一种用于二元矢量喷管收敛段的侧向组合运动密封结构
阅读说明：本技术 一种用于二元矢量喷管收敛段的侧向组合运动密封结构 (Lateral combined movement sealing structure for convergence section of binary vector nozzle ) 是由 廖华琳 黄维娜 李晓明 杨亚雄 朱川 许光伟 于 2021-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于二元矢量喷管收敛段的侧向组合运动密封结构,设置在收敛段与侧壁之间,包括第一密封结构及第二密封结构,第一密封结构包括L型侧板挂钩、压紧板、第一芯棒,且L型侧板挂钩、压紧板、隔热层之间形成第一空腔；第二密封结构包括收敛段侧板、收敛段侧板支架、第二芯棒,且隔热层、收敛段侧板支架、压紧板的折弯边之间形成第二空腔。第一空腔和第二空腔内分别输入带压冷气,带压冷气经第一密封结构补偿收敛段的热膨胀位移,实现收敛段与侧壁之间的密封。带压冷气经第二密封结构对侧壁变形位移进行补偿,从而实现避免主流燃气、冷却气泄露,减少性能损失,确保冷却效果,保障使用安全。(The invention provides a lateral combined movement sealing structure for a convergence section of a binary vector nozzle, which is arranged between the convergence section and a side wall and comprises a first sealing structure and a second sealing structure, wherein the first sealing structure comprises an L-shaped side plate hook, a pressing plate and a first mandrel, and a first cavity is formed among the L-shaped side plate hook, the pressing plate and a heat insulation layer; the second sealing structure comprises a convergence section side plate, a convergence section side plate support and a second core rod, and a second cavity is formed among the bending edges of the heat insulation layer, the convergence section side plate support and the pressing plate. And pressurized cold air is respectively input into the first cavity and the second cavity, and the pressurized cold air compensates the thermal expansion displacement of the convergence section through the first sealing structure, so that the sealing between the convergence section and the side wall is realized. The pressurized cold air compensates for the deformation and displacement of the side wall through the second sealing structure, so that the leakage of main stream gas and cooling air is avoided, the performance loss is reduced, the cooling effect is ensured, and the use safety is guaranteed.)
技术领域
本发明属于航空发动机领域，涉及密封结构设计技术，具体为一种用于二元矢量喷管收敛段的侧向组合运动密封结构。
背景技术
