[发明专利]具有模态调节和掺混强化功能的波瓣式后涵道引射器

说明书

本发明公开了一种具有模态调节和掺混强化功能的波瓣式后涵道引射器,包括变几何波瓣、液压作动筒、传动机构、外机匣、中介机匣、中心锥。所述变几何波瓣由固定波峰和可调波谷组成，波瓣侧壁为可叠合结构，可根据外涵气流的引射需求调节涵道出口的流通面积。外机匣上的侧壁收容腔能够减小可调波谷向外侧偏转的限制，协助变几何波瓣进一步降低涵道比调节的下限，更好地发挥近涡喷模态的高速性能。在向涡扇模态转变的过程中，随着叠合侧壁的展开，侧壁背风面能够诱导射流尾迹产生大尺度流向涡，从而起到强化掺混，提升混排推力增益的效果。本发明能够满足不同模态的引射器性能需求，使后涵道引射器在全工况下都保持较优的推力性能。

技术领域

本发明涉及一种具有模态调节和掺混强化功能的波瓣式后涵道引射器，属于航空动力装置技术领域。

背景技术

随着航空技术的发展和军事需求的变化，战斗机被赋予的使命任务越来越多，如今的先进战机已能执行除战略轰炸和部分支援保障任务以外的几乎所有作战任务。下一代战机在此基础上进一步拓宽了功能和性能边界，规划了超机动性、超隐身、超视距打击和超音速巡航4个标准特征。如何使飞行器既拥有快速突防抵达战场的能力，还能具备超长的滞空能力，成为下一代战机动力装置亟需攻克的难题。在这种应用背景下，传统航空发动机已经越来越难满足先进战机对于发动机高单位推力、低巡航油耗的双重性能需求。因此发展具有涵道比调节能力的变循环涡扇发动机成为必然趋势。

变循环发动机引入了新的外涵道，并通过后涵道引射器、前涵道引射器、模式选择阀等多个变几何部件，实现热力循环参数（如流量、压比、涵道比等）在更宽范围内的调节，使发动机具备涡扇、涡喷两种工作模态，从而满足不同飞行任务的要求。后涵道引射器作为内流模态调节的核心部件，能在一定程度上独立地调控低压转子转速。除此以外，后涵道引射器也是一种结构可调的混合器。因此，它需要兼顾内流调节和射流掺混两种性能。其中，内流调节一定程度上可看作是后涵道引射器对涵道背压的调控能力，需要考虑调节机构的涵道节流和引射性能；而对掺混性能的需求通常是在大涵道比状态下，此时外涵有更多的工质来吸收涡轮排气的余速和余热能量，充分掺混后可将这部分能量转化为有用功，进一步提升质量附加效应和混合排气带来的增推效果，从而充分发挥涡扇模态热效率高的优势。

目前国内外提出的后涵道引射器方案多为平动的刚性阀体或类似于可调喷管的轴对称式调节机构。前者的型面难以针对过渡态流型进行优化，流场畸变和气流偏转角较大，气动损失水平较高；后者的调节机构复杂且环形尾缘诱导的射流尾迹涡过于单一，掺混性能欠佳，难以满足大涵道比状态的混排增推需求。所以，宽涵道比变化范围内，后涵道引射器设计点/非设计点的流场组织以及掺混强化问题亟待解决。

发明内容

本发明提供一种具有模态调节和掺混强化功能的波瓣式后涵道引射器，涉及的是一种单自由度改变引射器尾缘构型实现高效引射增推的内流模态调节技术，可应用于变循环及自适应发动机中。其目的在于使后涵道引射器在全部工况内都保持较优的推力性能，并有效解决背景技术中提到的引射器调节机构复杂、流场组织性差、大涵道比状态掺混效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种具有模态调节和掺混强化功能的波瓣式后涵道引射器, 包括变几何波瓣、液压作动筒、传动机构、外机匣、中介机匣、中心锥。其中所述中介机匣设于外机匣与中心锥之间，所述传动机构和液压作动筒设于外机匣的外部；所述变几何波瓣位于中介机匣尾部，涡轮排气与外涵气流交汇的位置，由固定波峰和可调波谷组成，波瓣侧壁为可叠合结构，通过偏转可调波谷实现引射器尾缘构型和涵道出口面积的调节。

所述变几何波瓣可根据变循环发动机的引射需求强化波瓣诱导流向涡的掺混效果，提升大涵道比状态的混排推力性能，最大限度地发挥涡扇模态高推进效率的优势，获得较低的亚音速巡航油耗。小涵道比状态下，可调波谷向外侧偏转导致波瓣扩张角减小，流向涡的发展遭到遏制。这种情况下，射流的粘性耗散和机械能损失大大降低，从而保证了高速内流的动力输出。