一种二元喷管扩张段动密封结构的制作方法

本发明涉及密封装置技术领域，具体涉及一种二元喷管扩张段动密封结构。

背景技术：

对于新一代战斗机而言，在保证喷管常规状态气动性能的前提下，喷管实现大矢量角偏转功能，以保证新一代战斗机在亚声、跨声及超声工况下喷管与发动机工作状态的匹配，满足发动机宽范围工作需求。动密封是保证战斗机用矢量喷管工作可靠性及气动性的关键技术。一方面，新一代战斗机用矢量喷管一般安装在发动机加力燃烧室后面，喷管在热燃气环境中应保证结构的完整性，避免高温燃气泄漏造成火灾；另一方面，良好的密封性能可减少喷管漏气造成的推力损失。喷管的密封系统要克服高温环境下温度对密封件的热载荷，保证旋转件与固定件间的最小间隙，减小旋转件与固定件之间摩擦，避免动部件所需驱动力矩的增加，同时又要保证良好的密封性能。采用先进气体密封技术可以提高密封部件的性能水平，提高发动机性能和寿命的同时，有效减少和降低航空发动机的飞行成本和燃油消耗率。研究表明，密封泄漏量减少1％，发动机推力增加1％，耗油率降低0.1％；对于先进战斗机发动机，在发动机转速和涡轮转子进口温度保持不变的情况下，高压涡轮封严泄漏量减少1％，则推力增加0.8％，耗油率降低0.5％。

新一代战斗机二元类喷管扩张段由固定的侧壁和往复运动组件组成，两者处于间隙配合，为防止高温高压燃气(温度≤1500℃，压力≤1mpa)通过控制面板间隙反窜烧蚀相关组件，造成结构失效或温度敏感器件损坏，需在该位置设计高温往复动密封部件。现有技术中有采用在盖板两侧设置呈开口矩形结构的工况密封条，结构虽简单，但密封条径向跟随性差、变形大，不能满足高温下长时间、多次使用的功能需求。还有通过弹簧的预紧实现密封条与侧壁的紧密接触，其结构复杂，在高温下工作易导致导轨和调节板卡死、密封条和调节板卡死，未解决密封条和调节板之间密封的问题；同时，该密封属于面面密封，工作过程中耗功较大、密封性能差，易导致侧壁或密封条损坏，可靠性差，也不能满足高温下长时间、多次使用的功能需求。此外，还有通过设置充气腔，采用高压气体实现密封条与侧壁的预紧，其结构和控制系统复杂，不能解决密封条与盖板之间的相对滑动和密封问题，工作过程中耗气量巨大。综上，现有的动密封部件高温工作特性差，易出现变形、失弹等故障，降低使用寿命，动密封泄漏量大，影响发动机工作性能，可靠性差，不能满足高温下长时间、多次使用的功能需求。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的动密封部件高温工作特性差，易出现变形、失弹等故障，降低使用寿命，动密封泄漏量大，可靠性差，影响发动机工作性能的缺陷，从而提供一种不易变形，降低密封泄漏量，提高动密封工作寿命，以及发动机的可靠性和工作特性的二元喷管扩张段动密封结构。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种二元喷管扩张段动密封结构，包括：

间隙设置的固定侧壁和扩张平板；

第一密封件，设于所述固定侧壁和所述扩张平板之间靠近高温高压燃气处的第一间隙中，且两端分别与所述固定侧壁和所述扩张平板面面接触设置；

第二密封件，设于所述固定侧壁和所述扩张平板之间远离高温高压燃气处的第二间隙中，且具有与所述扩张平板面面接触设置的第一端，以及与所述固定侧壁线面接触设置的第二端。

可选地，所述第二密封件的第二端具有连续设置的第一斜面和第二斜面，所述第一斜面的倾斜角小于所述第二斜面的倾斜角，且所述第一斜面的相应位置与所述固定侧壁线面接触设置。

可选地，所述第一斜面与所述固定侧壁之间的夹角为α2，所述第二斜面与固定侧壁之间的夹角为α3，α2与α3之间满足下述公式：

可选地，所述第二密封件的第一端和第二斜面之间还连接有过渡段，所述过渡段与所述第一端垂直设置。

可选地，还包括与所述扩张平板紧固连接的固定组件，所述第二密封件的第一端设于所述固定组件和所述扩张平板之间。

可选地，还包括限位件，所述限位件具有贯穿所述扩张平板上设置的开孔的第三端和与所述第一密封件面面接触的第四端，所述第二密封件的第一端上设有与所述第三端卡接的槽体，所述固定组件套设在所述第三端上，且对所述第一端施加紧固力。

