰链上固定两面副导流板，作动筒主导流板固定连接。
【专利摘要】面对称引射式全矢量尾喷管，外环为引射套筒，内环为主喷管，引射套筒和主喷管采用相同结构，该结构包括四个球铰链、四个等腰梯形的主导流板、导流板转轴、副导流板、矩形流道和作动筒，四根主导流板转轴分别固定于矩形流道出口的四边，四个主导流板绕主导流板转轴转动，四个球铰链固定于矩形流道出口的四个角上，副导流板绕球铰链转动并插入主导流板夹层中，副导流与主导流板之间为平面接触约束，并在主导流板的夹层里做平面运动，每块主导流板会与两面副导流板接触，每根球铰链上固定两面副导流板，作动筒主导流板固定连接。本实用新型结构简单，可提供俯仰±15°，偏航±12°，以及角向19°的全向矢量控制力矩。
【IPC分类】F02K1/54, F02K1/76
【公开号】CN204877713
【申请号】CN201520583919
【发明人】王庆晅, 薛继佳, 曲长征, 何鑫, 王希明
【申请人】辽宁锐翔通用飞机制造有限公司, 辽宁通用航空研究院, 沈阳航空航天大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月5日