CN111927645A - 一种阀体周向盖紧的后涵道引射器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阀体周向盖紧的后涵道引射器，包括外机匣，关于所在平面的圆心呈中心对称安装的一对液压作动筒、一对液压作动杆、一对曲柄和一对球铰连杆，周向作动的阀体和内机匣。本发明的技术方案能够对变循环发动机外涵出口面积进行调节；阀体与内机匣间有周向滑槽相互配合，因此可以通过周向转动实现气流通道的打开与关闭；阀体是周向盖紧的整体阀体，而不是多个阀体片盖紧。解决了因受力情况不同使多个阀体片同步运动较难以实现的问题。

Description

一种阀体周向盖紧的后涵道引射器
技术领域
本发明属于变循环发动机结构设计技术领域，尤其涉及一种阀体周向盖紧的后涵道引射器。
背景技术
变循环发动机也称几何可调发动机，是指可以在部件几何形状调节的作用下，改变发动机的涵道比的发动机。由于此种发动机的涵道比可调性，几何可调发动机得以具有涡轮喷气发动机的高单位推力的优点和涡轮风扇发动机的低耗油率、低噪声的优势。
变循环发动机的涵道比可调主要是依靠可调面积涵道引射器实现的，一般这种发动机有两个涵道引射器——前可调面积涵道引射器(前涵道引射器)和后可调面积涵道引射器(后涵道引射器)。其中，前涵道引射器的作用是将来自排气喷管与外涵喷管的两股外涵气流进行掺混，后涵道引射器的作用是将外涵道气流与低压涡轮出口气流进行掺混。
目前的设计大多为同步环传动阀体片进行盖紧的，这种盖紧结构较为复杂，比如利用鳞片状作动的主动片与密封片之间的边缘带有斜向角度的线接触相密封的，密封片是截面“工”字结构，这种密封结构较为复杂，气流通道关闭时气密性不甚可靠。
发明内容
为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种不同于目前已有的后涵道引射器的面积调节机构(即盖紧机构)设计，是一种阀体周向作动的盖紧方式，能够对变循环发动机外涵出口面积进行调节。本发明的具体技术方案如下：
一种阀体周向盖紧的后涵道引射器，其特征在于，包括外机匣，关于所在平面的圆心呈中心对称安装的一对液压作动筒、一对液压作动杆、一对曲柄和一对球铰连杆，周向作动的阀体和内机匣，其中，
所述外机匣的前后气流通道处均设置法兰连接结构；
所述一对液压作动筒的一端采用枢轴式安装于所述外机匣外表面的一对轴上，另一端与分别所述一对液压作动杆连接，所述一对液压作动筒为所述一对液压作动杆提供驱动的同时能够绕所述轴转动避免所述一对液压作动筒与所述一对液压作动杆的非直线作动；
所述一对曲柄的一端分别与所述一对液压作动杆通过平面铰链连接，另一端分别安装在所述外机匣的轴瓦中，能够绕所述轴瓦的孔的中心线转动；
所述一对球铰连杆的两端均为球形铰链，一端与所述一对曲柄连接，另一端分别与所述阀体上的一对球铰连接端连接；
所述阀体为分半式阀体结构，由两个半环形阀体构成；所述阀体的端面圆周设置周向滑轨与所述内机匣的端面圆周设置的周向滑槽相配合，所述阀体能够自由转动；所述阀体上均匀等距设置多个阀体气流通道，每两个阀体气流通道之间的部分为主动盖紧封严片，所述内机匣均匀等距设置与所述主动盖紧封严片相配合的内机匣气流通道，所述主动盖紧封严片和所述内机匣气流通道能够完全封严盖紧，每两个内机匣气流通道之间的部分为固定封严片，所述阀体在所述内机匣上转动时，通过调整所述阀体的旋转角度能够控制所述内机匣气流通道的打开面积，能够实现内机匣气流通道的打开与关闭；
所述内机匣的前后端面的外圆周边缘分别设置有均匀分布的凸耳，用于固定所述内机匣。
进一步地，所述阀体的两个半环形阀体通过两对凸肩连接，每对凸肩由五个M5螺栓紧固。
进一步地，所述外机匣、所述一对液压作动筒、所述一对液压作动杆、所述一对曲柄和所述一对球铰连杆的制作材料均为高温合金钢GH3128。
进一步地，所述阀体和所述内机匣的制作材料均为高温合金钢GH536。
进一步地，所述阀体气流通道为十个，形状为柱面矩形，即两对边为直线段，另两对边为圆弧段，直线段尺寸为154.5mm；圆弧段的内径为397.5mm，外径与所述阀体的外径相同，为401.5mm，圆心角为18°。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的后涵道引射器，能够对变循环发动机外涵道出口面积进行调节；
2.本发明设计的阀体与内机匣间有周向滑槽相互配合，能够通过周向转动实现气流通道的打开与关闭。
3.本发明设计的后涵道引射器的阀体是周向盖紧的整体阀体，而不是多个阀体片盖紧，解决了因受力情况不同使多个阀体片同步运动较难以实现的问题。并且本发明结构紧密可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器整体装配图；
