一种双s弯发动机喷管结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种双S弯发动机喷管结构，包括：“S”形的第一喷管段和“S”形的第二喷管段，第一喷管段的第一端具有与发动机的高温涡轮出口连接的进气口，第二喷管段的第二端具有排气口，第一喷管段的第二端与第二喷管段的第一端首尾相接在第一喷管段和第二喷管段中沿进气口到排气口的方向依次形成第一气流偏转部、第二气流偏转部和第三气流偏转部。应用本发明技术方案的双S弯发动机喷管结构，能够对发动机的高温涡轮出口实现有效的遮挡，同时保证不会造成发动机内部过大的流动分离，解决了现有技术中的大偏距的S弯尾喷管结构造成的发动机内部流动分离，从而导致发动机推力下降的问题。
【专利说明】
-种双S弯发动机喷管结构
技术领域
[0001] 本发明设及航空发动机领域，具体而言，设及一种双S弯发动机喷管结构。
【背景技术】
[0002] 对于航空发动机而言，其尾喷管的福射信号对飞机的隐身性能具有重要的影响。 研究表明，S弯喷管有如下明显的优势：（1)喷管弯曲型面可对满轮导向器、加力燃烧室火焰 稳定器等内部高溫部件进行完全遮挡，使得飞机在任意飞行姿态下其高溫满轮端面均不能 被直接照射到，如此可显著降低喷管热壁面的红外福射强度；（2)喷管的非轴对称二元出口 特征可缩短尾喷流高溫核屯、区长度，增强尾喷流与外界大气的渗混作用，大幅降低喷管热 尾喷流的红外福射强度；（3)入射的电磁波在S弯通道内反复折射被耗散掉，可增强排气系 统雷达隐身特性；（4)S弯喷管应用于飞翼布局飞机，在具有良好的隐身性能的同时，通过背 负式安装方案，可W大大降低飞机的外阻。因此，S弯喷管作为一项关键的低可探测性技术， 被应用于国外多种战略轰炸机和无人战斗机上的发动机上，但在国内的战机上并未开始应 用。由于战斗机对动力系统的苛刻要求，无法直接采纳原先在轰炸机、无人机等飞行器上应 用的收敛构型S弯喷管，运是因为，为了保证战斗机的超机动能力，对动力系统的推重比要 求非常高，运就需要战斗机发动机的S弯喷管需要采用超紧凑设计，即需要S弯喷管使用更 大的喷管偏距。大的S弯喷管偏距会造成喷管内部的流动分离，导致喷管性能的急剧下降， 最终导致发动机推力的下降，给战机的超机动飞行带来困难。
【发明内容】
[0003] 本发明的主要目的在于提供一种双S弯发动机喷管结构，W至少解决现有技术中 的大偏距的S弯尾喷管结构造成的发动机内部流动分离，及其导致的发动机推力下降的问 题。
[0004] 为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种双S弯发动机喷管结构，包括："S"形 的第一喷管段和"S"形的第二喷管段，第一喷管段的第一端具有与发动机的高溫满轮出口 连接的进气口，第二喷管段的第二端具有排气口，第一喷管段的第二端与第二喷管段的第 一端首尾相接在第一喷管段和第二喷管段中沿进气口到排气口的方向依次形成第一气流 偏转部、第二气流偏转部和第=气流偏转部。
[0005] 进一步地，第一气流偏转部靠近进气口设置，第二气流偏转部位于第一喷管段和 第二喷管段的过渡处，第=气流偏转部靠近排气口设置。
[0006] 进一步地，第一气流偏转部的流道由与高溫满轮出口的轴向平行的方向沿第一喷 管段的径向向下偏离;第二气流偏转部的流道由向下偏离高溫满轮出口的轴线方向转为沿 第二喷管段的径向向上偏转并趋向高溫满轮出口的轴线方向；第=气流偏转部的流道由上 偏转并趋向高溫满轮出口的轴线方向转为与高溫满轮出口的轴线方向平行的方向。
[0007] 进一步地，双S弯发动机喷管结构还包括：多个第一导流板，设置在第二气流偏转 部处，其中多个第一导流板沿第一喷管段的径向相间隔地设置。
[0008] 进一步地，多个第一导流板与第二气流偏转处的流道的上壁面的形状相适应且多 个第一导流板之间相互平行。
[0009] 进一步地，双S弯发动机喷管结构还包括:第二导流板，设置在第=气流偏转部处， 其中，第二导流板与第=气流偏转处的流道的下壁面的形状相适应。
