[发明专利]一种出口面积可调的发动机喷管结构与控制方法

说明书

本发明公开了一种出口面积可调的发动机喷管结构及控制方法，通过在收敛段壳体和泄压齿轮盘上均设置泄压孔，两者压紧在一起，当转动泄压齿轮盘，可调节两个泄压孔的重叠的面积，因此可调节发动机燃烧室出口面积，该结构简单可靠、安全性高，通过齿轮及电动机配合工作，可以实现响应快、精度高、无级调控的效果，提高航行器针对特定航行目标的实现能力；出口面积可调的发动机喷管，实现了发动机工作过程中推力自动调整功能，航行器发射前或者工作中，操作人员可设定目标航速，通过航行器内部模块实现对发动机内流场参数以及航行参数的实时计算，并根据结果对发动机结构进行动态调整，可实现对航行速度的反馈调节功能。

技术领域

本发明属于水下航行器动力技术领域，具体涉及一种出口面积可调的发动机喷管结构与控制方法。

背景技术

鱼雷以其隐蔽性好，破坏性大等特点成为当前海战的主要武器之一，但随着舰船科技的发展，各种探测拦截手段的日新月异，航速慢、航程短的老式鱼雷很难发挥大的作用。因此，超高速鱼雷是世界各国军事研究的重点。水冲压发动机因为自身仅携带少量氧化剂，因此相比传统鱼雷发动机，具有能量密度高、体积小等突出优点，已经成为高速水下航行器动力装置的最佳选择。

根据水下作战方案的要求，鱼雷需要兼具远程追踪和近距离快速攻击的特点，这对水下武器的动力推进系统提出了更高的要求：需使用高能量密度的推进剂、具备变航速运行能力等。现阶段的变航速航行大多是从推进剂设计方面实现的，比如通过改变装药型面或成分，实现燃气流量随时间变化，进而使发动机推力随时间变化。以上调节方式所实现的航速变化单一，面对水下瞬息万变的作战形式，难以实现控制的灵活性。

在特定作战需求下，航行器需要完成水下发射。为避免发动机点火前有水进入燃烧室，破坏点火条件，现阶段通常在发动机喷管处加装堵盖，使之在燃烧室建立压强后被冲开，完成点火。堵盖的打开压强与堵盖的材质、结构、与喷管连接结构都直接相关，如果打开压强过小，则燃烧室尚未达到点火所需压强，堵盖就会打开，有可能使水进入燃烧室使得点火失败。如果打开压强过大，则可能会导致燃烧室压强过高，从而损坏其他结构(比如喷注器或进水管路)的情况，增加了风险。试车前需要对堵盖打开压强进行设计、加工，并反复试验以保证发动机工作可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种出口面积可调的发动机喷管结构与控制方法，可调节发动机燃烧室出口面积，进而调节燃烧室内的气体压强。

一种出口面积可调的发动机喷管结构，包括：在收敛段壳体(2)上，喷管(16)的外围加工有多个泄压孔(3)，用于连接发动机燃烧室(1)与外部环境；泄压齿轮盘(4)为具有中心孔的齿轮，其通过中心孔安装在喷管(16)上，并紧贴收敛段壳体(2)外侧，泄压齿轮盘(4)上围绕中心孔也设置有多个泄压孔(3)，其位置与收敛段壳体(2)上泄压孔(3)对应；电动机(10)和驱动齿轮(9)固定在收敛段壳体(2)或者燃烧室(1)的外表面上，驱动齿轮(9)与泄压齿轮盘(4)的齿互相啮合；电动机(10)带动驱动齿轮(9)转动，进而带动泄压齿轮盘(4)转动。

进一步的，还包括压强传感器(14)、航行体综合控制系统(15)以及信号处理器(11)；压强传感器(14)穿过发动机壳体伸入发动机燃烧室(1)，用于测试燃烧室(1)内的压力；信号处理器(11)接收压强传感器(14)采集的燃烧室压强，并根据该压强对电动机(10)进行控制，以带动泄压齿轮盘(4)转动；

航行体综合控制系统(15)与电动机(10)通过信号线连接，根据航行器的航速对电动机(10)进行控制，以带动泄压齿轮盘(4)转动。

较佳的，喷管(16)的外表面沿长度方向加工两个台阶，泄压齿轮盘(4)通过间隙配合安装在第一个台阶上；喷管外套筒5通过过盈配合的方式安装在第二个台阶上，并将泄压齿轮盘(4)挤压在收敛段壳体(2)的外表面上，保证两者之间的密封性。喷管(16)的最外侧加工有螺纹，安装有两个管外螺母6，配合喷管外套筒5用于对泄压齿轮盘(4)的限位。