可选地，所述限位件的第四端的倾斜角为5°－10°，所述第一密封件与所述第四端的接触面的倾斜角为3°－6°。

可选地，所述扩张平板朝向所述固定侧壁的一端成型有直角槽，所述第一密封件与所述固定侧壁接触的一端与所述直角槽适配。

可选地，第一密封件采用耐高温陶瓷复合材料制成，第二密封件采用耐高温金属材料制成。

可选地，所述第一密封件的压缩量在平行于固定侧壁的方向为30％－35％，在垂直于固定侧壁的方向为20％－30％；所述第二密封件的压缩量为15％－25％。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的二元喷管扩张段动密封结构，在固定侧壁和扩张平板之间靠近高温高压燃气处的第一间隙中第一密封件的设置，既可以降低高温高压燃气反窜的泄漏量，又可以降低反窜的高温高压燃气的温度，避免烧蚀相关部件，造成结构失效或损坏，从而改善高温工作特性；在固定侧壁和扩张平板之间远离高温高压燃气处的第二间隙中设置有第二密封件，且第二密封件的第二端与固定侧壁线面接触设置，使得第二密封件即使处于高温高压的环境中，自身的形变量也较小，始终保持与固定侧壁的弹性压缩配合，保证密封性能，降低故障率，提高动密封的工作寿命，以及发动机的可靠性和工作特性；且整体结构简单可靠，无需辅助系统，具有重量轻、尺寸小、易加工、装配简单等特点。

2.本发明提供二元喷管扩张段动密封结构，第二密封件的第二端具有连续设置的第一斜面和第二斜面，第一端和第二斜面之间还连接有过渡段，过渡段与第一端垂直设置。这样整个第二密封件的截面呈“鱼钩状”的长条型，回弹性良好，同时压力作用下具有自紧功能，密封性好。

3.本发明提供的二元喷管扩张段动密封结构，扩张平板和固定侧壁之间限位件的设置，既保证了装配后使得第一密封件达到预设的压缩量，第一密封件与固定侧壁始终处于面面压缩接触的密封状态，与第一密封件之间的斜面接触又可以起到防止第一密封件在工作过程中脱落现象的发生。

4.本发明提供的二元喷管扩张段动密封结构，第二密封件的第一端上设有与第三端卡接的槽体，固定组件套设在第三端上，且对第一端施加紧固力。这样使得第二密封件与扩张平板可以紧密配合，提高可靠性。

5.本发明提供的二元喷管扩张段动密封结构，扩张平板朝向固定侧壁的一端成型有直角槽，第一密封件与固定侧壁接触的一端与直角槽适配，以使得扩张平板与固定侧壁之间形成u型密封腔道，增大与第一密封件的接触面积，提高密封性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的二元喷管扩张段动密封结构的示意图；

图2为图1中扩张平板的示意图；

图3为图1中限位件的示意图；

图4为图1中第一密封件的示意图；

图5为图1中第二密封件的示意图；

图6为图5的正视图。

附图标记说明：

1、固定侧壁；2、扩张平板；3、第一密封件；4、第二密封件；5、第一端；6、第一斜面；7、第二斜面；8、过渡段；9、限位件；10、开孔；11、第三端；12、第四端；13、槽体；14、垫片；15、螺母。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明的动密封结构主要应用在航空、航天、船舶、核工业、石油化工及通用机械等领域涉及高温动密封的场合，尤其是具有平板往复运动与静止壁面之间配合特征的部件密封场合，可适用于大尺寸结构件密封，特别是工作中具有大尺寸径向跳动和轴向移动特征的部件密封，具体涉及航空发动机、飞行器等领域用动密封，实现多次重复使用、低频往复运动的场合。

如图1至6所示的二元喷管扩张段动密封结构的一种具体实施方式，包括间隙设置的固定侧壁1和扩张平板2，以及设于固定侧壁1和扩张平板2的间隙中的第一密封件3和第二密封件4。

