[发明专利]一种带全遮挡导流支板的涡扇发动机S形排气系统

说明书

本发明属于排气系统设计技术领域，尤其涉及一种带全遮挡导流支板的涡扇发动机S形排气系统，它采用高气动性能全遮挡导流支板型面设计方法，可实现对末级涡轮的完全遮挡，通过弯折程度较小的双S形二元喷管对支板和中心锥等进行遮挡，能够在显著降低发动机排气系统尾向红外辐射特征的同时，保持排气系统较高的气动性能，有效提高战场上飞行器的生存能力。

技术领域

本发明属于排气系统设计技术领域，尤其涉及一种带全遮挡导流支板的涡扇发动机S形排气系统。

背景技术

随着现代探测与跟踪系统、地空与空空导弹的日益成熟，飞行器面临着十分恶劣的作战环境，为了提高作战飞行器的生存力，完成战略任务，针对飞行器的隐身技术研究逐渐被各国提上日程。所谓飞行器隐身，是对特定的探测技术来降低其对应特征而言的，如针对雷达探测系统，相应隐身技术为缩减雷达散射截面、雷达吸波材料等；针对红外探测系统，相应隐身技术为采用高温壁面冷却、遮挡排气系统高温部件、低发射率涂层、引射喷管等；针对光学探测系统，相应的隐身技术为采用低可见度涂料和涂层。

在目前的现代化作战中，对于作战飞行器而言，主要有终端威胁与非终端威胁两部分。终端威胁主要是指直接接触式武器，如敌方的地空与空空导弹，这一类威胁往往能够直接击毁飞行器；非终端威胁主要是指各类的探测系统。对于终端威胁，往往各类制导导弹占了绝大多数，而对于制导导弹的制导方式来讲，红外制导技术被广泛应用。1948年，第一枚红外制导导弹研发成功，随后红外探测技术飞速发展，目前已经有了成熟的红外焦平面探测器，对飞行器红外隐身能力提出了挑战。根据相关资料，红外制导导弹已经成为现代作战飞行器最致命的危险之一，发展飞行器红外隐身技术刻不容缓。飞行器的主要辐射源是飞行器蒙皮和发动机排气系统，而对于飞行马赫数小于1的亚声速巡航飞行器来说，飞行器排气系统是主要的红外辐射源，其中固体壁面温度较高在3-5um的中波波段贡献了近90％的红外辐射强度。因此对于飞行器排气系统的高温固体部件的红外抑制措施尤为重要。

目前针对排气系统中心锥、喷管等高温固体部件的红外辐射抑制已经开展了大量的研究，如采用低红外辐射特征结构、高温壁面的冷却以及低发射率涂层等，并且相关红外抑制技术已得到了应用。然而，对于末级涡轮转子叶片这一强红外辐射源，目前一般采用低发射率镀膜或者通过S形流道对末级涡轮进行遮挡，但是靠低发射率镀膜技术还远远不能满足飞行器红外隐身需求，而使用S形流道对末级涡轮全遮挡将会造成很大的气动损失；若出于红外隐身考虑在末级涡轮转子壁面布置冷却措施，则转子的冷却结构会极其复杂，将大大增加设计与制造难度。因此，末级涡轮作为排气系统尾向的主要红外辐射源之一，如何降低末级涡轮对排气系统尾向的红外辐射贡献，是排气系统红外隐身性能进一步突破的关键问题之一。

本发明针对当末级涡轮出口气流偏转角为10°(即气流的方向与发动机轴向呈10°)的情况，申请公布号为CN 113361027 A的专利对隐身涡扇发动机支板设计中只公开了设计流程，没有公开支板曲线形式；申请号为202211554131.5的专利公开了末级涡轮出口气流偏转角为0°时的高性能支板设计的曲线形式，没有考虑到一般情况下发动机末级涡轮出口截面气流流动方向并不严格沿发动机的轴向方向，具有一个较小的气流偏转角，该专利只考虑到全遮挡导流支板对上游高温部件的遮挡，没有考虑到下游即支板本身和中心锥等高温固体部件的遮挡。

本发明为了有效降低末级涡轮红外辐射贡献，通过双S形二元喷管对末级涡轮等高温固体部件进行遮挡，但为了兼顾高气动性能，减少S形二元喷管的弯折程度，利用全遮挡导流支板对末级涡轮进行完全遮挡，并对考虑末级涡轮出口气流偏转角的全遮挡导流支板提出较优的型面设计方案。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种带全遮挡导流支板的涡扇发动机S形排气系统，它是采用以下技术方案来实现的。