图2是本发明的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器轴测图；
图3是本发明的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器右视图；
图4是本发明的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器主视图；
图5是本发明的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器外机匣结构图；
图6是本发明的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器曲柄结构图；
图7是本发明的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器球铰连杆结构图；
图8是本发明的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器阀体结构图；
图9是本发明的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器内机匣结构图。
图10为阀体转动角速度与时间的关系图；
图11为仿真时阀体关闭与打开的示意图；
图12为刚性阀体的旋转副受力图；
图13为刚性和柔性阀体的旋转副受力图；
图14(a)为柔性阀体的应力云图；
图14(b)和图14(c)为图14(a)的局部放大图。
附图标号说明：
1-外机匣；11-法兰连接结构；12-轴瓦；13-轴；2-液压作动筒；3-液压作动杆；4-曲柄；5-球铰连杆；6-阀体；61-球铰连接端；62-凸肩；63-主动盖紧封严片；64-阀体气流通道；65-周向滑轨；7-内机匣；71-凸耳；72-固定封严片；73-内机匣气流通道。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明采取的设计方法为：建模，刚体仿真，柔性仿真。如图1-4所示，一种阀体周向盖紧的后涵道引射器，其特征在于，包括外机匣1，关于所在平面的圆心呈中心对称安装的一对液压作动筒2、一对液压作动杆3、一对曲柄4和一对球铰连杆5，周向作动的阀体6和内机匣7，其中，
如图1所示，外机匣1的前后气流通道处均设置法兰连接结构11；
一对液压作动筒2的一端采用枢轴式安装于外机匣1外表面的一对轴13上，另一端与分别一对液压作动杆3连接，一对液压作动筒2为一对液压作动杆3提供驱动的同时能够绕轴13转动避免一对液压作动筒2与一对液压作动杆3的非直线作动；
如图6-7所示，一对曲柄4的一端分别与一对液压作动杆3通过平面铰链连接，另一端分别安装在外机匣1的轴瓦12中，能够绕轴瓦12的孔的中心线转动；
一对球铰连杆5的两端均为球形铰链，一端与一对曲柄4连接，另一端分别与阀体6上的一对球铰连接端61连接；
如图8-9所示，阀体6为分半式阀体结构，由两个半环形阀体构成；阀体6的端面圆周设置周向滑轨65与内机匣7的端面圆周设置的周向滑槽相配合，阀体6能够自由转动；阀体6上均匀等距设置多个阀体气流通道64，每两个阀体气流通道64之间的部分为主动盖紧封严片63，内机匣7均匀等距设置与主动盖紧封严片63相配合的内机匣气流通道73，主动盖紧封严片63和内机匣气流通道73能够完全封严盖紧，每两个内机匣气流通道73之间的部分为固定封严片72，阀体6在内机匣7上转动时，通过调整阀体6的旋转角度能够控制内机匣气流通道73的打开面积，能够实现内机匣气流通道73的打开与关闭；
内机匣7的前后端面的外圆周边缘分别设置有均匀分布的凸耳71，用于固定内机匣7。
阀体6的两个半环形阀体通过两对凸肩62连接，每对凸肩62由五个M5螺栓紧固，安装阀体6时从内机匣7的两侧沿圆柱的径向装配，使凸肩62的螺纹孔对齐，再安装螺栓。
外机匣1、一对液压作动筒2、一对液压作动杆3、一对曲柄4和一对球铰连杆5的制作材料均为高温合金钢GH3128。
阀体6和内机匣7的制作材料均为高温合金钢GH536。
阀体气流通道64为十个，形状为柱面矩形，即两对边为直线段，另两对边为圆弧段，直线段尺寸为154.5mm；圆弧段的内径为397.5mm，外径与阀体6的外径相同，为401.5mm，圆心角为18°。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体仿真实验对本发明的上述技术方案进行详细说明。
刚性建模软件采用UG，柔性阀体有限元建模软件采用ANSYS，仿真软件采用ADAMS，以阀体上设置十个气流通道为例，形状为柱面矩形，即两对边为直线段，另两对边为圆弧段，直线段尺寸为154.5mm；圆弧段的内径为397.5mm，外径与阀体6的外径相同，为401.5mm，圆心角为18°。
