阅读说明：本技术 一种波纹管结构的机械式矢量喷管 (A kind of mechanical vector spray of bellows structure ) 是由 孟钰博 史经纬 王占学 周莉 张晓博 林志富 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种波纹管结构的机械式矢量喷管,属于航空发动机领域；包括等值段、波纹管段、收敛段、拉杆、定位片,等值段入口为高温涡轮出口面,等值段出口与波纹管段入口连接,波纹管段出口与收敛段入口连接,拉杆一端与波纹管段连接,等值段与收敛段通过定位片连接,等值段、波纹管段、收敛段管壁均有夹缝通道。应用本发明技术方案的机械矢量喷管结构,通过对拉杆施力使密封的波纹管段弯曲,能够保证喷管具有很高的推力矢量性能,解决了现有技术中机械矢量喷管存在漏气损失的问题；通过在管壁内的夹缝通道通入冷却气体降低壁面温度,能够保证喷管的高隐身性能。(The invention discloses a kind of mechanical vector sprays of bellows structure, belong to aero-engine field；Including equivalent section, bellows piece, converging portion, pull rod, locating plate, equivalent section entrance is high-temperature turbine exit face, equivalent section outlet is connect with bellows piece entrance, bellows piece outlet is connect with converging portion entrance, pull rod one end is connect with bellows piece, equivalent section is connect with converging portion by locating plate, and equivalent section, bellows piece, converging portion tube wall have crack channel.It can guarantee that jet pipe has very high thrust vectoring performance by being bent the bellows piece of sealing pull rod force using the mechanical vector spray structure of technical solution of the present invention, solve the problems, such as that there are air losses for mechanical vector spray in the prior art；Being passed through cooling gas by the crack channel in tube wall reduces wall surface temperature, can guarantee the high Stealth Fighter of jet pipe.)

一种波纹管结构的机械式矢量喷管

技术领域

本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种波纹管结构的机械式矢量喷管。

背景技术

随着现代航空军事技术的不断提高，战机的生存环境日益恶化。为了能在各类空战中取得优势、提高生存率，对飞机性能提出了更高的要求，推力矢量技术也因此成为必不可少的关键技术之一。飞机采用推力矢量技术不仅能够大幅提高机动性和敏捷性，还可以降低红外辐射、提高飞机的隐身能力，从而显著提升空战效能和生存能力。推力矢量喷管一般可分为机械式和气动式两种，目前气动矢量喷管尚处于研究阶段，而机械式推力矢量喷管已经转入工程应用阶段。

发明专利201811536610.8一种二元矢量喷管喉道面积控制机构及二元矢量喷管，采用的机械式矢量喷管壁面密封性差，漏气损失导致喷管性能下降，且使用的作动系统较为复杂，导致喷管重量上升，发动机推重比下降。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种波纹管结构的机械式矢量喷管，采用波纹管的柔性可变形和密封性好的特征，以解决现有技术中机械式矢量喷管壁面密封性差、作动结构复杂的问题。

本发明的技术方案是：一种波纹管结构的机械式矢量喷管，其特征在于：包括等值段、波纹管段、收敛段、拉杆和定位装置；所述等值段为等径圆筒结构，其出口端设置有法兰盘；所述波纹管段为柔性波纹管结构，径向截面为圆形，其两端与所述等值段等径且均设置有法兰盘；所述收敛段为圆锥管结构，其入口端与波纹管段的出口等径且设置有法兰盘，其出口端直径小于入口端直径；所述等值段、波纹管段和收敛段依次通过法兰盘固定连接，其管壁均为双层结构，在双层管壁之间形成夹缝通道，所述等值段、波纹管段和收敛段的夹缝通道依次相通；所述等值段和收敛段的法兰盘通过所述定位装置铰接；

两个所述拉杆的一端分别和波纹管段出口法兰盘的上下边缘球性铰接，另一端均为自由端；通过对所述拉杆的自由端施加力，调整所述波纹管段的弯曲状态，进一步实现喷管推力矢量变化。

本发明的进一步技术方案是：所述定位装置由四个定位片两两对称设置而成，安装于所述波纹管段的***；两个定位片的一端对称固定于所述等值段的出口法兰盘的相对边缘处，另两个定位片的一端对称固定于所述收敛段的如口法兰盘的相对边缘处；固定于等值段出口法兰盘的两个定位片的另一端分别和固定于收敛段入口法兰盘的两个定位片的另一端铰接。

本发明的进一步技术方案是：四个所述定位片两两为一组，每组的两个定位片之间通过定位销铰接。

本发明的进一步技术方案是：所述等值段的出口法兰盘与所述波纹管段的入口法兰盘之间、所述波纹管段的出口法兰盘和所述收敛段的入口法兰盘之间均通过螺栓固定。

本发明的进一步技术方案是：所述等值段、波纹管段和收敛段的双层管壁之间通过间隔设置的加强板进行固定。

有益效果

本发明的有益效果在于：应用本发明技术方案的波纹管结构的机械式矢量喷管，基于波纹管的柔性可变形特征，通过拉杆施加力能够实现喷管推力矢量变化，波纹管壁面密封性好，不存在现有技术中机械式矢量喷管在喷管壁面上存在漏气损失的问题；且气体通过喷管壁面内的夹缝通道能够实现喷管壁面冷却，进一步降低红外辐射强度，增强隐身性能；喷管作动系统结构简单，质量轻，能保证较高的推重比；本发明的难点在于，将波纹管结构与航空发动机喷管结构相结合，以实现喷管的推力矢量性能。

