基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构设计方法

摘要

基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构设计方法，涉及TBCC尾喷管技术领域。包括：1)圆转方的尾喷管整体构型；2)设计双拨片型滑块，在转动时保证气流性能；3)在双拨片型滑块外端铰接转动轴，在门体打开过程中实现连续调节、随时启停；4)双拨片型滑块上下边缘形状设计与尾喷管方型区域上下壁面轮廓紧密贴合，闭合时保证通风口的密闭特性。尾喷管调节机构采用平动加转动的方式，尾喷管两侧各安装有一推杆，转动杆及拨片型滑块，电机驱动两侧连杆平动，连杆带动转动杆转动，使一端固定的拨片型滑块转动，实现尾喷管的开合。满足对收敛型尾喷管喉道面积的改变，可随时启停、连续调节，满足推力要求，完全关闭时满足气密性条件。

权利要求

1.基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1)圆转方的尾喷管整体构型；

所述圆转方的尾喷管整体构型采用等截面积轴对称设计方法，将圆型尾喷管向内延伸转化为方型结构，使尾喷管在各个部分都具有相同的喉道面积，确保尾喷管性能前后差异不大；

2)设计双拨片型滑块，在转动时保证气流性能；

所述设计双拨片型滑块，是设计两个一侧为扇形结构，另一侧为弧形连接的拨片型滑块结构，以保证滑块的最大横向长度不变，由于拨片型滑块带有一定弧度，避免边界层分离，有利于保证气流性能,且拨片型滑块采用空心结构，减轻滑块重量，减少机身负担；

3)在双拨片型滑块外端铰接转动轴，在门体打开过程中实现连续调节、随时启停；

所述在门体打开过程中实现连续调节、随时启停，是通过电机驱动连杆平移带动转动轴和双拨片型滑块的转动，以达到连续调节、随时启停的目的，收敛型尾喷管在每个工况下都达到相应的收敛面积与之对应；

4)双拨片型滑块上下边缘形状设计与尾喷管方型区域上下壁面轮廓紧密贴合，闭合时保证通风口的密闭特性；

所述闭合时保证通风口的密闭特性，是利用双拨片型滑块运动至相切点可以实现方型管道完全闭合的特性，将拨片型滑块一侧固定于尾喷管侧向开口处的侧壁上，通过旋转尾喷管两侧的拨片型滑块实现尾喷管的开合，在闭合时可保证管道通风口的密闭特性。

说明书

基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及TBCC尾喷管技术领域，特别是涉及基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构设计方法。

背景技术

[0002] 实现高超声速飞行是提升我国综合国力的重要科技手段，但是仅仅靠单一的吸气式发动机难以实现高超声速飞行。所以为满足高超声速飞行，组合式发动机应运而生。

[0003] 组合式发动机包含RBCC(火箭基组合循环)发动机和TBCC(Turbine‑Based‑Combined‑Cycle，涡轮基组合循环)发动机两大类。其中TBCC发动机是将涡轮发动机(包括涡喷、涡扇发动机)和冲压发动机(包括亚燃、超燃和双模态燃烧冲压发动机)的两种技术相结合后研制的,其整合了涡轮发动机和冲压发动机在各自适用飞行范围内的优势，使其具有可常规起降、重复使用、可靠性高、低速性能好、技术风险小等优点，具有很好的工程应用前景。

[0004] 尾喷管是发动机的重要组成部分，也是发动机的重要动力来源。随着高超声速飞行器马赫数的变化，尾喷管需调节自身的喉道面积和出口截面积，使出口截面处的空气完全膨胀，达到最有效的推力效果，展现发动机最优异的性能。且尾喷管开关需匹配进气道开关，在各种工况下关闭相应的发动机通道，实现飞行状态的改变。

[0005] 组合式发动机的发明所带来的其中之一问题为如何匹配每个发动机的运行方式，在各个工况下实现发动机的开关与闭合，实现各个发动机的模态转换。以TBCC发动机为例，为了实现尾喷管的模态转换问题，在节省推力的系统要求下，实现尾喷管对气流的最好调节性能，需要设计相应的尾喷管调节机构实现涡轮通道的开关与闭合。只靠转动单隔板的方式实现尾喷管的模态转换存在漏气问题，且直拐角处存在气流边界层分离，加剧了流量损失，在转换过程中分流板会承受高温和过度空气载荷问题。因此，有必要对尾喷管调节机构提出新的设计方法，以改变气流性能，提高飞行效率。

发明内容

[0006] 本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供达到改变气流性能，实现变几何调节效果的一种基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构设计方法。

[0007] 本发明包括以下步骤：

[0008] 1)圆转方的尾喷管整体构型；

[0009] 2)设计双拨片型滑块，在转动时保证气流性能；

[0010] 3)在双拨片型滑块外端铰接转动轴，在门体打开过程中实现连续调节、随时启停；

[0011] 4)双拨片型滑块上下边缘形状设计与尾喷管方型区域上下壁面轮廓紧密贴合，闭合时保证通风口的密闭特性。

[0012] 在步骤1)中，所述圆转方的尾喷管整体构型采用等截面积轴对称设计方法，将圆型尾喷管向内延伸转化为方型结构，使尾喷管在各个部分都具有相同的喉道面积，确保尾喷管性能前后差异不大。

[0013] 在步骤2)中，所述设计双拨片型滑块，是设计两个一侧为扇形结构，另一侧为弧形连接的拨片型滑块结构，以保证滑块的最大横向长度不变，由于拨片型滑块带有一定弧度，避免边界层分离，有利于保证气流性能,且拨片型滑块采用空心结构，减轻滑块重量，减少机身负担。

