[实用新型]一种分段收敛式双S弯二元混合排气系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及飞行器领域，特别是飞行器红外辐射特征抑制技术领域。

背景技术

对飞机的红外特性研究表明：(1)喷气式飞机的主要红外辐射源来自飞机的排气系统和机身蒙皮；(2)在飞行马赫数小于1.5的情况下，排气系统空腔和高温部件的红外辐射，对飞机中波波段红外辐射的贡献达到90％以上。因此，研究航空发动机排气系统在3～5mm波段的红外辐射特征，发展排气系统的红外抑制技术是提升飞机战场生存能力的关键技术之一。

针对航空发动机排气系统的红外抑制措施主要有以下五个方面：(1)发动机的选择，即采用混合排气的涡扇发动机，可以利用外涵冷气流降低排气系统内部高温固体壁面的温度，同时内、外涵气流掺混可以降低尾喷流的温度，从而抑制排气系统的红外辐射特征；(2)喷管结构设计，即采用异形喷管、引射喷管或采用波瓣混合器等措施，例如采用二元喷管，利用喷管内流动的强三维效应加强了内、外涵气流的掺混，同时在喷管出口增大了尾喷流和外流的换热面积，有效降低了喷流的红外辐射；(3)改变排气系统固体部件的发射率；(4)遮挡技术，例如采用发动机弯曲流道安装技术，可以利用弯曲的喷管型面对排气系统内部高温部件进行遮挡，从而大幅降低排气系统的红外辐射特征；(5)改变喷流红外辐射的光谱特性。双S弯二元混合排气系统则较好地结合了异形喷管技术和遮挡技术的特点，势必在未来隐身飞行器上有着非常广阔的应用前景。

有关双S弯二元混合排气系统的设计研究并不多见。国外Brunet等(BrunetE,SeineNS,DarisT,etal.Exhaustassemblyformingahorizontalpropulsiongaselbowinanaircraft:U.S.Patent7784284B2[P].2010-08-31)设计了一种双S弯二元喷管，其中间位置相对于涡轮轴线产生偏距，通过第一个S弯通道使燃气偏离中心轴线，再经过第二个S弯通道使燃气回到轴线位置上，进而对涡轮叶片和中心锥等高温部件进行有效遮挡，不仅可以降低雷达散射特征，还可以降低红外辐射特征。国内刘常春等(刘常春,吉洪湖,黄伟等.一种双S弯二元喷管的红外辐射特性数值研究[J].航空动力学报,2013,28(7):1482-1488.)为了降低轴对称排气系统的红外辐射，设计了一种双S弯二元喷管，与轴对称喷管相比在推力损失不大于3％的前提下能将红外辐射平均降低70％以上。后者的设计存在两点缺陷：(1)采用截锥形中心锥，中心锥后端存在明显的突扩区域，加上内涵弯曲壁面的影响，其内涵通道内存在较大回流区，中心锥壁面气流分离严重，一定程度上造成了喷管的气动损失；(2)双S弯喷管起始端为外涵直径，要达到一定的遮挡效果，需要较大的偏距，横向尺寸较大，一定程度上使得喷管结构尺寸较大，增加了喷管的重量。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提出一种分段收敛式双S弯二元混合排气系统，用于解决现有的双S弯二元喷管中心锥气流分离严重且喷管尺寸大的技术问题。

为实现以上技术目的，本实用新型将采取以下的技术方案：

一种分段收敛式双S弯二元混合排气系统，包括从内到外分布的尖锥形中心锥、内涵壁面和外涵壁面；所述内涵壁面由上游的内涵轴对称收敛段与下游的内涵S弯收敛段光滑连接形成；所述外涵壁面由上游的外涵轴对称收敛段与下游外涵双S弯二元收敛段光滑连接形成；上述尖锥形中心锥、内涵轴对称收敛段和外涵轴对称收敛段三者的进口截面为垂直于发动机轴线的同一个平面且三者在发动机轴线方向的长度相等；

所述外涵轴对称收敛段以发动机轴线为轴对称且沿发动机轴线方向呈逐渐收敛状，其出口截面处的外涵通道面积与其进口截面处的外涵通道面积相等，其壁面收敛型线采用维多辛斯基曲线；

所述内涵轴对称收敛段以发动机轴线为轴对称且沿发动机轴线方向呈逐渐收敛状，其出口截面处的内涵通道面积与其进口截面处的内涵通道面积相等，从而避免内涵通道扩张造成中心锥壁面上发生流动分离，其壁面收敛型线采用维多辛斯基曲线；

所述内涵S弯收敛段沿发动机轴线方向呈S弯形状逐渐收敛，其进口截面为圆形、出口截面为超椭圆形，且其进口截面与其出口截面之间的过渡截面为超椭圆形；

所述外涵双S弯二元收敛段沿发动机轴线方向呈双S弯形状逐渐收敛，其进口截面为圆形、出口截面为矩形，且其进口截面与其出口截面之间的过渡截面为超椭圆形；