[发明专利]基于小孔或狭缝的喉道偏移式气动矢量喷管

说明书

本发明公开了基于小孔或狭缝的喉道偏移式气动矢量喷管，包括喷管本体，其内流道依次包括喷管进口、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；小孔安装在喷管二喉道前收敛段壁面上，连通喷管凹腔与外界回流区，利用凹腔内外回流区的压力差，平衡凹腔内外压力，以调节矢量角线性度。通过凹腔内外的压力差，使得狭缝/小孔内流体自适应流动，形成射流，平衡内外压力差，无需外加复杂的机械结构即可提高矢量角的线性度，线性度拟合决定系数R₂提升17％左右，并且可以有效降低喷管外壁面的压差阻力，提升喷管性能。

技术领域

本发明涉及航空发动机推力矢量喷管技术领域，具体的为基于小孔或狭缝的喉道偏移式气动矢量喷管。

背景技术

下一代战斗机要求飞机具有4S的能力，即超隐身、超声速巡航、超机动以及超级信息优势；因此这对飞行器排气系统的要求也大大提高，需要飞行器有极高的机动性能，具备低空突防、失速机动、短距/垂直起降等能力，即采用推力矢量排气系统成为必然选择。

流体推力矢量喷管以其结构简单、重量轻等优势成为了各国的研究热点。其中，喉道偏移式气动矢量喷管作为新兴的气动推力矢量喷管的一种，具有总体结构简单、矢量性能突出的特点，受到了越来越多的重视。传统的喉道偏移式气动矢量喷管为双喉道形式，具体结构有喷管进口、等直段、一喉道前部收敛段、一喉道、二喉道前部扩张收敛段(凹腔)、二喉道。

本发明正常工作状态分两种：矢量状态与非矢量状态，且工作状态通过一喉道处有无气流注入来切换。以矢量状态为例，在一喉道上部或下部注入气流，注入的气流对主流的流动作用一个竖直方向的力，主流产生扰动并沿着二喉道前部扩张收敛段一侧壁面流动，通过凹腔的作用将气流折转效果放大喷出，最终产生抬头或低头力矩。矢量状态在一喉道处注入的气流可以是外部气源，如高压气瓶、气泵、飞行器外部气流等等，也可以是从发动机内部高于一喉道压力的位置处引气，如从风扇后部、压气机等位置引气，还可以通过特制的通道将涡轮出口的气体引过来注入，实现自适应无源控制。因此，根据是否需要从外部引气将喉道偏移式气动矢量喷管分为有源型和无源型。

然而，经过目前的研究，当给主流施加扰动时，由于流体的特性，当扰动流体的流量均匀增加时，喉道偏移式气动矢量喷管在矢量开启过程中存在着矢量角先增大，再减小的问题，即矢量角开启过程非线性，这种现象在无源的喉道偏移式气动矢量喷管中尤为严重。这给飞行器控制增大了难度，因此，设计一种提升矢量角线性度的方法成为亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出基于小孔或狭缝的喉道偏移式气动矢量喷管。

技术方案：基于小孔或狭缝的喉道偏移式气动矢量喷管，其构型包括喷管本体和竖直的射流小孔/狭缝，依次包括喷管进口、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、喷管外壁面水平段、喷管外壁面收敛段和射流小孔/狭缝以及二喉道，射流小孔/狭缝连通喷管外壁面收敛段与凹腔，使得气体能自适应流出凹腔。上下两个小孔/狭缝沿中心轴线对称。上下两个小孔/狭缝沿中心轴线对称。该设置可以为一条细长的狭缝，亦可以是一排圆形小孔。上下侧小孔/狭缝可选择单侧开闭，亦可选择双侧开闭。小孔安装在喷管二喉道前收敛段壁面上，连通喷管凹腔与外界回流区，利用凹腔内外回流区的压力差，平衡凹腔内外压力，以调节矢量角线性度。

进一步的，小孔安装在喷管二喉道前收敛段壁面上，位置为凹腔内部面压力最高区，连通喷管凹腔与外界回流区，利用凹腔内外回流区的压力差，小孔内形成自适应流动，小孔的安装角θ范围为30≤θ≤90°。

进一步的，其小孔中轴线距离喷管中心截面的距离L满足，0.65L₀≤L≤0.75L₀,其中L₀为喷管的凹腔长度。

进一步的，该设置可以为一条细长的狭缝，亦可以是一排圆形小孔。