[发明专利]具有滑动式开关的旁路式无源气动矢量喷管及其滑动式开关的设计方法

说明书

本发明公开了一种具有滑动式开关的旁路式无源气动矢量喷管及其滑动式开关的设计方法，包括设置于喷管本体内流道中的旁路通道，所述旁路通道的出口位置处配装有滑动式开关，包括内型面均呈圆弧状设置的滑槽、滑片；其中：滑动式开关通过滑片的运动，实现旁路通道的开启/关闭；滑片开启旁路通道时，滑片能够嵌入滑槽中；滑片闭合旁路通道时，滑片的一端与滑槽连接，另一端则与旁路通道出口位点A所在端部相切；同时滑片的外型面凸出旁路通道的出口截面设置。因此，本发明所述的开关通过特殊设计的、凸出旁路通道出口截面的外型面，改变了一喉道下游流场流动结构，将原先的斜激波改为“λ”型激波，流动更加贴近壁面，矢量性能更加优异，且流动损失很小。

技术领域

本发明涉及一种旁路式无源气动矢量喷管，尤其是一种具有滑动式开关的旁路式无源气动矢量喷管。

本发明还涉及一种滑动式开关的设计方法。

背景技术

随着科学技术的发展和实际需求的提高，未来飞行器将越来越多地使用推力矢量航空发动机。推力矢量航空发动机实现推力矢量功能的核心是推力矢量喷管。传统机械式推力矢量喷管结构复杂，可靠性差，维护麻烦。因此开发一种结构简单、重量轻、维护性好的推力矢量喷管迫在眉睫。

当下，流体推力矢量喷管逐渐以其结构简单、重量轻的特点成为各国的研究重点和研究热点，并将在不远的未来进入工程应用。

而喉道偏移式气动矢量喷管是近年来兴起的一种新型流体推力矢量喷管，凭借结构简单，重量轻、矢量性能好等的特点，受到越来越多的青睐。其中，旁路式无源气动矢量喷管是喉道偏移式气动矢量喷管的一种。它设计了自适应压力调节的旁路，通过自适应旁路开度的大小调节次流的流量，控制扰动程度的大小，进而调节推力矢量角度以满足实际飞行需要。

常见的旁路式无源气动推力矢量喷管为双喉道结构，其中一喉道面积比二喉道略小。用于产生扰动、使喉道速度截面偏斜的旁路通道从一喉道处注入时效果最好。这会使得喷管在一喉道处的型面不连续，且一喉道尖点消失，改变了原本的一喉道附近流场结构，进而使喷管性能下降。因此本发明以恢复喷管性能，满足喷管实用为目标。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，基于旁路式无源气动推力矢量喷管较优的设计方案，在考虑工程实际的基础上，改进设计了控制旁路通道开闭的滑动式开关，较之前常规方案的上使用的、布置在旁路通道水平段内的上下运动的挡片式开关来说，最大限度的维持了喷管一喉道处的型面连续，尽可能地将本喷管的性能（尤其是推力矢量角）达到理想值。

为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：

一种具有滑动式开关的旁路式无源气动矢量喷管，包括喷管本体，喷管本体的内流道沿着流体流向依次设置有喷管进口、一喉道前部收敛段、一喉道、二喉道前部扩张收敛段、二喉道；喷管本体在靠近一喉道进口的位置处通过布置三角形状的一喉道前部收敛段隔块，将一喉道前部的内流道分隔成沿着喷管本体轴向布置的主流道以及处于三角形状的一喉道前部收敛段和喷管外侧壁面之间的旁路通道；所述旁路通道的出口位置处配装有滑动式开关，包括内型面均呈圆弧状设置的滑槽以及滑片；其中：滑动式开关通过滑片的运动，实现旁路通道的开启/关闭；滑片开启旁路通道时，滑片能够嵌入滑槽中；滑片闭合旁路通道时，滑片的一端与滑槽连接，另一端则与旁路通道出口位点A所在端部相切；同时滑片的外型面凸出旁路通道的出口截面设置。

作为本发明的进一步改进，滑片内型面的圆心O为旁路通道出口截面的中垂线L₁与一喉道收敛段型面在旁路通道出口位点A处切线的垂线L₂形成的交点；滑片内型面的半径R₁为滑片内型面的圆心O与旁路通道出口位点A之间的间距，且滑片能够做围绕圆心O的旋转运动；滑片外型面则由一喉道前部收敛段的延长线、二喉道前部扩张收敛段的扩张段延长线、以及以前述圆心O和半径R₂所做的圆弧三者共同确定，其中半径R₂大于半径R₁。