一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道，采用在0～8Ma范圍內(nèi)工作的火箭基組合循環(huán)發(fā)動機進氣道分級調(diào)節(jié)的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)飛行范圍內(nèi)不同馬赫數(shù)階段下進氣道型面的分級調(diào)節(jié)進而完成各級平穩(wěn)過渡，并解決了作動過程中由于變結(jié)構(gòu)帶來的動密封問題。前體與機身為一體結(jié)構(gòu)，唇口作動機構(gòu)位于進氣道上部，叉形機構(gòu)固定在水平板的下面，通過機械結(jié)構(gòu)的作動方式完成對進氣道在不同馬赫數(shù)范圍內(nèi)的四級調(diào)節(jié)，使得RBCC在其每個工作模態(tài)下，進氣道均工作在較佳狀態(tài)，使得火箭基組合循環(huán)發(fā)動機在其工作范圍內(nèi)的整體性能顯著提高?；鸺M合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道，具有很寬的工作馬赫數(shù)范圍，結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)。
【專利說明】一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及火箭沖壓發(fā)動機【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道。
【背景技術(shù)】
[0002]火箭基組合循環(huán)(Rocket-Based-Combined-CycIe, RBCC)發(fā)動機具有很寬的工作范圍，需要在引射模態(tài)、亞燃模態(tài)和超燃模態(tài)間進行高效匹配和平穩(wěn)過渡，飛行馬赫數(shù)工作范圍為O?8馬赫，因此對流道設(shè)計提出了很高的要求；火箭基組合循環(huán)發(fā)動機流道根據(jù)在其工作過程中所發(fā)揮的功能分為進氣道、隔離段、燃燒室和尾噴管。進氣道作為發(fā)動機關(guān)鍵部件之一，其性能直接影響整臺發(fā)動機的性能。對于常規(guī)沖壓發(fā)動機而言，其工作馬赫數(shù)跨度約為2?3個馬赫數(shù)，這種情況下采用固定幾何進氣道，結(jié)構(gòu)簡單，消極質(zhì)量小。而火箭基組合循環(huán)發(fā)動機需要經(jīng)歷引射模態(tài)、亞燃模態(tài)和超燃模態(tài)，實現(xiàn)O?8馬赫的較寬工作范圍，所以必須采用變結(jié)構(gòu)進氣道。鑒于變結(jié)構(gòu)進氣道在寬馬赫數(shù)下工作的性能優(yōu)勢，目前，世界各國都致力于變結(jié)構(gòu)進氣道的探索研究。其中，美國和法國的方案比較經(jīng)典，美國的X-43A采用轉(zhuǎn)動唇口的調(diào)節(jié)方式，如文獻《Hyper-X Flight Engine Ground Testing forX_43Flight Risk Reduction[R]》(Huebner I D, Rock K E, Ruf E G, etc.AIAA2001-1809),該方案的唇口作動機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)，通過液壓缸和扭矩管帶動曲柄，連桿穿過發(fā)動機側(cè)壁與唇口連接并驅(qū)動唇口轉(zhuǎn)動，該方案中由于連桿需要穿過發(fā)動機側(cè)壁來實現(xiàn)對唇口的驅(qū)動，會產(chǎn)生削弱結(jié)構(gòu)強度、動密封困難的問題；法國的ONERA等機構(gòu)提出的平移唇口的變結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)方案，如文獻《Experimental Investigation Of Starting Process for aVariable Geometry Air Inlet operating from Mach2to Mach8[R]》(F.Falempin, E.ffendling, M.GoIdfeId, A.Starov.AIAA2006-4513)，該方案通過平移發(fā)動機外罩，實現(xiàn)對進氣道、燃燒室和尾噴管的整體變機構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道，采用O?SMa范圍內(nèi)工作的火箭基組合循環(huán)發(fā)動機進氣道分級調(diào)節(jié)的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)飛行范圍內(nèi)不同馬赫數(shù)階段下進氣道型面的分級調(diào)節(jié)進而完成各級平穩(wěn)過渡，并解決了作動過程中由于變結(jié)構(gòu)帶來的動密封問題。