專利名稱：基于氣動(dòng)突片技術(shù)的噴管排氣摻混方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于氣動(dòng)突片技術(shù)的噴管摻混裝置及方法。
技術(shù)背景
飛行器排氣系統(tǒng)屬于熱燃?xì)獍l(fā)生裝置，其部件溫度較高，而且排氣本身也具有較高溫度，因而由于熱動(dòng)力、氣動(dòng)加熱而在紅外窗口波段產(chǎn)生的紅外輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)高于背景所產(chǎn)生的紅外輻射強(qiáng)度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)載紅外搜索跟蹤系統(tǒng)(IRST)對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)的前向探測距離可達(dá)185 Km，嚴(yán)重威脅到飛行器的生存力。另外有數(shù)據(jù)表明，排氣系統(tǒng)是強(qiáng)紅外輻射源，如果采用先進(jìn)的隱身排氣系統(tǒng)，可使飛行器紅外輻射強(qiáng)度下降90%，這會(huì)使敵方的紅外探測器作用距離下降68%，而減小排氣系統(tǒng)的紅外特征，最主要的是強(qiáng)化高溫的噴管排氣主流與周圍冷空氣的快速摻混，從而減小排氣的溫度和高溫區(qū)域。
目前的排氣摻混裝置主要為波瓣摻混器和固體小突片摻混器，這些技術(shù)雖然摻混效果較好，但是會(huì)對(duì)噴管帶來較大的流動(dòng)損失，同時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)各工況下，摻混器不可靈活調(diào)節(jié)，另外較為復(fù)雜的外形給加工制造也帶來了較多困難，由此設(shè)計(jì)一種低阻力、高性能的噴管排氣摻混裝置迫在眉睫。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于氣動(dòng)突片技術(shù)的噴管排氣摻混方法， 其通過在發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的排氣出口附近提供氣動(dòng)突片射流，在噴管出口處形成流向渦，從而改善了發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管出口氣流與外界氣流的摻混效果。
為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案一種基于氣動(dòng)突片技術(shù)的噴管排氣摻混方法，通過在發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的排氣口附近設(shè)置不同氣流噴射方向的氣動(dòng)突片，使得發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管排氣口附近的主流區(qū)以及主流區(qū)的外側(cè)氣流均形成流向渦，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管排氣口附近的主流區(qū)以及外界氣流摻混。
一種基于上述噴管排氣摻混方法的裝置，包括發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管，該發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的排氣口附近分別設(shè)置有面向發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的主流區(qū)噴射氣流的內(nèi)氣動(dòng)突片和背離發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的主流區(qū)噴射氣流的外氣動(dòng)突片，所述內(nèi)氣動(dòng)突片和外氣動(dòng)突片皆均勻地周向布置在發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管排氣口附近的內(nèi)流道管壁上，且內(nèi)氣動(dòng)突片和外氣動(dòng)突片交錯(cuò)設(shè)置。
所述內(nèi)氣動(dòng)突片和外氣動(dòng)突片均包括射流噴注流道以及根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況自動(dòng)調(diào)節(jié)該射流噴注流道中噴射流量的射流控制機(jī)構(gòu)，所述射流噴注流道開設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管排氣口附近的內(nèi)流道管壁上，且射流噴注流道的進(jìn)氣口與旁路氣流連通，同時(shí)射流噴注流道所噴出的射流氣壓高于發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管主流區(qū)的氣壓，另外射流噴注流道的軸線與發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的軸線傾斜設(shè)置。
所述射流噴注流道的軸線與發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管軸線的夾角為30-150°C。
所述旁路氣流為發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)高壓級(jí)氣流或者發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻氣流或者外涵氣流。
所述發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管為涵道式噴管，所述射流噴注流道開設(shè)于該涵道式噴管的排氣口附近的噴管內(nèi)涵道上。