航空发动机中，二元矢量喷管具备轴对称矢量喷管的矢量偏转机动性能外，以及良好的隐身性能和与后机身一体化设计等优点，可大大提高战机突防和生存能力。二元矢量喷管中大部分流道构件为运动构件，流道构件直接与燃气接触，承受很高的气动载荷和热载荷，喷管在运动过程中高温高压主流燃气和高压冷却气的密封好坏，直接影响冷却效果和整机性能，而高温燃气的泄漏会造成承力构件超温甚至产生烧蚀，会严重威胁整机和部件的寿命和安全。
目前，现有的二元矢量喷管收敛段的侧向密封在设计具有以下问题：1.收敛段与侧壁之间的接触位置，在冷态下是紧密贴合的，收敛段绕铰点转动并在固定的侧壁上摩擦；在热态工作时收敛段的隔热层存在一定的热膨胀位移，若密封结构不能包容热膨胀位移，则会导致结构之间干涉和卡滞的问题；2.喷管热态工作过程中，气动载荷会使侧壁向外变形，收敛段侧向密封结构若不具备补偿功能，则会使收敛段与侧壁之间无法贴合，导致主流燃气泄露，影响使用安全的问题。
发明内容
为了解决发动机的二元矢量喷管在热态工作时，由热膨胀位移导致的干涉及卡滞的问题，以及侧壁向外变形导致的主流燃气泄露的问题，本发明设计了用于二元矢量喷管收敛段的侧向组合运动密封结构，其能够在高温、高压的环境下，实现收敛段侧向主流燃气及冷却气与环境的密封，避免主流燃气、冷却气泄露，减少性能损失，确保冷却效果，保障使用安全。
实现发明目的的技术方案如下：一种用于二元矢量喷管收敛段的侧向组合运动密封结构，侧向组合运动密封结构设置在收敛段与侧壁之间，包括用于补偿收敛段的热膨胀位移的第一密封结构。
其中，第一密封结构包括L型侧板挂钩、压紧板，L型侧板挂钩的上端与压紧板的上端经第一芯棒连接，L型侧板挂钩的下端L边可拆卸固定在收敛段承力架上，压紧板的下端与收敛段承力架下方的隔热层接触。
其中，L型侧板挂钩、压紧板、隔热层三者之间形成第一空腔，且第一空腔内输入有带压冷气，收敛段产生热膨胀位移时，带压冷气使L型侧板挂钩与压紧板绕第一芯棒转动，使L型侧板挂钩与压紧板之间的角度增大以补偿收敛段的热膨胀位移，实现收敛段与侧壁之间的密封。
进一步的，上述L型侧板挂钩的外侧焊接有支撑板，支撑板与L型侧板挂钩形成三角支撑结构。
进一步的，上述压紧板的下端向收敛段承力架方向弯折形成折弯边，折弯边的外壁与隔热层接触，且弯折边的内壁上设有第二芯棒。
在本发明的一个实施例中，上述侧向组合运动密封结构除第一密封结构外，还包括第二密封结构，第二密封结构用于补偿侧壁变形位移。其中，第二密封结构包括收敛段侧板，收敛段侧板的一侧连接有收敛段侧板支架，收敛段侧板支架位于隔热层与侧壁之间，收敛段侧板内壁与隔热层型面贴合，且收敛段侧板支架的上端设置在第二芯棒上。
隔热层、收敛段侧板支架、折弯边三者之间形成第二空腔，第二空腔内输入有带压冷气，侧壁产生侧壁变形位移时，收敛段侧板支架绕第二芯棒转动，带动收敛段侧板相对于隔热层发生位移，对侧壁变形位移进行补偿，实现隔热层与侧壁之间之间的密封。
进一步的，上述收敛段侧板与隔热层的贴合面长度大于侧壁变形位移。
进一步的，上述收敛段侧板上，沿收敛段侧板的长度方向开设有多个通气槽。
进一步的，上述带压冷气压力大于主流燃气压力。更进一步的，带压冷气压力为主流燃气压力的1.2~1.3倍。
在本发明的一个实施例中，上述侧向组合运动密封结构采用耐高温材料制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计的侧向组合运动密封结构具有包容隔热层热位移及补偿侧壁气动变形功能，可以在高温、高压的环境下，实现收敛段侧向主流燃气及冷却气与环境的密封，避免主流燃气、冷却气泄露，减少性能损失，确保冷却效果，保障使用安全。
同时，侧向组合运动密封结构可以对收敛段两侧隔热组件进行包裹、支撑，能够减小收敛段两侧局部悬臂结构的热变形，进而可提高结构可靠性，其也独立于收敛段，可在装配时沿侧向推进收敛段，通过芯棒连接，装配工艺性及可维修性均良好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为
具体实施方式
中侧向组合运动密封结构的立体图；
图2为具体实施方式中侧向组合运动密封结构的截面示意图；
图3为具体实施方式中侧向组合运动密封结构的工作原理示意图；