[0010] 进一步地，多个第一导流板中靠近第二气流偏转处的下壁面的第一导流板与第二 导流板的公切线过排气口上壁面的最高点。
[0011] 进一步地，第二导流板远离排气口的末端和进气口的下壁面的最低点的连线与第 =气流偏转部下壁面的切线重合。
[0012] 进一步地，双S弯发动机喷管结构还包括:第二导流板，设置在第=气流偏转部处； 其中，第一导流板和第二导流板的头端和尾端均具有沿其宽度方向延伸的弧形凸缘。
[0013] 进一步地，第一喷管段的进气口的横截面为圆形，并与高溫满轮出口相匹配;第二 喷管段的排气口的横截面为方形。
[0014] 进一步地，第一喷管段和第二喷管段的长度之和与第一喷管段的最大直径之比小 于2。
[0015] 应用本发明技术方案的双S弯发动机喷管结构，通过设置"S"形的第一喷管段和 "S"形的第二喷管段，第一喷管段的第一端具有与发动机的高溫满轮出口连接的进气口，第 二喷管段的第二端具有排气口，第一喷管段的第二端与第二喷管段的第一端首尾相接在第 一喷管段和第二喷管段中沿进气口到排气口的方向依次形成第一气流偏转部、第二气流偏 转部和第=气流偏转部，从而通过调节第一气流偏转部、第二气流偏转部和第=气流偏转 部的径向偏距，达到在预定长径比下，对发动机的高溫满轮出口实现有效的遮挡，同时保证 不会造成发动机内部过大的流动分离，解决了现有技术中的大偏距的S弯尾喷管结构造成 的发动机内部流动分离，及其导致的发动机推力下降的问题。
【附图说明】
[0016] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0017] 图1是根据本发明实施例可选的一种双S弯发动机喷管结构的结构示意图；
[0018] 图2是根据本发明实施例可选的一种双S弯发动机喷管结构的纵剖面结构示意图；
[0019] 图3是根据本发明实施例可选的不同偏转角的双S弯发动机喷管结构的结构示意 图；W及
[0020] 图4是根据本发明实施例可选的一种双S弯发动机喷管结构的导流板的结构示意 图。
[0021] 其中，在上述附图中包括W下附图标记；
[0022] 1、第一喷管段;11、进气口；2、第二喷管段;21、排气口；3、第一气流偏转部;4、第二 气流偏转部;5、第=气流偏转部;6、导流板;61、第一导流板;62、第二导流板;7、弧形凸缘。
【具体实施方式】
[0023] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的 附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是 本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范 围。
[0024] 根据本发明实施例的双S弯发动机喷管结构，如图1所示，包括："S"形的第一喷管 段1和"S"形的第二喷管段2,第一喷管段1的第一端具有与发动机的高溫满轮出口连接的进 气口 11，第二喷管段2的第二端具有排气口 21，第一喷管段1的第二端与第二喷管段2的第一 端首尾相接在第一喷管段1和第二喷管段2中沿进气口 11到排气口 21的方向依次形成第一 气流偏转部3、第二气流偏转部4和第=气流偏转部5。
[0025] 应用本发明技术方案的双S弯发动机喷管结构，通过设置"S"形的第一喷管段1和 "S"形的第二喷管段2,第一喷管段1的第一端具有与发动机的高溫满轮出口连接的进气口 11，第二喷管段2的第二端具有排气口 21，第一喷管段1的第二端与第二喷管段2的第一端首 尾相接在第一喷管段1和第二喷管段2中沿进气口 11到排气口 21的方向依次形成第一气流 偏转部3、第二气流偏转部4和第=气流偏转部5,从而通过调节第一气流偏转部3、第二气流 偏转部4和第=气流偏转部5的径向偏距，达到在预定长径比下，对发动机的高溫满轮出口 实现有效的遮挡，同时保证不会造成发动机内部过大的流动分离，解决了现有技术中的大 偏距的S弯尾喷管结构造成的发动机内部流动分离，从而导致发动机推力下降的问题。
[0026] 具体地，第一喷管段1的流道为反向的"S"形，第二喷管段2的流道为正向的"S"形， 第一喷管段1和第二喷管段2的连接过渡处有一部分重合。