[0014] 在步骤3)中，所述在门体打开过程中实现连续调节、随时启停，是通过电机驱动连杆平移带动转动轴和双拨片型滑块的转动，以达到连续调节、随时启停的目的，收敛型尾喷管在每个工况下都可以达到相应的收敛面积与之对应。

[0015] 在步骤4)中，所述闭合时保证通风口的密闭特性，是利用双拨片型滑块运动至相切点可以实现方型管道完全闭合的特性，将拨片型滑块一侧固定于尾喷管侧向开口处的侧壁上，通过旋转尾喷管两侧的拨片型滑块实现尾喷管的开合，在闭合时可保证管道通风口的密闭特性。

[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0017] 1、空心拨片型滑块的特殊结构可改善气流性能，避免边界层分离，曲面形结构有利于气流的顺畅流通，减少气体流量损失，避免了高温和过高的空气载荷现象，且空心结构也避免了对机身整体重量产生过大负担；

[0018] 2、模态转换调节过程可控，满足尺寸受限及空间受限的内部要求，拨片型滑块与尾喷管上下避面紧密贴合，匹配尾喷管构型，且拨片型滑块的特殊结构既可以满足方型通道的完全闭合，保证尾喷管的气密性，又能满足飞行器在高空高速飞行下的复杂环境；

[0019] 3、拨片型滑块外铰接连杆转轴结构，达到节省推力的系统要求，调节机构安置在机身外，无需占用内部尾喷管空间，用电机取代液压作为驱动系统，也减少了空间占用；

[0020] 4、本发明的设计思路和功能原理适用于方型管道及类方型管道中，推动滑块绕侧壁转动来调节管道通风口面积的方案；

附图说明

[0021] 图1为基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构(关闭时)的示意图。

[0022] 图2为基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构(打开时)的示意图。

[0023] 图3为空心拨片型滑块结构示意图。

[0024] 图4为基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构的爆炸视图。

具体实施方式

[0025] 以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

[0026] 本发明提供了基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构，为使本发明的目的，设计方案及效果更加清楚、明确，将对本发明附图进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体方案内容仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。

[0027] 本发明基于双拨片型滑块原理，本机构设计了一个拨片型特殊结构的滑块，利用两拨片型滑块达到相切点可以使方型管道完全闭合的特性，设计了如图1所示的尾喷管调节机构。该尾喷管调节机构由拨片型滑块1、圆转方型尾喷管3、推杆4、转动销5、铰接销6和转动杆2组成；推杆4与转动杆2通过转动销5相连接，转动杆2与拨片型滑块1通过铰链销6相连接，尾喷管方型部分两侧各有一对称的方形开口匹配拨片型滑块1的底面，尾喷管后端圆转方过渡区域两侧各还有一固定结构架。图1为基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构关闭时的示意图。双拨片型滑块上下边缘形状设计与尾喷管方型区域上下壁面轮廓紧密贴。

[0028] 图2为基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构打开时的示意图。从图2可见，电机反转使推杆4向后平动，使转动杆2和拨片型滑块1向外转动，将双拨片型滑块上下边缘形状设计与尾喷管方型区域上下壁面轮廓紧密贴合，拨片型滑块1顶点处所在纵线端与尾喷管侧面开口线重合，此时，即可实现调节机构在完全关闭时的密闭特性。

[0029] 图3为空心拨片型滑块的结构示意图。拨片型滑块1为空心设计，拨片型滑块1的一端为扇形壁面，拨片型滑块1的另一端为弧形壁面，该设计可避免气流的损失，保证气流性能，另外，拨片型滑块采用空心结构是为了减轻机身重量，同时也要确保其有一定厚度来抵御气流的作用。

[0030] 图4为基于双拨片型滑块原理的TBCC尾喷管调节机构的爆炸视图。在调节机构中，推杆4与转动杆2由转动销相连接着，转动杆2与拨片型滑块1由铰链销6相连接着，尾喷管方型部分两侧各有一对称的方形开口匹配拨片型滑块底面，尾喷管后端圆转方过渡区域两侧各还有一固定结构架，其作用是将推杆在y轴端固定，只允许推杆于x轴作前后水平运动。

[0031] 调节机构的运动步骤为：在闭合时，驱动系统电机推动推杆向前平动，推杆向前平动的过程中，带动转动杆向内转动，转动杆带动一侧固定的拨片型滑块向内转动，闭合过程连续调节可控，直到两拨片型滑块扇型壁面运动至相切点则达到涡轮通道的尾喷管完全关闭状态；在开启时，电机反转使推杆向后平动，使转动杆和拨片型滑块向外转动，开启过程中同样连续调节可控，直到拨片型顶点处所在纵线端与尾喷管侧面开口线重合(即拨片型滑块扇型壁面全部在机身外侧时)即为完全开启状态。

[0032] 由图1和2可见，本发明将双拨片型滑块上下边缘形状设计与尾喷管方型区域上下壁面轮廓紧密贴合，且一旦两拨片型滑块达到其侧壁面相切点即可实现调节机构在完全关闭时的密闭特性；将滑块设计为拨片型的曲面形状，以减小在模态转换时对于主气道气流的影响。

[0033] 本发明调节机构的实现过程为：尾喷管调节机构采用平动加转动的方式，尾喷管两侧各安装有一尾喷管调节机构及拨片型滑块，电机驱动两侧连杆平动，连杆带动转动杆转动，使一端固定的拨片型滑块转动，实现尾喷管的开合。在实现开合的过程中，其满足对收敛型尾喷管喉道面积的改变，可随时启停、连续调节，满足推力要求，并在完全关闭时满足气密性的条件。

[0034] 上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。