其中，1.L型侧板挂钩；1-1.下端L边；2.压紧板；2-1.弯折边；3.第一芯棒；4.收敛段承力架；5.隔热层；6.收敛段；7.侧壁；8.支撑板；9.收敛段侧板；10.收敛段侧板支架；11.第二芯棒；12.通气槽；100.第一空腔；200.第二空腔。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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创造和简化描述，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创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本具体实施方式提供了一种用于二元矢量喷管收敛段的侧向组合运动密封结构，侧向组合运动密封结构设置在收敛段与侧壁之间，在高温、高压的环境下，用于补偿收敛段的热膨胀位移和/或补偿侧壁变形位移，以实现收敛段侧向主流燃气及冷却气与环境的密封，避免主流燃气、冷却气泄露，减少性能损失，确保冷却效果，保障使用安全。
在本具体实施方式的一个实施例中，侧向组合运动密封结构包括第一密封结构，第一密封结构用于补偿收敛段的热膨胀位移。
如图1及图2所示，第一密封结构包括L型侧板挂钩1、压紧板2，L型侧板挂钩1的上端与压紧板2的上端经第一芯棒3连接，L型侧板挂钩1的下端L边1-1可拆卸固定在收敛段承力架4上，压紧板2的下端与收敛段承力架下方的隔热层5接触。
进一步的，为了稳定的实现L型侧板挂钩1与收敛段承力架4之间的固定，如图1及图2所示，在上述L型侧板挂钩1的外侧焊接有支撑板8，支撑板8与L型侧板挂钩1形成三角支撑结构，L型侧板挂钩1与支撑板8还可以起到提供密封预紧力的作用。
进一步的，为确保压紧板2下端与其下部的隔热层5的密封性，在上述压紧板2的下端向收敛段承力架4方向弯折形成折弯边2-1，折弯边2-1的外壁与隔热层5接触，且弯折边2-1的内壁上设有第二芯棒8，即压紧板2的上部与其下部的折弯边2-1形成L型压紧板。
进一步的，上述带压冷气压力大于主流燃气压力，更进一步的，带压冷气压力为主流燃气压力的1.2~1.3倍。
进一步的，上述第一密封结构采用耐高温材料制成，具体的，第一密封结构采用950℃以上的耐温合金制成。
其中，如图3所示，第一密封结构实现补偿收敛段的热膨胀位移，对收敛段6与侧壁7之间进行密封的原理是：L型侧板挂钩1、压紧板2、隔热层5三者之间形成第一空腔100，且第一空腔100内输入有带压冷气，收敛段6产生热膨胀位移时，带压冷气使L型侧板挂钩1与压紧板2绕第一芯棒3转动，使L型侧板挂钩1与压紧板2之间的角度增大补偿收敛段6的热膨胀位移，实现收敛段6与侧壁7之间的密封。
在本具体实施方式的另一个实施例中，上述侧向组合运动密封结构除第一密封结构外，还包括第二密封结构，第二密封结构用于补偿侧壁7变形位移。
如图1及图2所示，第二密封结构包括收敛段侧板9，收敛段侧板9的一侧连接有收敛段侧板支架10，收敛段侧板支架10位于隔热层5与侧壁7之间，收敛段侧板9内壁与隔热层5型面贴合，且收敛段侧板支架10的上端设置在第二芯棒11上。
进一步的，在侧壁7发生变形位移时，为了避免收敛段侧板9与隔热层5之间出现缝隙，使上述收敛段侧板9与隔热层5的贴合面长度大于侧壁7变形位移。
进一步的，上述收敛段侧板9上，沿收敛段侧板9的长度方向开设有多个通气槽12，通气槽12一方面可以对其本身冷却，另一方面可以使隔热层5内的冷气从通气槽12上排出。
进一步的，上述带压冷气压力大于主流燃气压力。更进一步的，带压冷气压力为主流燃气压力的1.2~1.3倍。
其中，如图3所示，第二密封结构实现补偿侧壁的变形位移，对隔热层5与侧壁7之间进行密封的原理是：隔热层5、收敛段侧板支架10、压紧板2的折弯边2-1三者之间形成第二空腔200，第二空腔200内输入有带压冷气，侧壁7产生侧壁变形位移时，收敛段侧板支架10绕第二芯棒11转动，带动收敛段侧板9相对于隔热层5发生位移，对侧壁7变形位移进行补偿，实现隔热层5与侧壁7之间之间的密封。
进一步的，上述第二密封结构采用耐高温材料制成，具体的，第二密封结构采用950℃以上的耐温合金制成。
本具体实施方式设计的侧向组合运动密封结构具有包容隔热层5热位移及补偿侧壁7气动变形功能，可以在高温、高压的环境下，实现收敛段侧向主流燃气及冷却气与环境的密封，避免主流燃气、冷却气泄露，减少性能损失，确保冷却效果，保障使用安全。
同时，侧向组合运动密封结构可以对收敛段6两侧隔热组件进行包裹、支撑，能够减小收敛段6两侧局部悬臂结构的热变形，进而可提高结构可靠性，其也独立于收敛段6，可在装配时沿侧向推进收敛段6，通过第一芯棒3和第二芯棒11连接，装配工艺性及可维修性均良好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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