所述射流控制機(jī)構(gòu)中設(shè)置有控制射流噴注流道進(jìn)行脈沖噴射氣流的脈沖控制裝置。
根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果1、本發(fā)明所述基于氣動(dòng)突片技術(shù)的噴管排氣摻混裝置在噴管出口附近處內(nèi)外交叉設(shè)置射流噴注流道，總個(gè)數(shù)為4個(gè)及以上。氣動(dòng)突片在工作時(shí)，會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的主流道內(nèi)形成一個(gè)氣動(dòng)柱面，通過有序的布置就能夠保證主流在噴射過程中會(huì)在噴管出口處沿周向形成較為均勻的流向渦發(fā)生點(diǎn)。向內(nèi)側(cè)噴注氣流的內(nèi)氣動(dòng)突片，能夠較好地在主流區(qū)形成流向渦；向外側(cè)噴注氣流的內(nèi)氣動(dòng)突片，能夠較好地在主流區(qū)的外側(cè)氣流中形成流向渦。 流向渦向下游的發(fā)展導(dǎo)致噴管主流和外界氣流很好地?fù)交?，從而縮短了主噴管的勢流核心區(qū)，增加了噴管主流的卷吸能力，使得主流在較短的距離上獲得了很好的摻混效果。
2、所述氣動(dòng)突片的噴射流量由射流控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述噴射流量可以是連續(xù)性噴射也可以按照某一恒定或者變化的頻率進(jìn)行噴射。這一措施促使了氣動(dòng)突片技術(shù)可以根據(jù)噴管實(shí)際工作狀況，進(jìn)行自主的調(diào)節(jié)和適應(yīng)，根據(jù)不同的工況，調(diào)節(jié)噴射流量，從而改變氣動(dòng)突片氣動(dòng)外形，及改善任意時(shí)刻的摻混效果。同時(shí)脈沖噴射和連續(xù)性噴射這兩種噴射手段，使氣動(dòng)突片更加靈活，摻混效果更優(yōu)。
3、所述噴射氣流取自發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)高壓級(jí)或者發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻氣流及其他旁路或外涵氣流，從而使得氣流來源非常豐富，設(shè)備可以根據(jù)自身的實(shí)際情況進(jìn)行選用，提高了該技術(shù)的適用性和靈活性。
4、本發(fā)明所采用的氣動(dòng)突片技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)中常用的固體小突片摻混器相比， 具有以下優(yōu)點(diǎn)在噴管主流亞音速流動(dòng)中，通過本申請(qǐng)發(fā)明人的研究結(jié)果表明利用小于主流流量1%的二次流流量來產(chǎn)生氣動(dòng)凸片，可以帶來與固體凸片同樣的摻混效果，并且其勢流核心區(qū)更小，具有更高的中心速度衰減率和更好的氣流卷吸效果。由于氣動(dòng)凸片只需要很小的一部分主流氣流，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能不會(huì)帶來較大的影響，而且氣動(dòng)凸片在增加摻混的同時(shí)并沒有帶來發(fā)動(dòng)機(jī)推力的損失，并有可能還會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的總推力，這一點(diǎn)是氣動(dòng)凸片最大的優(yōu)勢；由此可知本發(fā)明所述的氣動(dòng)突片技術(shù)不僅能夠保持采用固體小突片摻混器所帶來的較好的摻混效果，同時(shí)能夠有效地減小由于采用固體小突片摻混器所帶來的流動(dòng)損失；同時(shí)，相較于波瓣摻混器，其加工難度顯著降低，易于實(shí)現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明應(yīng)用于普通噴管的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明應(yīng)用于涵道式噴管的立體結(jié)構(gòu)示意圖；其中主噴管1、氣動(dòng)突片2、噴管內(nèi)涵道3、噴管外涵道4、氣動(dòng)突片5。
具體實(shí)施方式
附圖非限制性地公開了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1如圖1所示，其公開了本發(fā)明所述的基于氣動(dòng)突片技術(shù)的普通噴管排氣摻混裝置，包括主噴管1和氣動(dòng)突片2，氣動(dòng)突片主要依靠設(shè)置在主噴管出口附近處的空氣噴射點(diǎn)噴注高壓空氣形成的氣動(dòng)柱面而形成；附圖中，所述氣動(dòng)突片2包括面向發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的主流區(qū)噴射氣流的內(nèi)氣動(dòng)突片和背離發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的主流區(qū)噴射氣流的外氣動(dòng)突片，所述內(nèi)氣動(dòng)突片和外氣動(dòng)突片皆均勻地周向布置在發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管排氣口附近的內(nèi)流道管壁上，且內(nèi)氣動(dòng)突片和外氣動(dòng)突片交錯(cuò)設(shè)置；所述氣動(dòng)突片2的總個(gè)數(shù)為4個(gè)以上，具體個(gè)數(shù)根據(jù)噴管具體情況決定，且氣動(dòng)突片2由射流噴注流道和射流控制機(jī)構(gòu)組成。氣動(dòng)突片在工作時(shí)，會(huì)在主流道內(nèi)形成一個(gè)氣動(dòng)柱面，通過有序的布置就能夠保證主流在噴射過程中會(huì)在噴管出口處沿周向形成較為均勻的流向渦發(fā)生點(diǎn)。向內(nèi)側(cè)噴注氣流的內(nèi)氣動(dòng)突片，能夠較好地在主流區(qū)形成流向渦；向外側(cè)噴注氣流的內(nèi)氣動(dòng)突片，能夠較好地在主流區(qū)的外側(cè)氣流中形成流向渦。流向渦向下游的發(fā)展導(dǎo)致了噴管主流和外界氣流很好地?fù)交?，從而縮短了主噴管的勢流核心區(qū)，增加了噴管主流的卷吸能力，使得主流在較短的距離上獲得了很好的摻混效果。
