一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法

本发明设计了一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，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、排气系统性能的优劣对整个推进系统的综合性能发挥着至关重要的作用。为了满足任务多样化的要求，对于飞行包线较宽的飞行器，要求推进系统在各个工作点都能稳定高效的运行，在来流条件发生变化时，需要进行实时调节以满足不同工况的性能需求。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，这就对喷管的调节提出的很大的要求。根据国内外现有技术，燃气流量调节主要通过控制喷管喉道面积来控制落压比，达到流量调节的目的。现有的流量调节方案大多为主动控制，由舵机、传动机构、阀门和控制系统等组成，结构复杂、成本高、维护性和可靠性较差。因此开发一种结构简单、重量轻、维护性好的流量自适应调节方法迫在眉睫。

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，本专利发明了一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，基于多涵道航空发动机常见的工况特点，设计了相邻两涵道之间的流量自适应调节装置。可以实现定几何条件下对不同工况的流量进行自适应调节，兼顾了低空、高空高效推进和高空强化掺混的目标，同时也减少了复杂的主动控制系统带来的重量、尺寸和成本的增加，从而满足飞行器对于流量调节、高效低阻飞行、降低成本和提高使用维护性的同时需要。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，通过设于多涵道喷管相邻涵道之间机匣上的流量自适应调节机构，所述的流量自适应调节机构在不同涵道压差的作用下自动开启和闭合，从而实现流量控制。

4、优选的，所述的多涵道喷管包括外涵道机匣、内涵道机匣、中心锥、流量自适应调节机构，所述外涵道机匣内至少含有内外两个涵道，内外两个涵道之间设有内涵道机匣；所述内涵道机匣内部设有中心锥；所述内涵道机匣上设有所述的流量自适应调节机构。

5、优选的，所述的流量自适应调节机构根据流量控制范围要求，在内涵道机匣的同一轴向位置均布n个，n为偶数。

6、优选的，所述的流量自适应调节机构包括防转凸台、放气窗、放气活门、扭转弹簧、支撑板、挡块：所述放气窗开设在内涵道机匣上；所述支撑板和挡块固定在内涵道机匣上；所述放气活门和扭转弹簧绕支撑板转动；扭转弹簧一端与内涵道机匣上的挡块连接，另一侧直接压在放气活门上，实现力的施加。

7、优选的，所述的放气窗为矩形，定义矩形的长为l，定义矩形的宽为w，定义放气窗的几何中心位置对应的内涵道机匣截面半径为r，定义x为放气窗的宽度比例系数，定义r为放气窗的的长宽比，则满足：x＝w/(2πr/n),r＝l/w。

8、优选的，定义放气窗距多涵道喷管出口截面的距离为d，定义y为放气窗的轴向位置比例系数，则满足y＝d/r。

9、优选的，定义内涵道总压为pinner，定义外涵道总压为pouter，实现内涵道总压大于外涵道总压且压力差大于一定比值z时放气活门打开，其中z＝pinner-pouter/pouter。

10、有益效果：一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，相对于现有技术，具有以下优点：

11、(1)本专利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，实现流量的自适应调节；

12、(2)本专利设计的流量控制结构，喷管型面光顺，能够降低流阻，具有较高的推力系数；

13、(3)本专利无需复杂的主动控制系统，具有结构简单、重量轻、维护性好等优点，能够获得更优的气动性能和推重比。

14、(4)本专利提供的一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，可以实现定几何条件下对不同工况的流量进行自适应调节，兼顾了低空、高空高效推进和高空强化掺混的目标，同时也减少了复杂的主动控制系统带来的重量、尺寸和成本的增加，具有迫切的工程实用价值。

技术特征：

1.一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，其特征在于，通过设于多涵道喷管相邻涵道之间机匣上的流量自适应调节机构(4)，所述的流量自适应调节机构(4)在不同涵道压差的作用下自动开启和闭合，从而实现流量控制。

2.如权利要求1所述的一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，其特征在于：所述的多涵道喷管包括外涵道机匣(1)、内涵道机匣(2)、中心锥(3)、流量自适应调节机构(4)，所述外涵道机匣(1)内至少含有内外两个涵道，内外两个涵道之间设有内涵道机匣(2)；所述内涵道机匣(2)内部设有中心锥(3)；

3.如权利要求1所述的一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，其特征在于：所述的流量自适应调节机构(4)根据流量控制范围要求，在内涵道机匣(2)的同一轴向位置均布n个，n为偶数。

4.如权利要求3所述的一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，其特征在于：所述的流量自适应调节机构(4)包括防转凸台(4.1)、放气窗(4.2)、放气活门(4.3)、扭转弹簧(4.4)、支撑板(4.5)、挡块(4.6)。所述放气窗(4.2)开设在内涵道机匣(2)上；所述支撑板(4.5)和挡块(4.6)固定在内涵道机匣(2)上；所述放气活门(4.3)和扭转弹簧(4.4)绕支撑板(4.5)转动；扭转弹簧(4.4)一端与内涵道机匣(2)上的挡块(4.6)连接，另一侧直接压在放气活门(4.3)上，实现力的施加。

5.如权利要求4所述的一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，其特征在于：所述的放气窗(4.2)为矩形，定义矩形的长为l，定义矩形的宽为w，定义放气窗(4.2)的几何中心位置对应的内涵道机匣(2)截面半径为r，定义x为放气窗(4.2)的宽度比例系数，定义r为放气窗(4.2)的长宽比，则满足：x＝w/(2πr/n),r＝l/w。

6.如权利要求5所述的一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，其特征在于：定义放气窗(4.2)距多涵道喷管出口截面的距离为d，定义y为放气窗(4.2)的轴向位置比例系数，则满足y＝d/r。

7.如权利要求2所述的一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，其特征在于：定义内涵道总压为pinner，定义外涵道总压为pouter，实现内涵道总压大于外涵道总压且压力差大于一定比值z时放气活门(4.3)打开，其中z＝(pinner-pouter)/pouter。

技术总结本发明公开了一种针对多涵道喷管的流量自适应调节方法，涉及多涵道航空发动机的强化掺混和流量调节技术领域。基于多涵道航空发动机常见的工况特点，设计了相邻两涵道之间的流量自适应调节装置。可以实现定几何条件下对不同工况的流量进行自适应调节，兼顾了低空、高空高效推进和高空强化掺混的目标，同时也减少了复杂的主动控制系统带来的重量、尺寸和成本的增加，从而满足飞行器对于流量调节、高效低阻飞行、降低成本和提高使用维护性的同时需要。技术研发人员：兰佳哲,黄帅,徐惊雷,潘睿丰,董晗,兰炳松,张玉琪,陈镜清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：2024/6/18