[发明专利]超椭圆过渡的圆转矩形喷管成型方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种不可展金属壳体结构的成型方法，尤其是关于一种应用于航空发动机的具有隐身特性的圆转矩形喷管结构的成型方法。

背景技术

研究表明，航空发动机红外隐身设计的重要途径就是采用进口为圆形，出口为矩形的圆转矩形喷管。为了进行良好的气动优化设计，圆转矩形喷管广泛采用超椭圆过渡设计。图1给出了一超椭圆过渡的圆转矩形喷管壳体结构示意图，图2展示了图1喷管内、外壁面的进口圆形型线11I和11II、出口矩形型线N+1I和N+1II，以及进出口之间垂直轴线的若干超椭圆截面型线12～NI和12～NII。

由图1可见，该超椭圆过渡的圆转矩形喷管壳体是一种不能平面展开的结构。虽然可采用近似平面展开成型的方法，如图3所示的由两个宽边三角形21和22、两个窄边三角形23和24，及其之间的圆锥面25～28构成的一近似展开成型的圆转矩形喷管壳体结构，但该方法影响到喷管结构的光滑过渡，势必造成严重的气动损失。

对于图1不可展壳体结构，如果不采用近似展开，而是将整块板材进行整体冲压成型，则存在两个问题。一是模具件的制备。大型金属型材的采购，以及整体成型复杂形貌的过程均是困难的，且花费昂贵。二是壳体件的成型。经整体冲压，不可展壳体结构难于直接成型，往往于应力集中处产生皱折，图4展示了图1壳体结构经整体冲压成型后产生四处皱折31～34的情况。

 

发明内容

本发明即针对上述技术不足，提供一种实用性及加工精度均较高的圆转矩形喷管结构的成型方法。

一种超椭圆过渡的圆转矩形喷管成型方法，其特征在于包括以下过程：

（1）、模具件制备：

依据圆转矩形喷管壳体内壁形状，将模具用钢板切割成垂直喷管轴线的从进口圆形至出口矩形间的若干截面形状；然后将其顺序组合成内模件整体，并进行边缘光滑修整；

依据圆转矩形喷管壳体外壁形状，将模具用钢板切割成垂直喷管轴线的从进口圆形至出口矩形间的若干截面形状；然后将其顺序组合成外模件整体，并进行边缘光滑修整；

（2）、壳体件成型：

对待冲压成型的钢板中将产生高度应力集中的局部区域进行分割，并将分割后的主体板材和局部板材分别进行冲压；

然后，将冲压成型后的主体结构和局部结构焊接成完整的圆转矩形喷管结构，并进行最终冲压定型；

（3）、由于圆转矩形喷管具有对称性，因此上述制作的模具件以及冲压的壳体件均为整体的1/2。

本发明是针对一种不能平面展开的三维复杂圆转矩形喷管壳体，提供了一种加工成型方法。首先，与传统的近似平面展开成型方法不同，本方法是直接三维成型，精确保留了原喷管的三维曲面特征，因此所加工喷管的气动性能较优。其次，喷管壳体件的成型过程中采用了局部分割成型方法，解决了不可平面展开壳体结构难于直接冲压成型的问题。另外，在模具制备方面采用了分切再组合的方法，解决了大型金属型材采购以及整体成型复杂形貌的困难，且花费也较少。

附图说明

图1所示为一超椭圆过渡的圆转矩形喷管壳体结构示意图；

图2展示了图1喷管进口圆形、出口矩形，以及进出口之间垂直轴线的若干超椭圆截面型线；

图3给出了一近似展开成型的圆转矩形喷管壳体结构示意图；

图4展示了图1壳体结构经整体冲压产生皱折的情况；

图5所示为由n个内模截面板材组成内模具件整体的示意图；

图6所示为由n个外模截面板材组成外模具件整体的示意图；

图7给出了利用内、外模具件对主体板材整体冲压的示意图；

图8给出了最终成型的超椭圆过渡的圆转矩形喷管壳体结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实例对该圆转矩形喷管壳体结构的成型方法进行详细说明。

首先需指出：选用5.4（mm）厚的Q235钢板制作模具件，选用1.2（mm）厚的1Cr18Ni9钢板制作喷管壳体件；另外，由于圆转矩形喷管具有对称性，因此，所制作的模具件以及冲压的壳体件均为整体的1/2。

模具件制备：