喷管正常情况下处于水平状态，推力矢量角为零，当拉杆受外力时，喷管变为弯曲状态，推力矢量角增大，最大角度与波纹管段长度有关，当波纹管段长度足够长时，推力矢量角可以大于90度。

附图说明

图1是根据本发明实施例可选的一种波纹管结构的机械式矢量喷管的结构示意图；

图2是根据本发明实施例可选的一种波纹管结构的机械式矢量喷管水平状态的侧视图；

图3是根据本发明实施例可选的一种波纹管结构的机械式矢量喷管角度状态的侧视图；

图4是根据本发明实施例可选的一种波纹管结构的机械式矢量喷管水平状态的纵向剖面图；

图5是根据本发明实施例可选的一种波纹管结构的机械式矢量喷管角度状态的波纹管段局部放大图；

附图标记说明：1、等值段；2、波纹管段；3、收敛段；4、拉杆；5、定位片；6、定位销；7、等值段出口法兰盘；8、波纹管段入口法兰盘；9、波纹管段出口法兰盘；10、收敛段段入口法兰盘；11、螺栓；12、螺母；13、上拉杆；14、下拉杆；15、拉杆连接口；16、等值段夹缝通道；17、波纹管段波纹管；18、收敛段夹缝通道。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

根据本发明实施例的波纹管结构的机械式矢量喷管，如图1所示，包括：等值段1、波纹管段2、收敛段3、拉杆4、定位片5、定位销6，等值段1入口为高温涡轮出口面，等值段1出口与波纹管段2入口连接，波纹管段2出口与收敛段3入口连接，拉杆4一端与波纹管段2连接，另一端自由，等值段1与收敛段3通过定位片5铰接，一组中的两个定位片5通过定位销6铰接。

应用本发明技术方案的波纹管结构的机械式矢量喷管，基于波纹管的柔性可变形特征，通过拉杆4施加力能够实现喷管推力矢量变化，波纹管壁面密封性好，不存在现有技术中机械式矢量喷管在喷管壁面上存在漏气损失的问题，冷却气体通过喷管壁面内的夹缝通道能够实现喷管壁面冷却，进一步降低红外辐射强度，增强隐身性能。

具体地，等值段1的入口为圆形截面，等值段1为面积和形状均不变的直管，等值段1出口有法兰盘结构。

波纹管段2截面形状为圆形，管壁为可变形的柔性波纹管结构，波纹管段2入口、出口均有法兰盘结构，波纹管段出口法兰盘9上有两个位置上下对称的拉杆连接口15，波纹管段入口法兰盘8与等值段出口法兰盘7通过螺栓11螺母12连接，波纹管入口圆形截面与等值段出口圆形截面对接。

收敛段3为圆形截面形状、面积收敛的直管，收敛段3入口有法兰盘结构，收敛段入口法兰盘10与波纹管段出口法兰盘9通过螺栓11螺母12连接，收敛段3入口圆形截面与波纹管段2出口圆形截面对接。

拉杆4根据位置分为上拉杆13和下拉杆14，拉杆4自由端用于施加外力，拉杆4另一端与波纹管段出口法兰盘9上的拉杆连接口15连接。

四块定位片5两个为一组，两个定位片5与收敛段入口法兰盘10两侧通过螺栓11螺母12连接，另两个定位片5与等值段出口法兰盘7两侧通过螺栓11螺母12连接，两侧位置对应的定位片5通过定位销6连接。

如图2所示，当拉杆4不受外力时，喷管处于水平状态，推力矢量角为零。

如图3所示，当上拉杆13受推力、下拉杆14受拉力时，喷管处于弯曲状态，推力矢量角由零顺时针增大，最大角度与波纹管段2长度有关，示例中最大角度为60度，当波纹管段2长度足够长时，推力矢量角可以大于90度，弯曲状态下喷管壁面遮挡涡轮高温壁面，减小红外辐射强度，增强隐身性能。

如图4所示，等值段1、波纹管段2、收敛段3均为双层管壁结构，双层管壁之间形成夹缝通道，等值段夹缝通道16入口通入冷却气体，等值段夹缝通道16出口与波纹管段夹缝通道17入口对接，波纹管段夹缝通道17出口与收敛段夹缝通道18入口对接，收敛段夹缝通道18出口喷出冷却气体，喷出的冷却气体与主流气体掺混，缩短尾焰长度，冷却气体在夹缝通道内流动，喷管壁面温度下降，减小了喷管尾焰和壁面的红外辐射，增强隐身性能。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。