[发明专利]一种带后甲板的单边膨胀双S弯喷管

说明书

本发明一种带后甲板的单边膨胀双S弯喷管，属于航空发动机领域；包括依次安装于发动机出口的第一喷管段和S形收敛段，所述的第一喷管段的进口为发动机内涵燃气和外涵空气进口；所述S形收敛段的出口依次安装有单边膨胀段和后甲板段；所述单边膨胀段的下壁面和两侧壁面均为等直段，其上壁面为膨胀面，从而构成单边膨胀形式的喷管扩张段；所述后甲板段与所述单边膨胀段下壁面连接，且位于同一平面内。本发明将S弯收扩喷管的扩张段设计为单边膨胀形式，膨胀段上壁面采用特征线法生成，由特征线方法生成的喷管扩张段出口气流具有良好的均匀性。膨胀段下壁面为等直段，保证了喷管扩张段与后甲板的耦合，可以实现更好的喷管‑机身一体化设计要求。

技术领域

本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种带后甲板的单边膨胀双S弯喷管。

背景技术

S弯喷管因其良好的红外与雷达隐身性能而受到国内外研究机构的广泛关注，一方面，S弯喷管由于其上下弯曲的几何构型可以完全遮挡如中心锥、涡轮等发动机内部的高温部件，降低其固体红外辐射强度；另一方面，S弯喷管出口形状多为矩形、椭圆形或梯形，相关研究表明，相对于传统的圆形喷管出口，异形喷管出口可以进一步强化喷管高温燃气和外部大气之间的掺混，从而降低其尾喷流的气体红外辐射强度。此外，在某些隐身飞机上，机身的一个叫做后甲板的区域会被放置在喷管出口的下游，以实现更好的喷管-机身一体化与高温燃气的视线阻断，后甲板的存在也会进一步降低喷管下方的红外辐射强度。

目前国内研究人员对S弯收-扩喷管有了初步设计，已经提出一种完全遮挡高温涡轮出口端面的S弯收-扩喷管，解决了战机采用收缩型发动机尾喷管无法满足战机覆盖亚、跨、超声速飞行的问题，其不足之处在于其沿轴向对称的扩张段型面无法很好地与后甲板耦合，从而造成喷管出口气流均匀性差的问题。

当S弯收-扩喷管应用于实际的隐身战机时，传统的沿轴向对称的S弯喷管扩张段无法满足与战机一体化设计的要求，因此需要一种能够完美耦合后甲板的、可以使战斗机超声速飞行的新型S弯喷管。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种带后甲板的单边膨胀双S弯喷管，单边膨胀形式的S弯喷管扩张段引入，在保证喷管出口气流均匀性的前提下，解决了传统S弯收-扩喷管扩张段与后甲板耦合的问题，同时能够减小喷管下方的红外辐射强度。

本发明的技术方案是：一种带后甲板的单边膨胀双S弯喷管，包括依次安装于发动机出口的第一喷管段和S形收敛段，所述的第一喷管段的进口为发动机内涵燃气和外涵空气进口；所述S形收敛段的出口依次安装有单边膨胀段和后甲板段；

所述单边膨胀段的下壁面和两侧壁面均为等直段，其上壁面为膨胀面，从而构成单边膨胀形式的喷管扩张段；所述后甲板段与所述单边膨胀段下壁面连接，且位于同一平面内。

本发明的进一步技术方案是：所述第一喷管段为等直段，其轴向长度与所述S形收敛段进口直径之比为0.6。

本发明的进一步技术方案是：所述第一喷管段内包括发动机外涵道、发动机混合器、发动机内涵道、发动机中心锥，发动机混合器轴向长度与S形收敛段进口直径之比在0.2～0.6之间。

本发明的进一步技术方案是：所述发动机混合器为环形混合器、波瓣混合器或漏斗形混合器，来自内外涵道的气流经混合器掺混后流入所述S形收敛段入口。

本发明的进一步技术方案是：所述S形收敛段的出口与单边膨胀段的进口连接处形成喷管喉道，当喷管工作状态为设计状态时，气流在喷管喉道处达到声速，而后在所述单边膨胀段膨胀到超声速，在所述后甲板段气流继续发生膨胀。

本发明的进一步技术方案是：所述单边膨胀段上壁面采用特征线方法生成，通过将喷管喉道的气流参数赋值给初始膨胀线，求解特征线方程和相容性方程得到初始膨胀区型线，之后根据设计状态喷管出口马赫数或喷管长度约束按照流量连续的原则确定转向段型线，再将所得的总型线沿第三方向拉伸得到单边膨胀段上壁面型面。