CN103790710A - 一种火箭基组合循环发动机变结构进气道 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火箭基组合循环发动机变结构进气道，采用在0～8Ma范围内工作的火箭基组合循环发动机进气道分级调节的机械结构，实现飞行范围内不同马赫数阶段下进气道型面的分级调节进而完成各级平稳过渡，并解决了作动过程中由于变结构带来的动密封问题。前体与机身为一体结构，唇口作动机构位于进气道上部，叉形机构固定在水平板的下面，通过机械结构的作动方式完成对进气道在不同马赫数范围内的四级调节，使得RBCC在其每个工作模态下，进气道均工作在较佳状态，使得火箭基组合循环发动机在其工作范围内的整体性能显著提高。火箭基组合循环发动机变结构进气道，具有很宽的工作马赫数范围，结构简单、易实现。

Description

一种火箭基组合循环发动机变结构进气道

技术领域

本发明涉及火箭冲压发动机技术领域，具体地说,涉及一种火箭基组合循环发动机变结构进气道。

背景技术

火箭基组合循环(Rocket-Based-Combined-Cycle,RBCC)发动机具有很宽的工作范围，需要在引射模态、亚燃模态和超燃模态间进行高效匹配和平稳过渡，飞行马赫数工作范围为0～8马赫，因此对流道设计提出了很高的要求；火箭基组合循环发动机流道根据在其工作过程中所发挥的功能分为进气道、隔离段、燃烧室和尾喷管。进气道作为发动机关键部件之一，其性能直接影响整台发动机的性能。对于常规冲压发动机而言，其工作马赫数跨度约为2～3个马赫数，这种情况下采用固定几何进气道，结构简单，消极质量小。而火箭基组合循环发动机需要经历引射模态、亚燃模态和超燃模态，实现0～8马赫的较宽工作范围，所以必须采用变结构进气道。鉴于变结构进气道在宽马赫数下工作的性能优势，目前，世界各国都致力于变结构进气道的探索研究。其中，美国和法国的方案比较经典，美国的X-43A采用转动唇口的调节方式，如文献《Hyper-XFlight Engine Ground Testing for X-43Flight Risk Reduction[R]》（Huebnerl D,Rock K E,Ruf E G,etc.AIAA2001-1809），该方案的唇口作动机构为曲柄摇杆机构，通过液压缸和扭矩管带动曲柄，连杆穿过发动机侧壁与唇口连接并驱动唇口转动，该方案中由于连杆需要穿过发动机侧壁来实现对唇口的驱动，会产生削弱结构强度、动密封困难的问题；法国的ONERA等机构提出的平移唇口的变结构调节方案，如文献《Experimental Investigation Of StartingProcess for a Variable Geometry Air Inlet operating from Mach2to Mach8[R]》(F.Falempin,E.Wendling,M.Goldfeld,A.Starov.AIAA2006-4513)，该方案通过平移发动机外罩，实现对进气道、燃烧室和尾喷管的整体变机构。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种火箭基组合循环发动机变结构进气道，采用0～8Ma范围内工作的火箭基组合循环发动机进气道分级调节的机械结构，实现飞行范围内不同马赫数阶段下进气道型面的分级调节进而完成各级平稳过渡，并解决了作动过程中由于变结构带来的动密封问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括进气道、唇口作动机构、水平板作动机构、机身，其中，所述进气道包括前体、前楔板、水平板、后楔板、前楔板滑块、燕尾槽、密封槽、第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链,前体与机身为一体结构,前体与前楔板、前楔板与水平板、水平板与后楔板、后楔板与机身,分别通过第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链连接；前楔板后段的前楔板滑块位于燕尾槽内作平移运动；所述唇口作动机构包括唇口外罩、唇口作动连杆、唇口作动液压缸、第五铰链、唇口侧密封槽、轴向密封槽、周向密封槽，唇口作动机构位于进气道上部,唇口外罩一端通过第五铰链与机身连接,唇口外罩上有双凸耳，唇口作动液压缸固定在机身上部，液压缸活塞杆与唇口作动连杆一端连接，唇口作动连杆另一端与唇口外罩上双凸耳连接；所述水平板作动机构包括水平板作动液压缸、底座、叉形机构、第一滑块、第二滑块、转动轴、机身导轨、第三滑块、第四滑块、水平导轨、底座导轨，叉形机构固定在水平板的下面,叉形机构通过转动轴连接，转动轴在机身导轨内作上下运动，叉形机构上端连接有第三滑块和第四滑块，第三滑块与第四滑块位于水平导轨内滑动，叉形机构下端与第一滑块和第二滑块连接,第一滑块与第二滑块位于底座导轨内水平滑动；水平板作动液压缸固定在底座上，液压缸活塞杆与第二滑块通过铰链连接。