射流噴注流道的形狀可以為圓形、橢圓形、矩形或者任意多邊形。所述的射流噴注流道的軸向與主噴管軸向成30°至150°。所述射流控制機(jī)構(gòu)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況自主調(diào)節(jié)氣動(dòng)突片的射流噴注流道所噴射的二次流噴射流量，所述噴射流量可以是連續(xù)性噴射也可以按照某一恒定或者變化的頻率進(jìn)行脈沖噴射。即所述氣動(dòng)突片的噴射流量由射流控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。射流控制機(jī)構(gòu)包括一集成有控制程序的控制芯片，該控制程序根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況以及對(duì)于摻混效果的需求進(jìn)行編制，一般來說，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況采用發(fā)動(dòng)機(jī)出口溫度和壓力情況等參數(shù)進(jìn)行表征，因此，控制芯片通過監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)噴管進(jìn)口的溫度和壓力(通過噴管進(jìn)口安裝的傳感器測定獲取溫度和壓力參數(shù))，結(jié)合噴管摻混效果的實(shí)際需求(目標(biāo)即為發(fā)動(dòng)機(jī)紅外輻射特性最小)，選擇氣動(dòng)突片噴管噴射流量和噴射方式，由此可知，這一措施促使了氣動(dòng)突片技術(shù)可以根據(jù)噴管實(shí)際工作狀況，進(jìn)行自主的調(diào)節(jié)和適應(yīng)，根據(jù)不同的工況，調(diào)節(jié)噴射流量，從而改變氣動(dòng)突片氣動(dòng)外形，及改善任意時(shí)刻的摻混效果。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出口溫度增大時(shí)，為降低增加的紅外輻射特性，氣動(dòng)突片噴注壓力就增大；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出口壓力增大時(shí)，為獲得相同的紅外輻射特性，氣動(dòng)突片噴注壓力也增大。
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)而言，氣動(dòng)突片噴管噴射流量越小越有利，因此往往會(huì)選擇脈沖噴射的方式，但是有時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)出口氣流壓力過高、溫度過高時(shí)，采用脈沖噴射的方式不能夠在短時(shí)間較快地破壞高溫氣團(tuán)，此時(shí)會(huì)選擇連續(xù)性噴射。每個(gè)氣動(dòng)突片噴管的噴注流量和噴注方式可以相互獨(dú)立，也可以為獲得某種效果而相互配合噴注。
脈沖噴射和連續(xù)性噴射這兩種噴射手段，使氣動(dòng)突片更加靈活，摻混效果更優(yōu)。所述的噴射流量的流體可以來自于發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)高壓級(jí)或者發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻氣流及其他旁路。
類似的本實(shí)施例選用的是軸對(duì)稱普通噴管，針對(duì)二元噴管，也能夠按照權(quán)利要求進(jìn)行應(yīng)用。
實(shí)施例2如圖2所示，其公開了本發(fā)明所述的基于氣動(dòng)突片技術(shù)的涵道噴管排氣摻混裝置，包括噴管內(nèi)涵道3、噴管外涵道4和氣動(dòng)突片5，所述氣動(dòng)突片5由射流噴注流道和控制機(jī)構(gòu)組成。射流噴注流道繞著噴管內(nèi)涵道軸向，在噴管出口附近處內(nèi)外交叉設(shè)置，總個(gè)數(shù)為4個(gè)及以上，根據(jù)噴管具體情況決定。氣動(dòng)突片在工作時(shí)，會(huì)在主流道內(nèi)形成一個(gè)氣動(dòng)柱面，通過有序的布置由此就能夠保證噴管內(nèi)涵道主流在噴射過程中會(huì)在噴管出口處沿周向形成較為均勻的流向渦發(fā)生點(diǎn)。向內(nèi)側(cè)噴注氣流的氣動(dòng)突片，能夠較好地在噴管內(nèi)涵道主流中形成流向渦；向外側(cè)噴注氣流的氣動(dòng)突片，能夠較好地在外涵氣流中形成流向渦。流向渦向下游的發(fā)展導(dǎo)致了噴管主流和外界氣流很好的摻混，從而縮短了主噴管的勢流核心區(qū)，增加了噴管主流的卷吸能力，使得噴管內(nèi)涵道主流在較短的距離上獲得了很好的摻混效果。
射流噴注流道的形狀可以為圓形、橢圓形、矩形或者任意多邊形。所述的射流噴注流道的軸向與主噴管軸向成30°至150°。所述控制機(jī)構(gòu)通過控制程序根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況進(jìn)行自主調(diào)節(jié)，氣動(dòng)突片射流噴注流道的二次流噴射流量，所述噴射流量可以是連續(xù)性噴射也可以按照某一恒定或者變化的頻率進(jìn)行噴射。