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括進氣道、唇口作動機構(gòu)、水平板作動機構(gòu)、機身，其中，所述進氣道包括前體、前楔板、水平板、后楔板、前楔板滑塊、燕尾槽、密封槽、第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈，前體與機身為一體結(jié)構(gòu)，前體與前楔板、前楔板與水平板、水平板與后楔板、后楔板與機身，分別通過第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈連接；前楔板后段的前楔板滑塊位于燕尾槽內(nèi)作平移運動；所述唇口作動機構(gòu)包括唇口外罩、唇口作動連桿、唇口作動液壓缸、第五鉸鏈、唇口側(cè)密封槽、軸向密封槽、周向密封槽，唇口作動機構(gòu)位于進氣道上部，唇口外罩一端通過第五鉸鏈與機身連接，唇口外罩上有雙凸耳，唇口作動液壓缸固定在機身上部，液壓缸活塞桿與唇口作動連桿一端連接，唇口作動連桿另一端與唇口外罩上雙凸耳連接；所述水平板作動機構(gòu)包括水平板作動液壓缸、底座、叉形機構(gòu)、第一滑塊、第二滑塊、轉(zhuǎn)動軸、機身導(dǎo)軌、第三滑塊、第四滑塊、水平導(dǎo)軌、底座導(dǎo)軌，叉形機構(gòu)固定在水平板的下面，叉形機構(gòu)通過轉(zhuǎn)動軸連接，轉(zhuǎn)動軸在機身導(dǎo)軌內(nèi)作上下運動，叉形機構(gòu)上端連接有第三滑塊和第四滑塊，第三滑塊與第四滑塊位于水平導(dǎo)軌內(nèi)滑動，叉形機構(gòu)下端與第一滑塊和第二滑塊連接，第一滑塊與第二滑塊位于底座導(dǎo)軌內(nèi)水平滑動；水平板作動液壓缸固定在底座上，液壓缸活塞桿與第二滑塊通過鉸鏈連接。
[0005]前楔板、水平板和后楔板的側(cè)面局部加厚并開有密封槽，通過填入柔性材料實現(xiàn)密封。
[0006]唇口外罩側(cè)面開有唇口側(cè)密封槽，唇口外罩端有軸向密封槽，第五鉸鏈端部設(shè)有周向密封槽，通過填入柔性材料實現(xiàn)密封。
[0007]有益效果
[0008]本發(fā)明提出的一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道，采用在O?8Ma范圍內(nèi)工作的火箭基組合循環(huán)發(fā)動機進氣道分級調(diào)節(jié)的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)飛行范圍內(nèi)不同馬赫數(shù)階段下進氣道型面的分級調(diào)節(jié)進而完成各級平穩(wěn)過渡，解決了作動過程中由于變結(jié)構(gòu)帶來的動密封問題。發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道前體與機身為一體結(jié)構(gòu)，唇口作動機構(gòu)位于進氣道上部，叉形機構(gòu)固定在水平板的下部，通過機械機械結(jié)構(gòu)的作動方式完成對進氣道在不同馬赫數(shù)范圍內(nèi)的四級調(diào)節(jié)，從而使得火箭基組合循環(huán)發(fā)動機在其每個工作模態(tài)下，進氣道均工作在較佳狀態(tài)，使得火箭基組合循環(huán)發(fā)動機在其工作范圍內(nèi)的整體性能顯著提高。
[0009]本發(fā)明火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道，具有很更寬的工作馬赫數(shù)范圍，在偏離設(shè)計點時，通過分級調(diào)節(jié)，達到一系列流量要求，啟動性要求，滿足發(fā)動機燃燒室正常工作，實現(xiàn)火箭基組合循環(huán)發(fā)動機全模態(tài)內(nèi)變結(jié)構(gòu)進氣道調(diào)節(jié)；具有簡單、易實現(xiàn)的優(yōu)勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道作進一步詳細說明。
[0011]圖1為本發(fā)明火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明變結(jié)構(gòu)進氣道的前楔板示意圖。
[0013]圖3為本發(fā)明變結(jié)構(gòu)進氣道的前楔板軸測圖。
[0014]圖4為前楔板D-D剖視圖。
[0015]圖5為前楔板C-C剖視圖。
[0016]圖6為唇口外罩密封槽部位不意圖。
[0017]圖7為唇口作動機構(gòu)示意圖。
[0018]圖8為水平板作動機構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:
