[发明专利]一种平行四边形截面的喉道偏移式气动矢量喷管

说明书

本发明公开了一种平行四边形截面的喉道偏移式气动矢量喷管，包括：所述喷管内流道包括依次连通的喷管进口、等直段、一喉道前部收敛段、一喉道、二喉道前部扩张段、二喉道前部收敛段、二喉道，且从内流道中某处开始设置倾斜侧壁面，使得从内流道该处至二喉道的流通截面为平行四边形。本发明通过平行四边形的流通截面形状设计，获得了较好的气流掺混效果，有效提高了喷管红外隐身性能，同时依旧可以为飞行器提供较大的推力矢量角，倾斜侧壁面对气流有偏转作用，矢量和非矢量状态下都存在初始的俯仰和偏航矢量角，更满足未来飞行器气动‑隐身一体化布局的要求，用途广泛。

技术领域

本发明涉及一种平行四边形截面的喉道偏移式气动矢量喷管，属于推力矢量航空发动机喷管技术领域。

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，流体推力矢量喷管以其结构简单、重量轻等特点逐渐成为各国的研究重点和研究热点，并将在不远的未来投入工程应用。同时，如何在尽可能少改变喷管结构的前提下赋予流体推力矢量喷管更多的功能成为推力矢量喷管新的领域研究方向之一。

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、矢量性能好等特点，受到越来越多的青睐。常见的喉道偏移式气动矢量喷管为双喉道结构，以二喉道面积略微比一喉道面积大最为常见。一般可以将喉道偏移式气动矢量喷管分为主动有源型和自适应无源型，其中主动有源型的气源多为外置的压缩器、气瓶或者从航空发动机高压部件(多为压气机)中引气，其特点是推力矢量角受喷管工作落压比变化的影响较小，但对整台航空发动机来说推力损失较大；而自适应无源型则是设置自适应旁路通道将喷管入口位置的高压气流引至喷管的指定位置注入，自适应产生扰动并最终实现推力矢量，其克服了主动有源型的缺点，对航空发动机整机推力影响较小，矢量角也较为稳定。

常见的喉道偏移式气动矢量喷管多为固定几何喷管，能产生约20°左右的单一方向矢量角(如俯仰方向)，多用于控制飞行器的俯仰姿态。现役喷管的内型面及外型面(含后体)均为二元上下对称或三元轴对称，未来随着对于飞行器红外隐身要求的提高，非轴对称喷管构型(如矩形、椭圆形等)将得到越来越多的使用，然而目前具有推力矢量功能的非轴对称喷管少之又少。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种平行四边形截面的喉道偏移式气动矢量喷管，通过倾斜壁面的设计获得较好的气流掺混效果，有效提高喷管红外隐身性能，同时依旧可以为飞行器提供较大的推力矢量角，更满足未来飞行器气动-隐身一体化布局的要求。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种平行四边形截面的喉道偏移式气动矢量喷管，所述喷管内流道包括依次连通的喷管进口、等直段、一喉道前部收敛段、一喉道、二喉道前部扩张段、二喉道前部收敛段、二喉道，且从内流道中某处开始设置倾斜侧壁面，使得从内流道该处至二喉道的流通截面为平行四边形。

本发明主要结构与侧壁竖直的喉道偏移式气动矢量喷管基本一致，能在保持原有控制规律的基础上提供较大的矢量角。并且由于喷管出口前段流通截面为平行四边形，无论是矢量状态还是非矢量状态，倾斜的侧壁面都会给气流初始的竖直和水平方向的分力。因此，各工作状态下都存在初始的俯仰和偏航矢量角，而偏航矢量效果是原矩形截面喷管所不具备的。

进一步的，相同出口面积与相同一喉道平均宽高比的情况下，随着倾斜侧壁面与喷管底面的夹角α的减小，喷管后向红外隐身性增强，矢量性能有一定损失。α的选取以60°～75°为宜。所述喷管具体侧壁面的倾斜角度及倾斜段长度根据气动性能要求、隐身性需求以及后机身一体化等需求进行设计。