具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道

本发明涉及具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，属于多涵道航空发动机的强化掺混和流量调节。

背景技术：

1、随着科学技术的发展和实际应用中的迫切需求，新一代航空发动机在总体布局、结构、燃料等方面做出了巨大的创新，以满足更加全方位的需求。以未来多涵道航空发动机为例，多涵道的布局带来了“高空大推力、低空低油耗”的特点，以期待用更简单的结构获得更强的掺混能力和有限的喷管流量调节能力。某些新型燃料航空发动机(如氢燃料航空发动机)不仅具有多涵道结构，更具有较好的环保性，同时还要求流量调节，并具有较好的红外隐身性能。多涵道航空发动机不同工况下多个涵道的气动参数变化很大，对喷管调节提出了很大要求。并且不少多涵道航空发动机内涵道喷管与外涵道喷管进口压力的关系随飞行高度而变化，即低空低速时，外涵道喷管进口压力高于内涵道喷管进口压力，而到高空高速时，外涵道喷管进口压力低于内涵道喷管进口压力。诸如此类情况对于喷管强化掺混和流量调节提出了更高的难度。因此，迫切需要开发一种面向多涵道航空发动机喷管的，同时具有强化掺混和流量调节能力的流动控制手段。

2、当下，气动突片逐渐以其结构简单、重量轻、掺混效率高的特点，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。具体来说，气动突片就是以特定角度向待掺混的主流中注入少量的气流(次流)实现高效掺混。可根据注气流量、角度与时间的关系，分为定常气动突片和非定常气动突片。相比非定常气动突片，定常气动突片次流流量略大，但是对于航空发动机前端部件(如风扇、压气机等)非定常影响小，具有重要的应用价值。因此，面向未来实际需求，如何利用气动突片强化掺混的同时，进一步用气流流动控制实现喷管流量的调节和控制，具有迫切的工程实用价值。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明所述具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，基于多涵道航空发动机等的常见工况参数特点，设置了以特殊环形通道、水滴型中心体为代表的单向气动突片流道，兼顾了低空、高空高效推进和高空强化掺混的目标，完全无需任何可动机械结构、无需开闭任何阀门或改变任何流道结构，具有结构简单、可靠性好、重量轻的特点。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，所述的单向气动突片流道9设于多涵道航空发动机喷管的不同涵道之间，其在不同涵道压差的作用下控制在指定工况下不同涵道气流的流向。

4、优选的，所述的多涵道航空发动机喷管包括外涵道通道机匣2，所述外涵道通道机匣2内至少设有内外两个涵道通道，内外两个涵道通道之间设有分流机匣8，所述分流机匣8上设有所述单向气动突片流道9。

5、优选的，所述的单向气动突片流道9包括异形环形通道9.2和中心体9.3，所述的异形环形通道9.2设于分流机匣8上，所述的异形环形通道9.2呈类“9”状，且其上方为外涵道出气口9.4，下方为内涵道出气口9.1。

6、优选的，所述的异形环形通道9.2的右侧为自上而下渐缩通道，其左侧为渐扩通道或等直通道。

7、优选的，所述的异形环形通道9.2靠近分流机匣8的尾端：设中心体9.3的中心所处位置至分流机匣8尾端的距离l，则有l不大于内涵道通道出口10半径的10％-15％。

8、优选的，对于所述内涵道出气口9.1：其中心线与分流机匣8内型面的夹角α2、其与异形环形通道9.2的左侧夹角α1、其与异形环形通道9.2的右侧夹角α3满足一定关系，即α1＜α2≤α3。

9、优选的，对于所述的异形环形通道9.2，其左右两侧通道的中心线与外型面的夹角β1、β2满足β1＜β2＜90°。

10、优选的，β2/β1≥1.25。

11、优选的，所述的中心体9.3呈水滴状。

12、有益效果：本发明提供的具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，相对于现有技术，具有以下优点：

13、(1)相比传统的气动突片，本发明同时具备气动突片和流量调节的能力，满足新一代多涵道航空发动机、氢燃料航空发动机等的使用需要；

14、(2)本方案充分利用了多涵道航空发动机等在不同工况下内外涵参数的变化，实现了完全无需任何机械结构作动、运动下的流量调节和强化掺混，结构简单，重量轻，可靠性好。

技术特征：

1.具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，其特征在于，所述的单向气动突片流道(9)设于多涵道航空发动机喷管的不同涵道之间，其在不同涵道压差的作用下控制在指定工况下不同涵道气流的流向。

2.如权利要求1所述的具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，其特征在于，所述的多涵道航空发动机喷管包括外涵道通道机匣(2)，所述外涵道通道机匣(2)内至少设有内外两个涵道通道，内外两个涵道通道之间设有分流机匣(8)，所述分流机匣(8)上设有所述单向气动突片流道(9)。

3.如权利要求1所述的具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，其特征在于，所述的单向气动突片流道(9)包括异形环形通道(9.2)和中心体(9.3)，所述的异形环形通道(9.2)设于分流机匣(8)上，所述的异形环形通道(9.2)呈类“9”状，且其上方为外涵道出气口(9.4)，下方为内涵道出气口(9.1)。

4.如权利要求3所述的具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，其特征在于，所述的异形环形通道(9.2)左右两侧的通道不等宽，且满足：右侧通道的平均宽度为左侧通道的平均宽度的125％以上；且整个异形环形通道(9.2)的平均宽度w不小于内涵道通道出口(10)直径的5％、不大于内涵道通道出口(10)直径的20％。

5.如权利要求3或4所述的具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，其特征在于，所述的异形环形通道(9.2)的右侧为自上而下渐缩通道，其左侧为渐扩通道或等直通道。

6.如权利要求3所述的具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，其特征在于，所述的异形环形通道(9.2)靠近分流机匣(8)的尾端：设中心体(9.3)的中心所处位置至分流机匣(8)尾端的距离l，则有l不大于内涵道通道出口(10)半径的10％-15％。

7.如权利要求3所述的具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，其特征在于，对于所述内涵道出气口(9.1)：其中心线与分流机匣(8)内型面的夹角α2、其与异形环形通道(9.2)的左侧夹角α1、其与异形环形通道(9.2)的右侧夹角α3满足一定关系，即α1＜α2≤α3。

8.如权利要求3所述的具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，其特征在于，对于所述的异形环形通道(9.2)，其左右两侧通道的中心线与外型面的夹角β1、β2满足β1＜β2＜90°。

9.如权利要求8所述的具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，其特征在于，β2/β1≥1.25。

10.如权利要求3所述的具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，其特征在于，所述的中心体(9.3)呈水滴状。

技术总结本发明提供具有自适应流量调节功能的单向气动突片流道，基于多涵道航空发动机等的常见工况参数特点，设置了以特殊环形通道、水滴型中心体为代表的单向气动突片流道，兼顾了低空、高空高效推进和高空强化掺混的目标，完全无需任何可动机械结构、无需开闭任何阀门或改变任何流道结构，具有结构简单、可靠性好、重量轻的特点。技术研发人员：黄帅,徐惊雷,葛建辉,潘睿丰,张玉琪,陈镜清,兰炳松,董晗受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11