[0027] 第一气流偏转部3靠近进气口 11设置，来自高溫满轮出口的气流通过进气口 11进 入第一气流偏转部3，第一气流偏转部3的流道由与高溫满轮出口的轴向平行的方向沿第一 喷管段1的径向向下偏离，使气流向下流动偏离高溫满轮出口的轴向；第二气流偏转部4位 于第一喷管段1和第二喷管段2的过渡处，通过第一气流偏转部3的气流进入第二气流偏转 部4,第二气流偏转部4的流道由向下偏离高溫满轮出口的轴线方向转为沿第二喷管段2的 径向向上偏转并趋向高溫满轮出口的轴线方向，即将气流由向下流动转为向上流动;通过 第二气流偏转部4的气流继续向上流动并到达第=气流偏转部5,第=气流偏转部5靠近排 气口 21设置，第=气流偏转部5的流道由向上偏转并趋向高溫满轮出口的轴线方向转为与 高溫满轮出口的轴线方向平行的方向并通过排气口 21将气流排出。
[0028] 可选地，第一气流偏转部3的偏转角度小于15s，第二气流偏转部4的偏转角度小于 7化，第=气流偏转部3的偏转角度小于20。
[0029] 通过设置两个"S"形喷管段组成双S弯发动机喷管结构，并调节第一气流偏转部3、 第二气流偏转部4和第=气流偏转部5的径向偏距，达到在预定长径比下，将高溫满轮出口 及内部的满轮导向器、加力燃烧室火焰稳定器等内部高溫部件有效地进行遮挡，使得发动 机在任何角度下其高溫满轮出口端面均不能被直接照射到，如此可显著降低喷管热壁面的 红外福射强度。
[0030] 为了提高喷管结构对高溫满轮出口的遮挡面积，进一步减小喷管热壁面的红外福 射强度，同时保证在确定的长径比的情况下，第一气流偏转部3、第二气流偏转部4和第=气 流偏转部5具有更小的偏转角，从而使喷管的构型更缓、气动性能更优，可选地，在第二气流 偏转部4和第=气流偏转部5处还设置有导流板6，通过设置导流板6能够使第二气流偏转部 4和第=气流偏转部5在具有较小的偏转角的情况下起到对高溫满轮出口的遮挡作用。具体 地，导流板6包括第一导流板61和第二导流板62。
[0031] 第一导流板61设置在第二气流偏转部4处且设置有多个，多个第一导流板61靠近 第二气流偏转部4的上壁面并采用相贯连接的方式固定在第二气流偏转部4的上壁面，具体 地，多个第一导流板61沿第一喷管段1的径向之间保持一定的间距，从而保证气流的通杨。 为了起到较好的导流作用，同时保证较好的遮挡作用，每个第一导流板61之间相互平行且 与第二气流偏转部4处的流道的上壁面的形状相适应，即每个第一导流板61均为弧形结构 且与第二气流偏转部4的上壁面的弧形相同。
[0032] 第二导流板62设置在第=气流偏转部5处且靠近第=气流偏转部5的下壁面，第二 导流板62也采用相贯连接的方式固定在第=气流偏转部5的下壁面，第二导流板62设置有 一块，为了起到较好的导流作用，同时保证对发动机的高溫满轮出口较好的遮挡作用，第二 导流板62与第=气流偏转部5处的流道的下壁面的形状相适应，即第一导流板61为弧形结 构且与第=气流偏转部5的下壁面的弧形相同。
[0033] 在本发明实施例中，第一气流偏转部3、第二气流偏转部4和第=气流偏转部5的径 向偏距与设置在第二气流偏转部4和第=气流偏转部5处的第一导流板61和第二导流板62 之间的位置关系满足完全遮挡高溫满轮出口端面的原则。具体地，如图2所示，第一导流板 61设置有两块，两块第一导流板61中位于下方的一块，即靠近第二气流偏转部4处的下壁面 的第一导流板61和第二导流板62的公切线MN过排气口21上壁面的最高点C，同时，第二导流 板62远离排气口 21的末端点Q和进气口 11的下壁面的最低点B的连线与第=气流偏转部5下 壁面的切线重合，即P、Q、B =点共线。如此可保证在任何角度下均无法直接探测到发动机的 高溫满轮出口。
[0034] 如图3所示，通过设置第一导流板61和第二导流板62实现对发动机的高溫满轮出 口的完全遮挡。在相同的长径比下，相对于仅依靠增大第一气流偏转部3、第二气流偏转部4 和第=气流偏转部5的径向偏距实现对发动机的高溫满轮出口的遮挡，本发明实施例的双S 弯发动机喷管结构构型更缓，每个流道转弯处的气流偏转角更小，所W气动性能更优。
