一種火箭基組合循環發動機變結構進氣道的製作方法

2023-05-08 09:52:11

一種火箭基組合循環發動機變結構進氣道的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種火箭基組合循環發動機變結構進氣道，採用在0～8Ma範圍內工作的火箭基組合循環發動機進氣道分級調節的機械結構，實現飛行範圍內不同馬赫數階段下進氣道型面的分級調節進而完成各級平穩過渡，並解決了作動過程中由於變結構帶來的動密封問題。前體與機身為一體結構，唇口作動機構位於進氣道上部，叉形機構固定在水平板的下面，通過機械結構的作動方式完成對進氣道在不同馬赫數範圍內的四級調節，使得RBCC在其每個工作模態下，進氣道均工作在較佳狀態，使得火箭基組合循環發動機在其工作範圍內的整體性能顯著提高。火箭基組合循環發動機變結構進氣道，具有很寬的工作馬赫數範圍，結構簡單、易實現。
【專利說明】一種火箭基組合循環發動機變結構進氣道
【技術領域】
[0001]本發明涉及火箭衝壓發動機【技術領域】，具體地說，涉及一種火箭基組合循環發動機變結構進氣道。
【背景技術】
[0002]火箭基組合循環(Rocket-Based-Combined-CycIe, RBCC)發動機具有很寬的工作範圍，需要在引射模態、亞燃模態和超燃模態間進行高效匹配和平穩過渡，飛行馬赫數工作範圍為O?8馬赫，因此對流道設計提出了很高的要求；火箭基組合循環發動機流道根據在其工作過程中所發揮的功能分為進氣道、隔離段、燃燒室和尾噴管。進氣道作為發動機關鍵部件之一，其性能直接影響整臺發動機的性能。對於常規衝壓發動機而言，其工作馬赫數跨度約為2?3個馬赫數，這種情況下採用固定幾何進氣道，結構簡單，消極質量小。而火箭基組合循環發動機需要經歷引射模態、亞燃模態和超燃模態，實現O?8馬赫的較寬工作範圍，所以必須採用變結構進氣道。鑑於變結構進氣道在寬馬赫數下工作的性能優勢，目前，世界各國都致力於變結構進氣道的探索研究。其中，美國和法國的方案比較經典，美國的X-43A採用轉動唇口的調節方式，如文獻《Hyper-X Flight Engine Ground Testing forX_43Flight Risk Reduction[R]》(Huebner I D, Rock K E, Ruf E G, etc.AIAA2001-1809),該方案的唇口作動機構為曲柄搖杆機構，通過液壓缸和扭矩管帶動曲柄，連杆穿過發動機側壁與唇口連接並驅動唇口轉動，該方案中由於連杆需要穿過發動機側壁來實現對唇口的驅動，會產生削弱結構強度、動密封困難的問題；法國的ONERA等機構提出的平移唇口的變結構調節方案，如文獻《Experimental Investigation Of Starting Process for aVariable Geometry Air Inlet operating from Mach2to Mach8[R]》(F.Falempin, E.ffendling, M.GoIdfeId, A.Starov.AIAA2006-4513)，該方案通過平移發動機外罩，實現對進氣道、燃燒室和尾噴管的整體變機構。

【發明內容】

[0003]為了避免現有技術存在的不足，本發明提出一種火箭基組合循環發動機變結構進氣道，採用O?SMa範圍內工作的火箭基組合循環發動機進氣道分級調節的機械結構，實現飛行範圍內不同馬赫數階段下進氣道型面的分級調節進而完成各級平穩過渡，並解決了作動過程中由於變結構帶來的動密封問題。
