一种双模喷管的制作方法

1.本发明属于航空发动机喷管技术领域，具体涉及一种具有多种工作模态的轴对称气动调节喷管。


背景技术：

2.在航空涡喷发动机和涡扇发动机上，尾喷管的主要作用是使燃气发生器排出的燃气继续膨胀，将燃气的可用功转变为动能，燃气以高速向后喷出，发动机产生反作用推力。
3.喷管喉道面积的调整可改变气流在涡轮和尾喷管中膨胀的比的分配，即改变压气机和涡轮的共同工作点，实现对整个发动机工作状态的控制。因此，尾喷管的吼道面积可以作为发动机的一个调节量。
4.喷管调节一般应用于带加力燃烧室的混合排气式涡扇发动机，位于加力燃烧室后，当加力燃烧室使用时，通过调节喷口的截面面积，以保持发动机加力燃烧室前的部件工作状态不变。喷管吼道面积调节结构设计多采用连杆机构，调节动力多采用液压缸、电动泵等。
5.尾喷管按类型可分为收敛尾喷管和收敛-扩展尾喷管，按功能可分为引射尾喷管、轴对称塞式尾喷管、非轴对称尾喷管及二元尾喷管、推力矢量喷管，随着组合发动机的研究，也出现双喷管并联的结构形式。但是现有喷管技术中，无论哪种形式的喷管，气流在某一个时刻只是在发动机的一个通道中流动，即现有喷管为单通道喷管。