图10为阀体转动角速度与时间的关系图。由图10可知，0秒时刻后涵道引射器的初始位置为关闭状态，1秒时刻后涵道引射器阀体的角速度为零，角加速度最大，角速度与时间轴围成的面积表示阀体转动角度，说明1秒时刻阀体转动角度最大，完全打开；2秒时刻阀体角速度再次为零，角加速度最小，可知此时阀体完全关闭，因此符合设计要求的1秒打开，1秒关闭的标准。本发明中的核心部件为阀体，所以仿真研究主要针对阀体。图11为仿真时阀体关闭与打开的示意图。
图12为刚性阀体的旋转副受力图，可见阀体在t＝1s时到达最大角度处，位移最大，作用力最小，最小受力为F＝169.2N；当阀体运动到闭合状态时，t＝2s，位移最小，作用力最大，最大受力为F＝173.0N。阀体的旋转副受力是所有运动副受力中最大的。
图13为刚性和柔性阀体的旋转副受力图，实线表示刚性仿真结果，虚线表示柔性仿真结果。可见柔性阀体受力更大，最大受力为F＝182.4N，因此在后续的强度分析中用柔性阀体计算要更为准确。图14(a)为柔性阀体的应力云图，图14(b)和图14(c)为图14(a)的局部放大图，可见在柔性阀体中的最大应力位置为周向滑槽的靠近球铰的边缘处。
表1为在利用液压作动筒和液压作动杆的位移step函数驱动的条件下，10个最大等效应力的节点。可见14109号节点与图14中的相对应，说明图14的最大应力位置描述是正确的。
表1最大等效应力节点
Figure BDA0002598201240000061
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种阀体周向盖紧的后涵道引射器，其特征在于，包括外机匣(1)，关于所在平面的圆心呈中心对称安装的一对液压作动筒(2)、一对液压作动杆(3)、一对曲柄(4)和一对球铰连杆(5)，周向作动的阀体(6)和内机匣(7)，其中，
所述外机匣(1)的前后气流通道处均设置法兰连接结构(11)；
所述一对液压作动筒(2)的一端采用枢轴式安装于所述外机匣(1)外表面的一对轴(13)上，另一端与分别所述一对液压作动杆(3)连接，所述一对液压作动筒(2)为所述一对液压作动杆(3)提供驱动的同时能够绕所述轴(13)转动避免所述一对液压作动筒(2)与所述一对液压作动杆(3)的非直线作动；
所述一对曲柄(4)的一端分别与所述一对液压作动杆(3)通过平面铰链连接，另一端分别安装在所述外机匣(1)的轴瓦(12)中，能够绕所述轴瓦(12)的孔的中心线转动；
所述一对球铰连杆(5)的两端均为球形铰链，一端与所述一对曲柄(4)连接，另一端分别与所述阀体(6)上的一对球铰连接端(61)连接；
所述阀体(6)为分半式阀体结构，由两个半环形阀体构成；所述阀体(6)的端面圆周设置周向滑轨(65)与所述内机匣(7)的端面圆周设置的周向滑槽相配合，所述阀体(6)能够自由转动；所述阀体(6)上均匀等距设置多个阀体气流通道(64)，每两个阀体气流通道(64)之间的部分为主动盖紧封严片(63)，所述内机匣(7)均匀等距设置与所述主动盖紧封严片(63)相配合的内机匣气流通道(73)，所述主动盖紧封严片(63)和所述内机匣气流通道(73)能够完全封严盖紧，每两个内机匣气流通道(73)之间的部分为固定封严片(72)，所述阀体(6)在所述内机匣(7)上转动时，通过调整所述阀体(6)的旋转角度能够控制所述内机匣气流通道(73)的打开面积，能够实现内机匣气流通道(73)的打开与关闭；
所述内机匣(7)的前后端面的外圆周边缘分别设置有均匀分布的凸耳(71)，用于固定所述内机匣(7)。
2.根据权利要求1所述的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器，其特征在于，所述阀体(6)的两个半环形阀体通过两对凸肩(62)连接，每对凸肩(62)由五个M5螺栓紧固。
3.根据权利要求1所述的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器，其特征在于，所述外机匣(1)、所述一对液压作动筒(2)、所述一对液压作动杆(3)、所述一对曲柄(4)和所述一对球铰连杆(5)的制作材料均为高温合金钢GH3128。
4.根据权利要求1所述的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器，其特征在于，所述阀体(6)和所述内机匣(7)的制作材料均为高温合金钢GH536。
5.根据权利要求1所述的一种阀体周向盖紧的后涵道引射器，其特征在于，所述阀体气流通道(64)为十个，形状为柱面矩形，即两对边为直线段，另两对边为圆弧段，直线段尺寸为154.5mm；圆弧段的内径为397.5mm，外径与所述阀体(6)的外径相同，为401.5mm，圆心角为18°。
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