權(quán)利要求
1.一種基于氣動(dòng)突片技術(shù)的噴管排氣摻混方法，其特征在于，通過在發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的排氣口附近設(shè)置不同氣流噴射方向的氣動(dòng)突片，使得發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管排氣口附近的主流區(qū)以及主流區(qū)的外側(cè)氣流均形成流向渦，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管排氣口附近的主流區(qū)以及外界氣流摻混。
2.一種基于權(quán)利要求1所述噴管排氣摻混方法的裝置，包括發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管，其特征在于該發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的排氣口附近分別設(shè)置有面向發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的主流區(qū)噴射氣流的內(nèi)氣動(dòng)突片和背離發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的主流區(qū)噴射氣流的外氣動(dòng)突片，所述內(nèi)氣動(dòng)突片和外氣動(dòng)突片皆均勻地周向布置在發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管排氣口附近的內(nèi)流道管壁上，且內(nèi)氣動(dòng)突片和外氣動(dòng)突片交錯(cuò)設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于噴管排氣摻混方法的裝置，其特征在于所述內(nèi)氣動(dòng)突片和外氣動(dòng)突片均包括射流噴注流道以及根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況自動(dòng)調(diào)節(jié)該射流噴注流道中噴射流量的射流控制機(jī)構(gòu)，所述射流噴注流道開設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管排氣口附近的內(nèi)流道管壁上，且射流噴注流道的進(jìn)氣口與旁路氣流連通，同時(shí)射流噴注流道所噴出的射流氣壓高于發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管主流區(qū)的氣壓；另外，射流噴注流道的軸線與發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的軸線傾斜設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于噴管排氣摻混方法的裝置，其特征在于所述射流噴注流道的軸線與發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管軸線的夾角為30-150°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于噴管排氣摻混方法的裝置，其特征在于所述旁路氣流為發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)高壓級(jí)氣流或者發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻氣流或者外涵氣流。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于噴管排氣摻混方法的裝置，其特征在于所述發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管為涵道式噴管，所述射流噴注流道開設(shè)于該涵道式噴管的排氣口附近的噴管內(nèi)涵道上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于噴管排氣摻混方法的裝置，其特征在于所述射流控制機(jī)構(gòu)中設(shè)置有控制射流噴注流道進(jìn)行脈沖噴射氣流的脈沖控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于氣動(dòng)突片技術(shù)的噴管排氣摻混方法及裝置，該噴管排氣摻混方法通過在發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管的排氣口附近設(shè)置不同氣流噴射方向的氣動(dòng)突片，使得發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管排氣口附近的主流區(qū)以及主流區(qū)的外側(cè)氣流均形成流向渦，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管排氣口附近的主流區(qū)以及外界氣流摻混。由此可知本發(fā)明所述的氣動(dòng)突片技術(shù)不僅能夠保持采用固體小突片摻混器所帶來的較好的摻混效果，還能夠有效地減小由于采用固體小突片摻混器所帶來的流動(dòng)損失，同時(shí)，相較于波瓣摻混器，其加工難度顯著降低，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)F02K1/28GK102493894SQ201110368810
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者于洋, 徐驚雷, 莫建偉, 葛建輝, 顧瑞 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)