[0020]1.進氣道 2.唇口作動機構(gòu) 3.水平板作動機構(gòu) 4.前體 5.前楔板
6.水平板7.后楔板8.叉形機構(gòu)9.底座10.唇口外罩11.機身12.唇口作動連桿13.唇口作動液壓缸 14.水平板作動液壓缸 15.第一滑塊 16.第二滑塊17.轉(zhuǎn)動軸18.第三滑塊19.機身導(dǎo)軌20.第四滑塊21.水平導(dǎo)軌22.第一鉸鏈23.第二鉸鏈 24.第三鉸鏈 25.第四鉸鏈 26.第五鉸鏈 27.底座導(dǎo)軌28.前楔板滑塊29.燕尾槽 30.密封槽 31.唇口側(cè)密封槽 32.軸向密封槽33.周向密封槽
【具體實施方式】
[0021]本實施例是一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道。
[0022]參閱圖1-圖8，本發(fā)明火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道，由進氣道1、唇口作動機構(gòu)2、水平板作動機構(gòu)3、機身11組成；進氣道包括前體4、前楔板5、水平板6、后楔板
7、前楔板滑塊28、燕尾槽29、密封槽30、第一鉸鏈22、第二鉸鏈23、第三鉸鏈24、第四鉸鏈25，前體4與機身11為一體結(jié)構(gòu)，前體4后端與前楔板5 —端通過第一鉸鏈22連接，前楔板5另一端與水平板6 —端通過第二鉸鏈23連接，水平板6另一端與后楔板7 —端通過第三鉸鏈24連接，后楔板7另一端與機身通過第四鉸鏈25連接；前楔板5后段的前楔板滑塊28位于燕尾槽29內(nèi)作平移運動。
[0023]唇口作動機構(gòu)2包括唇口外罩10、唇口作動連桿12、唇口作動液壓缸13、第五鉸鏈26、唇口側(cè)密封槽31、軸向密封槽32、周向密封槽33，唇口作動機構(gòu)位于進氣道I上部，唇口外罩10 —端通過第五鉸鏈26與機身11連接，唇口外罩10上有雙凸耳；唇口作動液壓缸13固定在機身上部，液壓缸活塞桿與唇口作動連桿12 —端連接，唇口作動連桿12另一端與唇口外罩上部雙凸耳連接。
[0024]水平板作動機構(gòu)3包括水平板作動液壓缸14、底座9、叉形機構(gòu)8、第一滑塊15、第二滑塊16、轉(zhuǎn)動軸17、第三滑塊18、第四滑塊20、機身導(dǎo)軌19、水平導(dǎo)軌21、底座導(dǎo)軌27，叉形機構(gòu)8固定在水平板6的下面，叉形機構(gòu)8通過轉(zhuǎn)動軸連接，轉(zhuǎn)動軸在機身導(dǎo)軌19內(nèi)作上下運動，叉形機構(gòu)8上端連接有第三滑塊18和第四滑塊20，第三滑塊18與第四滑塊20位于水平導(dǎo)軌21內(nèi)滑動，叉形機構(gòu)8下端與第一滑塊15和第二滑塊16連接，第一滑塊15與第二滑塊16位于底座導(dǎo)軌27內(nèi)水平滑動；水平板作動液壓缸14固定在底座上，液壓缸活塞桿與第二滑塊16通過鉸鏈連接。
[0025]前楔板5、水平板6和后楔板7的側(cè)面局部加厚并開有密封槽30，通過填入柔性材料實現(xiàn)密封。唇口外罩10的側(cè)面開有唇口側(cè)密封槽31，唇口外罩10端有軸向密封槽32、第五鉸鏈26端部有周向密封槽33，通過填入柔性材料來實現(xiàn)密封。
[0026]本發(fā)明火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道結(jié)構(gòu)，可完成進氣道的四級調(diào)節(jié):
[0027]第一級調(diào)節(jié)，工作馬赫數(shù)范圍為O?2.7Ma，在唇口作動機構(gòu)2的作用下唇口外罩10由設(shè)計點逆時針轉(zhuǎn)動9.02°，在水平板作動機構(gòu)3的作用下，前楔板5順時針轉(zhuǎn)動2.9°，后楔板7逆時針方向轉(zhuǎn)動4.6°，從而使得喉道高度從56mm變?yōu)?9mm;
[0028]第二級調(diào)節(jié)，工作馬赫數(shù)范圍為2.7?3.2Ma，唇口外罩10由第一級位置在唇口作動機構(gòu)2的作用下順時針轉(zhuǎn)動4.52° ;
[0029]第三級調(diào)節(jié)，工作馬赫數(shù)范圍為3.2?4.5Ma，唇口外罩10由第二級位置在唇口作動機構(gòu)2的作用下順時針轉(zhuǎn)動4.5° ；