[0035] 本发明实施例的双S弯发动机喷管结构长径比小于2,即第一喷管段1和第二喷管 段2的长度之和与第一喷管段1的最大直径之比小于2,进而减小了喷管的体积，提高了发动 机的推重比。
[0036] 为了减小第一导流板61和第二导流板62对喷管内的气流的阻力，可选地，如图4所 示，导流板6的头端和尾端均具有沿其宽度方向延伸的弧形凸缘7,通过设置弧形凸缘7能够 有效地减小第一导流板61和第二导流板6 2的风阻。
[0037] 可选地，第一喷管段1的进气口 11的横截面为圆形，并与高溫满轮出口相匹配;第 二喷管段2的排气口 21的横截面为方形，该构型便于发动机尾喷管与飞机的一体化设计，从 而减少战机的飞行阻力。
[0038] W上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种双S弯发动机喷管结构，其特征在于，包括："S"形的第一喷管段和"S"形的第二 喷管段，所述第一喷管段的第一端具有与发动机的高温涡轮出口连接的进气口，所述第二 喷管段的第二端具有排气口，所述第一喷管段的第二端与所述第二喷管段的第一端首尾相 接在所述第一喷管段和所述第二喷管段中沿所述进气口到所述排气口的方向依次形成第 一气流偏转部、第二气流偏转部和第三气流偏转部。2. 根据权利要求1所述的双S弯发动机喷管结构，其特征在于，所述第一气流偏转部靠 近所述进气口设置，所述第二气流偏转部位于所述第一喷管段和所述第二喷管段的过渡 处，所述第三气流偏转部靠近所述排气口设置。3. 根据权利要求2所述的双S弯发动机喷管结构，其特征在于，所述第一气流偏转部的 流道由与所述高温涡轮出口的轴向平行的方向沿所述第一喷管段的径向向下偏离;所述第 二气流偏转部的流道由向下偏离所述高温涡轮出口的轴线方向转为沿所述第二喷管段的 径向向上偏转并趋向所述高温涡轮出口的轴线方向；所述第三气流偏转部的流道由上偏转 并趋向所述高温涡轮出口的轴线方向转为与所述高温涡轮出口的轴线方向平行的方向。4. 根据权利要求3所述的双S弯发动机喷管结构，其特征在于，所述双S弯发动机喷管结 构还包括： 多个第一导流板，设置在所述第二气流偏转部处，其中多个所述第一导流板沿所述第 一喷管段的径向相间隔地设置。5. 根据权利要求4所述的双S弯发动机喷管结构，其特征在于，多个所述第一导流板与 所述第二气流偏转处的流道的上壁面的形状相适应且多个所述第一导流板之间相互平行。6. 根据权利要求5所述的双S弯发动机喷管结构，其特征在于，所述双S弯发动机喷管结 构还包括： 第二导流板，设置在第三气流偏转部处，其中，所述第二导流板与所述第三气流偏转处 的流道的下壁面的形状相适应。7. 根据权利要求6所述的双S弯发动机喷管结构，其特征在于，多个所述第一导流板中 靠近所述第二气流偏转处的下壁面的所述第一导流板与第二导流板的公切线过所述排气 口上壁面的最高点。8. 根据权利要求7所述的双S弯发动机喷管结构，其特征在于，所述第二导流板远离排 气口的末端和所述进气口的下壁面的最低点的连线与所述第三气流偏转部下壁面的切线 重合。9. 根据权利要求4所述的双S弯发动机喷管结构，其特征在于，所述双S弯发动机喷管结 构还包括： 第二导流板，设置在第三气流偏转部处； 其中，所述第一导流板和所述第二导流板的头端和尾端均具有沿其宽度方向延伸的弧 形凸缘。10. 根据权利要求1所述的双S弯发动机喷管结构，其特征在于，所述第一喷管段的进气 口的横截面为圆形，并与所述高温涡轮出口相匹配;所述第二喷管段的排气口的横截面为 方形。11. 根据权利要求1所述的双S弯发动机喷管结构，其特征在于，所述第一喷管段和所述 第二喷管段的长度之和与所述第一喷管段的最大直径之比小于2。
【文档编号】F02K1/78GK106014685SQ201610378237
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】孙啸林, 王占学, 史经纬, 周莉, 张明阳, 程稳
【申请人】西北工业大学