技术实现要素：

6.本发明目的在于提供一种双模喷管,以解决现有的喷管为单通道喷管，气流不能同时在发动机两个通道中流动的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明的双模喷管的具体技术方案如下：
8.一种双模喷管，包括内环面1、外环面2和调节环3，所述内环面1和外环面2均为半径沿着轴向增加的环状壳体结构，其型面均为流线型的型面；所述外环面套设在内环面外侧，两者同轴设置，两者之间的流线型通道记为分流流道10；所述内环面1和外环面2的两端均设置有直筒段，内环面1左端直筒段与外环面2左端直筒段之间的流道记为进口流道9，内环面1右端直筒段与外环面2右端直筒段之间的流道记为出口流道；所述进口流道的入口与高压涡轮的气体出口连接；低压涡轮的内机匣置于出口流道中，将出口流道一分为二，分为内涵道5和外涵道4，所述外涵道4中设置有外涵喷管；所述调节环3为环形壳体，其前端设置为流线型的型面设置在分流流道10中，后端设置为直筒型面与内机匣贴合并滑动连接，使得其前端可在分流流道10中前后移动；所述调节环3前端的型面与内环面1和外环面2的流线型型面相匹配。
9.其中，还包括作动机构6，所述作动机构6与调节环3连接，用于为调节环3提供前后移动的动力。
10.进一步，所述外环面2与调节环3的接触面上设置有ω型凸台。
11.进一步，所述低压涡轮机匣与调节环3的接触面上设置有ω型凸台。
12.进一步，所述内环面1与调节环3的接触面上设置有修形平面。
13.其中，所述内环面1、外环面2和低压涡轮机匣与调节环3的接触面上均设置有接触面形状相同的薄壁金属板14。
14.进一步，所述金属板14与接触面之间留有间隙16。
15.本发明的双模喷管具有以下优点：通过调节环在分流流道中前后移动，控制内外两个涵道的燃气流量的分配比例，实现燃气涡轮有效功在排气推力和轴功率之间按需分配，通过较小的调节量实现大范围的调节需求，能够满足燃气同时在两个通道中流动。
附图说明
16.图1为本发明的双模喷管结构示意图；
17.图2为流道划分示意图；
18.图3为密封示意图；
19.图4为密封区域一结构示意图；
20.图5为密封区域二结构示意图。
具体实施方式
21.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种双模喷管做进一步详细的描述。
22.本实施例的双模喷管设置在发动机的高、低压涡轮之间的过渡段中。
23.如图1所示，本发明的双模喷管包括内环面1、外环面2、调节环3和作动机构6，所述内环面1和外环面2均为半径沿着轴向增加的环状壳体结构，其型面均为流线型的型面。所述外环面套设在内环面外侧，两者同轴设置，两者之间的流线型通道记为分流流道10。
24.如图2所示，进一步所述内环面1和外环面2的两端均设置有直筒段，内环面1左端直筒段与外环面2左端直筒段之间的流道记为进口流道9，内环面1右端直筒段与外环面2右端直筒段之间的流道记为出口流道。
25.所述进口流道的入口与高压涡轮的气体出口连接。
26.进一步低压涡轮的机匣同轴置于低压涡轮外侧，通过涡轮机匣两侧的流道分别记为外涵道5和外涵道4，所述外涵道4中设置有外涵喷管。
27.进一步所述外涵喷管为普通型轴对称喷管，根据进口气体流动的条件，可设计为收敛喷管、拉瓦尔喷管。
28.所述调节环3为环形壳体，其前端设置为流线型的型面，后端设置为直筒型面；所述调节环3的前端设置在分流流道10中，后端与内机匣贴合并滑动连接，使得其前端可在分流流道10中前后移动。所述调节环3前端的型面能够与内环面1和外环面2贴合。
29.所述作动机构6与调节环3连接，用于为调节环3提供前后移动的动力。
30.进口流道与分流流道作为高压涡轮出口与内、外涵流道的之间的气流调节段，调节段原位替换常规发动机中高、低压涡轮之间的过渡段。
31.调节段子午流道采用变截面面积设计，截面面积变化规律为等减速扩压设计，一是将高压涡轮工作叶片出口气流速度降低到涡轮导向器高效率工作区域，二是减小外涵道
入口速度，降低气流急转弯带来的损失。
32.进口流道的子午面采用扩压减速设计，降低分流通道的入口速度，采用等外环面设计。分流流道的外环面将高压涡轮出口与外涵道的外壁面连接在一起，采用大扩张角设计，以减小高低压涡轮间的轴向尺寸。
33.调节环3的型面与密封采用一体化设计，型面设计是保证通道内气流的速度分布，密封设计是保证双模喷管工作在任何单一的模态下。调节环3位于分流流道10内，作为分流流道中的可移动固体壁面，将气流分为内、外两股气流，其两侧壁面均为流道面，其型面需为流线型面。仅内涵道工作时，调节环3位于与外环面2接触的前止动位置7，调节环3在作动机构6作动力的作用下，利用型面与分流流道的外环面3贴合面密封。仅外涵道工作时，调节环位于与内环面1接触的后止动位置8，调节环3在高压气体和作动力的共同作用下，利用型面与分流流道的内环面1密封。
34.调节环3在分流流道中前后移动，根据调节环在流道中的位置不同，分流环与流道之间存在3处密封，密封区域一11为调节环3与外环面2的接触面，密封区域二12为调节环3与内环面1的接触面，密封区域三13为调节环3与低压涡轮机匣的接触面，如图3所示。
35.密封区域一11控制外流道的泄漏量，保证高能气体全部流经内涵道，密封区域二12控制内流道的泄漏量，保证高能气体全部流经外涵道，密封区域三13控制外流道至内流道的泄漏量。
36.密封区域三13处，与内机匣之间存在滑动摩擦，滑动摩擦力与摩擦系数、接触面积成正比，即接触表面积越大，产生的摩擦力越大，推动调节环在流道中前后移动所需要的作动力就越大，为减小摩擦阻力，本实施例在密封区域一11和密封区域三13的接触面表面采用均布的ω凸台设计，如图4所示，调节环移动过程中仅与ω型凸台15接触，将面接触密封调整为线接触密封，大幅度减小接触面积，从而大幅度减少调节环前后移动时产生的摩擦阻力。
37.密封区域二12处的密封型面为曲面，曲面的特点为线接触，可适当修正曲面特征保证密封接触面在一定的带宽范围内，考虑密封效果，本实施例中在内环面与调节环的接触面上设置有一定长度的修形平面，如图5所示。
38.调节环3在作动机构6的作用下沿轴线方向前后移动，调节环3移动至前止动位置7时，外涵道关闭，气流全部流经内涵道5，流经外涵道的流量占入口流量的百分比为0。调节环3移动至后止动位置8时，内涵道5关闭，气流全部流经外涵喷管4，流经外涵道的流量占入口流量的百分比为1。调节环3移动至前止位置7与后止动位置8之间时，气流经内涵道和外涵道流出，流经外涵道的流量占入口流量的百分比与调节环的位置相关。
39.密封效果与接触面的变形量成正比，变形量与作用在接触面上的正压力成正比，与接触面上的刚度成反比。本发明在所有线接触的密封表面均设计有与接触面形状相同的薄壁金属板14，通过调整金属板14的材料、板厚、金属板与接触面之间的间隙16，进而调整密封接触面的刚度。
40.虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。