[0004]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:包括進氣道、唇口作動機構、水平板作動機構、機身，其中，所述進氣道包括前體、前楔板、水平板、後楔板、前楔板滑塊、燕尾槽、密封槽、第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈，前體與機身為一體結構，前體與前楔板、前楔板與水平板、水平板與後楔板、後楔板與機身，分別通過第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈連接；前楔板後段的前楔板滑塊位於燕尾槽內作平移運動；所述唇口作動機構包括唇口外罩、唇口作動連杆、唇口作動液壓缸、第五鉸鏈、唇口側密封槽、軸向密封槽、周向密封槽，唇口作動機構位於進氣道上部，唇口外罩一端通過第五鉸鏈與機身連接，唇口外罩上有雙凸耳，唇口作動液壓缸固定在機身上部，液壓缸活塞杆與唇口作動連杆一端連接，唇口作動連杆另一端與唇口外罩上雙凸耳連接；所述水平板作動機構包括水平板作動液壓缸、底座、叉形機構、第一滑塊、第二滑塊、轉動軸、機身導軌、第三滑塊、第四滑塊、水平導軌、底座導軌，叉形機構固定在水平板的下面，叉形機構通過轉動軸連接，轉動軸在機身導軌內作上下運動，叉形機構上端連接有第三滑塊和第四滑塊，第三滑塊與第四滑塊位於水平導軌內滑動，叉形機構下端與第一滑塊和第二滑塊連接，第一滑塊與第二滑塊位於底座導軌內水平滑動；水平板作動液壓缸固定在底座上，液壓缸活塞杆與第二滑塊通過鉸鏈連接。
[0005]前楔板、水平板和後楔板的側面局部加厚並開有密封槽，通過填入柔性材料實現密封。
[0006]唇口外罩側面開有唇口側密封槽，唇口外罩端有軸向密封槽，第五鉸鏈端部設有周向密封槽，通過填入柔性材料實現密封。
[0007]有益效果
[0008]本發明提出的一種火箭基組合循環發動機變結構進氣道，採用在O?8Ma範圍內工作的火箭基組合循環發動機進氣道分級調節的機械結構，實現飛行範圍內不同馬赫數階段下進氣道型面的分級調節進而完成各級平穩過渡，解決了作動過程中由於變結構帶來的動密封問題。發動機變結構進氣道前體與機身為一體結構，唇口作動機構位於進氣道上部，叉形機構固定在水平板的下部，通過機械機械結構的作動方式完成對進氣道在不同馬赫數範圍內的四級調節，從而使得火箭基組合循環發動機在其每個工作模態下，進氣道均工作在較佳狀態，使得火箭基組合循環發動機在其工作範圍內的整體性能顯著提高。
[0009]本發明火箭基組合循環發動機變結構進氣道，具有很更寬的工作馬赫數範圍，在偏離設計點時，通過分級調節，達到一系列流量要求，啟動性要求，滿足發動機燃燒室正常工作，實現火箭基組合循環發動機全模態內變結構進氣道調節；具有簡單、易實現的優勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結合附圖和實施方式對本發明一種火箭基組合循環發動機變結構進氣道作進一步詳細說明。
[0011]圖1為本發明火箭基組合循環發動機變結構進氣道結構示意圖。
[0012]圖2為本發明變結構進氣道的前楔板示意圖。
[0013]圖3為本發明變結構進氣道的前楔板軸測圖。
[0014]圖4為前楔板D-D剖視圖。
[0015]圖5為前楔板C-C剖視圖。
[0016]圖6為唇口外罩密封槽部位不意圖。
[0017]圖7為唇口作動機構示意圖。
[0018]圖8為水平板作動機構示意圖。
[0019]圖中:
[0020]1.進氣道 2.唇口作動機構 3.水平板作動機構 4.前體 5.前楔板