[0030]第四級調(diào)節(jié)，工作馬赫數(shù)范圍為4.5?8Ma，在水平板作動機構(gòu)3的作用下，前楔板5逆時針旋轉(zhuǎn)2.9°，后楔板7順時針旋轉(zhuǎn)4.6°，從而使喉道高度從69mm調(diào)整到56mm，SP為設(shè)計點。[0031]本發(fā)明中各級調(diào)節(jié)的實現(xiàn)原理一樣，下面以第一級調(diào)節(jié)為例進行詳細說明，唇口外罩10的轉(zhuǎn)動由唇口作動機構(gòu)2完成，唇口作動液壓缸13的活塞桿作為主動件，通過活塞的來回運動，驅(qū)動唇口外罩10順逆時針轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)唇口作動液壓缸13活塞向運動，驅(qū)動唇口外罩10繞第五鉸鏈26由設(shè)計點逆時針轉(zhuǎn)動9.02° ;水平板6的上下移動由水平板作動機構(gòu)3完成，水平板作動液壓缸14的活塞作往復(fù)運動，驅(qū)動第二滑塊16和第一滑塊15在底座導(dǎo)軌27內(nèi)往復(fù)運動，這一過程改變了叉形機構(gòu)8的夾角，轉(zhuǎn)動軸17在機身導(dǎo)軌19內(nèi)作上下運動，第三滑塊18和第四滑塊20在水平導(dǎo)軌21內(nèi)作水平移動，從而驅(qū)動水平板6上下運動并保持水平，調(diào)整喉道高度，此次調(diào)節(jié)使得喉道高度從56mm變?yōu)?9mm，前楔板5繞第一鉸鏈22順時針轉(zhuǎn)動2.9°，后楔板7繞第四鉸鏈25逆時針方向轉(zhuǎn)動4.6°。為滿足此調(diào)節(jié)過程的自由度要求，前楔板5被分為兩段，兩段通過前楔板滑塊28和燕尾槽29連接，前楔板滑塊28和燕尾槽29間能夠發(fā)生相對平移運動，滿足水平板6作動過程中的自由度要求；另一方面，前楔板5兩段間的縫隙作為進氣道的吸除槽，而且隨著馬赫數(shù)的升高，縫隙變寬，滿足該過程吸除槽增大的特點，從而改善進氣道性能，為了加強前楔板5、水平板6和后楔板7的剛度，三者均采用工字梁結(jié)構(gòu)。前楔板5、水平板6、后楔板7和唇口外罩10在轉(zhuǎn)動過程中，通過在其側(cè)面的密封槽30和唇口側(cè)密封槽31內(nèi)填入密封條來完成轉(zhuǎn)動過程中與機身11的密封，密封槽30的結(jié)構(gòu)給出了唇口側(cè)密封槽的結(jié)構(gòu)形式，前楔板5、水平板6和后楔板7連接鉸鏈處的密封通過填入柔性材料來實現(xiàn)，而唇口處鉸鏈的密封通過在軸向密封槽32和周向密封槽33內(nèi)填入密封條和密封圈來完成。
【權(quán)利要求】
1.一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道，包括進氣道、唇口作動機構(gòu)、水平板作動機構(gòu)、機身，其特征在于:所述進氣道包括前體、前楔板、水平板、后楔板、前楔板滑塊、燕尾槽、密封槽、第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈，前體與機身為一體結(jié)構(gòu)，前體與前楔板、前楔板與水平板、水平板與后楔板、后楔板與機身，分別通過第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈連接；前楔板后段的前楔板滑塊位于燕尾槽內(nèi)作平移運動；所述唇口作動機構(gòu)包括唇口外罩、唇口作動連桿、唇口作動液壓缸、第五鉸鏈、唇口側(cè)密封槽、軸向密封槽、周向密封槽，唇口作動機構(gòu)位于進氣道上部，唇口外罩一端通過第五鉸鏈與機身連接，唇口外罩上有雙凸耳，唇口作動液壓缸固定在機身上部，液壓缸活塞桿與唇口作動連桿一端連接，唇口作動連桿另一端與唇口外罩上雙凸耳連接；所述水平板作動機構(gòu)包括水平板作動液壓缸、底座、叉形機構(gòu)、第一滑塊、第二滑塊、轉(zhuǎn)動軸、機身導(dǎo)軌、第三滑塊、第四滑塊、水平導(dǎo)軌、底座導(dǎo)軌，叉形機構(gòu)固定在水平板的下面，叉形機構(gòu)通過轉(zhuǎn)動軸連接，轉(zhuǎn)動軸在機身導(dǎo)軌內(nèi)作上下運動，叉形機構(gòu)上端連接有第三滑塊和第四滑塊，第三滑塊與第四滑塊位于水平導(dǎo)軌內(nèi)滑動，叉形機構(gòu)下端與第一滑塊和第二滑塊連接，第一滑塊與第二滑塊位于底座導(dǎo)軌內(nèi)水平滑動；水平板作動液壓缸固定在底座上，液壓缸活塞桿與第二滑塊通過鉸鏈連接。
2.一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道，其特征在于:前楔板、水平板和后楔板的側(cè)面局部加厚并開有密封槽，通過填入柔性材料實現(xiàn)密封。
3.一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機變結(jié)構(gòu)進氣道，其特征在于:唇口外罩側(cè)面開有唇口側(cè)密封槽，唇口外罩端有軸向密封槽，第五鉸鏈端部設(shè)有周向密封槽，通過填入柔性材料實現(xiàn)密封。
【文檔編號】F02C7/042GK103790710SQ201410027986
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】鄒祥瑞, 秦飛, 魏祥庚, 呂翔, 潘宏亮, 武樂樂, 王炳航, 安健, 陳義 申請人:西北工業(yè)大學(xué)