一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管

本发明属于航空发动机组合动力喷管，具体的是一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管。

背景技术：

1、组合动力发动机将不同热力循环的发动机组合在一起，充分利用不同发动机在不同飞行速域和空域的优势，实现宽域高效工作。常见的组合动力有涡轮发动机和冲压发动机的组合、冲压发动机与火箭发动机的组合等。组合喷管是组合动力发动机主要的推力部件，其性能好坏会对组合发动机至关重要。

2、宽域飞行带来的一大难点是发动机通流流量变化范围巨大，因此必须设计调节机构对组合喷管流量进行调控。分流板就是一种常见的组合动力喷管喉道面积调节方式，其优点在于可以使上通道气流膨胀更完全，提高上通道性能；可以在共同工作状态下减小下通道出口面积，避免出现严重的过膨胀损失；同时，分流板可以完全关闭，实现双通道工作状态的切换，避免高马赫数飞行时上通道通流损坏发动机。但是常规的分流板设计也存在诸多问题：组合发动机内部空间狭小，难以安装作动机构；分流板所受气动载荷较大，需要很大的驱动力或力矩；分流板与中分隔板连接处作为承力部件力热环境复杂，但受空间所限厚度往往很薄，结构强度问题严重；既要保证分流板可以顺畅转动，又不能让上下流道之间存在大量串气，分流板和侧壁面间的动密封问题难以解决。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述现有技术，提出一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管。

2、技术方案：

3、一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管，所述组合喷管为二元喷管，包括上壁面1、上流道进口2、中分隔板3、下流道进口4、下壁面5、上流道喉道6、下流道喉道7、转动轴线8、连接机构9、分流板10、两个一体化侧壁面11、两个对称的侧壁面12；定义所述中分隔板3和分流板10的上方与所述上壁面1之间的空间为上流道，所述中分隔板3和分流板10的下方与所述下壁面5之间的空间为下流道。

4、优选的，两个所述一体化侧壁面11均为圆形旋成体，且述一体化侧壁面11的中心和所述转动轴线8重合，所述一体化侧壁面11绕所述转动轴线8转动连接于所述侧壁面12；所述一体化侧壁面11与所述分流板10固连为一个整体，将该整体定义为“一体化分流板”。

5、优选的，所述一体化侧壁面11绕所述转动轴线8进行转动，对所述上流道喉道6的形状以及面积进行调节。

6、优选的，所述中分隔板3的末端开设有环形滑槽，所述环形滑槽内滑动连接圆环，所述圆环连接于所述分流板10的一端，所述连接机构9包括所述环形滑槽和圆环，所述环形滑槽、圆环的圆心均和所述转动轴线8重合。

7、优选的，所述环形滑槽的中心角为30°到75°；所述环形滑槽的外圆半径为所述中分隔板3末端的厚度，以确保上流道型面的平滑过渡；所述环形滑槽宽度为中分隔板3末端的厚度的10％～40％，以增大一体化分流板的旋转范围同时避免影响所述中分隔板3的刚度，所述环形滑槽内还设置有动密封结构。

8、优选的，所述一体化侧壁面11的最小直径的取值为所述中分隔板3末端厚度的200％以上，以提高分流板10和一体化侧壁面11连接处的抗扭强度，并能起到增大力臂减小驱动力和力矩的作用；所述一体化侧壁面11的最大直径的取值为所述分流板10长度的50％～120％。

9、优选的，所述下流道喉道7的面积由机械结构进行调节，所述机械结构包括但不限于包括连杆、齿轮、蜗轮蜗杆，以满足下流道喉道7面积从最小到最大的变化范围。

10、优选的，所述侧壁面12开设有圆形的旋成体孔，所述旋成体孔与所述一体化侧壁面11同轴，所述一体化侧壁面11由轴承支撑在侧壁面12的旋成体孔上，且所述一体化侧壁11与所述侧壁面12的间隙设有密封部件。

11、优选的，所述一体化侧壁面11和所述侧壁面12在流道内侧平齐且无间隙。

12、优选的，在一体化侧壁面11的外侧布置驱动机构，所述驱动机构驱动连接所述一体化侧壁面11，所述的驱动机构包括但不限于包括连杆、齿轮、蜗轮蜗杆。

13、有益效果：本发明提供的一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管，相对于现有技术，具有以下优点：