6.水平板7.後楔板8.叉形機構9.底座10.唇口外罩11.機身12.唇口作動連杆13.唇口作動液壓缸 14.水平板作動液壓缸 15.第一滑塊 16.第二滑塊17.轉動軸18.第三滑塊19.機身導軌20.第四滑塊21.水平導軌22.第一鉸鏈23.第二鉸鏈 24.第三鉸鏈 25.第四鉸鏈 26.第五鉸鏈 27.底座導軌28.前楔板滑塊29.燕尾槽 30.密封槽 31.唇口側密封槽 32.軸向密封槽33.周向密封槽
【具體實施方式】
[0021]本實施例是一種火箭基組合循環發動機變結構進氣道。
[0022]參閱圖1-圖8，本發明火箭基組合循環發動機變結構進氣道，由進氣道1、唇口作動機構2、水平板作動機構3、機身11組成；進氣道包括前體4、前楔板5、水平板6、後楔板
7、前楔板滑塊28、燕尾槽29、密封槽30、第一鉸鏈22、第二鉸鏈23、第三鉸鏈24、第四鉸鏈25，前體4與機身11為一體結構，前體4後端與前楔板5 —端通過第一鉸鏈22連接，前楔板5另一端與水平板6 —端通過第二鉸鏈23連接，水平板6另一端與後楔板7 —端通過第三鉸鏈24連接，後楔板7另一端與機身通過第四鉸鏈25連接；前楔板5後段的前楔板滑塊28位於燕尾槽29內作平移運動。
[0023]唇口作動機構2包括唇口外罩10、唇口作動連杆12、唇口作動液壓缸13、第五鉸鏈26、唇口側密封槽31、軸向密封槽32、周向密封槽33，唇口作動機構位於進氣道I上部，唇口外罩10 —端通過第五鉸鏈26與機身11連接，唇口外罩10上有雙凸耳；唇口作動液壓缸13固定在機身上部，液壓缸活塞杆與唇口作動連杆12 —端連接，唇口作動連杆12另一端與唇口外罩上部雙凸耳連接。
[0024]水平板作動機構3包括水平板作動液壓缸14、底座9、叉形機構8、第一滑塊15、第二滑塊16、轉動軸17、第三滑塊18、第四滑塊20、機身導軌19、水平導軌21、底座導軌27，叉形機構8固定在水平板6的下面，叉形機構8通過轉動軸連接，轉動軸在機身導軌19內作上下運動，叉形機構8上端連接有第三滑塊18和第四滑塊20，第三滑塊18與第四滑塊20位於水平導軌21內滑動，叉形機構8下端與第一滑塊15和第二滑塊16連接，第一滑塊15與第二滑塊16位於底座導軌27內水平滑動；水平板作動液壓缸14固定在底座上，液壓缸活塞杆與第二滑塊16通過鉸鏈連接。
[0025]前楔板5、水平板6和後楔板7的側面局部加厚並開有密封槽30，通過填入柔性材料實現密封。唇口外罩10的側面開有唇口側密封槽31，唇口外罩10端有軸向密封槽32、第五鉸鏈26端部有周向密封槽33，通過填入柔性材料來實現密封。
[0026]本發明火箭基組合循環發動機變結構進氣道結構，可完成進氣道的四級調節:
[0027]第一級調節，工作馬赫數範圍為O?2.7Ma，在唇口作動機構2的作用下唇口外罩10由設計點逆時針轉動9.02°，在水平板作動機構3的作用下，前楔板5順時針轉動2.9°，後楔板7逆時針方向轉動4.6°，從而使得喉道高度從56mm變為69mm;
[0028]第二級調節，工作馬赫數範圍為2.7?3.2Ma，唇口外罩10由第一級位置在唇口作動機構2的作用下順時針轉動4.52° ;
[0029]第三級調節，工作馬赫數範圍為3.2?4.5Ma，唇口外罩10由第二級位置在唇口作動機構2的作用下順時針轉動4.5° ；
