[发明专利]满足飞行器全包线的二元机械推力矢量喷管及控制方法

说明书

本发明提出了一种满足飞行器全包线的二元机械推力矢量喷管及其控制方法。包括固定喷管和可调喷管；所述的固定喷管与发动机涡轮出口固定相连，可调喷管位于固定喷管下游；可调喷管具体包括可调喷管下壁面、可调喷管上壁面及二者与飞行器本体铰接的可调喷管下壁面转轴、可调喷管上壁面转轴；通过机械液压机构驱动，可调喷管下壁面、可调喷管上壁面能够绕着各自转轴同步向上或向下转动，使得发动机喷流的流道向上或向下偏转，产生推力矢量。通过特殊的内外型面设计及其安装方式，对于可调喷管上、下壁面的分别控制，不仅满足了发动机推力矢量辅助机动飞行和飞行操纵的需要，更可以满足发动机熄火时姿态控制的需要，兼具减速板作用。

技术领域

本发明涉及一种满足飞行器全包线的二元机械推力矢量喷管设计方法，属于先进航空发动机推力矢量排气系统及无舵面飞行器设计领域。

背景技术

随着科学技术的发展和实际需求的提高，未来飞行器将越来越多地使用推力矢量航空发动机。推力矢量航空发动机实现推力矢量功能的核心是推力矢量喷管。

推力矢量喷管通过机械结构或者流场改变完成气流喷出方向的改变，从而实现推力矢量功能。常见的推力矢量喷管从气流偏转的机理上可以分为机械液压作动式推力矢量喷管和流体推力矢量喷管。机械液压作动式推力矢量喷管通过液压机构驱动机械结构的运动，改变喷管流道，实现发动机喷出气流方向的改变，其产生推力矢量的原理简单，目前技术较为成熟；但存在结构复杂、笨重等特点。流体推力矢量喷管逐渐以其结构简单、重量轻的特点成为各国的研究重点和研究热点，并将在不远的未来进入工程应用。从喷管形状上来分，主要分为以圆截面为代表的轴对称式和以矩形截面为代表的二元式。其中，轴对称式推力矢量喷管大多可以产生俯仰和偏航两个方向的推力矢量；而二元式则主要了可以产生俯仰方向的推力矢量。

然而，不同于舵面对于飞行器的有效操纵需要飞行器具有足够的空速，推力矢量喷管对于飞行器的操纵和控制的前提是要有足够的推力。也就是说，一旦推力较小或者发动机熄火而失去推力，无论是机械液压作动式推力矢量喷管还是流体推力矢量喷管均无法在这些特殊的情况下无法完成飞行器姿态的操纵和改变。从另一个角度来说，以无舵面飞翼为代表的新一代飞行器正在从设想走到工程实践，即使不考虑发动机熄火这种特殊的工况，常规降落时的小油门状态下喷管产生的推力很小，难以满足飞行器姿态控制的需要。而如果采用加速全油门着陆的方式，则对飞行员或者无人机的操纵员提出了很高的要求。

因此，研制结构简单、满足飞行器小油门或发动机熄火情况下姿态控制的推力矢量喷管十分重要。

发明内容

本发明提出了一种满足飞行器全包线的二元机械推力矢量喷管及其控制方法。它通过特殊的内外型面设计及其安装方式，依靠简单的机械作动对于可调喷管上、下壁面的分别控制，不仅满足了发动机正常工作情况下推力矢量辅助机动飞行和飞行操纵的需要，还可以满足了飞行器空中小油门滑翔、小油门陆基降落等特殊飞行条件的需要，在具备空速的情况下更可以满足发动机熄火时姿态控制的需要，兼具减速板作用，适用于新一代无舵面高机动有人/无人飞行器，解决了发动机小油门或者熄火情况下推力矢量喷管无法实现飞行器姿态控制的难题。

本发明公开了一种满足飞行器全包线的二元机械推力矢量喷管，包括固定喷管和可调喷管；所述的固定喷管与发动机涡轮出口固定相连，可调喷管位于固定喷管下游；

可调喷管具体包括可调喷管下壁面、可调喷管上壁面及二者与飞行器本体铰接的可调喷管下壁面转轴、可调喷管上壁面转轴；通过机械液压机构驱动，可调喷管下壁面、可调喷管上壁面能够绕着各自转轴同步向上或向下转动，使得发动机喷流的流道向上或向下偏转，产生推力矢量。

优选的，安装在双发飞翼式飞行器，两台发动机以机身中轴线左右对称，二元机械推力矢量喷管及其发动机包裹在翼型的机身中。