14、(1)将分流板和侧壁固连为一体，可以在一体化侧壁面外侧布置驱动装置，受空间限制小。

15、(2)一体化侧壁面的直径大于分流板和中分隔板连接处旋转部件的直径的两倍，因此力臂更长，可以减小所需的驱动力。

16、(3)分流板和侧壁面固连后由侧壁面外侧的驱动机构承力，分流板和中分隔板连接处只起连接作用，避免了复杂力热环境下的强度问题。

17、(4)一体化侧壁面和侧壁面的间隙为转动副，便于布置密封结构，可以减少流道内气流向外界泄漏；而分流板和侧壁面固连，可以减少上下流道之间串气。

18、(5)本发明可与其他组合喷管转动类调节机构发明相结合。

技术特征：

1.一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管，其特征在于，所述组合喷管为二元喷管，包括上壁面(1)、上流道进口(2)、中分隔板(3)、下流道进口(4)、下壁面(5)、上流道喉道(6)、下流道喉道(7)、转动轴线(8)、连接机构(9)、分流板(10)、两个一体化侧壁面(11)、两个对称的侧壁面(12)；定义所述中分隔板(3)和分流板(10)的上方与所述上壁面(1)之间的空间为上流道，所述中分隔板(3)和分流板(10)的下方与所述下壁面(5)之间的空间为下流道。

2.如权利要求1所述的一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管，其特征在于，两个所述一体化侧壁面(11)均为圆形旋成体，且述一体化侧壁面(11)的中心和所述转动轴线(8)重合，所述一体化侧壁面(11)绕所述转动轴线(8)转动连接于所述侧壁面(12)；所述一体化侧壁面(11)与所述分流板(10)固连为一个整体，将该整体定义为“一体化分流板”。

3.如权利要求1所述的一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管，其特征在于，所述一体化侧壁面(11)绕所述转动轴线(8)进行转动，对所述上流道喉道(6)的形状以及面积进行调节。

4.如权利要求1所述的一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管，其特征在于，所述中分隔板(3)的末端开设有环形滑槽，所述环形滑槽内滑动连接圆环，所述圆环连接于所述分流板(10)的一端，所述连接机构(9)包括所述环形滑槽和圆环，所述环形滑槽、圆环的圆心均和所述转动轴线(8)重合。

5.如权利要求4所述的一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管，其特征在于，所述环形滑槽的中心角为30°到75°；所述环形滑槽的外圆半径为所述中分隔板(3)末端的厚度，以确保上流道型面的平滑过渡；所述环形滑槽宽度为中分隔板(3)末端的厚度的10％～40％，以增大一体化分流板的旋转范围同时避免影响所述中分隔板(3)的刚度，所述环形滑槽内还设置有动密封结构。

6.权利要求1所述的一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管，其特征在于，所述一体化侧壁面(11)的最小直径的取值为所述中分隔板(3)末端厚度的200％以上，以提高分流板(10)和一体化侧壁面(11)连接处的抗扭强度，并能起到增大力臂减小驱动力和力矩的作用；所述一体化侧壁面(11)的最大直径的取值为所述分流板(10)长度的50％～120％。

7.权利要求1所述的一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管，其特征在于，所述下流道喉道(7)的面积由机械结构进行调节，以满足下流道喉道(7)面积从最小到最大的变化范围。

8.权利要求1所述的一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管，其特征在于，所述侧壁面(12)开设有圆形的旋成体孔，所述旋成体孔与所述一体化侧壁面(11)同轴，所述一体化侧壁面(11)由轴承支撑在侧壁面(12)的旋成体孔上，且所述一体化侧壁(11)与所述侧壁面(12)的间隙设有密封部件。

9.权利要求1所述的一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管，其特征在于，所述一体化侧壁面(11)和所述侧壁面(12)在流道内侧平齐且无间隙。

10.权利要求9所述的一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管，其特征在于，在一体化侧壁面(11)的外侧布置驱动机构，所述驱动机构驱动连接所述一体化侧壁面(11)，所述的驱动机构包括但不限于包括连杆、齿轮、蜗轮蜗杆。

技术总结
本发明公开了一种带有和侧壁面一体化分流板的组合喷管。组合喷管本体为二元喷管，由上壁面、下壁面、中分隔板、分流板、左右一体化侧壁面和左右侧壁面拼接而成；分流板和一体化侧壁面固连为本发明所述“和侧壁面一体化的分流板”，简称为“一体化分流板”。侧壁面开有旋成体孔洞，用于安装一体化分流板；一体化分流板的驱动机构安装在一体化侧壁的外侧；一体化分流板可以绕一体化侧壁的轴线旋转，对上下流道的形状和喉道面积进行调节。本发明便于布置驱动机构，可以减小一体化分流板转动所需的驱动力；减小一体化分流板与中分隔板连接处在复杂力热环境下的强度问题；便于实现一体化分流板的动密封，减少流道之间以及流道和外界的泄漏。

技术研发人员：宋光韬,徐惊雷,汪丰
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15