前楔板、水平板和后楔板的侧面局部加厚并开有密封槽，通过填入柔性材料实现密封。

唇口外罩侧面开有唇口侧密封槽，唇口外罩端有轴向密封槽，第五铰链端部设有周向密封槽，通过填入柔性材料实现密封。

有益效果

本发明提出的一种火箭基组合循环发动机变结构进气道,采用在0～8Ma范围内工作的火箭基组合循环发动机进气道分级调节的机械结构，实现飞行范围内不同马赫数阶段下进气道型面的分级调节进而完成各级平稳过渡，解决了作动过程中由于变结构带来的动密封问题。发动机变结构进气道前体与机身为一体结构,唇口作动机构位于进气道上部,叉形机构固定在水平板的下部,通过机械机械结构的作动方式完成对进气道在不同马赫数范围内的四级调节，从而使得火箭基组合循环发动机在其每个工作模态下，进气道均工作在较佳状态，使得火箭基组合循环发动机在其工作范围内的整体性能显著提高。

本发明火箭基组合循环发动机变结构进气道，具有很更宽的工作马赫数范围，在偏离设计点时，通过分级调节，达到一系列流量要求，启动性要求，满足发动机燃烧室正常工作，实现火箭基组合循环发动机全模态内变结构进气道调节；具有简单、易实现的优势。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种火箭基组合循环发动机变结构进气道作进一步详细说明。

图1 为本发明火箭基组合循环发动机变结构进气道结构示意图。

图2 为本发明变结构进气道的前楔板示意图。

图3 为本发明变结构进气道的前楔板轴测图。

图4 为前楔板D-D剖视图。

图5 为前楔板C-C剖视图。

图6 为唇口外罩密封槽部位示意图。

图7 为唇口作动机构示意图。

图8 为水平板作动机构示意图。

图中:

1.进气道   2.唇口作动机构   3.水平板作动机构   4.前体   5.前楔板6.水平板 7.后楔板 8.叉形机构 9.底座 10.唇口外罩 11.机身 12.唇口作动连杆13.唇口作动液压缸    14.水平板作动液压缸    15.第一滑块    16.第二滑块17.转动轴 18.第三滑块 19.机身导轨 20.第四滑块 21.水平导轨 22.第一铰链23.第二铰链    24.第三铰链    25.第四铰链    26.第五铰链    27.底座导轨28.前楔板滑块   29.燕尾槽   30.密封槽   31.唇口侧密封槽   32.轴向密封槽33.周向密封槽

具体实施方式

本实施例是一种火箭基组合循环发动机变结构进气道。

参阅图1-图8，本发明火箭基组合循环发动机变结构进气道，由进气道1、唇口作动机构2、水平板作动机构3、机身11组成；进气道包括前体4、前楔板5、水平板6、后楔板7、前楔板滑块28、燕尾槽29、密封槽30、第一铰链22、第二铰链23、第三铰链24、第四铰链25,前体4与机身11为一体结构,前体4后端与前楔板5一端通过第一铰链22连接，前楔板5另一端与水平板6一端通过第二铰链23连接，水平板6另一端与后楔板7一端通过第三铰链24连接，后楔板7另一端与机身通过第四铰链25连接；前楔板5后段的前楔板滑块28位于燕尾槽29内作平移运动。

唇口作动机构2包括唇口外罩10、唇口作动连杆12、唇口作动液压缸13、第五铰链26、唇口侧密封槽31、轴向密封槽32、周向密封槽33，唇口作动机构位于进气道1上部,唇口外罩10一端通过第五铰链26与机身11连接,唇口外罩10上有双凸耳；唇口作动液压缸13固定在机身上部，液压缸活塞杆与唇口作动连杆12一端连接，唇口作动连杆12另一端与唇口外罩上部双凸耳连接。

水平板作动机构3包括水平板作动液压缸14、底座9、叉形机构8、第一滑块15、第二滑块16、转动轴17、第三滑块18、第四滑块20、机身导轨19、水平导轨21、底座导轨27，叉形机构8固定在水平板6的下面,叉形机构8通过转动轴连接，转动轴在机身导轨19内作上下运动，叉形机构8上端连接有第三滑块18和第四滑块20，第三滑块18与第四滑块20位于水平导轨21内滑动，叉形机构8下端与第一滑块15和第二滑块16连接,第一滑块15与第二滑块16位于底座导轨27内水平滑动；水平板作动液压缸14固定在底座上，液压缸活塞杆与第二滑块16通过铰链连接。

前楔板5、水平板6和后楔板7的侧面局部加厚并开有密封槽30，通过填入柔性材料实现密封。唇口外罩10的侧面开有唇口侧密封槽31，唇口外罩10端有轴向密封槽32、第五铰链26端部有周向密封槽33，通过填入柔性材料来实现密封。

本发明火箭基组合循环发动机变结构进气道结构，可完成进气道的四级调节:

第一级调节，工作马赫数范围为0～2.7Ma，在唇口作动机构2的作用下唇口外罩10由设计点逆时针转动9.02°，在水平板作动机构3的作用下，前楔板5顺时针转动2.9°，后楔板7逆时针方向转动4.6°，从而使得喉道高度从56mm变为69mm；

第二级调节，工作马赫数范围为2.7～3.2Ma，唇口外罩10由第一级位置在唇口作动机构2的作用下顺时针转动4.52°；

第三级调节，工作马赫数范围为3.2～4.5Ma，唇口外罩10由第二级位置在唇口作动机构2的作用下顺时针转动4.5°；

第四级调节，工作马赫数范围为4.5～8Ma，在水平板作动机构3的作用下，前楔板5逆时针旋转2.9°，后楔板7顺时针旋转4.6°，从而使喉道高度从69mm调整到56mm，即为设计点。

本发明中各级调节的实现原理一样，下面以第一级调节为例进行详细说明，唇口外罩10的转动由唇口作动机构2完成，唇口作动液压缸13的活塞杆作为主动件，通过活塞的来回运动，驱动唇口外罩10顺逆时针转动，调节唇口作动液压缸13活塞向运动，驱动唇口外罩10绕第五铰链26由设计点逆时针转动9.02°；水平板6的上下移动由水平板作动机构3完成，水平板作动液压缸14的活塞作往复运动，驱动第二滑块16和第一滑块15在底座导轨27内往复运动，这一过程改变了叉形机构8的夹角，转动轴17在机身导轨19内作上下运动，第三滑块18和第四滑块20在水平导轨21内作水平移动，从而驱动水平板6上下运动并保持水平，调整喉道高度，此次调节使得喉道高度从56mm变为69mm，前楔板5绕第一铰链22顺时针转动2.9°，后楔板7绕第四铰链25逆时针方向转动4.6°。为满足此调节过程的自由度要求，前楔板5被分为两段，两段通过前楔板滑块28和燕尾槽29连接，前楔板滑块28和燕尾槽29间能够发生相对平移运动，满足水平板6作动过程中的自由度要求；另一方面，前楔板5两段间的缝隙作为进气道的吸除槽，而且随着马赫数的升高，缝隙变宽，满足该过程吸除槽增大的特点，从而改善进气道性能，为了加强前楔板5、水平板6和后楔板7的刚度，三者均采用工字梁结构。前楔板5、水平板6、后楔板7和唇口外罩10在转动过程中，通过在其侧面的密封槽30和唇口侧密封槽31内填入密封条来完成转动过程中与机身11的密封，密封槽30的结构给出了唇口侧密封槽的结构形式，前楔板5、水平板6和后楔板7连接铰链处的密封通过填入柔性材料来实现，而唇口处铰链的密封通过在轴向密封槽32和周向密封槽33内填入密封条和密封圈来完成。

Claims (3)

1.一种火箭基组合循环发动机变结构进气道，包括进气道、唇口作动机构、水平板作动机构、机身，其特征在于:所述进气道包括前体、前楔板、水平板、后楔板、前楔板滑块、燕尾槽、密封槽、第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链,前体与机身为一体结构,前体与前楔板、前楔板与水平板、水平板与后楔板、后楔板与机身,分别通过第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链连接；前楔板后段的前楔板滑块位于燕尾槽内作平移运动；所述唇口作动机构包括唇口外罩、唇口作动连杆、唇口作动液压缸、第五铰链、唇口侧密封槽、轴向密封槽、周向密封槽，唇口作动机构位于进气道上部,唇口外罩一端通过第五铰链与机身连接,唇口外罩上有双凸耳，唇口作动液压缸固定在机身上部，液压缸活塞杆与唇口作动连杆一端连接，唇口作动连杆另一端与唇口外罩上双凸耳连接；所述水平板作动机构包括水平板作动液压缸、底座、叉形机构、第一滑块、第二滑块、转动轴、机身导轨、第三滑块、第四滑块、水平导轨、底座导轨，叉形机构固定在水平板的下面,叉形机构通过转动轴连接，转动轴在机身导轨内作上下运动，叉形机构上端连接有第三滑块和第四滑块，第三滑块与第四滑块位于水平导轨内滑动，叉形机构下端与第一滑块和第二滑块连接,第一滑块与第二滑块位于底座导轨内水平滑动；水平板作动液压缸固定在底座上，液压缸活塞杆与第二滑块通过铰链连接。

2.一种火箭基组合循环发动机变结构进气道，其特征在于:前楔板、水平板和后楔板的侧面局部加厚并开有密封槽，通过填入柔性材料实现密封。

3.一种火箭基组合循环发动机变结构进气道，其特征在于:唇口外罩侧面开有唇口侧密封槽，唇口外罩端有轴向密封槽，第五铰链端部设有周向密封槽，通过填入柔性材料实现密封。

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