固定侧壁1和扩张平板2之间形成可变截面矩形通道，喷管在工作过程中，固定侧壁1相对发动机静止，扩张平板2在工作过程处于往复摆动状态(摆动角度≤40°)，变截面矩形通道内腔介质为高温高压燃气(温度≤1500℃，压力≤1mpa)，图1中箭头方向为高温高压燃气的流动方向。固定侧壁1与扩张平板2的相对运动部位处于间隙配合，以防止二者在工作过程中卡死。固定侧壁1上可设置气膜孔或冷却通道，以降低壁面温度，优化动密封结构的工作环境。固定侧壁1表面还可设置高温耐磨涂层，例如，碳涂层、tin涂层、ticn涂层、crn涂层、bn涂层、sic涂层、al2o3涂层、cr2o3涂层、zr2o3涂层及其它陶瓷类涂层。

在所述固定侧壁1和所述扩张平板2之间靠近高温高压燃气处的第一间隙中设置有第一密封件3，且第一密封件3的两端分别与所述固定侧壁1和所述扩张平板2面面接触设置。具体的，如图4所示，第一密封件3呈长条楔形，右侧面与固定侧壁1紧密接触，左侧面和底面与扩张平板2紧密接触，顶面为斜面，倾斜角α1为3°－6°。所述扩张平板2朝向所述固定侧壁1的一端成型有直角槽，所述第一密封件3与所述固定侧壁1接触的一端为与所述直角槽适配的直角。

第一密封件3采用耐高温陶瓷复合材料制成，可选用基于氧化铝纤维、硅酸铝纤维或碳纤维等的具有良好高温性能和压缩性能的材料。所述第一密封件3的压缩量在平行于固定侧壁1的方向，即图1中的竖直方向为30％－35％，在垂直于固定侧壁1的方向，即图1中的水平方向为20％－30％。

在所述固定侧壁1和所述扩张平板2之间远离高温高压燃气处的第二间隙中设置有第二密封件4，且第二密封件4具有与所述扩张平板2面面接触设置的第一端5，以及与所述固定侧壁1线面接触设置的第二端。如图5和6所示，所述第二密封件4的第二端具有连续设置的第一斜面6和第二斜面7，所述第一斜面6的倾斜角小于所述第二斜面7的倾斜角，且所述第一斜面6的相应位置与所述固定侧壁1线面接触设置。具体的，所述第一斜面6与所述固定侧壁1之间的夹角为α2，所述第二斜面7与固定侧壁1之间的夹角为α3，α2与α3之间满足下述公式：所述第二密封件4的第一端5和第二斜面7之间还连接有过渡段8，所述过渡段8与所述第一端5垂直设置。

第二密封件4采用耐高温金属薄壁材料制成，如gh141、inconel718等，第二密封件4外表面可设置耐高温、耐磨涂层，实现其工作可靠性，延长使用寿命。所述第二密封件4的压缩量为15％－25％。

在固定侧壁1和扩张平板2之间还设置有限位件9，如图3所示，限位件9包括l形构件和设于l形构件上的多个预紧螺栓。如图2所示，扩张平板2包括t字形主体部和设于t字形主体部的竖直板上的多个隔板，隔板沿水平方向延伸且垂直于竖直板设置。竖直板上还间隔设置有多个开孔10，作为所述限位件9的第三端11的预紧螺栓贯穿所述扩张平板2上的开孔10设置，限位件9的第四端12与所述第一密封件3面面接触设置，所述限位件9的第四端12底面的倾斜角α为5°－10°，以与第一密封件3的倾斜顶面紧配合。

如图5所示，为进一步提高连接的可靠性，在所述第二密封件4的第一端5上设有与所述限位件9的第三端11卡接的槽体13，第二密封件4通过第一端5与限位件9固定，且在第一端5的左侧还设有与所述扩张平板2紧固连接的固定组件，固定组件包括依次套设在所述第三端11上的垫片14和螺母15，通过垫片14和螺母15对所述第一端5施加紧固力，由此保证了扩张平板2与限位件9，以及扩张平板2与第二密封件4之间的紧密贴合，实现该处的静密封。

作为替代的实施方式，第二密封件4的第二端可只成型一个斜面，保证其与固定侧壁1线面接触即可。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。