[发明专利]一种使用可延展材料包覆充流管道结构的柔性双钟型喷管

说明书

本发明提供一种使用可延展材料包覆充流管道结构的柔性双钟型喷管，本发明以双钟型喷管为基础，使用柔性伸展的弹性材料，结合充流支撑管道，实现了喷管扩张段的自由展开和变形。本发明首先能在一定的高度范围内同步调整扩张比，与海拔高度相匹配，达到实时高度补偿的效果；其次能在不同高度下保证气动型面的高效性，两点结合可以提升喷管的性能。

技术领域

本发明涉及航空宇航技术领域，具体为一种使用可延展材料包覆充流管道结构的柔性双钟型喷管。

背景技术

飞行器动力装置设计中，经济性和效率是首要考虑因素。在商业发射领域，提高推进效率能够降低发射成本；在军工领域，提高推进效率，能提高有效载荷。所以，提高飞行器推进装置的推进效率一直是研究领域内的前沿课题。

在喷管截面固定时，飞行器推进系统存在一个设计高度。在设计高度下，喷管中的燃气能够完全膨胀，喷管效率最高。然而，在以重型级联运载火箭入轨为例的飞行器跨空域飞行任务时，环境压力严重偏离喷管设计点压力存在低效、交变受热受力及烧蚀等问题问题，影响航天器的性能及安全性。

因为传统喷管在非设计高度下效率较低，所以提出了高度补偿喷管的概念。根据补偿方式的不同，可以将高度补偿喷管分为塞式喷管、双喉部喷管、可延伸喷管、双钟型喷管以及膨胀偏流喷管等多种形式。其中，双钟型喷管存在结构简单、工作可靠性高、扩张比可变等优点，具有良好的发展前景。

随着飞行器飞行高度的变化，型面固定的双钟型喷管内部产生复杂非稳态波系和涡系，导致不必要的侧向载荷和局部热点；此外双钟型喷管只存在地面和高空两个离散孤立的设计工况，过渡高度的非设计工况存在着性能损失和抖振等复杂问题。故在双钟型喷管概念基础上，将柔性可延展材料与具备一定结构强度的充气管路相结合，便形成了新的柔性可展开喷管。

发明内容

本发明的目的在于实现任意高度喷管内气流的完全膨胀的一种一种使用可延展材料包覆充流管道结构的柔性双钟型喷管。

本发明的目的是这样实现的：

一种使用可延展材料包覆充流管道结构的柔性双钟型喷管，包括潜入式喷管刚性段、非金属扩张段3和喷管柔性段，所述潜入式喷管刚性段包括潜入段主体和金属扩张段1，潜入段主体中前喉衬11和后喉衬10位于后封头外，前喉衬11与后封头过渡段12连接，后封头过渡段12与后封头壳体21连接，后封头壳体21上通过双头螺柱固定有贮箱20，刚性管路14进口与贮箱20相连，依次沿后封头内衬22、后封头过渡段12、前喉衬11、喉衬10、金属扩张段1、非金属扩张段3至出口与轴向充流软管17相连，轴向充流软管17与刚性管路14通过连接件16连接，弹性耐烧蚀层19主要位于喷管出口与柔性段内壁，所述喷管柔性段采用内外双层柔性膜，中间包覆充流软管的结构；软管使用波纹管，可沿径向伸长，在柔性段环向均布18组软管，两根为一组，同时每组中的两根略倾斜于喷管母线并与母线对称；喷管柔性段后喉衬10与金属扩张段1连接；所述非金属扩张段3与金属扩张段1两者的法兰通过螺纹连接。本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述柔性段采用Z字形折叠。

2.柔性段内型面设置有一层抗烧蚀涂层。

3.贮箱20出口与阀门之间的管路采用金属材料，流体从贮箱流出，先经过喷管喉部，再流向阀门。

4.所述喷管收敛段采用潜入式结构，可以有效减少喷管长度。

5.所述后封头在壳体内部增加一层防热内衬。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.喷管可延伸部分采用柔性材料，保证扩张段型面和出口扩张比随海拔受控变化，实现从地面至高空的实时完全膨胀，有效提高喷管全空域性能。

2.充流软管结构技术成熟，采用该结构与驱动工质实现喷管的展开与扩张，实时支撑和调控气动型面至完全膨胀，提高了系统的可靠性。