[0030]第四級調節，工作馬赫數範圍為4.5?8Ma，在水平板作動機構3的作用下，前楔板5逆時針旋轉2.9°，後楔板7順時針旋轉4.6°，從而使喉道高度從69mm調整到56mm，SP為設計點。[0031]本發明中各級調節的實現原理一樣，下面以第一級調節為例進行詳細說明，唇口外罩10的轉動由唇口作動機構2完成，唇口作動液壓缸13的活塞杆作為主動件，通過活塞的來回運動，驅動唇口外罩10順逆時針轉動，調節唇口作動液壓缸13活塞向運動，驅動唇口外罩10繞第五鉸鏈26由設計點逆時針轉動9.02° ;水平板6的上下移動由水平板作動機構3完成，水平板作動液壓缸14的活塞作往復運動，驅動第二滑塊16和第一滑塊15在底座導軌27內往復運動，這一過程改變了叉形機構8的夾角，轉動軸17在機身導軌19內作上下運動，第三滑塊18和第四滑塊20在水平導軌21內作水平移動，從而驅動水平板6上下運動並保持水平，調整喉道高度，此次調節使得喉道高度從56mm變為69mm，前楔板5繞第一鉸鏈22順時針轉動2.9°，後楔板7繞第四鉸鏈25逆時針方向轉動4.6°。為滿足此調節過程的自由度要求，前楔板5被分為兩段，兩段通過前楔板滑塊28和燕尾槽29連接，前楔板滑塊28和燕尾槽29間能夠發生相對平移運動，滿足水平板6作動過程中的自由度要求；另一方面，前楔板5兩段間的縫隙作為進氣道的吸除槽，而且隨著馬赫數的升高，縫隙變寬，滿足該過程吸除槽增大的特點，從而改善進氣道性能，為了加強前楔板5、水平板6和後楔板7的剛度，三者均採用工字梁結構。前楔板5、水平板6、後楔板7和唇口外罩10在轉動過程中，通過在其側面的密封槽30和唇口側密封槽31內填入密封條來完成轉動過程中與機身11的密封，密封槽30的結構給出了唇口側密封槽的結構形式，前楔板5、水平板6和後楔板7連接鉸鏈處的密封通過填入柔性材料來實現，而唇口處鉸鏈的密封通過在軸向密封槽32和周向密封槽33內填入密封條和密封圈來完成。
【權利要求】
1.一種火箭基組合循環發動機變結構進氣道，包括進氣道、唇口作動機構、水平板作動機構、機身，其特徵在於:所述進氣道包括前體、前楔板、水平板、後楔板、前楔板滑塊、燕尾槽、密封槽、第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈，前體與機身為一體結構，前體與前楔板、前楔板與水平板、水平板與後楔板、後楔板與機身，分別通過第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈連接；前楔板後段的前楔板滑塊位於燕尾槽內作平移運動；所述唇口作動機構包括唇口外罩、唇口作動連杆、唇口作動液壓缸、第五鉸鏈、唇口側密封槽、軸向密封槽、周向密封槽，唇口作動機構位於進氣道上部，唇口外罩一端通過第五鉸鏈與機身連接，唇口外罩上有雙凸耳，唇口作動液壓缸固定在機身上部，液壓缸活塞杆與唇口作動連杆一端連接，唇口作動連杆另一端與唇口外罩上雙凸耳連接；所述水平板作動機構包括水平板作動液壓缸、底座、叉形機構、第一滑塊、第二滑塊、轉動軸、機身導軌、第三滑塊、第四滑塊、水平導軌、底座導軌，叉形機構固定在水平板的下面，叉形機構通過轉動軸連接，轉動軸在機身導軌內作上下運動，叉形機構上端連接有第三滑塊和第四滑塊，第三滑塊與第四滑塊位於水平導軌內滑動，叉形機構下端與第一滑塊和第二滑塊連接，第一滑塊與第二滑塊位於底座導軌內水平滑動；水平板作動液壓缸固定在底座上，液壓缸活塞杆與第二滑塊通過鉸鏈連接。
2.一種火箭基組合循環發動機變結構進氣道，其特徵在於:前楔板、水平板和後楔板的側面局部加厚並開有密封槽，通過填入柔性材料實現密封。
3.一種火箭基組合循環發動機變結構進氣道，其特徵在於:唇口外罩側面開有唇口側密封槽，唇口外罩端有軸向密封槽，第五鉸鏈端部設有周向密封槽，通過填入柔性材料實現密封。
【文檔編號】F02C7/042GK103790710SQ201410027986
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2014年1月22日
【發明者】鄒祥瑞, 秦飛, 魏祥庚, 呂翔, 潘宏亮, 武樂樂, 王炳航, 安健, 陳義 申請人:西北工業大學